Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Нижнерейнско-Вестфальский (Рурский) угольный бассейн

07.02.2020

В состав Нижнерейнско-Вестфальского бассейна входят:

1. Площадь выходов карбона на поверхность, известная издавна под названием Рурского бассейна, которая после расширения ее границ под покровом осадков более молодых, чем угленосные, выделяется под названием Рурского района Нижнерейнско-Вестфальского бассейна.

2. Район левобережья р. Рейн (рис. 28). Эти площади, по-видимому, представляют отдельные участки большого единого бассейна, выведенные на поверхность или приближенные к ней позднейшими тектоническими процессами. Стратиграфически и по тектоническому строению они сходны.

Рурский бассейн расположен к востоку от р. Рейн в районе его правых притоков — Рур, Эмшер и Липпе. По южной границе бассейна (собственно Рурский район) угленосные отложения выходят на поверхность, затем к северу они постепенно скрываются под более юными отложениями, а далее, севернее Тевтобургского леса, выходят ближе к поверхности, образуя Нижне-Саксонский бассейн, иногда выделяемый под названием Оснабрюкский район Рурского бассейна. На западе граница проходит по левобережью р. Рейн до горста Версен, отделяющего Леворейнский район от Аахенского и Лимбургского (Голландия) бассейнов, на востоке граница не установлена.

Бассейн относится к числу наиболее хорошо изученных. Еще к началу 1900 г. он уже был полностью покрыт геологической съемкой масштаба 1 : 25 000; описанию бассейна, отдельных районов и рассмотрению регионального характера вопросов посвящены многие сотни работ.

В геологическом строении бассейна принимают участие породы девонского, каменноугольного, пермского, триасового, юрского, мелового, третичного и четвертичного возраста (рис. 29).

Отложения девона широко развиты на южной окраине бассейна и представлены всеми тремя отделами. Нижний отдел сложен пластическими осадками мелководного морского бассейна с вулканическими проявлениями в верхних горизонтах, средний — известняками, песчаниками и граувакками, верхний — пестрыми сланцами, песчаниками и. кровельными сланцами, известняками и фациями флиша; верхние части каждого отдела сопровождаются излияниями гранита.

Для отложений карбона характерно наличие обоих отделов — нижнего и верхнего.

Наиболее полно развит нижний карбон; в верхнем карбоне стефанский ярус отсутствует, по-видимому, он размыт позднейшими трансгрессиями цехштейна и мела.

Нижний отдел — турнейский и визейский ярусы — сложен двумя взаимно замещающимися во времени и пространстве фациями, не представляющими собой стратиграфические горизонты: кульм и карбонатная фация — каменноугольный известняк.

Отложения кульма в основном состоят из пластических горных пород: кремнистых, глинистых и квасцовых сланцев, кремнистых пресноводных известняков, местами содержат морскую фауну. Мощность кульма на западе около 75 м, на востоке 300—400 м, здесь он постепенно переходит в намюрский ярус.

Мощность верхнего карбона около 5000—6000 м. В результате подробного изучения он, кроме крупных разделений, расчленяется и на очень мелкие составляющие его части — зоны, каждая из которых характеризуется определенным составом фауны или сообществом флористических форм.

По составу, главным образом по признаку угленосности, в верхнем карбоне выделяют две толщи: нижнюю, или непродуктивную, отвечающую низам намюра, сложенным морскими осадками, и верхнюю, или продуктивную мощностью 5000 м, представляющую собой чередование прибрежно-морских и континентальных осадков, начиная с верхнего намюра до верхнего вестфала включительно. Обе эти толщи разделяются скорее по фациальным, чем по возрастным признакам.

Безугольная толща сложена чередованием квасцовых, песчаноглинистых и глинистых сланцев с аркозовыми песчаниками, кварцитами, граувакками и конгломератами; местами встречаются тонкие линзы угля. Мощность толщи 1000—1400 м.

Безугольные отложения обладают большой фациальной изменчивостью как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Кроме того, за счет выпадения нижних горизонтов по направлению с юго-востока на северо-запад происходит уменьшение ее мощности от 1400 м в районе Хагена до 800 м южнее Мюльхейм-Pypа.

Продуктивная толща выходит на поверхность лишь на юге бассейна на незначительной площади — около 600 км2. Она сложена конгломератами, песчаниками, песчанистыми и глинистыми сланцами, угольными пластами и прослоями известняков. Все эти породы чередуются в разрезе в определенной ритмической последовательности, создавая ряд циклов.

Средняя часть толщи наряду с большим содержанием угольных пластов характеризуется преимущественно глинистым составом пород и богатой пресноводной фауной, крайние же — нижняя и верхняя части — относительной бедностью углями и значительно большим развитием песчаников, конгломератов и морской фауной. В среднем же содержание в продуктивной толще песчаников и глинистых сланцев почти поровну — 36—37%, песчанистых сланцев 22% и конгломератов 4%. Среди пластов угля местами встречается флинтклей.

В глинистых сланцах у угольного пласта, а также у прослоев в угле очень часто содержатся конкреции и тонкие слои шпатового железняка, углистого железняка и сферосидерита. Скопления последних местами настолько богаты, что являлись раньше промышленной железной рудой.

Из конкреционных образований часто встречаются так называемые известняковые или угольные почки (coal—balls), или тоpфодоломиты — конкреционные образования в угле, обычно шаровидной формы. Стратиграфического значения им не придается.

Мощность продуктивной толщи в направлении на северо-запад значительно уменьшается, особенно в нижней части разреза — намюрском ярусе. В центральной части бассейна его мощность около 600 м, у г. Эссена — около 300 м, а на крайнем северо-западе этот ярус выклинивается или же представлен отложениями небольшой мощности.

Мощность отложений верхней части толщи — вестфальского яруса — более постоянна, и местные изменения ее незначительны.

Стратиграфическое расчленение толщи благодаря резкой изменчивости ее разреза по вертикали и большой выдержанности по горизонтам произведено очень подробно, вплоть до охарактеризованных фауной и флорой небольших зон. Зонам обычно придают название основного пласта угля, составляющего верхнюю или нижнюю границу горизонта.

В морской фауне ведущая роль при стратиграфических расчленениях отведена гониатитам, в солоновато- и пресноводной фауне — пелециподам (антракомии, найядиты и карбониколи).

Наиболее широкое и практически легко осуществляемое расчленение толщи производится по признаку, качества углей. Оно основано на резком изменении степени метаморфизма в зависимости от стратиграфического положения, подтвержденного в свою очередь фаунистическими и флористическими комплексами. По этому признаку угленосные отложения делятся на шесть групп: пламенных, газово-пламенных, газовых, жирных, кузнечных и тощих углей (рис. 30). По общепринятой стратиграфической шкале тощие угли сосредоточены в намюре С, жирные — в вестфале А, газовые и газово-пламенные в вестфале В и пламенные — в вестфале С. В каждой из групп слоев качество углей связано, по-видимому, с изменениями петрографического состава и несколько варьирует.

В последнее время вместо этого классического расчленения чаще пользуются географическими названиями, а именно: группа тощих углей именуется слоями Шпрокхевель, кузнечных — слоями Виттен, жирных — Бохумскими слоями, газовых — Эссенскими слоями, газово-пламенных — слоями Хорст, пламенных — слоями Дорстен. Расчленение их на более мелкие подразделения внутри каждой из этих групп оставлено прежнее.

В Леворейнском районе угленосные отложения, за исключением отсутствующих здесь осадков группы пламенных углей, представлены теми же группами, что и в Рурской (Праворейнской) части.

Отложения карбона сильно дислоцированы и несогласно перекрываются значительно менее нарушенными более молодыми осадками — перми, триаса и мела. Поверхность карбона снивелирована позднейшими геологическими процессами до состояния плоского плато, наклоненного на север под углом 1—3°.

Пермские отложения представлены цехштейном. Они состоят из конгломератов, мергелистых и медистых сланцев, песчаников и прослоев ангидрита, гипса, доломитов. Мощность отложений 35—135 м, местами в грабенах она достигает 500 м. С отложениями верхнего и среднего цехштейна связаны месторождения каменной соли, калийных солей, гипса и пр.

Триас в основном сложен отложениями своего нижнего отдела — пестрыми песчаниками, в которых есть пласт угля в 0,4 м; средний и верхний триас сохранились от размыва только в отдельных наиболее глубоких грабенах и имеют сравнительно небольшую мощность.

Юрские осадки залегают несогласно на более древних и также известны лишь в отдельных грабенах; их мощность достигает 700 м. В отложениях юры встречаются небольшие аллохтонные залежи углей, пласты железной руды (минетта).

