Геолого-тектоническое строение и газоносность угленосных отложений верхнебалахонской подсерииПрокопьевско-Киселевского сегмента Присалаирской зоны Кузбасса | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Геолого-тектоническое строение и газоносность угленосных отложений верхнебалахонской подсерииПрокопьевско-Киселевского сегмента Присалаирской зоны Кузбасса

На основе структурно-тектонической типизации района выделены наиболее высокогазоносные участки региона. Показан структурный и петрографический контроль газоносности толщ, который позволяет дать предварительную характеристику газовых свойств толщ при проведении разведочных работ.

Geology-tectonic constructions verhnebalahonskaya series and gas content coals Prokopievsk-Kiselevsksegment Prisalairskaya zones of the Kuzbass .pdf В пределах Прокопьевско-Киселевского сегмента При-салаирской зоны Кузбасса угленосные отложения верхне-балахонской подсерии нижней перми состоят из трех свит [1] - промежуточной, ишановской, кемеровской. Осадки района на северо-востоке ограничены крупноамплитудными разломами - Калзыгайским и Афонино-Киселевским. На юго-западе район граничит по Тырганскому надвигу сСалаирским кряжем, сложенным в основном нижне- и среднепалеозойскими образованиями. Главными для региона являются высокая степень дислоцированности и линейный характер складчатости. Автор выделяет в субширотном направлении в строении Прокопьевско-Кисе-левского сегмента Западную (Притырганскую), Центральную и Восточную (Маганакскую) зоны (рис. 1).196Рис. 1. Общая схема тектоноблокового строения Прокопьевско-Киселевского сегмента Присалаирской складчатой зоныДля Притырганской зоны характерно с преоблада- 25 % - к несогласным нарушениям. В то же время нием согласных взбросов (45%), широкое участие здесь проявляются специфические черты: присутствие форм несогласных взбросов, отдвигов, создающих по- в значительном количестве (до 23-24%) согласных и рой сложную мозаично-блоковую структуру [5-7]. При несогласных подбросов, дополнительная осложненная этом активное участие принимают древние дизъюнкти- складчатость. Так, у отнесенной к этой зоне Сложной вы отдвиги, несогласные надвиги (70-75% от их обще- Маганакской антиклинали количество мелких антиго известного участия в структурном комплексе рай- клинальных и синклинальных складок составляет 14. она). Как наиболее мобильная зона сегмента западная Множество таких же микроскладок наблюдается и зона отражает реакционный характер структур, непо- для V, VI, VII синклиналей, разделенных Голубевской средственно примыкающих к Салаиру. Большинство и Малой антиклиналями.складчатых форм этой зоны (I и II Тырганская анти- В этой зоне, так же как и в Притырганской, имеется клиналь, Нулевая и I синклинали) характеризуется ряд древних крупных разломов (G-G, K-K, I-I и др.), многочисленными осложняющими микроскладками возникших до основного максимума сжимающих на(антиклинали а, б, Дополнительная, синклиналь грузок Салаира и впоследствии захваченных в процесс в и др.). основного складкообразования в регионе.Среди дизъюнктивных форм Центральной зоны, за- Среди генетических типов нарушений сегмента вынимающей в плане участок между региональными на- делены 2 группы, каждая из которых включает нерушениями М и S, преобладают взбросово-надвиговые сколько подгрупп:структуры (взбросы согласного и несогласного типа, Первая группа: а) связанные с глубинными и короотдвиги и несогласные надвиги составляют 85-90% от выми разломами или являющихся их отражением в всех типов, причем на долю первых приходится около осадочном чехле региональные разрывы (протяжен60-65%). Основным видом нарушений являются соглас- ность l = n·100 км, амплитуда смещения А = n·1000 м) с ные взбросы с углами падения сместителя более 45°, большими зонами дробления (Тырганский, Афониноредко углы падения сместителя пологие (10-45°). Менее Киселевский, Киселевский, Кутоновский и др.), приразвиты несогласные взбросы - Калзыгайский, II, IV, А, уроченные к зонам антиклиналей; б) генетически свяВ, К и взбросонадвиги складчатого типа - нарушения, занные с подгруппой а) надвиги К1, К2, Т1 участвуют в оперяющие Афонино-Киселевский взброс, R, IV, N. К процессах складкообразования.собственно надвигам могут быть отнесены нарушения, Вторая группа - разрывы, возникшие в результате расположенные в зоне Змеинского взброса. Дизъюнк- скалывающих напряжений в осадочной толще на тивная тектоника зоны также представлена многочис- результирующей стадии: а) доскладчатые, возникшие в ленными нарушениями - по размерам от весьма круп- моноклинально падающей толще (L-L, R-R и др. до ных, выраженных мощными зонами дробления (до пер- 25є, по В.И. Скоку) (рис. 2); б) пликатогенные (совых десятков метров), до средних и мелких. складчатые), оперяющие взбрососдвиги (R-R, R2-R2 иВосточная зона сочетает в себе черты Западной с R1-R1; в) возникшие в бортах более крупных разрымножеством нарушений взбросо-надвигового типа, из вов; г) разрывы, возникшие в результате внутри и межкоторых приблизительно 45% отнесены к согласным и слойных движений.В литологическом составе угленосных отложений Прокопьевско-Киселевского региона преобладают песчаники, алевролиты, аргиллиты, угли. В районе исследований коэффициент угленосности для подсерии изменяется от 9,84 (на Прокопьевском месторождении) до 11,95% (на Киселевском месторождении). Максимум угленосности приурочен к средней части верхнебала-хонской подсерии (ишановская, кемеровская свиты), по площади нарастание общей угленосности происходит с юго-востока на северо-запад. Отмечено нарастание мощности и количества угольных пластов в низах верх-небалахонской подсерии в обратном направлении на юго-востоке региона, где пласты Прокопьевские и Лутугинские расщепляются на несколько пачек.В ишановской и промежуточной свитах по направлению на северо-восток, по материалам глубокого бурения завершенного в 1986 г., и исследованиям забоев в карьерах, происходит увеличение мелкообломочных пород, самые низы промежуточной свиты сложены здесь преимущественно алевролито-аргиллитовым комплексом пород. Суммарная мощность пород свиты колеблется от 160 м в южной части до 175 м - на севере. Песчаники обычно светло-серые, на севере серые, средне-, крупнозернистые, по текстурным особенностям - косослоистые, параллельно-слоистые, реже неяснослои-стые, полимиктовые с высоким содержанием обломков кремнистых, эффузивных, осадочных пород (более 50- 60%) с глинисто-кремнистым, реже карбонатным цементом порового и контактного типа. Алевролиты серые, монотонные, по составу полевошпато-кварцевые с глинисто-кремнистым цементом порового типа. Аргиллиты часто почти черные, нередко углистые. Мощность угольных пластов очень изменчива, имеются переходы угольных пластов в углистые аргиллиты, часто наблюдается бифуркация.Фациальные обстановки формирования данной части разреза по палеонтологическим данным [2, 8-11] и по набору литолого-фациальных признаков (высокая изменчивость мощностей пород, расщепление пластов угольных пластов, косая слоистость, плохая сортиро-ванность) трактуются автором как преимущественно дельтовые (в частности, в верхней части промежуточной свиты), дельтовые и озерные (открытых озер) в нижней части ишановской свиты. От верхних к нижним пластам углей балахонской подсерии наблюдается следующая закономерность в петрографическом составе углей: с ростом глубины снижается содержание микрокомпонентов группы витринита. Так, по определениям автора, для верхних пластов углей кемеровской свиты микрокомпонентный состав колеблется в пределах 58-65% - витри-нита, 3-5% - семивитринита, а для углей ишановской и, тем более, промежуточной свит общее содержание микрокомпонентов группы витринита уменьшается: витри-нита - 38-55%, семивитринита - 4-9%. Усятская свита в своем составе содержит угли преимущественно полублестящих и блестящих типов, суммарное количество которых изменяется от 47 до 65%. Кемеровская свита содержит пласты полуматовых углей с подчиненными слойками полублестящих и матовых углей.Согласно петрографическим особенностям углей и вмещающих пород кемеровской свиты верхнебалахон-ской подсерии для этого периода характерно ритмиче-198ское накопление отложений пролювиально-аллювиа-льного шлейфа, которые иногда носят следы обработки осадков временными потоками. В кемеровской свите песчаников в среднем содержится до 50%, алевролитов - 35-46%, аргиллитов - 6-11%. Для нижней части верхнебалахонской подсерии диагностируются озерно-дельтовые условия образования угленосных отложений. Угли района характеризуются показателем отражения витринита от 0,70 до 2,20%, что соответствует изменению степени углефикации от II до VI стадий ГОСТа 21489-76 [13]. Малометаморфизованные угли западной части района для коксования используются редко. Распространены они в Нулевой и частично I синклиналях. Показатель отражения витринита этих углей не превышает 1,15%, содержание отощающих компонентов - 25-60%, выход летучих - 21-38%, толщина пластического слоя - 6-12 мм. Высокометамор-физованные неспекающиеся угли марки Т занимают северную (углеразрез Краснобродский, участки Калзыгайские), центральную (шахта Краснокамен-ская) и юго-восточную (шахты Центральная, Красный Углекоп) части района, отсутствуя только в замках II-VI синклиналей и Маганакской антиклинали. Показатель отражения витринита для них более 1,75%, сумма отощающих компонентов для углей пластов Мощный, Безымянный, Двойной достигает 60- 80%, выход летучих веществ менее 12%.Изучение газоносности углей района исследований происходило как по результатам проведенных ранее геолого-разведочных работ почти по всем участкам района, так и в рамках реализуемой с 1997 г. программы Метан Кузбасса, в которой участвует и автор статьи. В пределах района на каждом из участков наблюдается изменение состава основных газовых компонент от азот-но-углекислых, углекисло-азотных к метаново-азотным, азотно-метановым и чисто метановым составляющим. Поверхность метановой зоны прослеживается в антиклинальных складках вблизи абсолютных отметок +300 м ч +325 м, в синклиналях - от +225 до +250 м и в единичных случаях на отметках +150 м ч +200 м, что определяется тектоническим строением, интенсивностью трещиноватых зон отдельных участков шахтных полей и степенью расчлененностью рельефа.Основным компонентом природных газов угольных пластов Прокопьевско-Киселевского района, не затронутых процессами газового выветривания (деметани-зации), является метан [12]. Его концентрации в смеси природных газов угольных пластов в пределах зоны метаморфогенных газов составляют 60-98%, в виде примесей (до 22-26%!) присутствуют (с неравномерным распределением) гомологи метана (тяжелые углеводородные газы - этан, пропан, бутан) и в микроконцентрациях (до 3-4%, иногда до 15%) нерегулярно встречается водород. Интересен факт увеличения в отдельных пробах содержания углекислого газа от 14 до 40%, отмеченный на множестве участков в пределах II Тырганской, Тайбинской антиклиналей в интервале от 200 до 830 м, антиклинали М в интервалах глубин 565-740 вблизи выгоревшей части пластов Прокопьев-ского I, Мощного ишановской свиты. Данный признак при ведении геолого-разведочных работ позволяет однозначно выявлять зоны горелых пород и может бытьиспользован как дополнительный поисковый и корел-ляционный признак при анализе выгораний пластов углей (рис. 3).Метаноносность угольных пластов в зоне метановых газов возрастает с увеличением глубины залеганияугольных пластов по криволинейному закону от 3-4 м3 (на горизонте +300 м) до 15-22 м3(на горизонте ±0 м) на тонну сухой беззольной массы угля. На нижнем горизонте (300 м) метаноносность достигает 24-28 м3/т сухой беззольной массы угля.Рис. 3. Нарастание газоносности углей в метановой зоне по трем выделенным тектоноблоковым зонам (по автору)Газодинамические проявления особенно характерны для Восточного (Маганакского) блока, а именно для южной его части, где для шахт данной зоны общее количество внезапных выбросов угля и газа составило более 50 случаев за 2006 г. Угольные пласты в мощных зонах дробления отличаются высокой метаноносностью, что свидетельствует об экранирующей роли нарушений.В угольных пластах отмечается присутствие тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана). Суммарное удельное содержание гомологов метана изменяется от следов до 1,5 м3/т сухой беззольной массы угля. Содержание водорода в угольных пластах незначительно всего до 0,12-0,25 м3/т сухой беззольной массы угля.Для сравнения автором приведены данные по северной части Прокопьевско-Киселевского сегмента Присалаирской зоны (рис. 4), по которым видно, что в целом для пластов углей Присалаирской зоны харак-терно довольно существенное изменение содержаний водорода. Такой разброс значений объясняется несколькими факторами. Во-первых, это миграционная способность водорода. Он может образовывать довольно крупные скопления в угольных пластах на поверхности угля, которая является естественным природным сорбентом. Данные процессы могут объяснить присутствие его в повышенных концентрациях в угольных пластах верхней части верхнебалахонской подсерии. Во-вторых, накопление водорода связано и с самим фактором регионального метаморфизма, который способствует формированию из первично углефи-цированных тканей растений водородных газов. Этим можно объяснить повышенные содержания водорода в нижней части ишановской свиты верхнебалахонской подсерии (максимумы по пластам Прокопьевскому I, Мощному, Лутугинскому).Рис. 4. Изменение содержания водорода в углях Притырганской зоны (северная часть)На угольных месторождениях Прокопьевско-Кисе-левского района за период с 1960 г. по настоящее время проведено массовое опробование углевмещаю-щих пород керногазонаборниками. Метан присутствует практически во всех газовых пробах отобранных пород в концентрациях от 0,6 до 83%. Тяжелые угле-199водороды отмечаются в единичных пробах углистых пород в концентрациях от 0,2 до 11,5% (по хромато-графическим определениям). Углевмещающие породы, по результатам опробования керногазонаборни-ками, независимо от глубины залегания, характеризуются низкими значениями метаноносности, которая изменяется от 0,008-0,2 мЗ/т в песчаниках до 0,5-0,73 мЗ/т в алевролитах и достигает максимальных величин в углистых аргиллитах до 2-3,3 м3/т. Тяжелые углеводороды в песчаниках отмечены с суммарным содержанием от 0,001 до 0,05 м3/т, в алевролитах от 0,05 до 0,3 м3/т и в аргиллитах от 0,1 до 0,9 м3/т. Содержание водорода по всем литологическим разностям изменяется от 0,001 до 0,52 м3/т.Таким образом, основываясь на тектоническом строении и фациальности осадочных комплексов, наиболее интенсивные и продолжительные газовыделения, связанные со вскрытием скважинами скоплений свободных газов, наблюдались в скважинах, расположенных в присводовых частях основных антиклинальных структур района (I Тырганская, II Тыр-ганская, Новосергеевская, Тайбинская, Абинская, Ма-ганакская, Н, Калзыгайская, Муравейник, Караульная антиклинали). Распределение скоплений сво-бодных газов по площади прогнозируется, в основном, структурным фактором, а их распределение в разрезе угленосной толщи определяется литологиче-ским составом угленосных отложений, наличием в разрезе пластов-коллекторов.Установлено, что наиболее высокой газоносностью обладают угли коксовые, газово-жирные, сложенные преимущественно блестящими и полублестящими ли-тотипами, витреновые и клареновые по микрокомпонентному составу, относящиеся к Центральному и Ма-ганакскому тектоническим блокам. Существует связь между проявлениями сопутствующих гомологов метана (ТУВ) и водорода со структурным планом района и микрокомпонентным составом углей, максимальные концентрации которых контролируются разломами глубинного заложения (Тырганский, Калзыгайский, II, IV, Афонино-Киселевский).Такая прогнозная оценка по типизации структур с характерным показателем и характером газоносности толщи была применена авторами при выявлении закономерностей распределения свободной газоотдачи пластов верхнебалахонской подсерии в условиях Кемеровского района, где намечены структурно-приуроченные высокогазоносные площади [3].

Ключевые слова

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Кудинов Евгений Владимировичт Томский государственный университет аспирант кафедры динамической геологии геолого-географического факультета kudinov1981@mail.ru
Всего: 1

Ссылки

Решения Всесоюзного совещания по разработке унифицированных стратиграфических схем докембрия, палеозоя и четвертичной системы Средней Сибири (средний и верхний палеозой). Новосибирск, 1982. 129 с.
Станов В.В. О тектонике Кузбасса и возможной его грабен-рифтовой природе // Советская геология. 1986. № 11. С. 66-74.
Семеркин В.И. Тектоническое строение Кузнецкого прогиба по геолого-геофизическим данным // Геотектоника. 1971. № 3. С. 87-94.
Угольная база России. Т. 2: Угольные бассейны и месторождения Западной Сибири (Кузнецкий, Горловский, Западно-Сибирский бассейны, месторождения Алтайского края и Республики Алтай). М.: Геоинформцентр, 2003. 604 с.
Кудинов Е.В., Стреляев В.И. Тектоноблоковое строение угленосной толщи и его влияние на качественные характеристики углей Прокопьевско-Киселевского района (Кузбасс) // Материалы XLII Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-техничес
Кудинов Е.В. Геотектонические особенности процессов и механизмов углеобразования (на примере Киселевского каменноугольного месторождения Кузбасса) // Эволюция процессов в истории Земли: Матер. молодежной школы-конференции ХХХVII Тектонического совещания.
Кудинов Е.В. Исследование газоносности углей и геологический прогноз выделения свободного метана в различных элементах структур Кемеровского района Кузбасса // Тезисы докладов Третьей Сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле. Новосибирск: ОИ
Кузбасс - ключевой район в стратиграфии верхнего палеозоя Ангариды // Сборник научных трудов. Новосибирск, 1996. Т. 1. 122 с.; Т. 2. 109 с.
Бетехтина О.А., Горелова С.Г., Дрягина Л.Л. и др. Верхний палеозой Ангариды. Новосибирск: Наука, 1988. 265 с.
Горелова С.Г., Будников И.В. Основные этапы изучения стратиграфии верхнего палеозоя Кузбасса // Кузбасс - ключевой район в стратиграфии верхнего палеозоя Ангариды. Новосибирск, 1996. Т. 1. С. 7-11.
Сивчиков В.Е., Ярков В.О. Некоторые закономерности проявления косой мегаслоистости // Материалы научно-практической конференции "Геологическое строение и полезные ископаемые западной части Алтае-Саянской складчатой области". Кемерово; Новокузнецк, 1999. С
Кудинов Е.В. Влияние региональных геологических факторов газоносности, тектоники, петрографического состава на процессы самовозгорания углей в Прокопьевско-Киселевском районе Присалаирской зоны Кузбасса // Вестник Томского государственного университета: Б
ГОСТ 21489-76. Угли бурые, каменные и антрациты. Разделение на стадии метаморфизма и классы по показателю отражения витринита. М.: Изд-во стандартов, 1976. 19 с.
 Геолого-тектоническое строение и газоносность угленосных отложений верхнебалахонской подсерииПрокопьевско-Киселевского сегмента Присалаирской зоны Кузбасса             | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Геолого-тектоническое строение и газоносность угленосных отложений верхнебалахонской подсерииПрокопьевско-Киселевского сегмента Присалаирской зоны Кузбасса | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Полнотекстовая версия