Общая характеристика пород угленосной формации Донецкого бассейна

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Общая характеристика пород угленосной формации Донецкого бассейна

05.04.2020

Угленосная формация Донецкого бассейна представлена разнообразным комплексом терригенных пород, среди которых в виде относительно маломощных слоев заключены пласты известняков и углей.

Терригенные породы составляют, как правило, 90—95% общей мощности всей угленосной формации. По гранулометрическому составу они представлены аргиллитами (глинистыми сланцами), алевролитами (алевритовыми сланцами) и песчаниками мелко-, средне- и грубозернистыми. Гравелиты и конгломераты встречаются редко и не имеют самостоятельного значения, слагая лишь отдельные пачки некоторых толщ песчаников. Цвет пород преимущественно серый.

Долевое участие терригенных пород различного гранулометрического состава в строении отдельных стратиграфических интервалов разреза по площади бассейна подвержено весьма значительным колебаниям: в некоторых свитах тонкообломочные породы (аргиллиты, алевролиты) резко преобладают (до 80%), в других — весьма существенна роль песчаников, составляющих до 40%.

Общепринятые классификации терригенных пород отражают лишь их гранулометрический состав и не учитывают степень метаморфических изменений. Терминология, принятая для терригенных пород, недостаточно тонко дифференцирует породы по их физико-механическим и технологическим свойствам, которые, особенно для тонкообломочных пород, заметно меняются с изменением степени метаморфизма. Это, по-видимому, явилось одной из причин того, что до настоящего времени существуют разногласия в вопросе о терминологии обломочных пород в Донецком бассейне. Спорными являются главным образом термины, применяемые для глинистых и алевритовых пород: первые одновременно называют и «глинистым сланцем» и «аргиллитом», вторые — «песчаным сланцем» и «алевролитом».

Термины «глинистый сланец», «песчано-глинистый» и «песчаный сланец» применялись еще геологами Геолкома; эти термины до сих пор доминируют в литературе и практике. В специальной литературе по литологии для определения этих же пород применяются соответственно термины «аргиллит» и «алевролит». Замена одного термина другим не может устранить существенных недостатков классификации, не учитывающей степени метаморфизма пород. Проблема усложняется отсутствием разработанных количественных показателей степени метаморфизма пород. Между тем, сравнение крайних членов ряда показывает, что различие между породами на разных стадиях метаморфизма достаточно четкое.

Первой попыткой создания рациональной классификации терригенных пород угленосной формации с учетом степени их метаморфизма была работа группы литологов ВСЕГЕИ: Е.П. Брунс, Ю.А. Жемчужникова, Г.А. Иванова, П.Ф. Ли, Е.А. Перепечиной; в этом же направлении работали Н.В. Логвиненко и В.Д. Ломтадзе.

Классификация осадочных пород по степени метаморфизма наиболее разработана для углей. В ней отчетливо выделяются не только три основные стадии — буроугольная, каменноугольная и антрацитовая, но также целый ряд более мелких ступеней, соответствующих отдельным маркам угля. Поскольку метаморфизм углей и пород находится в тесной взаимосвязи, степень метаморфизма углей может в известной мере служить критерием степени метаморфизма вмещающих пород.

Глинистые породы, развитые в области распространения бурых углей и переходных к длиннопламенным, легко размокают в воде, обладают пластичностью и должны именоваться глинами или уплотненными глинами. В области распространения длиннопламенных и газовых углей глинистые породы подверглись уже значительному уплотнению, уменьшилась их пластичность, однако они еще не потеряли способности к размоканию в воде. Для них приемлемым термином можно считать «аргиллит». В области еще более метаморфизованных углей глинистые породы постепенно теряют способность размокать в воде, повышается их механическая прочность, появляется сланцеватость, совпадающая с направлением слоистости. Эти породы как в горной и геологоразведочной практике, так и в литературе до последнего времени именуются глинистыми сланцами.

В последние два десятилетия среди литологов появилось мнение о неприменимости термина «глинистые сланцы» для осадочных пород Донецкого бассейна. Авторы этих работ, не видя среди глинистых пород бассейна каких-либо минералогических новообразований, отвергают представления об их сланцеватости и метаморфических изменениях вообще. Между тем, давно замечено, что параллельно с увеличением степени метаморфизма углей все более четко проявляется способность глинистых пород раскалываться на тонкие плитки. Это явление наряду с другими выше отмеченными изменениями свойств глинистых пород, очевидно, отражает какую-то внутреннюю перестройку их структуры, которая не может быть достаточно изучена существующими ныне методами петрографического исследования. Совпадение поверхностей раскола с напластованием не может служить аргументом против представлений о метаморфической природе данного явления, поскольку максимальные давления в процессе метаморфизма в момент наибольшего погружения осадков, очевидно, имели направление, весьма близкое к нормали по отношению к поверхности напластования.

Необходимость выделения среди глинистых пород Донбасса аргиллитов и глинистых сланцев настоятельно выдвигается жизнью. Аргиллиты Красноармейского и Лисичанского районов и глинистые сланцы антрацитовых районов столь различны по всем параметрам, имеющим существенное значение для горной практики, что их нельзя объединить одним термином. Так, например, аргиллиты используются для производства кирпича, а глинистые сланцы вне зоны выветривания для этой цели непригодны; в районах максимального развития метаморфизма (Должанско-Ровенецкий район) они могут использоваться как кровельные сланцы.

По горнотехническим свойствам — устойчивости, механической прочности, буримости — между этими породами также наблюдаются значительные различия, которые в целом увязываются со степенью метаморфизма глинистых пород и должны найти отражение в терминологии.

В настоящее время необходимость выделения среди глинистых пород Донбасса аргиллитов и глинистых сланцев признается многими исследователями, однако спорным является проведение границы между этими породами, связанными очень постепенным переходом.

He вызывает особых разногласий мнение об отнесении к аргиллитам пород, развитых в области распространения углей марок Д и Г, а к глинистым сланцам — пород, развитых в области распространения тощих углей и антрацитов. Нет пока единого мнения в отношении терминологии глинистых пород, развитых в зоне распространения коксующихся углей. Одни склонны относить их к аргиллитам, другие (большинство донецких геологов) — к глинистым сланцам.

Комиссией, созданной Главной редакцией настоящей монографии принято решение:

— на данном этапе исследований к аргиллитам относить глинистые породы, распространенные в области длиннопламенных и газовых углей, а к глинистым сланцам — породы, развитые в районах распространения более метаморфизованных углей;

— употреблять термин «алевролит» для областей развития слабо-метаморфизованных углей (Д и Г) и «алевритовый сланец» для областей развития углей средней и высокой стадии метаморфизма. Термин «алевритовый сланец» призван заменить термин «песчаный сланец», так как последний неправильно отражает гранулометрический состав этой породы.

Многочисленными работами установлено, что в минералогическом составе глинистой фракции аргиллитов и алевролитов преобладают гидрослюды; в континентальных фациях появляются значительные примеси каолинита; в морских фациях — примесь бейделлит-монтмориллонитового ряда. Аргиллиты и алевролиты, как правило, лишь изредка образуют мощные однородные толщи; чаще всего наблюдается их переслаивание с преобладанием то первых, то вторых.

Проблема классификации песчаных пород и конгломератов не стоит столь остро. Основными классификационными параметрами песчаников являются: крупность зерен и минералогический состав обломочной части и цемента. Низкотемпературный метаморфизм, с одной стороны, существенно не влияет на преобладающую кварцевую обломочную часть этих пород, но, с другой — заметно сказывается на изменении цементирующих веществ и, следовательно, на физических свойствах породы в целом. Песчаники, распространенные в области развития углей низких стадий метаморфизма, имеют механическую прочность, как правило, до 200 кг/см2, а в области развития антрацитов — до 600— 2000 кг/см2. При этом на диапазон колебаний механической прочности песчаников существенно влияют состав цемента, структурные и текстурные особенности породы. Классификации песчаников с учетом их степени метаморфизма не разрабатывались.

Песчаники распространены во всех свитах угленосной формации, однако их долевое участие в разрезе подвержено большим колебаниям как по вертикали, так и по площади — от 15 до 50% (табл. 6). На площади бассейна они распространены в виде крупных линз и полос длиной от нескольких десятков километров до первых сотен километров и шириной 15—60 км («головиновские», «лисьи», «табачковые», «боковские», «рубежанские» и др.). Горизонты песчаников обычно имеют мощность 20—30 м, но отдельные толщи достигают 50—70 и даже 100 м. Наиболее мощные толщи песчаников содержатся в намюрском ярусе юго-западной окраины бассейна и в свитах С23, C25, C32 и C33 во всех районах бассейна.
Общая характеристика пород угленосной формации Донецкого бассейна

Среди песчаников выделяются мелко-, средне- и крупнозернистые разности; более грубые фракции приурочены чаще всего к нижней части толщ, реже к средней.

Пo внешнему виду песчаники представляют собой плотные сцементированные породы светло-серой, темно-серой или зеленовато-серой окраски, зависящей от минералогического состава и содержания обуглившегося растительного детрита.

По текстурным признакам песчаники можно подразделить на две разновидности: однородные и слоистые. Слоистые текстуры обусловлены сортировкой зерен по гранулометрическому составу, а также неравномерным распределением глинистых примесей и органического вещества в цементе. Типы слоистости в песчаниках весьма разнообразны и зависят от их генезиса.

Минералогический состав песчаников изменяется в широких пределах. Среди аллотигенных минералов преобладает кварц (40—80%); полевые шпаты составляют обычно 3—10, реже 10—25%, слюда содержится от ничтожных количеств до 10—20%. Цемент по типу поровый, порово-базальный, реже базальный; составляет 10—20%. По составу цемент чаще всего глинистый или серицитово-кварцевый, реже карбонатный или кварцевый.

Количество акцессорных минералов не превышает 0,3% от общего объема породы; наиболее распространены турмалин, пирит, карбонаты, роговая обманка, мусковит, ставролит, эпидот, андалузит, циркон и апатит. Несмотря на многочисленные исследования, закономерности изменения комплексов акцессорных минералов в разрезе не выяснены, и распределение их пока не имеет коррелятивного значения.

Конгломераты и гравелиты встречаются в виде линз и прослоев в основании некоторых песчаников мощностью 0,3—0,5 м. Самостоятельных выдержанных горизонтов они не образуют. Галька конгломератов и гравелитов состоит преимущественно из кварца и кремнистых метаморфических пород. Галька характеризуется хорошей окатанностью, размеры ее обычно не превышают 1 см. По форме кварцевая и кремниевая галька обычно близка к округлой; яшмы и кремнистые сланцы чаще образуют таблитчатые обломки. Встречаются обломки пород карбона, имеющие обычно признаки незначительного переноса и связанные с местными источниками сноса; нередко наблюдаются обрывки обуглившейся древесины. Обломки пород местных источников сноса часто имеют более крупные размеры (до 5—10—20 см); форма их обычно остроугольная. Цемент в конгломератах чаще всего песчано-глинистый, реже кремнисто-глинистый или кремнистый.

Карбонатные породы в угленосной формации играют подчиненную роль; в разрезах отдельных свит они составляют от 0,2 до 5—12%, редко больше. Более значительную роль известняки играют в пределах склона Воронежского массива, где угленосные отложения карбона переходят в карбонатные фации, характерные для одновозрастных отложений Русской платформы.

Карбонатные породы угленосной формации представлены почти исключительно известняками; доломитизированные известняки встречаются крайне редко. Отдельные пласты известняков, особенно в северной части бассейна, сложены почти чистым карбонатом кальция. Наряду с этим большая часть известняков загрязнена в той или иной мере глинистой и глинисто-алевритовой примесью. При этом в карбонатах появляется в заметных количествах FeO.

Карбонатные породы слагают до 200 пластов небольшой мощности, являющихся основными маркирующими горизонтами разрезов. Поэтому их детальному изучению и классификации всегда уделялось значительное внимание. Среди большого количества структурно-генетических классификаций известняков Донбасса наиболее подробная принадлежит Г.Д. Киреевой и С.В. Максимовой. Эти исследователи выделяют семь групп известняков: биоморфные, биоморфно-детритусовые, детритусовые, спикуловые, детрктусово-шламовые, органогенные песчаники и микрозернистые известняки; кроме того, в группах выделяется 18 разновидностей. Классификация Г.Д. Киреевой и С. В. Максимовой разработана для известняков среднего карбона свит C25, C26, C27.

М.Ф. Манукаловой и М.Л. Левенштейном эта классификация несколько уточнена и дополнена известняками угленосной формации нижнего карбона. FImh выделено 18 типов известняков, объединенных в шесть групп (табл. 7). Отдельные типы известняков расчленены на подтипы. Например, среди водорослевых известняков выделяются подтипы: кальцифолиевых, донецелловых, гидр актиноидных и т. д.

Данная классификация не охватывает известняков верхнего карбона, среди которых дополнительно должны быть выделены еще три типа: микрозернистые с остракодами, брекчированные и пелециподовые ракушники.

Детальная классификация известняков с выделением дробных структурно-генетических типов позволяет дать многочисленным карбонатным горизонтам донецкого карбона краткую индивидуальную характеристику. Многолетние работы по корреляции известняков показали, что структурно-генетические типы в каждом горизонте по площади сочетаются друг с другом в определенной последовательности, обусловленной их фациальной природой. Устанавливаемые таким образом ряды структурно-генетических типов приводят к понятию о фациях известняков.

Выделяются три основных, достаточно четко выраженных фации известняков: относительно удаленных и глубоководных участков открытого моря; мелководных прибрежных участков моря; мелководья заливов и лагун. Каждая из этих фаций находится в парагенетической связи с различными структурно-генетическими типами известняков. С другой стороны, некоторые типы известняков, внешне сходные между собой, могут принадлежать к различным фациям. Так в известняках, которые прослеживаются на многие сотни километров и относятся к фации открытого моря, иногда наблюдается частая перемежаемость известняков детритусовых, коралловых, фораминиферовых. В известняках заливно-лагунной фации на коротких расстояниях сменяют друг друга пелециподовые и гастроподовые известняки с обильной терригенной примесью. Вместе с тем микрозернистые известняки встречаются и в известняках фации открытого моря (F1, D1, D5) и среди фаций мелководья заливов и лагун (N31, P5, Р6, Q1). При полном литологическом сходстве эти известняки отличаются только составом немногочисленной фауны, стеногалинной в первом случае (брахиоподы, фораминиферы) и эвригалинной — во втором (остракоды, мелкие гастроподы и др.). Донецелловые известняки встречаются как в обстановке мелководья, так и в зоне открытого моря.

Среди глинистых, реже песчанистых пород донецкого карбона довольно часто наблюдаются карбонатные конкреции, в меньшем количестве сульфидные и редко кремневые. Карбонатные конкреции, как правило, встречаются во вмещающих угли породах, но иногда и в угольных пластах.

Формы карбонатных конкреций, а также их химико-минералогический состав весьма разнообразны. Конкреции, встречающиеся в почве угольных пластов, имеют неправильную, желваковидную, корневидную или округлую форму; размеры конкреций 4—10 см в поперечнике. Конкреции, наблюдаемые в породах кровли угольных пластов, округлые, лепешковидные, линзовидные, пальцеобразные. Конкреции в угольных пластах («угольные почки») среднего карбона, по данным П.В. Зарицкого имеют лепешковидную, караваеобразную и эллипсоидальную форму. Размеры угольных почек от 1 до 60 см при ширине 0,5—25 см. В типично морских глинистых и песчаных отложениях конкрреции обладают более правильной — уплощенно-округлой, линзовидной формой.

Конкреции, как правило, разбиты трещинами, расположенными в различных направлениях и выполненными кальцитом или анкеритом. Цвет конкреций изменяется от светло-коричневого до темно-коричневого и темно-серого, почти черного.

Состав карбонатов конкреций разнообразен. П.В. Зарицкий среди конкреций среднего карбона по химико-минералогическому составу выделяет 15 типов; 3. В. Тимофеева — три основных типа: 1) преимущественно кальцитовые и кальцито-анкеритовые, 2) анкерито-магнио-сидеритовые, 3) магнио-сидеритовые. Первый тип характеризуется преобладанием CaCO3 (50—90%); второй является переходным по составу, отличается сложным полиминеральным составом с отчетливо выраженной зональностью в распределении карбонатных минералов; третий характеризуется преобладанием FeCO4 (65—95%).

Между морфологическими особенностями конкреций, их химикоминералогическим составом и условиями накопления устанавливается определенная зависимость: конкреции, содержащиеся в глинистых и алевритовых породах морского происхождения, характеризуются повышенным содержанием CaCO3; с лагунными фациями связаны конкреции с повышенным содержанием FeCO3; в отложениях болот (почва и подпочва угольных пластов) наблюдаются конкреции, состав которых почти нацело сидеритовый.

Вещественный состав, форма, условия залегания и текстурно-структурные особенности конкреционных образований являются важными диагностическими признаками для определения литологических типов пород, их фациальной принадлежности. Поэтому всестороннее изучение конкреционных образований может способствовать более глубокому пониманию геохимической стороны процессов осадко- и угленакопления. С другой стороны, опыт работ в Донецком бассейне показал, что конкреционные образования не имеют существенного значения для корреляции разрезов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: