Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Связь процесса метаморфизма углей с геологической историей формирования Донецкого бассейна

05.04.2020

Для оценки относительного значения отдельных этапов геологической истории формирования бассейна в процессах метаморфизма необходимо рассмотреть связь изменений степени метаморфизма пластов угля с морфологией и ходом формирования складчатых и дизъюнктивных структурных форм.

На геологической карте конфигурация зон метаморфизма в общих чертах сходна с конфигурацией выходов пластов. Это указывает, как в принципе правильно отметил Е.О. Погребицкий, что процессы метаморфизма углей весьма значительно развились до начала складкообразования. Зоны метаморфизма оформились к этому времени в недрах бассейна, а тектонические движения переместили угленосную толщу с уже сформировавшимися марками углей. Это подтверждается на известных примерах надвигов северной части бассейна, где по плоскостям разрывов одновременно со смещением угленосной толщи разорваны также поверхности, разграничивающие зоны метаморфизма в угленосной толще, и по разломам приведены в соприкосновение не только разные стратиграфические горизонты, но и разные марки углей.

Региональные прямые связи между мощностью осадков палеозоя и степенью метаморфизма углей свидетельствуют о доинверсионных процессах метаморфизма, которые обусловили ныне наблюдаемую картину распределения марок в бассейне в интервале малых глубин. Этот общий план отражает закономерности погружения ложа Донецкого прогиба в ходе верхнепалеозойского осадконакопления и находится вне зависимости от современных структур.

Это привело многих исследователей к полному отрицанию связи метаморфизма с современным структурным планом.

В последнее время, когда была выявлена закономерность увеличения степени метаморфизма в пласте по мере его погружения и получено значительное количество достоверных фактических данных о метаморфизме углей на больших глубинах, оказалось возможным обоснованно построить карты распределения зон метаморфизма для отдельных пластов. Эти карты вопреки установившимся представлениям показали наличие связи между метаморфизмом и современным структурным планом.

Общая картина регионального изменения степени метаморфизма, увязанная с региональной закономерностью увеличения мощности осадков с северо-запада на юго-восток и от периферии бассейна к его центральной части, усложнена аномально повышенными значениями степени метаморфизма в донных частях синклиналей и пониженными на антиклиналях. Естественно предположить, что эти аномалии возникли в процессе формирования складок или в период, последовавший за складкообразованием. Прямое влияние складчатости маловероятно, поскольку относительно повышенная степень метаморфизма наблюдается не на антиклиналях, а в синклиналях. Такое распределение не может быть объяснено влиянием энергии складкообразовательных процессов; оно необъяснимо также с позиций теории динамометаморфизма.

Возникает вопрос, нельзя ли эти аномалии объяснить разницей в глубинах погружения пласта на самом раннем этапе формирования складок, когда еще продолжается непрерывное осадконакопление в основных синклиналях. He оправдывается ли представление, что степень, метаморфизма обусловливается предельной глубиной погружения пласта в ходе всей его истории, т. е. максимальным значением температур, пусть даже кратковременно воздействовавших на пласт. Ряд геологов принимает эту концепцию как наиболее правдоподобную.

Однако такая интерпретация наблюдаемых закономерностей распределения зон метаморфизма противоречит рассмотренным выше положениям о физико-химических особенностях процессов метаморфизма углей, а также анализу мощностей верхнекаменноугольных и пермских отложений.

На первый взгляд кажется, что увеличение степени метаморфизма в синклиналях и уменьшение на антиклиналях объясняется зарождением складок уже в ходе осадконакопления. Однако теория конседиментационного формирования донецких складок противоречит геологическим наблюдениям: ни уменьшения мощностей каменноугольных осадков на антиклиналях, ни связи фаций с элементами тектонических структур не устанавливается, как это убедительно было показано А.З. Широковым и подтверждено другими исследователями.

В пределах крупнейшей складки бассейна — Главной антиклинали — конседиментационные движения должны были бы найти наиболее полное отражение. Однако наблюдениями по квершлагам шахт установлено, что на крыльях складки мощности каменноугольных свит с глубиной не увеличиваются. Структура в целом расположена в области максимума мощности осадков. Многочисленные маркирующие горизонты в среднем и верхнем карбоне, а также и в нижней перми до соленосной формации не претерпевают никаких изменений, которые можно было бы связать с положением того или иного участка в плане этой структуры. Следовательно, представление о конседиментационном формировании донецких складок вообще и Главной антиклинали, в частности, неприемлемо. Между тем именно в Центральном районе детально изучено последовательное увеличение степени метаморфизма с увеличением глубины залегания пластов.

Спорным остается вопрос, не зародилась ли Главная антиклиналь во время накопления пермской соленосной формации?

По-видимому, во время формирования соленосных отложений перми начинается замедление погружения области Главной антиклинали, которое может рассматриваться как предвестник этой крупнейшей структуры. Отражением этого явления можно считать относительно пониженную степень метаморфизма пластов углей в области Главной антиклинали. Так как в Центральном районе угли примерно, на одну марку менее метаморфизованы, чем в смежных Алмазно-Марьевском и Донецко-Макеевском при одной и той же суммарной мощности отложений, предшествовавших соленосной формации, можно предположить, что конечная глубина погружения пластов была здесь меньше на 400—500 м за счет соответствующего уменьшения мощности соленосной формации, главным образом, очевидно, ее верхней части, т. е. краматорской свиты.

Осевая линия зачаточного поднятия располагалась южнее современной оси Главной антиклинали и, по-видимому, проходила вдоль ее южного крыла. Этим, очевидно, можно объяснить более низкую степень метаморфизма на южном крыле Главной антиклинали по сравнению с северным, несмотря на большую мощность всех каменноугольных осадков на южном крыле.

Вслед за накоплением соленосной формации одновременно с формированием складок произошло общее поднятие бассейна, сопровождавшееся интенсивными денудационными процессами. Верхнепермские осадки ложатся уже на размытую поверхность более древних осадков. Все последующие погружения по масштабу были меньше позднегерцинских поднятий. Мощность всех син- и посторогенных верхнепермских, мезозойских и кайнозойских отложений почти повсеместно значительно меньше мощности толщи, уничтоженной пред-верхнепермским размывом. Таким образом, погружение пластов было максимальным повсеместно как на современных антиклиналях, так и в синклиналях к началу складкообразования, т. е. к концу накопления пермской соленосной толщи.

Увеличение степени метаморфизма с увеличением глубины зале-тания пласта проще всего увязывается с процессами постинверсион-ного метаморфизма. По-видимому, после образования основных складок процессы метаморфизма не прекращаются: происходят низкотемпературные реакции метаморфизации, интенсивность которых в каждом пласте отличается большой дифференциацией по площади. На приподнятых участках, где пласт выведен на поверхность или залегает на малой глубине, влиянием постинверсионного метаморфизма можно пренебречь, ибо, как указывают химики, при температуре ниже 20° процессы углефикации заторможены вследствие замораживания валентных связей. В то же время в синклиналях с повышением температуры по мере увеличения глубины залегания пласта интенсивность продолжающихся процессов метаморфизма становится заметной. Так, на общую региональную картину доинверсионного метаморфизма накладывается дополнительный постинверсионный метаморфизм, в отличие от первого тесно связанный с современным структурным планом.

Поскольку ныне наблюдаемые зоны метаморфизма пластов представляют собой конечный результат последовательного воздействия на уголь геотермического поля на всех стадиях развития структуры, полный градиент метаморфизма в угленосной толще должен рассматриваться как сумма составляющих, отвечающих этим этапам. Так как до складкообразования процессы метаморфизма происходили в толще, залегавшей почти горизонтально, то естественно с этим этапом связывать те изменения метаморфизма, которые зависят от стратиграфического положения пластов. Другими словами, доинверсионная составляющая градиента метаморфизма отвечает стратиграфической составляющей и рассматривается как градиент первичного метаморфизма.

После складкообразования процессы дополнительного постинверсионного метаморфизма должны были привести к увеличению степени метаморфизма по современной вертикали в каждом пласте по мере увеличения современной глубины его залегания. Другими словами, постинверсионная составляющая метаморфизма отвечает вертикальной составляющей градиента метаморфизма и отражает наложенное влияние постинверсионного геотермического поля.

Таким образом, полный градиент метаморфизма представляет собой результирующую двух генетически отличных составляющих: доинверсионной (стратиграфической) и постинверсионной (вертикальной).

Составляющие градиента отражают результаты разобщенных во-времени процессов метаморфизма до и после складкообразования; каждая из них сохраняет свое значение как в условиях крутого, так к пологого падения. От условий залегания пластов зависит только результирующий градиент метаморфизма в угленосной толще, так как он равен векторной сумме составляющих, угол между которыми равен углу падения пород.

К. Паттейски и М. Тайхмюллер на основании изучения закономерностей метаморфизма в Рурском и Верхне-Силезском бассейнах также пришли к выводу о наличии стратиграфической и вертикальной составляющих градиента метаморфизма. Хотя методика исследований и теоретические предпосылки К. Паттейски и М. Тайхмюллера во многом отличались от наших, полученные ими значения составляющих градиента поразительно точно совпали с определенными нами величинами для Донецкого бассейна. He исключая некоторого элемента случайности в столь точном совпадении цифр, можно считать, что оно обусловлено сходством термодинамических условий метаморфизма в Донецком, Рурском и Верхне-Силезском бассейнах. Возможно, что в этих и других герцинских каменноугольных, бассейнах некоторые общие черты геотектоники определяют единые закономерности метаморфизма и даже весьма близкие значения составляющих градиента метаморфизма.

Наиболее интенсивно процессы постинверсионного метаморфизма, по-видимому, происходили в период, последовавший за образованием основных складок, когда структура в целом была еще достаточно глубоко погруженной и общий температурный уровень относительно высоким. В дальнейшем, когда денудационными процессами была уничтожена значительная толща осадков палеозоя, интенсивность процессов постинверсионного метаморфизма уменьшилась вследствие общего понижения температур.

Для выяснения хода процессов метаморфизма во времени представляет интерес детальное сопоставление степени метаморфизма одного и того же пласта в смещенных крыльях разрывов. Очевидно, если бы процессы метаморфизма не продолжались после возникновения разлома, то степень метаморфизма пласта должна была бы оставаться одинаковой по линии смещения как в поднятом, так и в опущенном крыле. Однако изучение ряда нарушений западной части Донбасса показало, что в опущенном крыле степень метаморфизма одного и того же пласта более высокая, чем в поднятом. Различие в степени метаморфизма в смещенных крыльях зависит от вертикальной амплитуды разрыва и от возраста смещения. После образования разлома одноименные пласты в опущенном блоке оказываются в зоне воздействия более высоких температур по сравнению с приподнятым, и чем больше амплитуда разрыва, тем больше разность температуры.

Конечные отличия степени метаморфизма в смещенных блоках естественно зависят также от длительности воздействия этой разности температур, т. е. от возраста разрыва. Древние конседиментационные сбросы, установленные на юго-западной окраине бассейна, образование которых связано с этапом погружения ложа бассейна, характеризуются резким скачкообразным изменением степени метаморфизма в пласте. Так, например, в опущенном крыле Криворожско-Павловского сброса при вертикальной амплитуде смещения около 900 м нижнекаменноугольные пласты на целую марку более, метаморфизованы, чем в поднятом (рис. 139).

В позднегерцинских надвигах, как правило, также еще довольно отчетливо выявляются различия степени метаморфизма пласта в смещенных блоках. Примером может служить Калининский надвиг, в поднятом крыле которого пласт h10 (поле шахты . «Игнатьевская») относится к марке К, а в опущенном на 400 м крыле (поле шахты «Мушкетовская Заперевальная-2») этот же пласт является отощенным спекающимся (рис. 140). На крыльях ларамийских надвигов даже при большой вертикальной амплитуде смещения степени метаморфизма пласта по одной вертикали различаются еле заметно.

Интересные соотношения зон метаморфизма наблюдаются на крыльях Горловского надвига — крупного ларамийского разлома на южном крыле Главной антиклинали (рис. 141). В поднятом крыле этого надвига в горных выработках шахты 3 «Солидарность» все пласты заметно более метаморфизованы, чем одноименные пласты на тех же глубинах в опущенном крыле надвига в выработках шахты 1—5 «Кочегарка». Скачкообразное изменение степени метаморфизма, на которое впервые обратил внимание В.И. Соколов, не сопровождается соответствующим изменением мощности осадков. Объяснить это явление можно увеличением степени метаморфизма по мере погружения пласта на крыле позднегерцинской антиклинали в значительной мере до образования ларамийского Горловского надвига. Вследствие разрыва сложившихся зон метаморфизма в висячем крыле надвига более метаморфизованные глубокие горизонты были приподняты и в итоге оказались на меньшей глубине, чем в лежачем крыле.
Связь процесса метаморфизма углей с геологической историей формирования Донецкого бассейна

Приведенные соотношения зон метаморфизма в смещенных крыльях разновозрастных дизъюнктивов наглядно показывают роль времени в процессах метаморфизма. При равном значении вертикальной амплитуды смещения крыльев по разлому разница в степени метаморфизма одного и того же пласта в поднятом и опущенном блоках по ларамийским дизъюнктивам еле заметна, по позднегерцинским — выступает более отчетливо, а по разломам, заложенным еще в период карбонового осадконакопления, проявляется наиболее резко.

Выявленные соотношения степени метаморфизма на крыльях дизъюнктивных нарушений проявляются достаточно отчетливо только при значительной амплитуде смещения и изучены пока лишь по ограниченному фактическому материалу. Между тем более широкое исследование этой проблемы позволило бы в ряде случаев решать обратную задачу — определение возраста смещения по известным соотношениям метаморфизма в поднятом и опущенном блоках.

Зависимость разницы в степени метаморфизма при равной амплитуде смещения от времени его формирования косвенно указывает, что увеличение степени метаморфизма пласта по мере его погружения также возможно, зависит от времени формирования структуры. Этим, по-видимому, объясняются фактически наблюдаемые колебания величины вертикальной составляющей градиента метаморфизма.

К сожалению, в настоящее время нет еще достаточных материалов для обоснованного анализа этого явления. В этом свете большой интерес будет представлять детальное изучение закономерностей изменения степени метаморфизма в пластах по мере их погружения в зависимости от тектонической истории конкретных структур, расположенных в северной части Донецкого бассейна, где геологические условия благоприятствуют подобному анализу. Можно заранее предположить, что в случае длительно унаследованных движенией при совпадении герцинского и альпийского структурных планов темп изменения степени метаморфизма по мере погружения пласта будет больше, чем в случае образования альпийских складок на крыльях древних структур и в случае несовпадения структурных планов, т. е. в тех случаях, когда знаки древних и более молодых подвижек не совпадали.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: