Среднекаменноугольная эпоха развития Донецкого бассейна

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Среднекаменноугольная эпоха развития Донецкого бассейна

05.04.2020

Для понимания геологической истории развития и механизма образования угленосной толщи среднего карбона Донбасса необходимо учитывать не только мелкие пульсирующие движения земной коры, приводящие к ритмичной смене типов осадков в разрезе, но и неравномерное на отдельных участках площади погружение кристаллического основания, фиксируемое различием мощностей угленосных свит на территории Донбасса. Полное представление о колебательных движениях земной коры, происходивших на этом участке в течение средне-каменноугольной эпохи, можно получить только при параллельном изучении распределения фаций и мощностей отложений.

На закономерное распределение мощностей углесодержащих осадков в Донецком бассейне впервые обратил внимание Н.С. Шатский и сделал следующие выводы, касающиеся характера этих закономерностей:

1) изменение мощности наиболее изученных свит карбона происходит однонаправленно — большей мощности одной свиты соответствует и большая мощность выше- и нижележащих слоев и наоборот;

2) площадь Донецкого бассейна прогибалась неравномерно: области, прилегающие на юге к южнокристаллической полосе, а на севере к Воронежской глыбе, прогибались менее сильно по сравнению с центральными частями бассейна, и ось прогиба совпадала с Главной синклиналью, располагаясь ближе к кристаллической полосе и обусловливая тем самым асимметричное строение прогиба.

В своей более поздней работе, относящейся к 1937 г., Н.С. Шатский, в противоположность взглядам 1924 г., приходит к выводу, что мощность отложений карбона в Донбассе непрерывно возрастает с севера на юг, не уменьшаясь с приближением к южной его окраине.

Разбирая отдельные исключения из установленных правил изменения мощностей, Н.С. Шатский находит их не случайными, а зависящими от отдельных структурных форм бассейна. Это обстоятельство позволило ему сделать вывод о том, что: «Основные тектонические элементы, присущие этой области, — широкие мульды и антиклинали — заложены были очень рано, уже в нижнекаменноугольную эпоху». Так, Главная антиклиналь, Чистяковская и Боково-Хрустальская мульды вырисовывались уже в C22, а в эпоху отложений свиты C23 приобрели резкие очертания. Впоследствии этот вывод Н.С. Шатский использовал для доказательства выдвинутой им точки зрения об образовании складчатости в ходе осадкообразования.

Позже А.З. Широковым было установлено, что распределение мощностей отложений Донецкого карбона происходит следующим образом:

1) изменение мощностей в сторону увеличения происходит с запада на восток и от периферии к центру бассейна;

2) наиболее прогибающейся частью была область Главной антиклинали;

3) восточная часть бассейна прогибалась более интенсивно по сравнению с западной;

4) распределение мощностей не зависит от тектонических структур;

5) складкообразовательные движения происходили после накопления всей толщи каменноугольных осадков, а не в ходе седиментации.

Особенно важное значение имеет так называемое «правило» о пропорциональном изменении мощностей свит. В общей форме, как уже указывалось, оно было высказано Н.С. Шатским в 1924 г., а позднее отчетливо сформулировано В.З. Ершовым. В формулировке В.З. Ершова подчеркивается пропорциональность изменения мощностей всех свит в одном разрезе. Пользуясь этим правилом, можно без особых погрешностей определять в любой точке бассейна не только мощности угленосных свит, но и всей терригенной толщи всех трех отделов донецкого карбона.

Для установления генезиса Донецкого прогиба весьма важное значение имеют данные о распределении мощностей каменноугольных отложений в его пределах. Эти данные позволяют создать представление о природе прогиба и о взаимоотношениях различно погруженных зон.

Наиболее полные материалы о характере изменения мощностей вне пределов открытого Донбасса имеются для северных площадей бассейна. Последовательное и постепенное уменьшение мощностей карбона происходит здесь в северном направлении от видимых границ бассейна в сторону платформы.

Буровые скважины, пройденные в гг. Старобельске, Новом Айдаре, в хут. Благовещенском приблизительно в 60—80 км к северу от границы открытого Донбасса, вскрыли толщу отложений карбона, синхроничную свитам C26, C25, C24, общей мощностью 500 м, т. е. в два раза меньшую, чем соответствующая толща в ближайшем южном Лисичанском районе. С продвижением на север мощность отложений карбона еще более сокращается и, судя по данным скважин, пройденных у сс. Ново-Николаевки, Бондаревки и Великоцкого, составляет для отдельных свит среднего карбона величину в шесть раз меньшую, чем мощность синхроничной толщи Главной антиклинали.

Достаточно полные данные об уменьшении мощности каменноугольных отложений имеются также по юго-западу и западу Донбасса, по районам, близким к открытой части бассейна. Материалы многочисленных буровых скважин, вскрывших почти полностью отложения среднего и верхнего карбона в Красноармейском районе, указывают на последовательное сокращение толщи карбона в западном и юго-западном направлении. Здесь мощность свит C25 и C26 (р. Самара) равна всего 500 м против 800—850 м в Центральном районе, расположенном в 130 км к востоку.

Уменьшение мощности отложений происходит также и в южном направлении, т. е. в сторону Украинского кристаллического массива, что видно при сопоставлении мощностей всех свит в области Главной антиклинали с мощностями в Донецко-Макеевском районе, расположенном южнее (табл. 11).
Среднекаменноугольная эпоха развития Донецкого бассейна

С продвижением на северо-запад от промышленного Донбасса происходит последовательное сокращение мощностей всех трех отделов карбона, суммарная мощность которых в районе г. Ромны равна 1000—1500 м, т. е. в 10—15 раз меньше по сравнению с крайней восточной частью прогиба. Данные буровых скважин и геофизических исследований показывают также, что ширина прогиба Большого Донбасса с продвижением на северо-запад последовательно уменьшается.

He совсем ясен характер изменения мощностей карбона к югу от Шахтинско-Несветаевского района, на площади которого отложения карбона достигают максимальной мощности, так как денудационный срез далеко отодвинул выходы большинства свит от современной южной окраины бассейна. Можно предполагать, что в южном направлении в результате размыва происходило сокращение толщи карбона вплоть до полного ее выклинивания. На выклинивание каменноугольных отложений к югу в соседнем с запада Миусском районе, в области развития мелких складок южной окраины бассейна указывал Б.Ф. Мефферт.

Материалы геофизических исследований, произведенных на южной окраине бассейна, свидетельствуют о полном отсутствии каменноугольных отложений несколько южнее открытой площади бассейна. В разрезах скважин, пробуренных в гг. Бердянске, Таганроге и в районе г. Ростова-на-Дону, каменноугольные отложения отсутствуют, и меловые отложения залегают непосредственно на докембрии. Эти данные не решают еще вопроса о том, каков в данном случае характер выклинивания — генетический или эрозионный.

Можно полагать, что на юге и юго-востоке Большого Донбасса толще карбона вовсе не откладывалась, но не исключено, что в этой части Донбасса кристаллический массив перекрывался каменноугольными осадками незначительной мощности.

Вопрос об изменении мощности отложений карбона на восток и юго-восток от открытого Донбасса не совсем ясен. Данные буровых скважин, пройденных в Задонском районе, указывают на медленное, но последовательное еще увеличение мощности отложений свит С25 и С26 в этих направлениях. На северо-востоке бассейна, в Белокалитвенском и Тацинском районах, суммарная мощность свит C23—С27 среднего отдела карбона достигает 3500 м. Такая значительная мощность отложений указывает на весьма медленное сокращение мощности карбона в северо-восточном направлении, в пределах крайних восточных районов открытого Донбасса.

Медленное сокращение мощностей в северном направлении в северо-восточной части бассейна указывает на увеличение ширины Донецкого прогиба по мере продвижения на восток и может служить некоторым доказательством возможности соединения северной ветви Донецкого прогиба с Западно-Уральским передовым прогибом.

Распределение мощностей отложений карбона на всей территории Большого Донбасса позволяет сделать следующие выводы.

Зона максимальных мощностей карбона занимает центральную часть Донецкого прогиба, причем ось прогиба расположена несколько южнее Главной антиклинали, что придает ему некоторую асимметричность. Юго-восточная часть бассейна прогибалась более интенсивно по сравнению с северо-западной. По всем направлениям от зоны максимальных мощностей происходит уменьшение мощности отложений, вначале относительно резкое, а затем — более постепенное.

Ширина зоны прогиба постепенно увеличивается с запада на восток. Наибольшей суммарной мощности 18—20 км — все три отдела карбона достигают в юго-восточной части бассейна.

Исходя из данных распределения мощностей каменноугольных отложений, всю площадь Донецкого прогиба можно подразделить на три зоны, из которых каждая характеризуется определенной интенсивностью погружения:

а) зона, охватывающая северо-западную и северную части прогиба, с величиной погружения до 3 км;

б) зона, прилегающая к открытому Донбассу, с величиной погружения 5 км;

в) основная зона открытого Донбасса с величиной погружения от 5 до 18—20 км.

На восток от последней зоны максимального погружения, где-то в области Сальских степей, можно наметить еще одну зону, по-видимому, с меньшими мощностями, но данных для ее выделения сейчас пока недостаточно.

Изменение мощностей каменноугольных отложений происходит как за счет изменения мощностей отдельных пластов пород, так и изменения общего количества пластов, составляющих свиты. Более частая смена различных пород присуща зонам больших мощностей, тогда как зоны меньших мощностей характеризуются меньшим количеством отдельных пластов. Сокращение количества пластов происходит за счет выпадения из разрезов отдельных комплексов слоев (циклов).

Изучению распределения мощностей на территории Донбасса было уделено достаточно большое внимание. В вопросе о характере распределения мощностей свит на площади Донецкого бассейна у этих исследователей нет разногласий.

С.Е. Верболоз проанализировал материалы не только по территории Донбасса, но и по площадям, прилегающим к нему с юга и юго-востока. Однако построенные им схемы распределения мощностей отложений карбона нужно признать ошибочными. Используя данные о распределении мощностей отложений на территории Донбасса и данные по нескольким точкам Предкавказья, где были вскрыты отложения карбона, С.Е. Верболоз экстраполировал их на всю площадь Украинского кристаллического щита, допустив, что интенсивное осадконакопление в течение каменноугольного периода происходило и на его территории. Мощность отложений, по данным С.Е. Верболоза, составила здесь от 3 до 12 км.

В пользу того что мощность отложений карбона, перекрывавших Украинский кристаллический щит, превышала мощность отложений карбона, развитых в наиболее прогибающейся юго-восточной части Донбасса, высказывались также А.Я. Дубинский и В.А. Банковский.

В настоящее время бурением доказано, что Украинский кристаллический щит и его склон на всем своем протяжении — от устья р. Дона до р. Днепра — в течение всей палеозойской и мезо-кайнозойской истории своего развития представляли платформу, исключающую накопление мощных отложений карбона. Глубокие скважины, пробуренные по южному склону Украинского кристаллического щита в районе гг. Одессы, Каховки, Чаплинки, Ново-Алексеевки, Бердянска, Таганрога, Ростова-на-Дону, Каялы, показали, что кристаллический фундамент залегает непосредственно под меловыми отложениями.

При установлении скорости прогибания Донецкой геосинклинали на всей ее площади мощность отложений представляет лишь одну из трех координат, характеризующих величину и характер погружения. Истинное представление о размерах погружения должно отображаться объемами накопленных пород. Располагая схемами изопахит, легко определить эти величины, т. е. объемы накопленных пород и скорость прогибания. По А.З. Широкову, объемы пород, накопленных в течение среднекаменноугольной эпохи на территории обнаженной части бассейна, определяются величиной, равной 78 063 км3. Допуская с некоторым приближением, что объем погруженной части равен объему накопленных пород и определяя величину погружения на отдельных участках, мы тем самым определяем и относительную скорость осад-конакопления, так как надо считать доказанным, что скорость накопления осадков и интенсивность погружения земной коры находятся в полном соответствии, и один процесс компенсируется другим.

Скорость осадконакопления внутри отдельных зон Донбасса характеризуется различными величинами. Так, для северо-западной части Донецкого прогиба величина средневзвешенного по площади погружения равна 1,2 км, т. е. в 10 раз меньше по сравнению с территорией собственно Донбасса. Средняя величина погружения в последнем для зоны распространения длиннопламенных и газовых углей равна 7 км, спекающихся углей 8 км, тощих углей и антрацитов 13 км. Таким образом, погружение земной коры в зоне распространения тощих углей и антрацитов в 1,6 раза больше по сравнению с погружением в зоне распространения спекающихся углей и в 1,8 раза больше по сравнению с зоной распространения газовых и длиннопламенных углей.

По данным вычислений А. 3. Широкова, средние (средневзвешенные по площади) скорости погружения земной коры в Донбассе в течение 1 миллиона лет выражаются следующими цифрами: для Днепровско-Донецкой впадины (г. Ромны) — 24 м; для районов распространения углей марок Г и Д — 140 м, спекающихся углей — 160 м, тощих и антрацитов — 260 м, или соответственно 0,02; 0,14; 0,16; 0,26 мм в год.

Приведенные данные показывают, что колебательные движения и регулируемое ими накопление осадков в различных геотектонических областях, включая и геосинклинали, происходят с очень малой скоростью.

Интересно сопоставить полученные цифры с данными других исследователей для различных областей и геологических отрезков времени. По вычислениям Шухерта скорость аккумуляции осадков определяется следующими цифрами: для кайнозоя — 0,42 мм, мезозоя — 0,21 мм, палеозоя — 0,09 мм в год. В. В. Белоусов определяет скорость погружения главной Кавказской геосинклинали 0,1 — 0,4 мм в год. По Н.И. Николаеву, скорость осадконакопления для крупных складчатых зон в течение четвертичного периода равна 1,3 мм в год. При обработке глубоководных осадков, собранных экспедицией «Метеор», были определены скорости их накопления в послеледниковом периоде, которые оказались для ила около 1,76, а для красной глины 0,86 мм в год.

Таким образом, скорость прогибания земной коры в палеозое в Донецком бассейне, как и в других складчатых областях, значительно меньше наблюдаемой скорости для более молодых, особенно современных колебательных движений. Такое несоответствие, по В.В. Белоусову, объясняется тем, что средняя скорость прогибания в древних периодах складывается из многих колебаний, причем скорость некоторых частных движений превышает средние скорости. Современные колебательные движения представляют частные движения, поэтому их скорость выше по сравнению с средним прогибанием в более древние периоды. Нужно еще отметить, что скорость колебательных движений на платформах значительно меньше, чем в геосинклиналях.

Различная скорость колебательных движений на территории Донбасса нашла свое отображение в изменениях количества пластов в разрезе отдельных свит и в угленосной толще в целом. Более частая смена пластов различных пород характерна для зон больших мощностей и, наоборот, зоны меньших мощностей характеризуются соответственно и меньшим количеством пластов. Эта закономерность подтверждается данными табл. 12.

Среди отложений, слагающих угленосную толщу среднего и верхнего карбона, выделяется несколько фациальных типов. Еще со времени работ Геологического комитета в донецкой каменноугольной толще были выделены следующие фации: морские известняки, глинистые сланцы с морской фауной открытого моря, прибрежно-морские песчано-глинистые отложения и континентальные — в основном угли. Позднее сотрудниками ВСЕГЕИ были высказаны предположения о широком участии в составе угленосной толщи Донбасса аллювиальных отложений. К последним они относили некоторые разновидности обычно мощных толщ песчаников, характеризующихся присутствием в основании конгломератовидных и грубозернистых разностей с обильными включениями угловатых обломков нижележащих пород, и переходящих кверху в более мелкозернистые разности. По мнению этих исследователей, об аллювиальном характере песчаников свидетельствуют часто встречающиеся включения стволов растений, явно выраженные континентальные размывы подстилающих пород и развитая слоистость типа «потоков».

Предположение об аллювиальном происхождении некоторых песчаников получило дальнейшее развитие в последние годы в работах, выполненных коллективом работников Донецкой угольной экспедиции ИГН AН России под руководством Ю.А. Жемчужникова и В.С. Яблокова. В основу работ этой группы исследователей была положена идея циклической седиментации. Ю.А. Жемчужников, В.С. Яблоков и другие наряду с морскими и прибрежно-морскими фациями среди донецкой угленосной толщи устанавливают широкое развитие континентальных фаций, участие которых в разрезе отдельных свит в некоторых районах (Должанско-Ровенецкий, Центральный), по их мнению, достигает 15—50%.

Литологами Донецкой экспедиции АН России среди угленосных отложений выделяется до 50 литогекетических типов пород, характеризующихся рядом диагностических признаков и относящихся к 18 разновидностям фаций — морских, прибрежно-морских и континентальных. К континентальной отнесены фации русел, пойм, стариц, озер, заболоченных равнин и континентальных застойных водоемов, торфяных болот.

Отдавая должное работам литологов этой группы в детальном изучении пород угленосной толщи Донбасса, нужно признать, что они преувеличили роль аллювиальных осадков в разрезе угленосной толщи. Относимые ими к «речным» отдельные толщи песчаников распространены на значительных площадях Донбасса в виде удлиненных полос, вытянутых с запад-северо-запада на юго-восток в центральной, наиболее прогибающейся части бассейна, и окружены со всех сторон более тонкозернистыми осадками. В качестве примера можно привести песчаники в различных свитах угленосной толщи донецкого карбона — «головиновские», «ремовские», «табачковые», «боковские», «хрустальские» и др., — протягивающиеся в виде полос длиной до первых сотен километров при ширине в несколько десятков километров (рис. 92, 93).

Многие песчаники наряду с известняками и угольными пластами имеют стратиграфическое значение и со времен Л.И. Лутугина используются для корреляции отдельных горизонтов каменноугольной толщи.


Однообразие минералогического состава донецких песчаников в пространстве и во времени, очевидно, объясняется длительной обработкой обломочного материала, которая могла осуществляться в условиях прибрежной зоны морского бассейна при единой питающей провинции, располагающейся параллельно Донецкому прогибу. Действительно, большинство минералов тяжелой фракции песчаных пород являются характерными для гранитов, гнейсов и различных кристаллических сланцев, слагающих Украинский кристаллический массив.

Образование большинства пластов песчаников следует связывать с общими для бассейна колебательными движениями земной коры, вызывающими трансгрессии и регрессии. Распределение песчаных толщ и их сортировка по крупности могли происходить под влиянием волновых движений и циркуляционных течений в прибрежно-морской среде.

По мнению сторонников аллювиального происхождения песчаников донецкой угленосной толщи, широкое площадное распространение последних нисколько не противоречит образованию их в континентальных условиях, так как в ископаемом состоянии фиксируются не русла, а погребенные аллювиальные долины, которые могут достигать ширины 50—200 км и даже больше, если они заканчиваются дельтой. Эти предположения подкрепляются ссылками на размеры аллювиальных равнин современных рек — Сыр-Дарьи, Аму-Дарьи, Волги, Миссисипи и др., достигающих нескольких десятков и даже первых сотен тысяч квадратных километров.

Однако приведенные примеры вряд ли могут быть убедительными. Между современными осадками и отложениями древних толщ существуют глубокие различия. Геологический разрез — это комплекс сложных процессов, протекавших длительное время и в сложной обстановке. Между тем, в современных отложениях мы видим картину, в геологическом аспекте времени отражающую весьма кратковременный процесс.

Существенным признаком морского происхождения многих пластов крупнозернистых песчаников является не только их широкое площадное распространение на территории бассейна, но и выдержанность стратиграфического положения в разрезе угленосной толщи наряду с явными морскими осадками — глинистыми сланцами и известняками, содержащими морскую фауну.

По мнению многих исследователей, образование углей Донбасса происходило в прибрежной полосе, непрерывно перемещавшейся вследствие миграции береговой линии. Площадь торфонакопления при этом временами совпадала с площадью всего бассейна.

Рассматривая обстановку накопления растительного материала, В.А. Банковский допускает, что болота разных видов могли располагаться в широких пойменных долинах, на болотистых островах речной дельты, отмелях лиманов и морских заливов, на низменных участках морского побережья, на участках лагун и на площадях прибрежного морского мелководья с мангровыми зарослями. Этот исследователь отдает предпочтение обстановкам первых трех типов, которые, по его мнению, наиболее отвечают общей литологической характеристике пород подпочвы и почвы угольных пластов, а также песчано-глинистых и глинистых пород кровли с отпечатками стволов и листьев растений.

Формирование угольных пластов, как правило, происходило на месте произрастания растений без существенного их переноса водными потоками на участках земной коры, которые оказались на уровне, соответствующем прибрежным болотам.

Процесс образования кровли угольных пластов совпадал с началом наступления моря на территорию болот. Изучение литофациального состава отложений кровли многих угольных пластов позволило некоторым исследователям установить последовательность чередования фаций, происходившего в результате опускания местности в обстановке развивающегося лимана.

Б.И. Чернышев на основании изучения пелеципод установил, что непосредственно над угольным пластом накапливались осадки с обильными растительными остатками, выше располагались слои с Estheria, над которыми идет зона с Carbonicola, Anthracomya и Naiadites и еще выше — слои с Myalina, Aviculopecten и Lingula. В.А. Банковский, детализируя по литологическим признакам породы кровли, выделяет следующие фации, располагающиеся последовательно снизу вверх: 1) болотно-торфяную, 2) речных заливов, 3) лиманную, 4) лиманно-заливную морскую, отвечающую слоям с Carbonicola, Anthracomya и Naiadites Б.И. Чернышева, 5) заливную морскую — глинистые слои с Aviculopecten, 6) заливную морскую — глинистые слои с Goniatites, Schisodus и редкими Aviculopecten, 7) заливную морскую — глинистые слои с признаками сероводородного брожения.

Условия захоронения угольных пластов и последовательная смена фациальных обстановок, наступивших после погребения торфяников, а также физико-химическое состояние водных фаций существенно сказались на свойствах и качестве углей.

Рассмотрим размещение карбонатной фации (известняков) в разрезе угленосной толщи Донбасса и распространение ее на площади.

В угленосной толще содержится до 250 пластов известняков, которые делятся на три группы, отличающиеся по площади своего распространения.

К первой группе относятся следующие известняки, занимающие почти всю площадь видимого Донбасса: в свите C23-H3, H4, H50, H6; в свите C24-I1, I22, I3; в свите C25-К1, К2, К6, К7, K8, K9; в свите C26-L1, L7; в свите C27-M1, M3, M4, M5. О площади развития известняков этой группы можно судить по распространению известняка M5 (рис. 94).

Ко второй группе относятся известняки, имеющие еще значительное распространение на площади бассейна, но уже отсутствующие на западе и юго-западе: в свите C23-H1, H4, H6; в свите C24-I2, I21, I4; в свите C25-K4, K5; в свите C26-L4, L5, L6; в свите C27-M6, M9, M10. Площадь распространения известняка L4 (см. рис. 94) характеризует примерные границы развития известняков этой группы.

К третьей группе относятся следующие известняки, распространенные в восточной части Донецкого бассейна: в свите C23-H31, H32, H41; в свите C24—I3131, I40, I42; в свите С52-К3, К31, K32, K61, К62, K63, K71, K91; в свите C26-L3, L4, L41, L51, L71, L72, L73; в свите C27-M31, M41, M61. Приблизительный контур известняков этой группы отражает картограмма распространения известняка К63 (см. рис. 94).

Рассмотрение контуров распространения известняков, заключенных в угленосной толще, еще раз убедительно показывает, что морской режим преобладал в северо-восточной части бассейна и что наступление моря происходило с северо-востока. Следовательно условия для отложения известняков были более благоприятными в северной части бассейна, чем в южной.

Более или менее устойчивой зоной, где господствовал явно прибрежный режим, является юго-западная и частично западная окраины бассейна. Выклинивание почти всех известняков и повышение процентного содержания песчанистых пород в направлении на юго-запад свидетельствуют о близости там относительно устойчивой береговой линии.

Микропетрографическое и микропалеонтологическое исследования позволяют установить на площади бассейна некоторую зональность в распространении одних и тех же известняков по их фациальным особенностям. Известняки юго-западных, центральных и частично юго-восточных районов Донбасса являются микрозернистыми сильно загрязненными глинистым, песчаным и углистым материалом. По мере продвижения на север и северо-восток от этой зоны известняки становятся более чистыми, переходя в органогенные криноидно-спикуловые и форами-ниферовые.

Такая зональность вполне соответствует общей картине распространения известняков на площади бассейна. Выклинивание подавляющего большинства известняков в юго-западном и южном направлениях сопровождается изменением их морфологических признаков и вещественного состава. Так, повышенное содержание магнезиальной примеси в известняках свидетельствует, что накопление последних происходило на участках, имевших ограниченную связь с открытым морем (юго-западная часть Донбасса).

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: