Дурайская свита Чульмаканского участка Южноякутской площади

Дурайская свита имеет наибольшее значение в промышленном отношении, так как в ней содержится несколько угольных пластов рабочей мощности.

Название «дурайская» было впервые присвоено данной свите Н.В. Фроловой, изучавшей разрез юрской угленосной толщи вдоль трассы АЯМа. Это название, как и другие названия свит, предложенные указанным исследователем, присвоено им по названиям рек, где данные свиты встречались.

Предыдущие исследователи отмечали, что эта часть угленосной толщи сложена преимущественно глинистыми породами и содержит угольные пласты, достигающие рабочей мощности.

Граница между дурайской и чульманской свитами долгое время была недостаточно четко установлена, вследствие чего мощности этих свит колебались в значительных пределах. Так, например, Н.В. Фролова мощность дурайской свиты считала равной всего лишь 50 м, включая в нее, по-видимому, только верхнюю часть свиты с промышленными пластами угля.

Позднее принято было проводить нижнюю границу дурайской свиты по контакту с «чульманскими песчаниками» (мощной толщей песчаников, слагающих нижнюю половину чульманской свиты). При таком подразделении в состав дурайской свиты входила и верхняя часть чульманского ритма, вследствие чего мощность дурайской свиты возрастала до 260 и более метров.

В 1953 г. нами было предложено проводить нижнюю границу дурайской свиты в начале крупного осадочного ритма, следующего за чульманским ритмом. При таком варианте границей чульманской и дурайской свит принимается поворотный момент в изменении тектонического режима, выражающийся в резкой смене тонкозернистых осадков, слагающих верхнюю часть чульманского ритма, мелкозернистыми песчаниками, относящимися уже к дурайскому макроритму. В настоящее время эта граница является общепринятой.

Верхняя граница дурайской свиты нами проводится так же, как это было сделано впервые Н.В. Фроловой: в основании гонгринских песчаников, залегающих с резким контактом на угленосной части дурайской свиты. Эта граница является достаточно четкой, и до последнего времени разногласий по поводу ее установления не возникало. Однако в связи с выявлением в вышележащих свитах, гонгринский и нерюнгриканской, промышленных угленосных горизонтов, у местных геологов появилась тенденция объединить все три вышеупомянутые толщи в одну угленосную свиту, оставив за ней прежнее название дурайской.1 Такое упрощение стратиграфической шкалы имело, по-видимому, целью облегчить задачи геологического картирования, но вряд ли достаточно обосновано и является шагом назад даже по сравнению с первой стратиграфической схемой 1944 г.

Автором настоящей статьи дурайская свита наиболее полно изучена ва Чульмаканском поисково-разведочном участке, где с 1950 г. Южноякутской экспедицией Министерства геологии и охраны недр ведется разведка на угольные пласты, заключенные в верхней половине данной свиты.

С 1952 по 1955 г. было составлено около 200 литологических разрезов по буровым скважинам, освещающим площадь в 30 км2. К сожалению, в большинстве разрезов представлена лишь верхняя половина дурайской свиты и покрывающие ее гонгринские песчаники. Только единичные скважины пересекают нижние горизонты дурайской свиты до границы ее с чульманской (скв. 67, 57, 86, 1 и 223).

Наличие большого числа разрезов, расположенных по сетке на расстоянии 250—500 м друг от друга, позволило провести на Чульмаканском участке в пределах дурайской свиты детальные литологические наблюдения, преследовавшие как научно-исследовательскую, так и практическую цель по увязке угольных пластов, прослеживанию их по простиранию, установлению причин их выклинивания и т. д.2

На основании имеющегося фактического материала удалось составить ряд фациальных профилей, являющихся одновременно схемами параллелизации угольных пластов. Для наиболее характерных горизонтов составлены фациальные карты (рис. 19—27, 29, 30).

Общая схема строения разреза дурайской свиты аналогична всем остальным: нижняя подсвита сложена преимущественно песчаниками с явным преобладанием мелкозернистых разностей, а вверх по разрезу увеличивается количество пород алевритово-пелитового состава и появляется ряд пластов углей рабочей мощности.

Песчаники. Дурайская свита является наиболее тонкозернистой частью угленосной толщи. Если в нижней части чульманской свиты достаточно широкого развития получили средне- и крупнозернистые песчаники и нередко прослои гравелитов, то в дурайской свите в данном районе почти не встречается пород грубее мелкозернистых песчаников, приуроченных преимущественно к нижней части свиты. Вверх по разрезу свиты постепенно возрастает роль тонкозернистых осадков. По петрографическому составу песчаники дурайской свиты похожи на песчаники верхней части чульманской свиты, но в значительной степени отличаются от кварцитовидных песчаников нижних горизонтов той же свиты.

Песчаники имеют полимиктовый состав с преобладанием серицитизированных полевых шпатов (46—51 %) и кварца (31—39%). В отличие от нижних свит явление регенерации кварца в дурайской свите (особенно в верхних ее горизонтах) развито слабо.

В подчиненном количестве (1—2%) присутствуют биотит и мусковит: кроме того, встречаются обломки эффузивов (преимущественно кислых), пегматитов, кварцитов и др.

Из акцессорных минералов на первом месте стоит циркон, в достаточном количестве распространены апатит, гранат. Встречаются сфен, рутил, эпидот, изредка турмалин.

Окатанность и сортировка обломочного материала слабые. Характер цемента и типы цементации почти те же, что и в нижних свитах, но, как уже отмечено, регерационный цемент почти полностью отсутствует.

По условиям образования песчаники дурайской свиты являются в основном отложениями текучих вод, о чем свидетельствуют наблюдающаяся в них косая слоистость, следы размыва в подошве песчаных слоев и распределение песчаников в плане в виде полос, частично врезающихся в подстилающие толщи, что видно на фациальных картах. Судя по характеру песчаного осадка (преимущественно мелкозернистые и алевритовые разности), потоки, отложившие эти осадки, обладали сравнительно медленным течением (0.5—0.7 м/сек.). Значительно реже и в небольших количествах встречаются песчаники с ясной тонкой горизонтальной слоистостью, представляющие, видимо, озерные отложения.

Пачки переслаивания песчаных и алевритовых пород. В дурайской свите широко развиты пачки переслаивания песчаных и алевритовых осадков, аналогичных описанным выше для юхтинской и чульманской свит. Отличие их от последних заключается в несколько лучшей сортировке зерен, в меньшем диапазоне гранулометрических разностей, входящих в состав пачек переслаивания, и в меньшей интенсивности размывов в основании песчаных прослоев. Условия образования этих пород, по-видимому, те же самые (фация поймы), по при несколько меньшей динамике среды.

Алевролиты и аргиллиты. Алевролиты и аргиллиты с ясной горизонтальной слоистостью по своему внешнему облику, петрографическому составу и фациальной принадлежности очень сходны с аналогичными породами, описанными выше для чульманской свиты, отличаясь от них лишь несколько лучшей сортировкой обломочного материала и меньшим количеством пирита.

Как и в нижних свитах, среди тонкозернистых отложений дурайской свиты можно выделить осадки открытых водоемов (озер) и застойных водоемов (болот).

Озерные отложения отличаются наличием тонкой горизонтальной слоистости; иногда в них встречаются остатки мелких пелеципод. Озерные осадки залегают в виде линз мощностью от 1—2 до 10—15 м и протяженностью от нескольких десятков до сотен метров. Видимо, это были небольшие кратковременные водоемы типа пойменных озер. Описываемые породы распространены главным образом в верхней половине свиты.

Среди озерных отложений встречаются местами карбонатные прослои типа мергелей. Последние имеют светло-серую, иногда буроватую окраску и залегают в виде линзовидных прослоев мощностью от 0.5 см до 0.25 м.

Иногда прослои мергеля имеют неправильную форму, что явилось, вероятно, следствием перераспределения карбонатного вещества в период диагенеза.

Наряду с прослоями мергеля иногда встречаются карбонатные стяжения (конкреции) изометрической или стеблевидной формы, приуроченные главным образом к озерным и отчасти болотным фациям.

Ниже дается описание наиболее характерных типов конкреций.

Карбонатные породы. Южноякутская угленосная толща бедна карбонатными породами и в том числе конкрециями. Подавляющее большинство конкреций собрано в дурайской свите Чульмаканского участка и только один образец относится к Нерюнгринскому участку [Н6/16 (б), — гонгринская свита.

При изучении карбонатных пород, кроме обычного макроскопического описания цвета, формы, размеров и т. д., применялись лабораторные методы исследования: химический анализ, термический анализ по дифференциальному способу и определение потери веса при прокаливании.

Химический анализ производился аспирантом Института химии силикатов АН СССР Н.Б. Карпенко. Анализу были подвергнуты 18 образцов. В каждом из них определено содержание CaO, MgO, FeO, MnO, P2O5, пиритная сера, полуторные окислы (Al2O3+Fe2О3+Ti2О3) и нерастворимый остаток. Затем по количеству CO2 был рассчитан минералогический состав, процентное содержание CaCO3, MgCO3, FeCO3 и пирита (табл. 1).

Из тех же самых проб были взяты навески для термического анализа по дифференциальному способу и для количественного определения состава карбонатов методом потери веса при прокаливании. Полученные результаты изображены в виде кривых на рис. 15—18.

На основании данных термического анализа карбонатные породы угленосной толщи можно подразделить на три основные группы: сидеритовые, кальцитовые и кальцитово-доломитовые. Сидеритовые конкреции присущи главным образом болотным фациям, а остальные две группы были встречены преимущественно среди озерных отложений.

1. Сидеритовые конкреции с содержанием сидерита от 70 до 96% (рис. 15). Присутствует примесь CaCO3 (3—5%) и MgCO3 (1—5%), последний, видимо, входит в состав сидерита (магниевый сидерит). Все сидеритовые конкреции обладают темно-бурым цветом, повышенным удельным весом и слабо вскипают в порошке от HCl. Что касается их формы и размеров, то они довольно разнообразны.

а. Наиболее распространены линзовидные конкреции размерами от 1—2 до 10—20 см (обр. 167/32 и 92/1). В некоторых коренных обнажениях удалось наблюдать, что конкреции такого типа слагают целые слои. По-видимому, карбонатное вещество накопилось одновременно с обломочной породой, а в период диагенеза произошли перераспределение его и концентрация в виде стяжений.

б. He меньшее распространение имеют сферолиты сидерита, имеющие размеры от 0.5 до 2 мм и образующие массовые скопления («сферолитовая порода»; обр. 8/5 и 125/10). Сферолитовые слои приурочены исключительно к фации торфяных болот и встречаются в тесной связи с угольными пластами, слагая прослои и линзы мощностью от 1 до 20 см в кровле, почве или внутри пласта. По данным И.Э. Вальц, наиболее распространены прослои, сложенные сферолитами, в угольных пластах Чульманский и Карьерный. Нами они часто фиксировались и в пласте Верхнем.

в. Кроме двух указанных выше морфологических типов сидеритовых конкреций, сравнительно широко распространенных, изредка встречаются конкреции аналогичного состава, но имеющие иную форму: стеблевидные стяжения, образовавшиеся, по-видимому, вокруг остатков растений [обр. Н-6/16 (б)]; шаровидные, размером до 0.5 см (обр. 113/30), а также мелкие (2—3 мм), буроватые, неправильной формы включения в алевролите (обр. 91/29) и др.

Все вышеописанные сидеритовые конкреции связаны с болотными фациями.

2. Изображенные на рис. 16 кривые указывают на присутствие значительного количества кальцита (эндотермический эффект на 800—900°) и небольшого количества сидерита (двойной, экзотермический и эндотермический эффекты в интервале 400—600°).

Химический анализ и кривые потери при прокаливании действительно свидетельствуют о наличии кальцита в количестве 25—45%, сидерита — 6—21% и MgCO3 — 2—5% [либо в виде доломита, либо в составе сидерита FeMg(CO3)2].

Макроскопически данные породы представляют собой светло-серые, иногда буроватые линзовидные прослои карбоната мощностью в несколько сантиметров, залегающие среди озерных отложений дурайской свиты (обр. 81/72 и 145/36). Иногда карбонат присутствует в виде примеси (цемента) в обломочной породе (алевролите) озерного происхождения. Мощность таких слоев достигает 35—40 см.

За. Группа кривых, изображенных на рис. 17, обладает двумя сближенными эндотермическими эффектами в интервале 750—900°, указывающими на присутствие доломита.

Кроме того, здесь также содержится кальцит, однако, поскольку разложение его происходит при 800—900°, т. е. совпадает со вторым эффектом доломита, относительное количество его неясно и оно может быть определено только по данным химического анализа или, более приближенно, по кривым потери при прокаливании.

Как видно из этих данных, основную роль в карбонатах рассматриваемого типа играет кальцит, присутствующий в количестве до 66%. Кроме того, в них содержится от 5 до 15 % доломита и некоторая примесь сидерита, возможно также магнезиального.

По внешнему виду карбонатные породы данной группы сходны с предыдущей группой: это аргиллиты с примесью карбоната (обр. 30/14) или линзовидные прослои желтовато-серых мергелей (обр. 32/18). Исключение составляет мергель, частично или полностью раскристаллизованный с образованием текстуры cone in cone (обр. 81 /42).

Интересно, что карбонатная порода с такой текстурой до сих пор была встречена только в одном стратиграфическом горизонте в дурайской свите под пластом Карьерным среди слоя зеленоватой породы алевритового или песчаного состава.

Все карбонатные породы данного типа относятся к озерным отложениям.

3б. Обломочные породы (алевролиты и аргиллиты) с небольшой примесью сидерита (5—15%), кальцита (1—4%) и MgCO3 (до 4%; рис. 18). Карбонатные породы данного типа слагают главным образом линзовидные прослои среди тонкозернистых обломочных пород озерного происхождения [обр. 88/25, 23/20 и 40/35 (б)] или стеблевидные конкреции среди болотных фаций (обр. 52/38).

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы.

Общее количество карбонатных пород в угленосной толще весьма ограничено.

Наибольшее распространение они имеют в дурайской свите и в верхней половине чульманской свиты (откуда, к сожалению, почти нет материалов).

Среди карбонатных пород встречаются прослои осадочного происхождения и конкреционные образования различной формы и размеров: от сферолитов микроскопических размеров до прослоев мергеля мощностью до 0.4 м. По времени образования карбонатные прослои и конкреции либо сингенетичны вмещающей породе, либо относятся к ранней стадии диагенеза.

Алевролиты и аргиллиты неслоистые. Наряду с описанными выше горизонтальнослоистыми озерными алевролитами и аргиллитами в дурайской свите значительное распространение получила другая группа пород, имеющих тот же гранулометрический состав, но иные текстурные и другие признаки, указывающие на образование данных осадков в условиях застойных водоемов (болот). Среди этих пород можно выделить несколько разновидностей. Наиболее развиты алевролиты и аргиллиты неслоистые с большим количеством беспорядочно рассеянных растительных остатков самого различного состава и степени сохранности. Здесь присутствуют стебли, кора, листья и семена растений; в изобилии встречается мелкий растительный детрит. Очень часто порода пронизана корневыми отростками.

По структурным признакам среди этих пород можно выделить несколько разновидностей. Одна из них, наиболее распространенная, представлена алевропелитом с преобладанием обломочного материала. Последний плохо сортирован (но несколько лучше, чем в аналогичных породах юхтинской и чульманской свит) и состоит преимущественно из удлиненных, плохо окатанных обломков кварца, полевого шпата, слюды и небольшого количества обломков горных пород (кварцита, кремнистых пород, основной массы кислых эффузивов и др.). Цемент, как правило, кремнисто-слюдистый, иногда с примесью гумусового вещества. Нередко присутствуют и сидеритовые конкреции, характеристика которых приведена выше.

Вторая разновидность представлена аргиллитом, имеющим пелитоморфную структуру. Минералогически эта порода сложена почти чистым каолинитом с небольшой примесью гумусового вещества и очень редких мелких обломочных зерен (преимущественно кварца). Весьма характерно присутствие сферолитов сидерита, имеющих размеры 0,3—0,5 мм и обычно беспорядочно рассеяных во всей массе породы. Изредка в виде небольших прослоев встречается еще одна интересная разновидность глинистых пород, имеющая брекчиевидный облик за счет включения глинистых же обломков размером 0,5—1 см, слабо окатанных, с поверхности слегка выветренных и сцементированных аналогичным глинистым или алевритовым материалом. Эти породы несколько напоминают современные делювиальные отложения и образовались, по-видимому, в аналогичных условиях. Встречаются они очень редко, обычно вблизи угленосных горизонтов (в почве). Мощность таких слоев не превышает 10—20 см.

Описанные выше разновидности, обладая некоторыми чертами различия, имеют ряд общих признаков (отсутствие слоистости, значительное количество растительного детрита, присутствие в цементе гумусового вещества и др.), свидетельствующих о накоплении обломочного материала в условиях мелководных застойных водоемов типа болот.

Болотные отложения (без торфонакопления) составляют около 3% мощности дурайской свиты. Мощность этих слоев колеблется в среднем от 10—20 см до 10—15 м. Болотные отложения обычно контактируют с озерными или пойменными, в которые они переходят и по простиранию. Они тесно связаны с угольными пластами и углистыми породами, которые выделены нами в особую фацию торфяных болот.