Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Газоносность угленосных отложений и оценка ресурсов углеводородных газов Южно-Донбасского геолого-промышленного района

ВАК РФ 04.00.16, Геология, поиски и разведка месторождений твердых горючих ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Газоносность угленосных отложений и оценка ресурсов углеводородных газов Южно-Донбасского геолого-промышленного района"

С 1 1 9 I — ( Г

Министерство высшего и среднего специального

образования РСЗСР МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ШАШ;Л ГЕМОГОРАЗВВДОЧШЙ ШШГУГ ИМ.С.ОРДОШЩДЗЕ

■ I Ц) правах рукописи

Зося Александр Николаевич

уда 553.94:552.578,1(477.62)

ГАЗОНОСНОСТЬ УГЛЕНОСНЫХ ОТЛОШМЙ И ОЦЕНКА РЕСУРСОВ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ ШЮ-ДОНВАССКОГО

гаолого-пюмшшшюго района

Специальность 04.00.16 - Теология, псискп и разведка месторождений твердых горю'шх ископаем«"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-мянералогических наук

Москва - 199£

Работа выполнена на кафедре литологии Московского геологоразведочного института им. С,Орджоникидзе и а Артемовской геологоразведочной экспедиции ПГО "Докбассгеолопия".

Научный руководитель - доктср геолога-щдаералогкческих

наук, профессор К.П.Соловьев

Официальные оппоненты: доктор геолого-ммнералогнчеиких

наук, профессор И.В.Еремин

кандидат геолого-ыинералогических наук О,В.Тендер

Ведущая организация - Украинский научно-исследовательский институт природных газов (УкрНШгас

Защита состоится "Ц" О^У&СЧьЛ .1991 г. в часо!

на заседании спецлалмзирозаннохю совета Д063.55.06 по присунде-ниа ученик степеней при Московском ордена Трудового Красного Знамени гзояогораэводочнон институте км. С.Орджоникидзе по адр су: 117073 Москиа, ГСЛ-7, В-845, уя. Миклухо-Маклая, д.23, эуд

С диссертацией можно ознакомиться а библиотеке ЫГРИ им. С.Орджолшгэдзе.

Азтореферат разослан " /<? " /и\11'/и) 19Э| г.

Учений секретарь специализированного соЕета, кандидат геолого-нинералогичссккх ^

наук, дсцент й^ШйхМ^ А.П.Бапалдина

>, I ■ ■ ий

■«ссэрт&ций

I

ОБад ХЛРАКТЁРВДПСА РАБОТЫ

Безопасное ведение горных работ иа действующих л проектируем« предприятиях нового углепромышленного района Донбасса - Юкно-Донбасского геолог д-лроишлонного района ~ требует детального научения горно-реологических условий эксплуатации мссторовдешя, в том числе изучения и прогноза газоносности угленосных отложений и ыетанообильности горных выработок п:ахт. Кроне того, а настоящее время рее большее значение приобретают вопросы комплексного освоения угольных месторождений как гйзоео-угольных, охрани воздушной среды и рационального использования извлекаемого в ходе добычи угля природного газа.

Настоящая работа выполнена как составная часть комплексной программы ГИИ СССР по решении задания 01.03 проблемы 0.50.05 "Оценить ресурсы углеводородных газов угольных бассейнов и месторождений СССР и освоить технологические процессы добычи газа" и научно-производственной темы ПРО "Донбассгеологиа" "Горногеологические условия эксплуатации шахтных полей 50г.ного Донбасса".

Цель и.задачи исследований, Цель работы - иг.у>;м:о ¡и гноа газоносности угленосных отложений и мотаноос.'ияыотег; горных выработок угольных пахт, оценка геологических перспектив комплексного освоения Южно-Донбасского месторождения коксующихся углей как гаэоро-угольного с промышленной дегазацией и использованием углеводородных газов для удовлетворения местных энергетических потребностей. При этом предусматривалось решить следующие задачи:

- исследовать состав природных газоа и газовую зональность угленосных толщ, изучить и дать прогноз газоносности угольных плаегов и вмещавших пород Юянаго Донбасса;

- выявять комплекс геологических факторов, определяющих газоносности угленосных отложений месторождения;

» яроеести анализ горно-геологических и горнотехнических факторов, влияющих на метанообильность горных выработок действующих горнодобывающих предприятий, и дать прогноз метановвдеаений на глубоких горизонтах действующи* и газообильности проектируемых шахт Юкно-Донбаеского геолого-промшленного района;

- оценить ресурсы й возможность использования в народном хозяйстве углеводородных газов угольного мс-сторс«дения.

Научная новизна« В работе проведено детальное нзуадше basoto/i зоныльносги, состава природных газов угленосшк отложений и его изменения на площадь и в разрезе месторождения, г-ышеа-oauo предположение с такч«к в составе приходной геаэвой сг.есп Гаоов изы-этаиор^огенного (глубинного) проясхсзденпл.

С содремвшкпе позиций и требований обоб^шы « кроанагнэи-Зроааиы сведения о газоносности нгакекамениоуголыж yrteu.veaax отшдошй к дик прогноз иатвдсносносзи уго;;ь:!:гс пластов и вмв-керод Юяно-Хоио'ассчого геслого-прок.'-шеклм,о рейо.ча. lia с скосе проведанного еяалкза шершз nocïjjoetaï прогнозное .rigr» (.•етанзпссноган осаозньк. угояыш пластов в иргдедал всего кааго-рздениг..

Ус?&"эглг*!9, яго газоносность углзносгых зтлекш;;;; района саредсллсгоп î,>i3J,"«;-iKiû.r.i геслогкчеакша чслис?;^'.;«« пз

когорк г.1-.ай£зтсп которкко-гесхогическле узлявгя рззгкгпл, текхс-bjwôcxîoo cïpooKic, мет&'Орфнси у;-деР. и лнтолса'йчс-скпП соо~аз ^Tiianvo^rsK^Jx пород. Нодазаио, та о снавдте,"1>:;оз юк,® из рте-

прарод:.'"^ гаоаг оказт-шааг также ;';збя;гд еалегеишл илистой, ьсцзсздеггшК состав углей, интрузиыйА магматизм, гео-тгржчзскае a г«ц&сгсо&охтэсш> усйсснк.

Е::ерш:о о&гйцегш 1! проакаллспроБаку дапыо с нехапооС&дь-ностп дайсгЕуюцкх ¡тельных шзхт за весь сериод зкгадуатацик мьотсрсгдоыя, r.cr.asaia ааздсьяовть ыетаиоьздв&еш!?. в горше гарабо-кп ог раздачних геологических к горнотехнических факторов. Дau нрогнеэ газообнлыюсгн глубоких горизонтов действующи и метанообкяыюсти лап проегстлруекпг иахт геоного-лрскыаяегшого района.

Шервые проведена оценка ресурсов углеводородных газов угленосных отложений Ккного Донбасса. Показана необходимость освоения Шно-Донбасского угольного месторождения как кошяекс-ного газово-угольного с извлечением и использованием углеводородных газов в народном хозяйстве.

Практическая.ценность выполненных исследований состоит в следующем :

- в повышении информативности к достоверности прогноза газоносности угленоскнх отлокений и метанообильности угольных пахт Гадшго Донбасса на основе выявленных закономерностей б распределении природных газов угленосной толди месторождения а комплексного применения методов изучения к прогнозирования газокосности

углей л пород;

- х? использовании результатов исследсшанш! как оснош ¡' пдонального планирования объемов л бидон рабст при проектирования -м проведения разведки, а также нроштештого оябссшл объектов;

- 13 обеспечении действующих горнодсбиеайцих предприятия района пополненной геологической базой, ксаольэуемоП для конкретного проектирования, планирования и иеден.чн работ по борьбе с газопидеиенияап в горные шработки шахт и дегазации углопое-иых отложений;

- в оценке ресурсов углеводородных газов по различный объектам и району в целом с целью уточнения геологических перспектив освоения Шно-Доибасского месторождения углей как комплексного газово-угольного.

Результата исследований воылл в производственные и тематические отчеты ПРО "Донбаостеология" (1983-1990 гг.) по разведке уголышх месторождений и изучению газоносности угдиюих.-*: -.1 • • женпй Юго-Западного и Западного Донбасса; исаользогйгу при «ц-полнении работ по проблемам 0.05.07 и 0,50,05 ГШ Г ГР, г ■ - -лении с участием автора рекомендаций и методичке:; огг ь..;$уга, которые реализуется в геологоразведочных экспедициях ..пои СССР и Мннуглепрома СССР. Прогнозное нар-;и газоносности оснсзтс: угольных пластов масштаба 1:25000 я прогноз нозансобклыюета угольных шахт района используются проектньаии горнодсбывающими организациями 110 "Доиецкуголь" при решении вопросов борьбы с газовыделениями в горные выработки шахт месторождения и планировании искусственной дегазации.

Фактич^стй материал! В основу диссертации положен фактический материал, собранный и обработанный автором в 1963-1590 гг. б процессе проведения тематических исследований НТО "Донбасегео-логия" по проблемам 0.05.07 и 0,50.05 ГКНГ СССР, составления отчетов по результатам разведочных работ на уголь, вшоянсния производственно-тематических работ объединения, а также материалы отчетов геологоразаздочных организаций по поискам и разведке угля, даннив о газовом режиме угольних шахт юго~з£ладнсП части Донбасса,опубликованное статьи и монографии советских и зарубежных авторов, руководящие и инструктивные документ» по изучению газоносности угленосных отложений, При решении поставленных в , диссертации задач испсльзовани около 4 тыс. спр 1я.теьйР. природ-

ноП газоносности угольках Пластов л вме^ащих пород с помочь?) керногаэокаборщшов, результаты Содее 900 испытаний углей п пород испытателе:«: пластов КЙ-бб, сведения по 25 скважинам газа-сого карогака, окодо 10 тас,анализов газа, лабораторпыа ояреде-канк.-: коллекяорспгс своНстя углэиыец;аг;цих пород (свкше 1000 проб) и сорбд!;с!:цсй ытаноеыкости угяйй (51 проба), дашшз а газо-сбилышсти очистных обработок 10 шахт Юго-Западного Донбасса, а также реог/лматы другкс полевых л лабораторных исследован;!;':.

/дрлбщnr.fi ощ, Основные рес-ультаты работы ¡1 оздаглшз с:; псдс?:№Г41 дсизадйааяись и обсуждались ш научно-техническом С э ест о 1Т0 "До::бассгео;;отая" (КОЗ, 1986, 1987, 1988, 1953, 19X0}, гсо,чсго-црокис;:аЕОй секцли Ученого Совета института Укр~ Е&гаэ \Хг.ры:эв, 1932, 1950), «аучно-теишчзоком Совзаа Ышч'ео УССР по нспрссу 'Тоо.тсг;;я горгю-гео логические условия гаэра-б-п.п уго/аыгс меегоровденяК" {Дяеи^пез-ровегг, 1364), Первой Бсссс«.;:;-;': иаучио'-^а^чаской конференции "Нетрадиционные рз-с.'грсь: углоио^ородон к проблемы !к освоении" (Лснииград, 1988), заездаш КГ?»! (Москва, 1§20).

Оепокнис несоленая рабстз колочены в шэсти сцубгиковапаас рябого:, десяти ироннмдсгаегш-тематоческих п геологических отчетах, г дпу;< рекоуевдац!;»: ПГО "Доибассгеатм'кя".

СогдалтЕС рлоеты. ^юсергацил состоит из введения, сеш р.чаз ¡< оаййзчгййк» ебщш сбъськж 128 стр.текста, 32 р5с^1в;оа, 1а таблиц н списка ялтергигурм из 137 наименований.

Ьо введения кэаомедо актуальность работы, цело и задачи исследований, научная новизна к практическая ценность подученных результатов,

Ь первом разделе отображена история изучения природных газон угленосных толщ Южного Донбасса V! основные результаты предшествующих исследований; обосновывается необходимость обобщающей работы по газокосчости угленосных отложений в целом по райоцу, опирающейся на опыт предъщуцих работ и включающей в себя новей-иие данные, полученные на основе применения современных методов исследований.

Во втором разделе оиисаны методические приемы изучения состава природных гаэоа и газовой зональности угленосных отложений, метаноносности углей и вмещающих пород, газосбильности уголънь-х шхт и оценки ресурсов углеводородных газов угольных месторождений, а также специфика их использования при решении

конкретных задач данного исследования применительно к услоыш* йкно-Донбасского района.

В третьем раздело приводятся сб'дие сведения о геологическом строении Южно-Донбасского месторождения коксующихся угдеП: стратиграфии и литологии, магматизме, тектонике, угленосности, гидрогеологических и геотермических условиях; указывается на связь особенностей формирования и геологического строения района с особенностями газоносности угленосных отложений.

В четвертом раздело отобракены особенности состава природных газов и разовой зональности Юкного Донбасса, а татгко приведены данные о природной метаноносности угол:;!«« пластов н угле-вмещающих пород месторождения.

В пятом разделе на основе данных о геологии месторождения и метаноносности углей и пород выявлены основные геологические факторы, определяющие газоносность угленосных отложений района; показана роль отдельных факторов с становлении и развитии природной газоносности месторождения, а также распределении газов угленосных толд в конкретных условиях отдельнгос участков и сахт-ных полей.

В шестом разделе обобщены сведения о ыемнооби;:ьнос^г-'-' -ствуюцих горнодобывающих предприятий, показаны гсог.огнчеси .> -горнотехнические фактор«, определяющие метановыдсли-- я р " ; ■•«:; выработки; дан прогноз газообильности глубоких гс-ри№-;-<■-;■ дой-ствующих и метанообипьноети проекти^емых шахт района,

В седьмом разделе изложены результаты оценки прогнозных ресурсов углеводородных газов, заключенных а угольных пластах и вмещающих породах района; показаны геологические персясктивн комплексного освоения Юяно-Донбассного угольного месторождения как газово-угольнсго с промышленной дегазацией угленосных отложений и использованием извлекаемых газов о местной газоснабжении.

В заключении приведены основные выводы, рекомендации по внедрению результатов работ и направлении дальнейших исследований, а также геологическая, социальная и экономическая эффективное« проведенной работы.

Диссертационная работа выполнена под руководством доктора г.-м.наук, профессора Соловьева Н.Н. и научного консультанта кандидата ггм.наук, доцента Еакалдиной А.П. Аьтор сердечно благодарит научного пуноводителя, научного консультанта и выражает

- б -

свою гдуО'ок.ую признательность профессорам Брпжапеву А. У. <ДШ1),' Пкуцаш! В.П. (БЬКГРИ), кагдидатаи геолсго-ипноралогаческих наук JIcBcniK'eliHy UJI., Лпшину B.II., Лысенко И.Ф., Милелису A.B., До-бротворсвсй 'В.Г. <ПГ0 "Доибассгеология"), /;;;амалосой X.ä. (/кр-ШЛгаз), Карасеву Г.К. (В1ШГН1угойь), Иолигоцг A.C. <КЛМ Ali ¿'ССР), Зк.'.аиову Б.Ii. (ИШОН All СССР), Хрькину В .'Г. (KTBi), es. научнкм сотйудипкан ЕфремовоП А.Г. (ВНИИГДЗ), Дапчаисксму Ю.Г. ' (Jupilölras), а гц;:;г:е геолога;-! ИГО "Донбассгеолопш" Заславскому C.S1«, йоугко.уу Н.З., Хабябуйгину Ii«C,, Авдеевой A.li,, Булавкой Л,!'., ¡¡ашкереко:.;,;- Л.Л., Пнсгуп 2.Г., Еайдаюовой II.Ы., üi;t-дулл;шой U.5. га ouauлинуя помочь, соеоты п критические заыоча-

ЗЩЦАЫ&З 11АУЧШ2 ПОЖШШ

Первое положение. Продуктивные углэаосние ^•.носу .Дяииоссо.пр.гэгпу? почти.ид.пккои н каолслах зспн гетанокш: ггаор, пои^хпость.котогюК пасно.;агает.ся. ц„оспс^но:; .¡¡а ИХбпнз X-7Q-ZCQ t; iriipni-'.ßpnp .еотд'адгеу.с оспотаи-.ем п^кгош'-и.-с газонов ;ос?в уг:;ыи;сньу. oyjjt'.^hiili .raiigt.^. гпупсдоцлш!« .дсуал.состаулячщпу.;; газаия 'собственно уулекос-ьпс толх. воадмашя в ходе. кпгагенетичзоках праобуазоюапп орг;.;:;;-цSchopp ,воие<у U, .урзеня, пршгессшп-Ди; а угленосное о:?ло";е;шя из о'ояее .глубоких .горизонтов» 3 сьяэи с низкой дегазацией угленосных .той; угольные ияасха п углешещающие породи кесгорождения обладают повышенной газоносностью.

В ходе предццуцкх исследования (Яновская Г.Б. и др., 1979) установлено,что состав природных газов никнекарбононых угольных пластов Йшого Донбасса аналогичен составу газов углей среднего карбона юго-западной части Донбасса, п угленосной толще района сохраняется установленная для других районов и бассейнов газовая зональность. Глубина залегания поверхности метановой зоны (ШЗ) определена в пределах 30-£ü& ы ниже поверхности карбона в зависимости от кодносги покровных мезо-кайнозойских отложений. Исследования, проведенные автором настоящей работы, внесли существенные коррективы в ранее существовавшие воззрения по данному вопросу.

В данной работе изучение состава природных газов и газовой зональности проводилось на основе анализов проб газа отобранных различными методами, причем приоритет бия отдан пробам, полученным с помощью испытателя пластов КЙИ-65 (ИЛ К11И-65), Глубина залегания верхней границы метановой зоны в связи с относительно низкой степенью катагенеза угленосных отложений района определялась по следующему комплексу признаков: содержание метана в пробах газа не менее 70-80$; природная метаноносность угольных пластов свыше 2,0-2,5 м^/т с.б.м.; метанообильность лав угольных шахт не менее 2 м^/т с.д.

Для определения метаноносности угольных пластов и пород использованы данные, полученные с помощью керногазоиаборников, Ш1 КИИ-65, газового каротажа, а также значения газоносности, рассчитанные по лабораторным определениям сорбционной метаноем-кости углей. На базе анализа значений газоносности и установленных закономерностей в распределении природных газов автор.-».* построены прогнозные карты метаноносности основных уголиязс пластов района и геолого-газовые разрезы.

Современное положение верхней границы метановой зоны в пределах конкретных участков района определяется их тектоническим строением я зависит прежде всего от того, экранированы ли угленосные отложения крупным (по амплитуде), дизъюнктивом. В противном случае, интенсивность газового выветривания возрастает, а глубина дегазации во многом определяется литологоч$ациальнш составом углевшцающих пород и условиями их залегания. На большей части площади местороздения, где угленосные отложения нарушены и экранированы региональным Криворожско-Павловским сбросом (амплитуда до 1000-1300 м), глубина залегания Ш43 составляет 170-200 м. И только на юго-востоке района в местах выходов угленосных тощ под покровные отложения, где углы падения пластов' достигает локально 60-70°, глубина дегазации угольных пластов, залегающих среди алевролитов и аргиллитов, возрастает до глубины 300-350 и, а по пласту с^, в кровле которого находится мощный проницаемый аллювиальный песчаник с^ 5О4» увеличивается до 440 м,

Природние газы в метановой зоне представлены в основном метаном (содержание от 70 до 9%), тяжелыми угаеаодороцаяи (от следов до 1Ъ-20%) азотом (от 1-5 до 25-30/0 и углекислым газом (в основном от 0 до 1,5-2,07) • Наряду с тч.'и, в состан газсв

входит гелий, водород, редко - сероводород. При общей близости вещественного состава газов углей и пород газы угольных пластов (при равных условиях) содержат большее количество СО^» тяжелых углеводородов (ГУ)» но несколько меньшее количество гелия и водорода.

Яо мере удаления от поверхности метановой зоны до 400-600ы наблюдается интенсивный рост содержания СН^ - от 70 до 90-95%, далее количество метана остается, практически, неизменным, а начиная с глубин 900-1000 м, наблюдается уменьшение его содержания до 70-85$, Содержание и С02 с глубиной постепенно уменьшается.

Природные газы месторождения отличатся высоквы содержанием гелия (в среднем 0,15-0,20, иногда до 3,5-2,0$), что связано с активным влиянием неглубокого залегающего (до 700 и от продуктивной толщи) кристаллического основания. Установлена тенденция к увеличении содержания гелия в направлении от участка ЮжноДонбасского N (в среднем 0,14$) к участку Южно-Донбасскому * 12-1 (0,2??), что связано с меньшей тектонической нарушенностыо и большей ''закрытостью" северной части месторождения, по сравнению с центральной. При увеличении глубины залегания концентрация гелия остается,практически,неизменной.

Водород содержится в единичных пробах в количестве от следов до 0,2-0,3$, реже - до первых процентов. Содержание этого компонента в южной и центральной частях района, характеризующихся сложным тектоническим строением и проявлениями интрузивного магматизма, выше, чем в более просто построенной северной части площади.

Содержание тяжелых углеводородов в пределах конкретных участков возрастает с увеличением глубины залегания угленосных отложений, а по площади района - в северном направлении - направлении увеличения степени метаморфизма углей.

Высокая угленасыщенность отложений Южного Донбасса - достаточно весомый аргумент в пользу мнения о генетической связи основной массы природных г«ов (углеводородных, СО^, N¡2 ) с органикой углей и пород. Однако имеющиеся геолого-геохимические данные позволяют предположить, что в составе природных газои присутствуют коилоненгы (гелий, водород, частично углеводороды), прнрнесеннве к углскосние стложеиия из кристаллического фундамента и более гдуекшшх оси Земли. Данное предположение подтаер-

ждается следующими фактами:

1) в составе природных газов углей и пород установлено очень высокое фоновое содержание гелия - газа, для которого доказано (Якуцени В.П., 196В и др.) его неметаморфогенное (глубинное) происхоядение. По мнению рада авторов (Голд Т., 1985 ; Кропоткин П.Н., 1986 и др.), движение гелия, водорода и ТУ в недрах Земли происходит совместно с метаном (газ - растворитель). В этом случае гелий, в силу его огромной миграционной способности, может рассматриваться в качестве геохимического индикатора разгрузки глубинного газового потока в угленосной толще района;

2) с увеличением глубины залегания происходит утяжеление состава углеводородов вплоть до жидких компонентов, что ыокет бить объяснено выпадением сначала более тяжелых, а затеи все более легких углеводородов из. метанового раствора в ходе его миграции к дневной поверхности в связи о уменьшением растворимости ТУ при снижении давления (Голд Т., 1966):

3) в нижней подугяеносной части осадочного чех.чь месторождения зафиксированы проявления газообразных н кивки" -_'г\ дородов. По отдельным глубоким скважинам раПо'.а нп;:.:пе уг.:;- -дородн обнаружены в зсне контакта выветрелой по-г.ерг'-ости .• • >-рийского кристаллического основания и турнеиски^ - г--нижнего карбона;

4) территория района характеризуется едким из наиболее напряженных геотермических полей, в Юго-Заяадноу, Донбассе (геотермический градиент в основном 3,0-3,5°С/ХСО и :: более), что гложет свидетельствовать о мощном ыаесопереносе (п честности газегюре-носе), происходящем в недрах (Сергиенко С.И., 1966; Доленко Г.Н., 1985).

Угленосные отложения месторождения обладают повышенной га-зонасьщенностью. Угольные пласты относятся преимущественно к среднегазоносньш :: метаноносностью в основном 15-20 м^/т с.б!м., при повышении в отдельных случаях до 22-25 гР/т с.б.м. Более низкая метаноносность углей (до 5-10 м^/т с.О.м.) наблюдается лишь на юго-востоке района вблизи мест выходоз пластов под покровные отложения.

Углевмещасщие породы района обладают прьшуць-стзекно низкой метаноносностью - в основном не более 0,5-1,0 м3/т, ['овишенкей газоносностью (до 3-6 и^/т) отличаются малшо-днкэ гштьрваяи пород с внеоаим содер1аниеы углистсго воззетт (г:рьпя ГО-15^), «

также породы, обладавшие хороанмл коллекторскнми свойствами, к которым зачастую приурочены скопления свободных углеводородных газов.

Таким образом, угленосные отложения Южно-Донбасского района обладают низкой степенью дегазации и повышенной газонасыщенностью, что необходимо обязательно учитывать в ходе планирования и проектирования геологоразведочных работ и мероприятий по борьбе с газовкделекиямй в горные выработки шахт.

Второе положение. Основными геологическими факторами, определяяцкш газоносность .угленосных отложений Ккно-Донбасского геолого-промьмленного района ^пвшотсяj^hctoj);iко^ геологические условия его.развития,^тектоническое строение, метаморфизм углей_и_л11тологический состав вмещающих,пород. Значительное, влияние, на .распределение природных гаров„района оказали гаюке.. глубина, залдгания.пластов, .вещественный,состав.углей, интрузивный магматизм, геотермические и гидрогеологические_усло-ШЬ.

Влиянию различных геологических факторов на величину газоносности угленосных отложений угольных бассейнов и месторождений посвящены работы большой группы советских исследователей: Айруни А.Т., Багринцевой K.M., Бакалдиной А.П., Белоконя В,Г., Брижанева A.M., Вояьповой Л.С., Войтова Г.И., Гнипп Л.В., Голу-бева A.A., Джамаловой Х.8., Дмитриева A.M., Ермакова В.И., Ерме-кова М.А,, Задари Г.З., Зильберштейна М.И., Эиыакова Б.М., Кравцова А.И., Косенко Б.М., Левенштейна М.1., Лидина Г.Д., Лысенко Й.З., Цурича А.Т., Пегросяна А.З., Сергеева И.В., Токаревой Э.Г., Фридмана А.И., Шершукова В.В., Эгашгера И.Л., Яновской Г.Б. и др. В одной из первых опубликованных работ, затрагивающих вопросы газоносности угленосных отложений Ккного Донбасса (Яновская Г.Б., Лысенко И.Ф., Токарева Э.Г., Титова Г.В.,1973), в качестве основных факторов, определяющих газоносность угленосных толщ района, вьделены: наличие покровных мезо-кайнозойских отложений, глубина залегания пластов и метаморфизм углей. Влияние других факторов на ыеганоносность углей и пород не рассматривалось.

В ходе изучения природных факторов газоносности угленосных толщ привлечена сведения о геологическом строении месторождения, обобщены и проанализированы данные разведочных и лабораторных методов изучения газоносности и коллскторских свойств углей и корд нд рг«хигчн!1х но геологическим условиям участках района.

Особенности формирования Шно-Донбасского месторождения коксующихся углей в субплатформенных условиях на окраине Донбасса и его геологического строения (преобладание конседиментацион-ной сбросовой тектоники, малая мощность и дислоцированность осадочного чехла, специфический вещественный состав и метаморфизм углей, наличие интрузивных комплексов и напряженного геотермического поля и т.д.) обусловили специфику образования и развития газоносности угленосных толщ района^

Историко-геологические условия развития района предопределили общие закономерности генерации и распределения природных газов угленосных отложений месторождения на протяжении всей его геологической истории - от момента накопления угленосных отложений и начала процессов углефикации до настоящего времени. Высокая угленасыщенность нижнекакснноугольных отложений способствовала генерации значительных объемов углеводородных газов в ходе катагенеза пород (метаморфизм углей) и формированию первичной газовой зональности на доинверсионном этапе развития месторождения. В то же время отсутствие в геологическом разрезе района мощных толщ позднего палеозоя и раннего мезозоя, а также залегание меловых, а местами и кайнозойских отложений непосредственно на размытой поверхности нижнего карбона свидетельствуют о большой длительности эрозионных циклов и дегазации угленосных отложений, что при дефиците факторов, замедляющих дегазационные процессы и способствующих восстановлению утраченных объемов природных газоэ (за счет метаморфизма либо привноса извне), в условиях малой (от первых сотен до 1000-1500 м) мощности угленосных толщ могло привести к полной их деметанизации. Однако конседиментационное формирование системы нарушений регионального Криворожско-Павловского сброса способствовало экранированию угленосных отложений и существенному замедлению дегазационных процессов. Последовавшее вслед за этим перекрытие угленосных отложений в ыезо-кайнозойское время толщей мела, палеогена и неогена, происходившее на фоне активизации тектонических движений и процессов метаморфизма, привело к сохранению, а возможно (в ряде случаев), и регенерации зоны метановых газов в угленосной толще района»

Основным типом метаморфизма углей Еккого Донбасса является региональный метаморфизм, проявляющийся в условиях в целом повышенного неоднородного геотермического поля, кя который в отдеяь»

ных зонах накладывается действие термального (локально-и кон-тактово-термального) метаморфизма. Метаморфическое преобразование углистого вещества обусловило не только генерацию значительной части углеводородных газов угленосных чащ района, но и особенности сорбционных свойств углей. При атом значительная дифферен-, циация геотермического поля (палеогеотермического и современного) предопределила разнообразие сорбционных свойств углей как по площади, так и в разрезе угленосных отложений месторождения, обусловив повышенную метаноемкость, а в ряде случаев аномальные проявления сорбции и высокую газоотдачу углей.

Широкое развитие конседиментационной сбросовой тектоники способствовало в Целом низкой дегазации и повышенной газонасыщенности угленосных отложений района. IIa площади отдельных участков и шахтных полей дизъюнктивные и пликативные нарушения обусловили перераспределение углеводородных газов, а в ряде случаев и концентрацию их в виде скоплений свободных углеводородных газов в ядрах отдельных куполовидных поднятий (Лаврентьевская брахиантиклиналь и др.).

Вмещающие породы *:естороясдения в зависимости от их литолого-фациального состава и тектонических условий залегания играют различную роль в распределении природных газов. Преобладание (до 72%) в геологическом разрезе района низкопроницаемых алевролитов и аргиллитов способствовало в целом низкой дегазации угленосных отложений. В местах-выходов угольных пластов под покровные отложения, при отсутствии их окранирования крупными нарушениями, песчаники, залегающие вблизи угольных пластов, способствуют глубокой (до 330-^40 м) дегазации углей. Напротив, е благоприятных структурных условиях (наличие антиклинальных поднятий, экранирование дизъшктивами) они могут служить хорошими природными резервуарами для скоплений свободных газов.

В Юзшо-Донбасском районе наблюдается закономерный рост ме~ таноносности угольных пластов с увеличением стратиграфической и абсолютной глубины их залегания. Однако характер изменения метаноносности углей с гдубиной на'разных площадях различен и определяется действием других факторов-тектоникой, степенью метаморфизма и т.д.

Как уже огнечалось выиз, геотермические условия оказали существенное вмтние на характер преобразования угольного вещества и ссрбционные сзойства углей. Б та »<« ьремя созрзмснниэ гоотер-Mt4i?.fi.-op иода в га [•сделанной морз кг-'»:е~йя oTrSp-Mwüiiß:» об;:»й

картины распределения природных газов угленосных отложений ЮжноДонбасского района. На карте геотермических градиентов месторождения площади глубокой дегазации угленосных отложений в юго-восточной его части отмечены низким (до 2,5-3,0°С/100 м) температурным градиентом. По мере увеличения газоносности угленосных отложений в связи с ростом степени их катагенеза в северном -северо-западном направлении происходит усиление напряженности геотермического поля до 3,5-4,4°С/100 м.

Влияние поздкегерцинского интрузивного магматизма, развитого в юго-восточной части района, носит сложный характер и прояв- • ляется прежде всего в изменении состава природной газовой смеси (увеличении содержания водорода до 3-11%) вблизи интрузий; повышении общей газоносности углей (до 20-24,5 м^/т с.б.м.) под действием контактово-термального метаморфизма в связи с изменением внутренней структуры и сорбционной способности углей. Меж* пластовые интрузии могут также служить экранами на пути природных газов и способствовать образованию малых залежей свободного газа.

Повышенная газоносность и газоотдача относительно ниэкомета-морфизованных углей района, в ряду прочих условий, объясняется повышенным содержанием в них микрокомпонентов группы фюзинита ' (до 18-ЗОЙ и малой восстановленностыо углей (в основном тип "а" и "б"). Увеличение содержания минеральных примесей в углях приводит к снижению их сорбционных свойств и,соответственно, к уменьшению их природной ыеганоносности.

Господство, начиная с глубины 250-450 м, в нижнекаменноугольном водоносном комплексе режима затрудненного водообмена и застойных вод с преобладанием высокоминераяизованных вод,преимущественно хлоридно-натриевсго состава,оказало благоприятное воздействие на сохранность зоны метановых газов в угленосной толще района.

Остальные геологические факторы (угленосность разреза(Покровные отложения и др.) не оказывают существенного влияния на современное распределение природных газов угленосных отложений месторождения, действие их, как правило, затушевывается 'влиянием других факторов.

Выявленные закономерности в распределении углэтюдородньк газов угленосных толщ Ккного Донбасса могу: бь'тъ исполмотки пни изучении и прогнозе метаноносности уга?Я и пород, я ганп" учтм.к при прогнозе иетанообильности у гошме пакт.

Третье положение. Метанообильность угольных шахт Южного Донбасса определяется специфическим комплексу горногеологических и горнотехнических факторов. Среди горлогических факторов, контролирующих газоввделения в горные выработки шахт, необходимо ^щел ить^гщч5 заде га щ _угсльншс _пла стов; положение горных выработок в различных, структурно-тектонических.зонах,

угленосной толще.сближенных угольных пластов; дмтологический.сорта в_У.]1оллектд^кие свойства пород. Из -горнотехнических факторов, влияющих .на метанообильность горных выработок, следует .отметить: неравномерную добычу угля»,изменение зольности добиваемой горной массы; взаимную над-и подработку пластов; неравномерную, искусственную дегазацию,

Детальный анализ газообильности горных выработок действующих шахт района за весь период эксплуатации месторождения выполнен автором впервые. При этой использованы среднемесячные и среднегодовые значения абсолютной и относительной метанообильности лав шахт "Юкно-Донбасская" № I и "Хкно-Донбасская" № 3, а также данные о добыче угля, геологическом строении и газоносности угленосных отложений.шахтных полей.

В работе показано, что действующие шахты Ккного Донбасса сверхкатегорны по метану: относительная метанообильность очистных выработок шх.'Юкно-Донбасская" £ I а пределах современных глубин отработки составляет в основном Б-15 »г/т с.д. (при локальном увеличении до 20-26 м^/т с.д.). Метанообильность лав шх.и1кно-Донбассиая" № 3 выше и достигает 30-40 ы^/т с.д. Действие геологических и горнотехнических факторов, определяющих гаэообильность горных выработок, тесно переплетается, что существенно осложняет характеристику газового режима шахт.

Наиболее явно по всем шахтонластам проявляется рост метано-обильности лав с увеличением глубины залегания (и соответственно отработки) угольных пластов, что непосредственно связано с повышением иетансносности углей при погружении их от поверхности метановой зоны. В то же время наблюдаются существенные различия в абсолютном и относительном ыетановыделениях по лавам, расположен нем в различных структурно-тектонических условиях. Повышенные газоиццейшия (до 10-25 м3/т с.д.) по ряду лав пл. с^д шх."Вж.но-Д>'нбайскаа" У I отмечены в северо-западном крыле Васильевского куиом, поднятом крще Северо-Восточной флексур;,!, п такке зонах 1: 5ИПВЯ »П'ЛЮПКППИТуЦНОЙ дизгшктивней нлрушенности.

Bníi.a'rio диалогического состава углевмещающпх перед, в частности песчагикон, на гаэообилыюстъ выработок наиболее ярко про-яшшстзя при ведении горных р.ч'юг на поле их. "Якко-Донбасская" ;.'3. Максимальная кзганообильиость лаз (.по S0-40 м3/т с.д.) наблюдается пдссь при отро^отке пласта c.ga, о кровле которого залегает ыог^:ы2 (до 20 м) ирск'зрешй песчаник Cg^S С,.. В ходо дегазации этого песчаника и отдельные годы извлекалось дс 7 млн.н^ Í,'этапа.

Наличие а угленосной толще га;якак полой сбладапых (до 1025 м) пластов, при Ei;3:.:¡re угля по ;::;астам, практически, m одних и те;с ¡so или;;адлх, oj-.aoirsaeí ci'powKoe в;;;шаю на характоу raso- • вь'лелсипй п лави. Нисходящая снста.'а отработки способствует предварительной честачной догазс.цпп yivai до сто ¡я'^мкл, г. сгясп с . чзы при отработке зкье.шачзго ид, от-! i:a "л>г.ао-^;о!;иас:кан"

I (з&шд&яись нап^олез зксогсю значения иек&овц&од&пЛ (до 2026 b.á/T с.д,), а гзрикв гкрабешеи п;:, v.ríesi паибеглв »иску» «зтыюзбишгооть (до 10-lD и"/« о.д,). В то кз арэмя гааообяль-аость ::ав пл. с~Р) «тао, ч&и i«. с,-,,, оа счит педрзбогки и гред-тор1Т«лы:оЛ д^гге-ад';;: ого "орши рбото:« пл. с-^.

£;л'.чите»>ио осложняет1 íuisio хпрлг.гзристлду газецзго рагдша c:¡xs краЛие ьгрэшсыеркоя добыча угля. Еипойле«:и:Г. шши:э пока-сивавт, что и?тгк> д&шого фактора зачастую, практически, иол-Hcci'bj гарзде&вег колебашк рассчитываемых значений относительной метанооб;:лы¡ости стд&1ш& зав. В последнее время суг.сстисн-исе влияние па значения г.:етапооб;:льнссти стада оказывать постоянно возрастащая зольность добываемой горноИ массы, что вызвало необходимость прамеЕйнля при расчете относительной метанообиль-ности выемочных участков специального коэффициента, учитывающего влияние данного фактора.

Значительное влияние на колебания метанообильности оказывает неравномерная (По площади и по времени) искусственная дегазация, проводимая из подземных выработок. Извлечение шахтами района с помощью искусственной дегазации огромных (в пересчете на чистый метан - до 7-8 млн.м^) объемов газовой смеси с повышенным содержанием метана позволяет рассматривать шахтную дегазацию не только как средство борьбы с гаэовыдвлениями в горные выработки, но и как один из методов попутной добычи ценного энергетического сыры

Исходя из общей гэзо-геологической обстановки на ряэводуемнх и резервных участках района и опыта отработки углей вахтами LVho-го Донбасса, можно утверждать,что будущие опхти местсрсчдснля будут сверхкатегорнн, а гааооСплыпсть болыданстет из va к садня-

ется подобной метанообилыюсти шх'."Хкно-Донбасская" № 3 (до 2040 цЗ/г с.д. и более). Иетанообильность лав шахты на площади участка Ккнэ-Донбасского № 5 будет близка к метанообильиости выработок ых«"Шно-Донбасская" В 3 (до 10-30 м°/т с.д.).

С продвижением горных работ на шх."Южно-Донбасская" 1Я на более глубокие'горизонты относительная газообильность очистных выработок увеличится и достигнет в основном 20-25 м^/т с.д. (местами до 30 м^/т с.д.). Отработка угольных пластов в центральной и северо-западной частях поля шх."Ккно-Донбаеская" № 3 будет характеризоваться повышенными ыетановьщелениями - до 35-40 м^/т с.д, и более и потребует обязательного проведения дегазационных работ. При отработке глубоких горизонтов шх."Южно-Донбасская" I и ведении горных работ на других шахтах района, возможно проявление -суфлярнкх вццелений газа.

Четвертое положение, Значительные ресурсы углеводородных,.газов, содержащиеся в недрах района, позволяют '. рассматривать Юкно-Донбасское месторождение коксующихся .углей как .комплексное газ.ово ¿¿го лъно_е^_ Углеводородные газы, извлекаемые в ходе эксплуатации месторождения, могут н должны быть использованы в народном хозяйстве в соответствии с принципами комплексного освоения недр,

Оценка ресурсов углеводородных газов угленосных отложений Шного Донбасса выполнена автором впервые. Подсчет объемов газа производился по всем природным геологическим объектам: в рабочих угольных пластах, нерабочих пластах и пропластках, а также в уг-левмещающих породах (рассеянные и свободные газы), в соответствии с требованиями "Методического руководства по оценке ресурсов углеводородных газов угольных месторождений как попутного полезного ископаемого" (М.,1988).

По оценке автора, в целом по району ресурсы метана составляют 183 млрд.м^, в том числе в рабочих угольных пластах -46,1 млрд.м^, в нерабочих пластах и пропластках - 37,5 млрд.м^, рассеянные и водорастворенные в породах - В5,2 млрд.м^, в свободных скоплениях - 14,2 млрдлР. Хотя ресурсы углеводородных газов угленосных отложений района весьма значительны и соответствуют по объемам крупному газовоцу месторождению, далеко не все они могут быть извлечены и утилизированы. Учитывая опыт действующих горнодобывающих предприятий исследуемого и шахт-аналогов соседних районов, можно предположить, что при отработке промышленных запасов угля района (13&3,В млн,г) будет попутно извлечено не менее

40 млрд.м^ метана, из них системой дегазации - примерно зО&,шш 12 клрд.м^, Использование отого газа для удовлетворения местных энергетических потребностей позволит сэкономить свш'э 16 млн.т высококачественных коксующихся угла;!, а экономия в денежном выражении составит по менее 500-550 млд.руб.

Особи}'; инасрес продетаьляют скопления (малые залскн) свободных углеводородных газов, заключенные в ловушках различных типов. Гаэозэдепепия из них по иптсисивкости п об&сиаы олшдзэтел весьма значительными будут представлять наибольшую опасность длл горнодобывающих предприятий. В связи с этим необходимо проведение . специализированных разведс»41лк рсОог для окенгурлваппя и оценки этих скопленп;! на псрспсдтпш'.кх плСцГ.дл^ района (поло шх."Юяю-Доибасская" I» 3, участки Шио-Допйасеказ 4, 12-1,Аидрое-зский Шпьы н до.) с последу.:щ»ш кредгар.хтсль.чыи чзвлечсш:сы и утилизацией мотана до начала вздеты гсо:.ых работ. Газы сссбоднк;: скоплений шгут язлягъся сгкосгои-гзлиш по:;оспи:,! нскопаег-.им, лзБ.чекаемыы вне агапмоувяин с отработиоГ: угольных участков.Эти гази могу'х1 • бить исаооьзое&ии для це;.ай костного газосиабшзпи, что значительно увеличит иышзукаоанпуп потенциально исполь-

зуемых газон.

Псяунш появакид асвоиаенш в газах свободных сксплзний мо-яот являться и гелиН, содержание которого в состало природной газовой снеси района и 3-5 раз иресьааег ко:!дш;ло!ЦшО значения.

3 А К Л Ю Ч И ПИ К

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

I. Продуктивные угленосные отложения Шного Донбасса залегают почти целиком в пределах зоны метановых газов,поверхность которой располагается в основном на глубине 170-200 м и примерно совпадает с основанием покровных отложений.Природная газоносность угленосных отложений района представлена двумя составляющими¡газами собственно угленосных толщ (основная часть углеводородных, СО2, М3 ), возникшими в ходе катагенеза органического вещества,и газами (Не, частично углеводородные), привнесенными в угленосные отложения из более глубинных зон Земли.

В связи с низкой степенью природной дегазации угленосных толщ района они обладают повышенной газснпскщенностья. Метано-носность угольных пластов составляет в осноеном 15-20 м^/т с.б.м., при повышении в;отдельних случаях до 22-"" с.б.?', >щее

низкая газоносность углей (до 5-Ю м^/т с.б.м.) наблюдается лишь на юго-нос:ске района вблизи мост выходов уголыпос пластов под покроши« отлолсчшя. Углеваещавдие породи преимущественно низко газоносны - в основном не более 0,5-150 м^/т. Повышенной газоносностью (до 3-6 м^/т) обладают интервалы пород, обогащенных органикой, а гакзе породы-коллектора, к которым зачастую приурочены скопления свободных углеводородных газов.

2. Особенности формирования и геологического строения Южю-Донбасского месторождения углей в субплатформеннък условиях на окраине бассейна предопределили специфику образования и развития природной газоносности угленосных толщ на протяжении всей его геологической истории - от момента накопления нижнекамеиноуголь-1шх отдо.;ений до настоящего времени. Основными геологическими факторами, определяющими газоносность угленосных отложений района, являются: ксгорино-геологические условия развития,тектоническое строение, метаморфизм углей и литслогический состав углевме-щающих.пород. Значительное влияние на распределение природных газов района оказали также глубина залегания пластов, вещественный состав углей, интрузивный магматизм, геотермические и гидрогеологические условия.

3. Метанообильность угольных шахт К&но-Данбасского района определяется специфическим комплексом геологических и горнотехнических факторов. Проектируемые шахты месторождения будут сверх-категорны, а ыетанообильность большинства из них ожидается подобной гаэообильности шх."Вчио-Донбасская" £3 (до 20-40 %?/ч с.д. и более).Метанообильность лав шахты на площади участка Южно-Дон-бассксго № 5 будет близка к ыетанообильности выработок шх."Юкно-Донбасская" Ш {до Ю-ЗО м^,/т с.д.). При ведении горных работ на шахтах'района возможно проявление суфлярных выделений газа.

4. Значительные ресурсы углеводородных газов (183 мярд.м®), содержащиеся в ггедрах района, позволяют рассматривать Йжно-Дсн-басское месторождение коксующихся углей как комплексное газово-угольное. Особый интерес представляют микрозалежи свободных га-аов,газоеьделекйя Из которых в выработки ¡пахт ожидаются весьма аначительньш,что потребует детального изучения и самостоятельной оперсн&ющей дегазации их до начала ведения гор»а работ.

/¡спутным полезным ископаемым в газах свободных скоплений мо-кет являться и гелий, содержание которого в составе природной газовой смеси района в 3-5 роз превышает кондиционные амьчелия.

В ходе дальнейшие рсбот необходимо продолжить исследования

генезиса, состава и форм содержания природных газов, слияния петрографических особенностей углей месторо:кдекия на их кетаио-посность, роли интрузивного мап.:атизь;а «з распределении природных ■ газов, а таете изучение газоносности ннжнекарбоновых отделений на глубокие (до 1500-1600 м) горизонтах района.

Геологическая о^ектишость проведенных работ заключается в поктлиеппк ин&орматлвнссти и достоверности прогноза газоносности угленосных отложений и кетанообллиюсти угольных вахт йкнзго Донбасса. Социальная эффективность от использования результатов исследований состоит в обеспечении белее прсизаодих-елыЕвс и безопасных условий труда при добыче угля, улучшзняи кулыурно-быго-вых условии пшзки .твдей и сохранении оирукакцгЛ среди.

Результаты исследований внедряются в практику гсогсгоразсс-дочннх 'работ экспедиций ЕГО "Дсабассгеозогия" («хидаешй экономический а$$екг сосздшг 70,2 тпо.руб.), а такле используатся в проектнн:: и угдедобЕьаацая предаркнгггях ПО "Допецкуголь4 ды: конкретного планирования рг.Сот по борьба с гааок/делепияш; в горные шробопш дейсх-вую'дих и проектируем: пах г района.

Осисзшле положения диссертации олуОллхсваны в следующих работах:

1. Пыявлеиг.е зей поЕьненпой газоноскости и газодинамической активности горного .массива. - Уголь Украины, 1935, I,- 12, с.31-32. (соавтор) Голубей A.A.).

2. Методическое руководство по оцегпсе ресурсов углеводородных газов угольных месторождений как попутного полезного ископаемого (коллектив авторов). М., Недра, 1988.107 с.

3. Газовая зональность угленосных отложений Южного Донбасса - Сов.геология, 1988, !? 10, с.27-30.

4. О метаносбильности шахт Ккного Донбасса. -Уголь Украины, 1989, № 5, с.39-40.

5. Оценка ресурсов и возможность использования углеводородных газов угленосных отложений Южно-Донбасского геолого-промыи-лешюго района. - Материалы Первой Всесоюзной научно-технической конференции "Нетрадиционные ресурсы углеводородов и npcC-ieiw s'-x освоения". Л.,Недра, 1990 (в печати).

6. Газоносность угольных пластов и метаиообилышеть вахт Ют.но-Донбасского геолого-промышленного района» -Разведка и охря-нп недр, 1990 (соавтор Левенштейн М.Л., в печати).