Меловые отложения распространены на обширной площади и трансгрессивно перекрывают все более древние дислоцированные образования, залегая почти горизонтально. Нижний отдел мела сложен глинистыми фациями с песчаниками и мергелями; мощность его до 150 ж. В нижнемеловых отложениях в отдельных горизонтах встречается до пяти, иногда и больше, пластов угля, которые местами (Бюкенберг и др.) разрабатывались.

Верхний мел характеризуется морскими, отчасти прибрежноморскими осадками сеномана, турона и нижнего сенона. Мощность меловых отложений от несколько метров на юге достигает 1000 м в средней части бассейна и 1500 м — на севере.

Палеогеновые и неогеновые отложения развиты в северо-восточной части бассейна. Они представлены преимущественно морскими осадками; мощность их сильно меняется и на севере достигает 500 м.

Четвертичные отложения имеют очень незначительную мощность, которая не превышает обычно нескольких метров, а местами менее метра, и сложены речными и ледниковыми образованиями.

Тектоника. Для бассейна характерно последовательное чередование широких синклинальных и связанных с ними более узких антиклинальных складок, вытянутых в направлении с юго-запада на северо-восток.

Основную часть бассейна слагают наиболее крупные синклинали — Бокумская и Эмшерская — и сопряженные с ними антиклинали Гельзенкирхен, Ваттеншейд и Штокум.

Строение антиклинальных структур осложнено проходящими вдоль них крупными надвигами, в том числе надвигом Сутан — в Ваттеншейдской, Сатанелла — в Штокумской антиклиналях и Гельзенкирхенским — в одноименной синклинали (рис. 31). Надвиги простираются параллельно общей складчатости бассейна, полого падают на юг и имеют амплитуду до 2000 м. Эти образовавшиеся в астурийскую фазу варисцийского орогенеза структуры позднее, в нижней перми, были разорваны многочисленными поперечными сбросами. Сбросы эти резко прямолинейны, простирание их на северо-запад, с очень крутым падением (60° и более) преимущественно на восток. Иногда их амплитуды по горизонтали настолько значительны, что заметно меняют общую структуру, смещая ее ось (Гельзинкирхенский антиклинал). Как правило, опущенным бывает восточное крыло сброса.

Проявление альпийской орогенической фазы незначительно и не вызвало существенных изменений в общем тектоническом строении бассейна.

Тектоника Леворейнской части бассейна сходна с Праворейнской частью; здесь лишь наблюдается увеличение интенсивности и количества поперечных сбросов, в результате чего площадь карбона оказалась разбитой на очень узкие вытянутые в юго-восточном направлении горсты и грабены, иногда со смещением их осей. Частое чередование таких горстов и грабенов намного осложняет эксплуатационные работы.

He менее значительным затруднением служит проявление в бассейне так называемой «дисгармоничной» складчатости при более резком ее проявлении и более сильном смятии нижних угленосных горизонтов по сравнению с верхними.

Угленосность. В Рурском бассейне, как уже упоминалось, угленосность развита в отложениях верхнего карбона и является одной из наиболее высоких среди остальных бассейнов карбонового возраста Европы и приблизительно в четыре раза выше, чем в среднем по Англии.

Общее количество пластов и прослоев угля составляет от 130 до 200, из них с рабочей мощностью 48—60 пластов суммарно в 80 м.

Распределение угленосности по площади и в разрезе изменяется следующим образом.

1. В южной части и в центре бассейна промышленная угленосность начинается с нижнего пласта группы тощих углей. Далее на северо-восток нижние угленосные горизонты постепенно выклиниваются и угольные пласты появляются все в более и более высоких горизонтах — сначала с верхних пластов группы тощих углей, а далее на север — с середины, и, наконец, только с верхов группы жирных углей.

2. Насыщенность углями отложений угленосной толщи по всему ее разрезу неодинакова (табл. 12). Наиболее богата угольными пластами средняя часть разреза — горизонты газовых и жирных углей; крайние — нижние и верхние — горизонты (газово-пламенных, кузнечных и тощих углей) обладают в общем незначительной угленосностью.

В Леворейнском районе степень угленосности значительно ниже, чем в правобережных частях; промышленные угли здесь начинаются только с середины группы слоев жирных углей. Ниже этого или совсем не содержится угольных пластов, или же они редки и маломощны. По сравнению с другими угольными бассейнами и месторождениями ФРГ угольные пласты здесь обладают очень большой выдержанностью.
Нижнерейнско-Вестфальский (Рурский) угольный бассейн

Мощность рабочих угольных пластов колеблется от 0,50 до 2,80 м, в среднем 1,1—1,2 м и даже до 6 м, что связано со слияниями нескольких пластов в один или реже — с раздувами, обусловленными причинами тектонического характера.

Угольные пласты обычно состоят из нескольких пачек углей различного типа (включая кеннели и сапропелита), переслаивающихся с углистыми сланцами или различными обломочными породами. Наиболее известные хорошо развитые пласты очень постоянны на громадном пространстве не только по своей мощности, внешнему облику и типам слагающих их углей, но и последовательности чередования этих типов, по содержанию золы, пирита, газов, влаги, штриховатости и прочим свойствам. Тонкие пласты обычно быстро меняются по простиранию и по падению. Иногда встречаются размывы пластов.

Степень выдержанности пластов угля в различных горизонтах не одинакова. В группе тощих углей, например, пласты значительно выдержаннее по простиранию, чем в горизонтах газово-пламенных и пламенных углей; замечено также, что пласты, залегающие среди глинистых сланцев, характеризуются большим постоянством, чем пласты среди песчаных пород.

Контакты угольных пластов со вмещающими породами обычно резкие; в кровле и почве большей частью залегают углистые сланцы, реже песчанистые породы. В почве почти всегда содержатся обильные стигмарии («кучерявчик», по Донбассу). Выше кровли часты конкреции, достигающие огромных размеров — до 1 м.

Угли Рурского бассейна в подавляющем большинстве типично гумусовые; липтобиолиты и сапропелиты встречаются редко. Петрографический состав углей отдельных пластов подвержен довольно большим колебаниям. Преобладающий составной частью вестфальских углей служит блестящий уголь, состоящий из витрена и кларена, которым сложены наиболее мощные пачки пластов. Матовый уголь встречается в виде прослоев разнообразной мощности.

Кеннельские угли большей частью встречаются в виде отдельных прослоев и линз среди обычных полосчатых гумусовых углей. Мощность их от нескольких сантиметров до 1,5 м. Местами они промышленные. Встречаются также богхеды в 0,30—0,50 м и смешанные — кеннель-богхедовые угли.

Сапропелитовые и липтобиолитовые прослои известны в самых верхних частях угольных пластов.

Установление степени метаморфизма углей по содержанию летучих веществ вполне отвечает изменению отражательной способности этих углей (рис. 32).

Увеличение степени метаморфизма углей происходит закономерно:

1) со стратиграфической глубиной — по правилу Хильта;

2) для одного и того же пласта: на каждые 100 м по падению пласта количество летучих веществ в нем уменьшается на 1,0— 0,7%;

3) по площади (рис. 33).

По загрязненности угли относятся к средне- и малозольным содержание золы в них 3—18%; обычно 6—8%; они отличаются малой сернистостью (0,5—1,5%), сравнительно высоким выходом смол — от 4 до 6% и высокой теплотой сгорания; у жирных углей она достигает 8600 ккал/кг.

Общие геологические запасы бассейна до основания угленосной толщи исчисляются в 213,8 млрд. т, до глубины 1500 м — 76,4 млрд. т. Из них, по Е. Кренкелю, на жирные угли, дающие наилучший кокс, приходится 65%, на тощие, полутощие и антрациты — около 15%, остальные 23% падают на другие группы.

Распределение добычи по маркам сравнительно пропорционально их запасам: основную часть добычи — 60—65% — составляют упомянутые жирные угли, 10—12% — тощие, полутощие и антрациты.

Горнотехнические условия Рурского бассейна несмотря на выдержанность пластов, устойчивость вмещающих пород и преобладание пластов с пологим залеганием (около 60%) все же сложные и тяжелые. Неблагоприятные факторы — сильная тектоническая нарушенность (главным образом мелкие нарушения, так как крупные обычно разграничивают отводы отдельных шахт) и быстрота повышения температуры с глубиной (термический градиент в бассейне колеблется от 26 до 30 м).

Количество откачиваемой из горных выработок воды очень велико и составляет до 0,5 млн. м3 в год.

Шахты Рурского бассейна относятся к опасным по газу; на глубоких горизонтах нередко происходят внезапные выделения газов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: