Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Морфология, вещественный состав и генезис угольного пласта k2 Миллеровской Западной площади

ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Морфология, вещественный состав и генезис угольного пласта k2 Миллеровской Западной площади"

IJ

I

lilt

00461021у

На правах рукописи

Фролов Владимир Николаевич

МОРФОЛОГИЯ, ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ И ГЕНЕЗИС УГОЛЬНОГО ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ

Специальность: 25.00.11 — геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

1 4 GKT 2010

Ростов-на-Дону - 2010

Работа выполнена в Южном Федеральном университете на кафедре минералогии и петрографии геолого-географического факультета

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Бойко Николай Иванович (геолого-географический факультет ЮФУ, г. Ростов-на-Дону)

доктор геолого-минералогических наук Журбицкий Борис Иванович (ФГУП ВНИГРИуголь, г. Ростов-на-Дону)

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат геолого-минералогических наук Наставкин Алексей Валерьевич (ЮФУ, г. Ростов-на-Дону)

ОАО «Южгеология» (г. Ростов-на-Дону)

Защита состоится 23 сентября 2010 года в 13°° на заседании диссертационного совета Д 212.208.15 при Южном Федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд. 201.

Факс: (863) 222-57-01. E-mail: dek_geo@sfedu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в ЗНБ Южного Федерального университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан « Г9 » августа 2010 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим присылать по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, к.110, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.15.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук, доцент

В.Г. Рылов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с наблюдаемым снижением разведанных запасов нефти и газа в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах и существующей зависимостью региона от поставок энергоносителей из Поволжья и Сибири имеется необходимость в подготовке к промышленному освоению новых угольных объектов.

Подавляющая часть (99%) запасов и ресурсов угля региона сосредоточена в Восточном Донбассе (Ростовская область). Из учтенных здесь Государственным балансом почти 14 млрд. т запасов, около 1,3 млрд. т приходится на угли Миллеровского угленосного района. Промышленный интерес представляет наиболее изученная часть района - Миллеровская Западная площадь, где бурые и длиннопламенные угли залегают на небольших глубинах в простых горно-геологических условиях. В связи с перспективами вовлечения углей Миллеровской Западной площади в хозяйственную деятельность, актуальной задачей является установление закономерностей строения и вещественного состава основного рабочего угольного пласта к2. Накопленный к настоящему времени фактический материал проведенных на площади поисковых и оценочных работ позволяет подойти к решению этой задачи с генетических позиций путем установления условий формирования угольного пласта.

Цель работы - реконструкция условий формирования угольного пласта к2 как основа для прогноза качества углей и определения перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Задачи исследований:

1. Детальное изучение строения и вещественного состава угольного пласта к2 и его структурных единиц;

2. Литолого-фациальная характеристика углевмещающих среднекаменноугольных отложений;

3. Палеогеографические реконструкции для регрессивной и трансгрессивной части осадочного цикла к2;

4. Построение прогнозно-генетической модели, отражающей последовательность и характерные особенности формирования древнего торфяника, соответствующего современному угольному пласту к2;

5. Изучение возможных связей между строением угольного пласта и тектонической структурой площади;

6. Определение на основе выполненных генетических построений перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Фактический материал и методика исследований. Исходный фактический материал для диссертационной работы собран автором в ходе полевых работ, проведенных в 2004-2008 гг. отделом геологии, нефтегазовых и водных ресурсов Южного научного центра РАН. Часть натурных исследований выполнена в ходе оценочных работ на уголь, проводившихся

ОАО «Южгеология» в 2005-2008 гг. Автором проведена документация керна 9 скважин, петрографическое описание 58 шлифов. Собрана и проанализирована геологическая документация 143 скважин, результаты 146 петрографических определений мацерального состава углей, 799 определений зольности, 638 определений содержания серы, 82 определений химического состава золы, 77 определений разновидностей серы, 773 результата полуколичественного спектрального анализа углей и углевмещающих пород. Выполнено дешифрирование материалов дистанционного зондирования Земли (спутниковая система Landsat-7). При непосредственном участии автора в зонах выделенных линеаментов (в понимании H.H. Погребнова) проведены газогеохимические исследования по профилям общей протяженностью более 5 км.

Для решения поставленных задач использованы методы, изложенные в работах Ю.А. Жемчужникова, Г.Ф. Крашенинникова, А.И. Егорова, Т.А. Ягубянца, П.П. Тимофеева, В.Н. Волкова, Л.Я. Кизильштейна, В.П. Алексеева, Я.Ю. Юдовича и др. Широко применялись методы математической статистики, геостатистики и ГИС-технологии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены характерные особенности морфологии и вещественного состава угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади;

2. Дана детальная литолого-фациальная характеристика углевмещающих среднекаменноугольных отложений;

3. Впервые на представительном материале выполнены палеогеографические построения для регрессивной и трансгрессивной частей осадочного цикла к2 на Миллеровской Западной площади;

4. Предложена прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта кг, отражающая ход и особенности торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Установлены основные элементы палеорельефа, оказавшие определяющее влияние на морфологию и вещественный состав полезного ископаемого.

5. Впервые для исследуемой площади показана приуроченность зоны усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к2 к конседиментационному прогибу.

Практическая значимость. Предложенная прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 позволила существенно уточнить особенности строения и вещественного состава полезного ископаемого. Вместе с этим на участках с редкой сетью скважин и между разведочными профилями стало возможным дать прогноз качества углей и наметить перспективные участки для постановки геологоразведочных работ.

Основные защищаемые положения:

1. Строение и мощность угольного пласта к2 на Миллеровской Западной площади определяются взаиморасположением в разрезе и на

площади угольных пачек кг"'1, к2н"2 и к2", а также положением зон их размыва.

2. Разработана прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади, включающая три этапа: I - формирование рельефа подстилающей поверхности в ходе регрессии, II - накопление торфяных слоев, соответствующих угольным пачкам k2H_1, k2H"2 и k2°, III - формирование окончательного облика угольного пласта.

3. Зона усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к2 приурочена к конседиментационному прогибу, границы которого устанавливаются по комплексу геологических и дистанционных данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XI и XII Всероссийском угольном совещании (Ростов-на-Дону, 2005, 2010 г.), Всероссийской конференции «Осадочные породы, полезные ископаемые и почвы, процессы гипергенеза» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), Всероссийском научно-техническом семинаре «Современные направления многоцелевого использования углей и вмещающих пород» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), IX Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2008 г.), V Всероссийском литологическом совещании «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли» (Екатеринбург, 2008 г.), I международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (Санкт-Петербург, 2009 г.), международном научно-практическом семинаре «Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса» (Новочеркасск, 2009 г.).

Публикации. Научные результаты диссертации отражены в 14 печатных работах, в том числе 2 - в рекомендованных ВАК по профилю специальности -«Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки», «Исследования Земли из космоса». Отдельные научные результаты диссертации изложены в 3 научно-исследовательских отчетах. Отчеты хранятся в фондах Южного научного центра РАН.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации -154 печатные страницы, 49 рисунков и 10 таблиц. Список литературы содержит 124 наименования.

В первой главе кратко изложены современное состояние геологической изученности Миллеровской Западной площади и дан обзор существующих представлений о факторах, определяющих морфологию и вещественный состав угольных пластов.

Во второй главе представлены краткие сведения о геологическом строении рассмотренной площади.

В третьей главе приведены результаты изучения особенностей морфологии и вещественного состава угольного пласта к2.

В четвертой главе изложены результаты выполненных литолого-фациальных построений, предложена прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади, а также изучена связь между его строением и тектонической структурой района.

В пятой главе на основе произведенных генетических построений дан прогноз качества углей и намечены перспективные участки для постановки геологоразведочных работ.

Благодарности. Особую признательность за выбор научного направления и неоценимую поддержку автор выражает рано ушедшему из

жизни д.г.-м.н., профессору H.H. Погребнову Большое содействие в

проведении полевых работ, сборе и анализе фактического материала, а также выборе методик автору оказали ученые Южного научного центра РАН -к.г.-м.н. Д.Б. Давыденко, В.В. Трощенко и A.B. Клещенков. Автор глубоко признателен директору ФГУП ВНИГРИуголь к.г.-м.н. М.И. Логвинову и ведущим специалистам института: д.г.-м.н. B.C. Быкадорову, д.г.-м.н., профессору Г.К. Хрусталевой, к.г.-м.н. JI.B. Гипич, к.г.-м.н. В.А. Косинскому, а также В.Н. Микеровой за внимание к работе и поддержку. Автор благодарен коллективу Несветайской геологоразведочной экспедиции ОАО «Южгеология» и лично главному геологу В.А. Хорошавину. Огромную помощь автору вниманием, ценными советами и конструктивными замечаниями оказал д.г.-м.н., профессор А.Э. Хардиков. Приятным долгом автора является выражение глубокой признательности своей семье - родителям, супруге и сестре - за терпение и неоценимую помощь, оказанную во время работы над диссертацией.

Особую благодарность за внимание к работе, полезные советы, конструктивную критику и огромную поддержку автор выражает своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору Николаю Ивановичу Бойко.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение. Строение и мощность угольного пласта к2 на Миллеровской Западной площади определяются взаиморасположением в разрезе и на площади угольных пачек кг"'1, к2н"2 и к2в, а также положением зон их размыва.

Для угольного пласта к2, имеющего широкое развитие в Донецком бассейне, характерно сложное строение: в складчатом Донбассе он преимущественно состоит из двух пачек - нижней k2H и верхней к2в (Носова и др., 1984), которые в свою очередь сложены структурными единицами более низкого ранга. На большей части Восточного Донбасса нижняя и верхняя пачки

разделены большим междупластьем и рассматриваются в качестве самостоятельных пластов. При этом пласт к2н имеет преимущественно рабочую мощность и разрабатывается, а к2в промышленных скоплений не образует. Слитное строение пласта к2 установлено в Миллеровском угленосном районе и на прилегающих Богдановских участках в республике Украина, где его мощность достигает 3 м.

Угольный пласт к2 на Миллеровской Западной площади имеет повсеместное развитие в интервале известняков К2 и К3 за исключением отдельных участков, где его место в разрезе занимают песчаники (скважины №№15660, 15740). Глубина залегания угольного пласта изменяется от менее чем 200 м от современной дневной поверхности на севере площади до 700 м на юге.

В почве пласта обычно отмечаются алевролиты, песчаники, реже аргиллиты. Отложения имеют неслоистую нарушенную текстуру, называемую в практике донбасских геологоразведочных организаций «кучерявой» и несут остатки аппендиксов и стигмарий. Мощность этого слоя варьирует от 0 до 40 см, составляя в большинстве случаев 15-20 см.

По результатам выполненных морфоструктурных построений установлено, что в строении угольного пласта уверенно выделяются три структурные единицы, сопоставляемые с угольными пачками к2""', к2н"2 и к2в, известными для складчатой части Донбасса (Носова и др., 1984).

Корреляция изученных пластопересечений показывает, что залегающая в основании пласта угольная пачка к2н"' имеет ограниченное распространение на изучаемой площади (рис. 1). Она вскрыта скважинами в южной и центральной части территории. Выборка значений мощности пачки является однородной и характеризуется логнормальным распределением. Наибольшие значения параметра (до 1,52 м) отмечаются на юго-западе территории, на север мощность пачки снижается вплоть до полного выклинивания. В южном направлении морфология структурной единицы усложняется, в составе пачки появляются породные прослои, основная масса которых представлена аргиллитами и углистыми аргиллитами, реже алевролитами. В юго-восточной части площади в основании разреза пачки отмечены сапрогумолиты.

Угольная пачка к2н"2 слагает срединную часть залежи и имеет почти повсеместное распространение на изученной площади (рис. 1). Значения ее мощности формируют однородную совокупность с нормальным распределением. По отдельным скважинам угольная пачка частично (скважины №№15713,15692,15710) или полностью (скважины №№15660,15740) размыта. Установлено, что максимальные значения мощности пачки (до 2,6 м) приурочены к югу и северо-западу площади. По большинству пластопересечений пачка к2н"2 состоит из нескольких угольных слоев, разделенных маломощными породными прослоями. Последние сложены преимущественно аргиллитами и углистыми аргиллитами, с подчиненным значением алевролитов и песчаников.

Ц

Рис. 1. Схемы строения и распределение мощностей угольных пачек пласта к2 Миллеровской Западной площади I - строение угольных пачек, II - распределение значений мощностей угольных пачек а - угольная пачка кл"; б - угольная пачка кг"" ; в - угольная пачка кг"'1 1 - скважина, вскрывшая угольную пачку; 2 - основная изопахита пачки, проведенная через 0,5 м; 3 - вспомогательная изопахита пачки, проведенная через 0,1 м; 4 - предполагаемая линия и направление выклинивания угольной пачки; 5 - предполагаемая площадь полного размыва угольного пласта; 6 - граница исследуемой площади; 7 - населенный пункт

Завершает разрез залежи угольная пачка к2в, имеющая ограниченное распространение на площади (см. рис. 1). Выборка значений ее мощности является однородной и характеризуется логнормальным распределением. На Миллеровской Западной площади угольная пачка к2в установлена преимущественно в западной и центральной части. В связи с развитием зон частичного и полного размыва угольного пласта, наблюдаемое площадное распространение пачки является измененным. Можно предположить, что торфяной слой, давший начало этой структурной единице залежи, составлял единый массив. Основной особенностью вещественного состава угольной пачки является постепенная смена гумусовых углей сапрогумолитами в западном направлении. Строение пачки осложнено породными прослоями, среди которых преобладают аргиллиты и углистые аргиллиты, имеют развитие песчаники.

Установлено, что наибольшее развитие в кровле угольного пласта к2 имеют аргиллиты и песчаники, по скважине №15665 над угольным пластом отмечен известняк К3. В ходе корреляции строения угольного пласта по отдельным скважинам отмечено резкое сокращение мощности угольных пачек и пласта в целом. Зоны развития установленных размывов совпадают с площадью распространения в кровле угольного пласта алевролитов и песчаников с волнистой, реже косой слоистостью, содержащих растительные остатки. Формирование этих отложений шло в гидродинамически активных обстановках, что обусловило частичный размыв подстилающих отложений. По скважинам №№15660,15740 на месте угольного пласта в разрезе продуктивной толщи устанавливаются тела песчаников мощностью до 70 м. Зоны частичного и полного размыва угольного пласта имеют широкое развитие в центральной и северо-восточной части и юге площади (рис. 2).

Анализ взаимоотношений угольных пачек в разрезе показывает, что на большей части территории структурные единицы пласта сближены и по отдельным пластопересечениям соприкасаются. Разделяющий угольные пачки к2в и к2" породный прослой имеет мощность до 0,7 м, по превышению последнего значения в южной и восточной частях площади установлена граница расщепления угольного пласта. Расщепление имеет сложный характер. На юго-западе площади наблюдается удаление угольных пачек к2в и к2н в разрезе, разделяющий их породный прослой достигает 13,5 м. Граница расщепления в плане имеет заливообразную форму и ограничивается линией выклинивания угольной пачки к2в. Юго-восточнее отмечено расщепление угольного пласта к2н на слагающие его структурные элементы - к2н_1 и к2н"2. Мощность разделяющей их терригенной толщи достигает 10 м. При этом угольная пачка к2н"2 расслаивается, увеличивает свою мощность за счет появления большого количества породных прослоев и замещается углистыми аргиллитами. На востоке площади по скважинам №№15694, 15693 наблюдается удаление в разрезе угольной пачки к2в от к2"'2. Разделяющая их породная толща имеет мощность около 10 м.

Рис. 2. Схема морфологии угольного пласта к2 Миллеровской Западной

площади

1-6 - мощность угольного пласта, м; 7-8 - предполагаемые линии и направления выклинивания угольных пачек: 7 - кг""1, 8 - к2в; 9-10 - предполагаемые размывы угольного пласта: 9 - полный, 10 - частичный; 11 - расщепление угольного пласта; 12 - граница исследуемой площади; 13 - населенный пункт

Второе защищаемое положение. Разработана прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади, включающая три этапа: I - формирование рельефа подстилающей поверхности в ходе регрессии, II - накопление торфяных слоев, соответствующих угольным пачкам k2H"\ к2я"2 и к2в, III - формирование окончательного облика угольного пласта.

В основе разработанной прогнозно-генетической модели лежат результаты выполненных литолого-фациальных построений и палеогеографических реконструкций для регрессивной и трансгрессивной части осадочного цикла, вмещающего угольный пласт к2, а также выявленные закономерности строения и вещественного состава полезного ископаемого.

Установлено, что мощность регрессивной части цикла заметно изменяется в пределах Миллеровской Западной площади и составляет от 0,1 до

20 м. Начало регрессии на всей территории фиксирует фация глинистых осадков материкового моря (МГ), представленная тонкозернистыми алевролитами и аргиллитами с неясной горизонтальной преимущественно тонкой слоистостью, наличием редких, плохой сохранности растительных остатков и морской фауной. Вверх по разрезу и по площади описанные отложения переходят в фацию песчано-апевритовых осадков зоны волновой ряби (ПВ), песчаных осадков пересыпей, кос и баров (ПП), глинисто-алевритовых и песчаных осадков приморских озер (ПО). Фация ПВ обычно представлена алевролитами и мелкозернистыми песчаниками с волнистой, часто линзовидной слоистостью, мелкими растительными остатками и прибрежными формами фауны. Песчаные осадки пересыпей, кос и баров характеризуются разнообразной слоистостью: крупной косой, клиновидной, мелкой горизонтальной, волнистой и почти полным отсутствием растительных остатков и фауны. В отличие от них отложения фации ПО, включающие в себя разнообразные породы от аргиллитов до мелкозернистых песчаников, имеют преимущественно горизонтальную слоистость, характеризуются обилием растительных остатков и отсутствием фауны. На юго-западе площади регрессивная часть цикла завершается фациями песчаных осадков русла (АР) и песчано-алевритовых осадков поймы (АП). Характерной их особенностью является хорошо выраженная косая однонаправленная или косая мелкая сходящаяся слоистость, грубозернистый состав, обилие растительных остатков разной сохранности и размера при почти полном отсутствии фауны.

Трансгрессивная часть цикла кг, заканчивающаяся отложением известняка К3, выражена в пределах площади в комплексе переходных и морских фаций с общей мощностью от 0 до 20,5 м. Начало трансгрессии фиксируется фациями глинистых осадков лагун и заливов (ПГ) и ПВ, развитыми повсеместно на площади, а также фацией подводных выносов рек (ПР), отмеченной на юго-западе территории и являющейся подводным продолжением существовавшей здесь реки. Отложения этой фации представлены мелко- и среднезернистыми песчаниками с крупной косой разнонаправленной слоистостью, растительными остатками разной сохранности и размера, отсутствием фауны. Вверх по разрезу и по площади к указанным обстановкам добавляется фация ПП, на юго-востоке выше по разрезу устанавливаются морские фации - песчано-алевритовых осадков зоны волнений прибрежной части моря (МВ) и глинистых осадков материкового моря (МГ). Осадки зоны волнений представлены чередованием мелко- и крупнозернистых алевролитов с подчиненным значением мелкозернистого песчаника, слоистость волнистая и линзовидная.

Важной характеристикой осадочного цикла к2 является существенная роль песчаников в его разрезе. Их формирование происходило в генетически и пространственно связанных друг с другом фациальных обстановках, образующих канал переноса терригенного материала псаммитовой размерности: река - подводная дельта - бары - зона морских течений.

Источником сноса являлись приподнятые участки Воронежской антеклизы (Егоров, 1985). На площади установлены отложения двух речных долин северозападного простирания, пересекавших территорию в ее южной и северовосточной частях. Мощность тел песчаников составляет от 30 до 70 м. Генетически связанные с речными, баровые отложения имеют развитие как в регрессивной, так и в трансгрессивной части цикла. Речные долины сохраняли свое пространственное положение в смежных осадочных циклах, сменяясь при трансгрессиях осадками подводной дельты.

I этап - формирование рельефа подстилающей поверхности в ходе регрессии.

Малая мощность регрессивной части цикла на западе и востоке территории и залегание угольного пласта непосредственно на глинистых отложениях материкового моря показывает, что эти участки площади были выведены из зоны морского осадконакопления раньше других (рис. 3).

О 1,5 3 6 км

ЕЗ1 И' В5

Ё==3 « |ЯД 7 [ШЩ8 [МГ> | ф | 11

Рис. 3. Схема обстановок осадконакопления максимума регрессии до формирования торфяника, соответствующего угольному пласту к2

1 - мощность регрессивной части цикла, м; 2-4 - гипсометрические уровни рельефа:

2 - равнина без накопления осадков, 3 - переходный уровень, 4 - речная долина и низменность с накоплением осадков; 5 - угольный пласт к2; 6 - аргиллит; 7 - алевролит; 8 - песчаник; 9 - известняк К2; 10 - фация (расшифровка сокращения приведена в тексте); 11 - населенный пункт

В условиях усиления выноса обломочного материала в обстановке заливно-лагунного побережья в центральных частях площади происходило формирование аккумулятивных форм кос, пересыпей и баров (средний этап

регрессии). Прогрессирующее отступление моря привело к замыканию лагун в полуизолированные приморские озера и развитию речной долины на юго-западе территории. В заключительную стадию регрессии в условиях выположенного рельефа произошло зарастание водоемов, заболачивание на фоне подъема уровня грунтовых вод и формирование мощного торфяника, давшего начало угольному пласту к2.

На основе проведенных литолого-фациальных построений было установлено, что в ходе регрессии моря на Миллеровской Западной площади произошло формирование основных структурных элементов рельефа, существовавших на протяжении всего торфонакопления. Ими являлись речная долина в юго-западной части территории, примыкающая к ней низменность в центральной части и относительно повышенные участки на востоке и западе площади (см. рис. 3).

II этап - накопление торфяных слоев, соответствующих угольным пачкам к2н"\ к2""2 и к2".

Угольные пачки, выделяемые в строении залежи, отвечают основным этапам торфонакопления. Так, после вхождения территории в зону континентального осадконакопления, поднятие уровня грунтовых вод привело к заболачиванию пониженных участков и речной поймы. В этих условиях в центральной и южной частях площади формировался торфяной слой, давший начало угольной пачке к2н"'. Он сокращался по мощности в сторону повышенных участков рельефа, а на юге территории его накопление осложнялось развитием речной поймы и отложением песчаного материала с подчиненным значением алевритов и глин. В современном строении пласта это выражено зоной замещения его аллювиальными отложениями.

С погружением территории, область благоприятная для накопления торфа и сохранения его в ископаемом виде охватила большую часть Миллеровской Западной площади за исключением участков речного русла. Шло формирование слоя, давшего начало угольной пачке к2н"2. В периоды небольших по масштабам ингрессий, проникавших преимущественно в южную и центральную пониженные части площади, формировались маломощные алеврито-глинистые прослои.

Начало трансгрессии сократило площадь, благоприятную для торфонакопления. Торфяной слой к2° формировался на относительно повышенных участках рельефа и выклинивался к югу площади, которая в это время представляла собой мелководный залив. Отступление суши локализовало завершающий этап торфонакопления на западе территории. Здесь в условиях высокой обводненности лагун и приморских озер формировались сапрогумолиты.

Кластерный анализ результатов опробования углей пласта к2 показал, что значения формируют четыре класса (таблица), характеризующиеся близостью в пятимерном пространстве признаков (У1+8у, I, Ь, А11 и Б^).

Таблица

Характеристика классов углей, выделенных по результатам кластерного

анализа

Показатели качества углей, %

Класс углей (в числителе: диапазон содержания от ... - до ... в %; в знаменателе: среднее значение в %, кол-во проб)

Vt+Sv I Ь в,"

I 63-82 3-14 8-25 5.6-39.7 0.7-10.3

74(28) 9(28) 15(28) 16,0(28) 2,2(28)

II 49-78 12-38 4-12 5.6-24.1 0.6-4.0

70(32) 18(32) 8(32) 14,1(32) 1,4(32)

III 76-92 0-17 0-12 5.3-23.6 0.6-3.9

84(61) 8(61) 6(61) 12,0(61) 1,4(61)

IV 70-87 77(22) 5-19 11(22) 1-12 5(22) 22.2-69.1 35,4(22) 0.6-10.3 2,0(22)

На основе аналогий с современным торфонакоплением показатели качества выделенных классов можно интерпретировать следующим образом. Угли I класса отвечают пониженным участкам - сильнообводненным и проточным, в пределах которых существовали временные или постоянные водотоки и происходили периодические ингрессии моря. Здесь наблюдается увеличение содержания липоидных компонентов, минерального вещества и серы, в золе повышается роль 8Ю2, возрастает содержание ве. Напротив, угли II класса формировались на относительно повышенных участках рельефа, что обусловило скудность их минерального питания и обилие мацералов группы инертенита, образование которых связано с аэробными условиями. Здесь имеют развитие малозольные и среднезольные угли, с пониженным содержанием серы, относительно высокими содержаниями СаО в золе и повышенными концентрациями Ве. III кластер характеризует угли переходного типа между двумя описанными выше. Торфонакопление происходило в условиях сильной обводненности, но малой или периодической проточности болота. Последний класс отвечает формированию повышеннозольных и углистых пород, в том числе и сапрогумолитов. Их образование связано с обстановками озер и других открытых зарастающих водоемов, возможно периодически осушаемых, с богатым минеральным питанием и сильным влиянием морских ингрессий.

Рассмотренные обстановки сменялись в течение формирования пласта, между тем, можно выделить условия, преобладавшие на том или ином участке торфяника (рис. 4). Исключение составляют угли IV генетического класса, образование которых происходило эпизодически на начальных и заключительных этапах торфонакопления.

' Ш2 ЕЗ4 ЕЮ5 В6

Рис. 4. Обстановки торфонакопления угольного пласта к2 на Миллеровской Западной площади

1-3 - участки торфяника: 1 - сильнообводненные проточные пониженные участки, 2 - сильнообводненные слабо- или периодически проточные, 3 - обводненные и слабо обводненные; 4 - граница исследуемой площади; 5 - населенный пункт; 6 - река

III этап - формирование окончательного облика угольного пласта.

Прогрессирующая трансгрессия моря прекратила возможность торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Торфяник был перекрыт алеврито-глинистыми и песчаными отложениями. Река отступила, формируя подводную дельту. В центральной части территории в обстановке зоны волнения прибрежной части моря образовывались эрозионно-акумулятивные формы. Местами они частично или полностью размыли формировавшийся угольный пласт. К максимуму трансгрессии вынос обломочного материала снизился, подводные бары в центральной части площади разделили ее на две части - северо-западную, где в обстановке лагуны шло отложение алеврито-глинистых осадков, и юго-восточную - здесь алеврито-песчаные отложения зоны волнения моря переходили в глинистые с увеличением глубины (рис. 5). В течение наступившего за отложением известняка К3 верейского времени глубокие эрозионные врезы рек размыли отложения трансгрессивной части цикла на юго-западе и северо-востоке территории.

После завершения диагенеза формировавшийся угольный пласт к2 на Миллеровской Западной площади подвергся процессам прото- и мезокатагенеза. Это нашло отражение в величине показателя отражения

витринита, марочном составе углей, а также незначительных изменениях их вещественного состава.

ОБ' Е232 В*

Ш' ШШЗ8 ЕЕЗ9 ОПТ. 10

Рис. 5. Схема обстановок осадконакопления максимума трансгрессии до

отложения известняка К3 1-4 - обстановки осадконакопления: 1 - лагуна, 2 - подводный бар, 3 - зона волновой деятельности моря, 4 - материковое море; 5 - угольный пласт к2; б - аргиллит; 7 - алевролит; 8 - песчаник; 9 - известняк Кз; 10 - фация (расшифровка сокращения приведена в тексте); 11 - населенный пункт

В пределах слабо погруженной (до 300 м от современной земной поверхности) северной части площади в настоящее время устанавливаются бурые угли, площадь распространения которых прерывается участками с длиннопламенными каменными углями. На юге площади имеют развитие исключительно каменные угли. Показатель отражения витринита изменяется от 0,4 до 0,79 %, что соответствует согласно ГОСТ 21489-76 стадиям метаморфизма от Оэ до II. По отдельным скважинам преимущественно в угольной пачке k2H"2 установлены прослои окварцованного угля, формирование которых, по-видимому, шло в стадию катагенеза.

Третье защищаемое положение. Зона усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к2 приурочена к конседиментационному прогибу, границы которого устанавливаются по комплексу геологических и дистанционных данных.

Накопление отложений современного угольного пласта кг, имевшее место на границе башкирского и московского веков среднекаменноугольной эпохи, протекало во время существенной перестройки структурного плана южного склона Воронежской антеклизы и расширения границ Донецкого прогиба (Егоров, 1985). Ранее проведенными работами установлено (Викторов, 1965), что погружение территории Северного Донбасса, в частности Миллеровской Западной площади, носило прерывистый характер и происходило по зонам субширотных разломов, выделяемых геофизическими методами, а также на основе анализа мощностей отдельных ярусов. Предполагается (Викторов, 1965), что одна из разломных зон расположена южнее г. Миллерово, где глубина залегания пород фундамента резко изменяется от 1800 до 2000 м. Возможность ее существования устанавливается также по результатам дешифрирования космических снимков (Погребнов, Позднышева, 2000). Часть тектонических структур, установленных в пределах Миллеровского угленосного района, имеют конседиментационный характер (ДонбассНИЛ, 1968).

Дешифрирование материалов космического зондирования Земли позволило наметить ряд разноранговых линеаментов. Часть из них пространственно совпадает с ранее установленными разрывными нарушениями каменноугольной толщи, в частности с протяженным Соколовско-Журавским сбросом.

В ходе полевых работ было установлено, что зоны выделенных линеаментов в силу высокой проницаемости породного массива и геодинамической активности (Клещенков, 2010) находят отражение в полях распределения газов (водород, радон, метан). Так, отмечен рост содержания радона непосредственно в зоне предполагаемого развития разлома, а также увеличение концентрации водорода на площади северного блока относительно южного (рис. 6). В распределении содержаний метана закономерностей отмечено не было, что можно связать с существованием двух источников его генерации - глубинного (связанного с органическим веществом осадочной толщи) и приповерхностного (связанного с органическим веществом в почве).

Профиль VII

Кп, II, бк/м1 усл.ед. ! 400-г25 Зона л! шеаменга

Ш0'-20 1000-

«00--15 600400. 200. 0

Профиль VIII

! ■ 2 " 3 " 4 ' 5 ' 6 17 ' 8 '9 'ю'П Точки измерений

3 ' 4 5 6 7 Точки измерений

Рис. 6. Распределение содержаний водорода и радона в почвенном воздухе по профилям газогеохимической съемки

Выделенные на космических снимках линеаменты субширотного и субмеридионального простирания разграничивают крупные тектонические блоки, в пределах которых строение осадочного цикла к2 и одноименного угольного пласта претерпевает изменения.

Наиболее значительные отличия строения осадочной толщи имеются между северной и южной частями площади, разделенными линеаментом субширотного простирания. Так, в южной части Миллеровской Западной площади наблюдается резкое увеличение мощности регрессивной части цикла к2 от 9 до 15-18 м. В разрезе преобладают алевролиты и песчаники, сформировавшиеся в гидродинамически активных обстановках. Часть угольного пласта размыта аллювиальными отложениями, формировавшимися после накопления известняка К3.

Существенное изменение претерпевает строение угольного пласта к2 (рис. 7). В южной части значительно возрастает его мощность, достигая максимальных отметок. Пласт расщепляется на угольные пачки, которые в свою очередь расслаиваются на составляющие их структурные единицы и замещаются углистыми породами. В северной части рассматриваемой площади угольный пласт преимущественно состоит из одной или двух пачек небольшой мощности. Широкое развитие имеют зоны размыва угольного пласта.

Рис. 7. Строение и мощность угольного пласта к2 в пределах тектонических блоков, установленных по комплексу данных 1-6 - мощность угольного пласта, м; 7 - линеамент; 8 - полный размыв угольного пласта; 9 - частичный размыв угольного пласта; 10 - граница исследуемой площади; 11 - населенный пункт; 12 - река

Отмеченные особенности строения осадочной толщи и угольного пласта можно объяснить с позиций неравномерного погружения южного и северного блоков, которое носило конседиментационный характер. Более активное опускание южной части площади компенсировалось отложением осадков поймы и русла, а также способствовало заболачиванию и сохранению торфа в ископаемом виде. Северная часть площади, погружавшаяся с меньшей скоростью, имела менее благоприятные условия для накопления растительного материала, а позже, будучи приподнятой относительно южной части, подверглась в большей степени эрозионным размывам.

ВЫВОДЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В ходе выполненных морфоструктурных построений для угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади было установлено, что слагающие его угольные пачки характеризуются различной площадью распространения. Максимальные значения мощности угольных пачек и пласта в целом тяготеют к юго-западу площади. Зоны сокращения мощности полезного ископаемого совпадают с площадью распространения в кровле угольного пласта алевролитов и песчаников с волнистой, реже косой слоистостью, содержащих растительные остатки. Формирование этих отложений шло в гидродинамически активных обстановках, что обусловило частичный размыв подстилающих отложений. Полученные выводы могут быть использованы для прогноза строения угольного пласта к2 между разведочными профилями и на участках с редкой сетью скважин.

2. Литолого-фациальная характеристика углевмещающих пород показала, что регрессивная часть осадочного цикла к2 выражена преимущественно комплексом переходных фаций: глинистых осадков лагун и заливов, песчано-алевритовых осадков зоны волновой ряби, песчаных осадков пересыпей, кос и баров, глинисто-алевритовых и песчаных осадков приморских озер. Трансгрессивная часть цикла характеризуется примерно равным развитием переходных и морских фаций. Последние представлены песчано-алевритовыми осадками зоны волнений прибрежной части моря и глинистыми осадками материкового моря. Существенное развитие в осадочном цикле к2 получили песчаники. Их формирование происходило в генетически и пространственно связанных друг с другом фациальных обстановках, образующих канал переноса терригенного материала псаммитовой размерности: река - подводная дельта -бары - зона морских течений.

3. На основе выполненных палеогеографических реконструкций и анализа морфологии угольного пласта была разработана прогнозно-генетическая модель, отражающая ход и особенности торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Установлено, что в ходе регрессии моря на Миллеровской Западной площади произошло формирование основных структурных элементов рельефа, существовавших на протяжении всего

времени торфонакопления и определивших условия накопления растительного материала. Окончательный облик угольного пласта к2 был сформирован в трансгрессивную часть и позже в верейское время, когда в ходе формирования баров и речных долин пласт было частично размыт.

4. Комплексный анализ полученных данных показал, что речная долина на юге площади и прилегающая к ней низменность в центральной части, впервые появившиеся на заключительных этапах регрессии, сохранялись в гипсометрическом плане территории до конца торфонакопления. Здесь шло активное отложение как органического, так и минерального вещества, что нашло свое отражение в мощности угольных пачек и количестве породных прослоев (максимальном для Миллеровской Западной площади), а также увеличении зольности и сернистости углей.

5. Совместный анализ геологической информации и данных дистанционного зондирования Земли вместе с проведением газогеохимических исследований позволил сделать вывод о приуроченности зоны усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к конседиментационному прогибу.

6. В рамках предложенной прогнозно-генетической модели стало возможным дать объяснение наблюдаемым особенностям строения и вещественного состава угольного пласта к2, а также прогнозировать качество углей на участках с редкой сетью скважин. Проведенные исследования показали, что распределение таких основных показателей качества углей, как зольность, содержание общей серы и петрографический состав находятся в закономерной связи со структурой рельефа подстилающей поверхности древнего торфяника. Таким образом, в пределах Миллеровской Западной площади выделяются три зоны, в пределах которых можно прогнозировать достаточное устойчивое сочетание указанных показателей. Первая включает восточную и западную часть исследованной территории и характеризуется низкими значениями зольности и сернистости углей, а также относительно высоким содержанием мацералов группы инертенита. Вторая зона, установленная в центральной и южной части площади, отличается высокими значениями зольности, сернистости углей и повышенными содержанием мацералов группы липтинита. Третья зона, занимающая промежуточное положение между указанными двумя, характеризуется переходными значениями параметров.

7. Таким образом, на основе установленных закономерностей строения и вещественного состава и выполненных палеогеографических реконструкций возможно наметить два крупных участка на востоке и западе Миллеровской Западной площади, расположенных южнее зоны развития размывов. Здесь угольный пласт к2 характеризуется простым строением, средней мощностью 1-1,5 м, низкими значениями зольности и сернистости, высоким содержанием мацералов группы витринита и залегает на глубинах от 350 до 500 м от современной земной поверхности. Перспективы разработки угольного пласта к2

Миллеровской Западной площади могут быть связаны с нетрадиционными направлениями использования низкометаморфизованных углей -производством синтетического жидкого топлива, получением углеродных адсорбентов и органо-минеральных удобрений, подземной газификацией.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в рецензируемых научных журналах по списку ВАК:

1. Погребнов H.H., Фролов В.Н. Возможности дистанционной индикации геотермического поля угольных месторождений // Исследование Земли из космоса, 2005. № 6. С.56-60.

2. Фролов В.Н. Морфология угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади в связи с условиями его формирования // Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки, 2009. №4. С. 112-116.

Статьи и тезисы в научных сборниках и трудах конференций и совещаний:

1. Клещенков A.B., Фролов В.Н. Информационные технологии при наземной проверке космофотоструктур угольных месторождений // Современные проблемы развития и освоения сырьевой базы России: Тезисы докладов XI Всероссийского угольного совещания. Ростов-на-Дону, 15-17 ноября 2005 г. С. 115-117.

2. Погребнов H.H., Антипов B.C., Трощенко В.В., Фролов В.Н. Использование аэрокосмоматериалов теплового диапазона при решении природоресурсных задач // Труды Южного научного центра Российской академии наук. Том 1: Геология. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2006. С. 234-258.

3. Погребнов H.H., Трощенко В.В., Фролов В.Н. Вялотекущие геодинамические процессы в зонах скрытых разломов // Международный семинар «Геодинамика и сейсмичность Средиземноморско-Черноморско-Каспийского региона»: Тез. докл. Геленджик: ККО ЕАГО, 2006. С. 59-61.

4. Фролов В.Н. Распределение микроэлементов в угле пласта к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса // Вопросы геологии и освоения недр юга России: Сб. науч. статей. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2007. С. 108-112.

5. Фролов В.Н. Микроэлементы золы угля к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса // Осадочные породы, полезные ископаемые и почвы, процессы гипергенеза: Труды Всероссийской конференции (Ростов-на-Дону, 27-29 июня 2007 г.). Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2007. С.105-107.

6. Погребнов H.H., Будков Г.К., Фролов В.Н. Горючие полезные ископаемые Южного федерального округа // Нефть и газ юга России, Черного, Азовского и Каспийского морей - 2007 / Тез. докл. 4-ой международной

конференции по проблеме нефтегазоносности Черного, Азовского и Каспийского морей. Геленджик: ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», 2007. С. 28-30.

7. Фролов В.Н. Особенности осадконакопления среднекаменноугольных песчаников Северо-Донбасского нефтегазоносного района // Геологи XXI века: Материалы IX Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов (Саратов, 2-4 апреля 2008 г.). Саратов: Изд-во СО ЕАГО, 2008. С. 101-102.

8. Фролов В.Н. Реконструкция условий осадконакопления среднекаменноугольных песчаников Северо-Донбасского нефтегазоносного района // Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли. Материалы 5-го Всероссийского литологического совещания (Екатеринбург, 14-16 октября 2008 г.). Том II. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2008. С. 353-355.

9. Фролов В.Н. Модель формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади // I международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов, посвященная памяти академика А.П. Карпинского, 24-27 февраля 2009 г. Тезисы докладов. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2009. С. 471-472.

10. Фролов В.Н. Условия образования и вещественный состав углей пласта к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса // Геология, география и глобальная энергия. Астрахань, 2009. №2. С. 117-118.

11. Фролов В.Н., Шолохов И.М. Вещественный состав и условия торфонакопления угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса // Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса: материалы Междунар. науч.-практ. семинара, г. Новочеркасск, 1-2 октября 2009 г. Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2009. С. 48-51.

12. Фролов В.Н. Палеогеографические реконструкции условий формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади //Инновационные направления изучения, оценки и эффективного использования минерально-сырьевой базы твердых горючих ископаемых. Тезисы докладов XII Всероссийского угольного совещания, 27-29 апреля 2010 г. Ростов-на-Дону: ВНИГРИуголь, 2010. С. 94-96.

Подписано в печать 10.06.2010 Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1,0 уч.-изд.-л. Заказ № 1805. Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Фролов, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ:.

1.1. Современное состояние геологической изученности Миллеровской Западной площади.

1.2. Обзор и анализ представлений о факторах, определяющих морфологию и вещественный состав угольных пластов.

2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА.

2.1. Стратиграфия.

2.2. Тектоника.

3. МОРФОЛОГИЯ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ.

3.1. Морфология угольного пласта.

3.2. Вещественный состав угольного пласта.

4. РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ТОРФОНАКОПЛЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ.

4.1. Методика реконструкции условий накопления среднекаменноугольной угленосной толщи южного склона Воронежской антеклизы и угольного пласта к2.

4.2. Литолого-фациальная характеристика и условия образования цикла к2 на Миллеровской Западной площади.

4.3. Изучение характера тектонических движений при накоплении осадочного цикла к2 и одноименного угольного пласта.

4.4. Условия формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади.

5. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЯ ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ.'.

5.1. Основные направления использования низкометаморфизованных углей.

5.2. Прогноз качества углей пласта к2 и.выделение перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Морфология, вещественный состав и генезис угольного пласта k2 Миллеровской Западной площади"

Актуальность работы. В связи- с наблюдаемым снижением разведанных запасов нефти и газа в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах и существующей зависимостью региона от поставок энергоносителей из Поволжья и Сибири имеется необходимость в подготовке к промышленному освоению новых угольных объектов.

Подавляющая часть (99%) запасов и ресурсов угля региона сосредоточена в Восточном Донбассе (Ростовская область). Из учтенных здесь Государственным балансом почти 14 млрд. т запасов, около 1,3 млрд. т приходится на угли Миллеровского угленосного района. Промышленный интерес представляет наиболее изученная часть района — Миллеровская Западная площадь, где бурые и длиннопламенные угли залегают на небольших глубинах в простых горно-геологических условиях. В связи с перспективами вовлечения углей Миллеровской Западной площади в хозяйственную деятельность, актуальной задачей является установление закономерностей строения и вещественного состава основного рабочего угольного пласта к2. Накопленный к настоящему времени фактический материал проведенных на площади поисковых и оценочных работ позволяет подойти к решению этой задачи с генетических позиций путем установления условий формирования угольного пласта.

Цель работы — реконструкция условий формирования угольного пласта к2 как основа для прогноза качества углей и определения перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Задачи исследований:

1. Детальное изучение строения и вещественного состава угольного пласта к2 и его структурных единиц;

2. Литолого-фациальная характеристика углевмещающих среднекаменноугольных отложений;

3. Палеогеографические реконструкции для регрессивной и трансгрессивной части осадочного цикла к2;

4. Построение прогнозно-генетической модели, отражающей последовательность и характерные особенности формирования древнего торфяника, соответствующего современному угольному пласту к2;

5. Изучение возможных связей между строением угольного пласта и тектонической структурой площади;

6. Определение на основе выполненных генетических построений перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Фактический материал и методика исследований. Исходный фактический материал для диссертационной работы собран автором в ходе полевых работ, проведенных в 2004-2008 гг. отделом геологии, нефтегазовых и водных ресурсов Южного научного центра РАН. Часть натурных исследований выполнена в ходе оценочных работ на уголь, проводившихся ОАО «Южгеология» в 2005-2008 гг. Автором проведена документация керна 9 скважин, петрографическое описание 58 шлифов. Собрана и проанализирована геологическая документация 143 скважин, результаты 146 петрографических определений мацерального состава углей, 799 определений зольности, 638 определений содержания серы, 82 определений химического состава золы, 77 определений разновидностей серы, 773 результата полуколичественного спектрального анализа углей и углевмещающих пород. Выполнено дешифрирование материалов дистанционного зондирования Земли (спутниковая система Landsat-7). При непосредственном участии автора в зонах выделенных линеаментов (в понимании H.H. Погребнова) проведены газогеохимические исследования по профилям общей протяженностью более 5 км.

Для решения поставленных задач использованы методы, изложенные^ работах Ю.А. Жемчужникова, Г.Ф. Крашенинникова, А.И. Егорова, Т.А. Ягубянца, П.П. Тимофеева, В.Н. Волкова, Л.Я. Кизилыптейна, В.П. Алексеева, Я.Ю. Юдовича и др. Широко применялись методы математической статистики, геостатистики и ГИС-технологии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены характерные особенности. морфологии и вещественного состава угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади;

2. Дана детальная литолого-фациальная характеристика углевмещающих среднекаменноугольных отложений;

3. Впервые на представительном материале выполнены палеогеографические построения для регрессивной и трансгрессивной частей осадочного цикла 1с2 на Миллеровской Западной площади;

4. Предложена прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2, отражающая ход и особенности торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Установлены основные элементы палеорельефа, оказавшие определяющее влияние на морфологию и вещественный состав полезного ископаемого.

5. Впервые для исследуемой площади показана приуроченность зоны усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к2 к конседиментационному прогибу.

Практическая значимость. Предложенная прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 позволила существенно уточнить особенности строения и вещественного состава полезного ископаемого. Вместе с этим на участках с редкой сетью скважин и между разведочными профилями стало возможным дать прогноз качества углей и наметить перспективные участки для постановки геологоразведочных работ.

Основные защищаемые положения:

1. Строение и мощность угольного пласта к2 на* Миллеровской Западной площади определяются взаиморасположением в разрезе и на площади угольных пачек кг""1, к2н~2 и к2в, а также положением зон их размыва.

2. Разработана прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади, включающая три этапа: I - формирование рельефа подстилающей поверхности в ходе регрессии, II - накопление торфяных слоев, соответствующих угольным пачкам кг""1, к2"~2 и к2в, III — формирование окончательного облика угольного пласта;

3. Зона усложнения строения и увеличения мощности« угольного пласта к2 приурочена к конседиментационному прогибу,, границы которого устанавливаются по комплексу геологических* и дистанционных данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XI и XII Всероссийском угольном совещании (Ростов-на-Дону, 2005, 2010 г.), Всероссийской конференции «Осадочные породы, полезные ископаемые и почвы, процессы гипергенеза» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), Всероссийском научно-техническом семинаре «Современные направления многоцелевого использования углей и вмещающих пород» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), IX Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2008 г.), V Всероссийском литологическом совещании «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли» (Екатеринбург, 2008 г.), I международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (Санкт-Петербург, 2009 г.), международном научно-практическом семинаре «Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса» (Новочеркасск, 2009 г.).

Публикации. Научные результаты диссертации отражены в 14 печатных работах, в том числе 2 - в рекомендованных ВАК по профилю специальности — «Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки»,, «Исследования Земли из космоса». Отдельные научные результаты диссертации изложены в 3 научно-исследовательских отчетах. Отчеты хранятся в фондах Южного научного центра РАН.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Фролов, Владимир Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В ходе выполненных морфоструктурных построений для угольного-пласта к2 Миллеровской Западной площади было установлено, что слагающие его угольные пачки характеризуются различной площадью* распространения. Максимальные отметки мощности угольных пачек и пласта в целом тяготеют к юго-западу площади. Зоны сокращения мощности угольного пласта в плане совпадают с площадью распространения алевролитов и песчаников с волнистой, реже косой слоистостью, содержащих растительные остатки. Формирование этих отложений шло в гидродинамически активных обстановках, что обусловило частичный размыв подстилающих отложений. Полученные выводы могут быть использованы для прогноза строения угольного пласта к2 между разведочными профилями и на участках с редкой сетью скважин.

2. Литолого-фациальная характеристика углевмещающих пород показала, что регрессивная часть осадочного цикла к2 выражена преимущественно комплексом переходных фаций: глинистых осадков лагун и заливов, песчано-алевритовых осадков зоны волновой ряби, песчаных осадков пересыпей, кос и баров, глинисто-алевритовых и песчаных осадков приморских озер. Трансгрессивная часть цикла характеризуется примерно равным развитием переходных и морских фаций. Последние представлены песчано-алевритовыми осадками зоны волнений прибрежной части моря и глинистыми осадками материкового моря. Существенное развитие в осадочном цикле к2 получили песчаники. Их формирование происходило в генетически и пространственно связанных друг с другом фациальных обстановках, образующих канал переноса терригенного материала псаммитовой размерности: река - подводная дельта - бары - зона морских течений.

3. На основе выполненных палеогеографических реконструкций и анализа морфологии угольного пласта была разработана прогнозногенетическая модель, отражающая ход и особенности торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Установлено, что в ходе регрессии моря на Миллеровской Западной площади произошло формирование основных структурных элементов рельефа, существовавших на протяжении всего торфонакопления и определивших условия накопления растительного материала. Окончательный облик угольного пласта к2 был сформирован в трансгрессивную часть и позже в верейское время, когда в ходе формирования баров и речных долин пласт было частично размыт.

4. Комплексный анализ полученных данных показал, что речная долина на юге площади и прилегающая к ней низменность в центральной части, впервые появившиеся на заключительных этапах регрессии, сохранялись в гипсометрическом плане территории до конца торфонакопления. Здесь шло активное отложение как органического, так и минерального вещества, что нашло свое отражение в мощности угольных пачек и количестве породных прослоев (максимальном для Миллеровской Западной площади), а также увеличении зольности и сернистости углей.

5. Совместный анализ геологической информации и данных дистанционного зондирования Земли вместе с проведением газогеохимических исследований позволил сделать вывод о приуроченности зоны усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к конседиментационному прогибу.

6. В рамках предложенной прогнозно-генетической модели стало возможным дать объяснение наблюдаемым особенностям строения и вещественного состава угольного пласта к2, а также спрогнозировать качество углей на участках с редкой сетью скважин. Проведенные исследования показали, что распределение таких основных показателей качества, углей, как зольность, содержание общей'серы и петрографический состав находятся в закономерной связи со структурой рельефа подстилающей поверхности древнего торфяника. Таким образом, в1 пределах Миллеровской Западной площади можно выделить три зоны, в пределах которых можно спрогнозировать достаточное устойчивое сочетание указанных показателей. Первая включает восточную и западную часть исследованной территории и должна характеризоваться низкими значениями зольности и сернистости углей, а также относительно высоким содержанием мацералов группы инертенита. Вторая зона, установленная в центральной и южной части площади, должна отличаться высокими значениями зольности, сернистости углей и повышенными содержанием мацералов группы липтинита. Третья зона, занимающая промежуточное положение между указанными двумя, должна характеризоваться переходными значениями параметров.

7. Таким образом, на основе установленных закономерностей строения и вещественного состава и выполненных палеогеографических реконструкций возможно наметить два крупных участка на востоке и западе Миллеровской Западной площади, расположенных южнее зоны развития размывов. Здесь угольный пласт к2 характеризуется простым строением, средней мощностью 1-1,5 м, низкими значениями зольности и сернистости, высоким содержанием мацералов группы витринита и залегает на глубинах от 350 до 500 м от земной поверхности.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Фролов, Владимир Николаевич, Ростов-на-Дону

1. Алексеев В.П. Цитологические этюды. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. 149 с.

2. Богачев В.В. Предварительный отчет о геологических исследованиях 1907 и 1908 гг. //Изв. Геол. ком. Т. XXIX. 1910.

3. Большой Донбасс // Сборник статей. М. Л.: Гос. изд. геол. лит. ком. по делам геологии при СНК, 1941. 219 с.

4. Валъц И.Э., Гинзбург А.И, Крылова Н.М. Основные принципы вещественно-петрографической классификации углей // Химия твердого топлива, 1968. №3. С. 9-20.

5. Викторов Д.Н. О формировании зоны сочленения докембрийской и эпигерцинской платформ у северной границы Восточного Донбасса / Геология и нефтегазоносность юга СССР. Выпуск 13. Л.: Недра, 1965. С. 124133. а

6. Викторов Д.Н. Формирование структурного плана юго-восточной части Воронежской антеклизы и прилегающих районов Донбасса в связи сперспективами нефтегазоносности / Автореферат дисс. на соискание звания канд. геол.-минер. наук. М., 1965. 22 с. б

7. Войновский-Кригер КГ. О ширине углеобразующей зоны // Советская геология, 1949. №38. С. 24-31.

8. Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов // Автореферат дисс. на соискание уч. степени д.г.-м.н. Ленинград, 1971. С. 11. Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов. М.: Недра, 1973. 136 с.

9. Волков В.Н. Геология и охрана ресурсов ископаемых углей (месторождения мощных угольных пластов). Л.: Недра, 1985. 216 с.

10. Волков В.Н. Морфология и генезис угольных пластов // Угольная база России. Том VI. Основные закономерности углеобразования и размещения угленосности на территории России. М.: ООО «Геоинформарк», 2004. С. 200226.

11. Волкова И.Б. Угольное вещество осадочных толщ, его накопление и преобразование // Диссертация на соискание д.г.-м.н. Л.: ВСЕГЕИ, 1983. В 2-хт. Т. 1.293 с. Т. 2. 289 с.

12. Геология СССР, том XLVI, Ростовская, Волгоградская, Астраханская области и Калмыцкая АССР. Геологическое описание // Коллектив авторов. М.: Недра, 1969. 666 с.

13. ГОСТ 25543-88. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. М., 2004. 18 с. ГОСТ 9414.1-94. Уголь каменный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 1. Словарь терминов. Минск, 1995. 24 с.

14. Григорова А.П., Дубовцева В.В., Кондрашова Т.И. Геологический отчет о результатах детальных поисков угольных пластов рабочей мощности в3 5отложениях свит С2 -С2 на Миллеровской Западной площади / СДГЭ ЮП-ГО, 1982. Т.1. 130 с.

15. Екатеринина Л.Н., Аляутдиноеа Р.Х. и др. Гуминовые стимуляторы роста растений из бурых углей Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов //Химия твердого топлива. 1986. № 5. С. 94-99.

16. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994. 254 с.

17. Ерохин А.Н., Тарасенко В.Г. Геологический отчет о поисковых работах на Миллеровской Западной площади. Миллеровская ГРП. 1972. Жемчужникое Ю.А. Общая геология каустобиолитов. JI.-M.: ОНТИ НКТП, 1935.548 с.

18. Жемчужникое Ю.А. Общая геология ископаемых углей. М.: Углетехиздат, 1948. 492 с.

19. Жемчужникое Ю.А. Угленосные толщи как формации // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1955. №5. С. 14-33.

20. Жемчужникое Ю.А., Гинзбург А.И. Основы петрологии углей. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 400 с.

21. Иванников A.B., Пермяков В.В. Стратиграфия и геологическое картирование мезозойских отложений Донбасса и Украинского щита. Киев: Наукова Думка, 1967. 88 с.

22. Иванов A.B., КривегаТ.А. Соленые угли Западного Донбасса (условия формирования и проблемы использования). Киев: Науукова думка, 1985. 124 с.

23. Иванов Г.А. Угленосные формации. JL: Наука, 1967. 408 с.

24. Кизилъштейн Л.Я. Геохимия углей. / Угольная база России, том VI (Сводный, заключительный). Основные закономерности углеобразования и размещения угленосности на территории России. М.: ООО «Геоинформмарк», 2004. С. 294-330.

25. Кизилъштейн Л.Я. Экогеохимия элементов-примесей в 'углях. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2002. 296 с.

26. Кизилъштейн Л.Я., Вялое В.PI., Гальчиков В.В. Распределение натрия в углях северной части Донецкого бассейна // Известия ВУЗов. Геология и разведка, 1983. № 2. С. 70-77.

27. Кизилъштейн Л.Я., Гальчиков В.В., Федоров Ю.А. Натрий и калий в микрокомпонентах углей Северного Донбасса // Химия твердого топлива, 1983. №4. С. 36-42.

28. Кизилъштейн Л Я., Щиров В.Т., Черников Б. А. Среднекарбоновое торфоугленакопление в Донецком бассейне. Палеогеографические и пластово-качественные карты основных угольных пластов. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост, ун-та, 2003. 108 с.

29. Князев B.C., Кононова И.Б. Руководство к лабораторным занятиям по общей петрографии. М.: Недра, 1991. 128 с.

30. Концепция развития сырьевой базы углеводородного сырья на территории Южного федерального округа. Ростов-на-Дону: ЮГНЕДРА, 2005. 41 с.

31. Крашенинников Г.Ф., Волкова А.Н., Иванова Н.В. Учение о фациях с основами литологии. Руководство к лабораторным занятиям. М.: Изд-во МГУ, 1988. 214 с.

32. КрашенинниковР.Ф. Условия накопления угленосных формаций СССР. М.: Изд-во МГУ, 1957. 286 с.

33. КрашенинниковГ.Ф. Учение о фациях. М.: Высшая школа, 1971. 368 с. Лисицын А.П. Процессы терригенной седиментации в морях и океанах. М.: Наука, 1991. 270 с.

34. Лихарев Б.К К вопросу о разграничении некоторых ярусов нижнетретичных отложений в бассейнах рек Сев. Донца и Дона // Изв. Геол. ком., 1917. № 5-7. Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород. М.: Высшая школа, 1974. 400 с.

35. Ломоносов М.В. О слоях земных. М.: Госгеолтехиздат, 1949. 210 с. Лонгинова Е.А. Перспективы использования юрских углей месторождения Шубарколь для гидрогенизации // Вестник Московск. ун-та. Серия 4. Геолгия. 1998. №1. С. 69-71.

36. Наливкин Д.В. Учение о фациях. M.-JL: Изд-во АН СССР. В 2-х т. Т.1. 1955. 534 с. Т.2. 1956. 394 с.

37. Погребное H.H. Геологическое строение нижнего Дона и нижней Волги (краткий очерк). Ростов-на-Дону, 1962. 65 с.

38. Строение и условия накопления основных угленосных свит и угольных пластов среднего карбона Донецкого бассейна. В 2-х частях / Жемчужников Ю.А., ЯблоковВ.С., Боголюбова Л.И. и др. М.: Изд-во АН СССР. Ч. 1. 1959. 332 с. Ч. 2. 1960. 346 с.

39. Тараканов A.C. Угленосные формации // Литогеодинамический анализ угленосных и турбидитных формаций. Методические рекомендации. Л.: ВСЕГЕИ, 1990. С. 8-35.

40. Тюремное С.Н. Торфяные месторождения и их разведка. M.-JL: Госэнергоиздат, 1949. 464 с.

41. Угольная промышленность Дона. М.: Изд-во Моск. гос. горн, ун-та, 1995. 248 с.

42. Уланов H.H. Критерии оценки и ресурсы углей, пригодных для производстважидких топлив / Реферат отчета и рекомендации. Ростов-на-Дону, 1982. 21 с.

43. Условия и закономерности угленакопления на территории северного

44. Донбасса: Отчет / ДонбассНИЛ, 1968. 333 с.

45. Фролов В.Т. Литология. Кн. 3. М.: Изд-во МГУ, 1995. 352 с.

46. Фролов В. Т. Руководство к лабораторным занятиям1 по петрографииосадочных пород. М., 1964. 310 с.

47. Фролов В.Н. Распределение микроэлементов в угле пласта к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса / Вопросы геологии и освоения недрюга России: Сб. науч. статей. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2007. С. 108-112. б ;

48. Черновъянц М.Г. Размывы и замещения угольного пласта к2 на площади Старобельско-Миллеровской моноклинали // Геологическое строение и минерально-сырьевая база Волго-Донского региона. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1969. С. 85-91.

49. Черноусое Я.М. Курс общей геологии угольных месторождений. М.: ГНТИ литературы по геологии и охране недр, 1962. 296 с.

50. Юдовнч Я.Э. Геохимия угля // Вестник Кольского научного центра, 2005. №3. С. 49-53.

51. Юдович Я.Э. Геохимия ископаемых углей. (Неорганические компоненты). Л.: Наука, 1978. 262 с.

52. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическое вещество углей. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 422 с.

53. Potonie H. Eine rezente organogene Slammbilgung und Kennelkohlen Typus // J. Preuss. Geol. Landesanst. 1903.

54. Spacman W. The maceral concept of the study of modern environments as a mean of understanding the nature of coal // Trans. N.Y. Acad. Sei. Ser. II. 1958. Vol. 20, №5.

55. Stopes M. C. On the four visible ingredients in banded bituminous coal // Proc. Roy. Soc. London, 1919. Vol. 90. Pp. 470-487.

56. Thissen R. Occurrence and origin of finely disseminated sulfide compounds in coal // Trans. Amer. Inst. Mining and Met. Eng. Vol. 63. 1920

57. Thissen R. Splint coal // Bull. Amer. Inst. Mining and Met. Eng. Coal. Din. 1930. Vol. 87. Pp. 79-106.

58. Walther J. Einleitung in die Geologie als historische Wissenschaft. Verlag von Gustav Fischer, Jena, 1894.3 vols. 1055 pp.

59. Werner H. Über den Nachweis mariner Beeinflussung von Torfund Kohle. Geol. Jb. Hannover, 1954. Nr. 69. S. 287-292.