"Мощные" пласты Южноякутской угленосной площади и их строение

Пятилетие работы, проведенные в пределах Южноякутской угленосной площади, убедительно доказали, что развальцованность угольной массы в пластах углей имеет широкое региональное распространение. Можно с уверенностью сказать, что нет ли одного пласта угля, вскрытого в естественном обнажении или в шурфе, штольне или буровой скважине, в котором не наблюдалось бы в той или иной степени деформации и развальцованности угля,

С этим явлением связано изменение мощности пластов, выражающееся в их раздувании или разбухании. Наблюдения показали, что это явление очень обычно, и можно привести множество примеров по перераспределению угля и угольных пластах, их разбуханию и выжиманию.

Целый ряд примеров при этом падает на участки вздутых частей угольных пластов, которые в свое время послужили объектом для постановки разведочных и кустарных эксплуатационных работ. Погоня за «мощным» пластом ярко выражена не только в старых работах, но, к сожалению, и в геологоразведочных работах ЮЯКЭ ЧГУ Министерства геологии и охраны недр бывш. СССР.

Так, значительное локальное увеличение мощности пласта угля установлено в левом склоне р. Кабакты, а также в районе ручья Раздольного, где на раздув пласта угля была заложена штольня. В обоих случаях работы не дали положительных результатов, так как «пласт» быстро утонялся и выработки попадали в сильно уменьшенную, выжатую его часть.

Подобная картина наблюдается и по ряду других естественных обнажении с выходами деформированных тектоникой пластов углей.

Так, но левому склону р. Чульмана, в среднем его течении, наблюдается пласт угля, сильно увеличивший свою мощность у взбросовой поверхности (рис. 93). На этом примере отчетливо видно, как сильно развальцованный пласт угля нормальной мощностью 0.3—0.5 м достигает мощности 1.0 м у взброса. Видно внедрение угольного вещества под влиянием сильных подвижек в раздробленные участки кровли пласта. Заметно послойное течение развальцованного угля в ослабленные участки. Такой же пример можно наблюдать по выходу двух пластов угля в левом склоне р. Чульмана, на которые также были заложены штольни.

В обоих случаях, и верхнего, и нижнего пласта, видно, что они были разорваны и вздвоены взбросами. Поверхности взбрасывателей здесь имеют падение 15—20°. Видно, что но этой взбросовой плоскости верхний пласт угля был срезан и надвинут. При этом значительный ксенолит или отторженец почвы пласта внедрился в тело увеличившего мощность пласта.

В разрезе нижнего пласта наблюдается подобная псе картина. Здесь основной взброс имеет небольшой апофиз, почему явление увеличения мощности пласта несколько более усложнено. Оба примера совершенно ясно рисуют сущность процесса локального увеличения мощностей пластов, в последнем случае, для нижнего пласта, с 0.8 до 1.5 м. Совершенно понятно, что заданные здесь нa раздутые части пластин штольни не только не дали толконого результата, но в погоне за большей мощностью пласта попали в наименее выгодные по устойчивости пород участки и потому были раздавлены горным давлением.

Примером самого механизма увеличения мощности развальцованного пласта угли может служить раздув пласта угля, зафиксированный по шурфу 4, заложенному по разведочной линии 29 Министерства геологии а охраны недр СССР, в левом склоне р. Нерюнгры. Здесь видно, что деформация плотных, трудно сгибаемых пластов песчаников, при наличии послойных подвижек в пласте угля, развиваемых под большим давлением, привела к послойному «течению» угля и заполнению им образовавшейся менее напряженном части в изгибе. Диагональные смещения образовались позднее, они сместили вздутую часть пласта.

Несколько выше но р. Чульману, по левому ого склону, у самого уреза воды, наблюдалось эффектное обнажение алевролитов с вмещенным в ниx пластом угля (рис. 94).

Отчетливо видно, что пласт угля мощностью 0.5 м под влиянием сжатия совместно с более плотными и жесткими алевролитами испытал выжимание до 0.05 м и сильнее. Хорошо заметно, как развальцованное угольное вещество стремится заполнить все неровности кровли, образованные деформацией.

В случае, когда пласты пород, участвующие в деформации, резко отличаются по своей плотности и твердости, могут возникать сложные блоковые сколы плотных пород, деформация и выжимание более пластичных.

Таким примером является блоковое расчленение песчаников и деформация более пластичных алевролитов, наблюдавшееся по левому склону р. Чульмана (рис. 94), Как на зарисовке, так и на фотографии отчетливо наблюдаются блоки расколовшегося плотного песчаника, лежавшего в кровле более пластичных алевролитов. Последние под влиянием давления были «вжаты» в образовавшиеся неровности кровли. На этой зарисовке хорошо подчеркнута различная способность пород к восприятию тектонических деформаций.

Ограничившись этими примерами, мы принуждены уделить особое внимание объяснению возрастания мощностей угольных пластов, наблюдаемых на Нерюнгринском участке, что в свое время явилось предметом острой и неприязненной критики.

В основании разреза угленосного комплекса по левому склону р. Верхней Нерюнгры отчетливо наблюдается сложная деформация пород, принадлежащих к гонгринской свите. Этот разрез, вскрывая донные части сложной синклинальной структуры Нерюнгринского участка, как бы заранее отчетливо свидетельствует о сложном ее строении.

В опубликованный Н.Л. Быховером в 1952 г. материал по предварительным разведкам на р. Нерюнгре вкралась существенная ошибка в определении мощности пласта, вскрытого в канаве у штольни 22. Этот пласт был назван Мощным, и ему ошибочно присваивалась одиннадцатиметровая нормальная мощность.

Ранее имевшиеся у нас данные и тщательный повторный просмотр этой «угольной горы» показали, что процесс деформации угольного пласта иногда может сильно усложниться за счет повторности подвижек, что приводит местами к резкому увеличению мощности угольных пластов на ограниченном участке. Хорошим примером этого может служить разрез угольного пласта, вскрытый по левому силону р. Нерюнгры работами ЮЯКЭ в 1951 г. у штольни 22 (1) (рис. 95).

Угольное вещество пласта угля в этом случае под влиянием тектонических причин потеряло свою первоначальную форму, увеличило мощность или, вернее, сгрудилось на изолированном участке. За пределами этого разбухшего участка пласт угля оказался выжатым.

Такое разбухание может достигнуть двойного-тройного увеличения мощности первоначального пласта.

В данном случае пласт мощностью 4,5—5 м увеличился до 11.2—15 м (рис. 95). Эта величина и была принята за нормальную мощность пласта. Дело обстояло здесь так. Пласт угля мощностью 4,5—5 м под влиянием деформации, состоявшей в резком его изгибании в двойную складку флексурообразного характера, был дополнительно разорван двумя-тремя разрывами типа взбросов и слегка надвинут на лежачее крыло флексуры, это увеличило «мощность», замеренную разведчиками вдоль проведенной здесь канавы и 11.2—15 м. Такой неверный замер привел к обозначению пласта «Мощным» и не позволил уловить особенностей данного разреза. Фактически на месте двойная флексурообразная складка и взбросы отчетливо наблюдаются, и структура деформации этого пласта (4.5—5 м мощностью) сомнений не вызывает.

Более того, в верхней части обнажения в разрезе восточнее канавы наблюдался «ксенолит» пород кровли пласта, зажатый в складке угля и не вызывающий сомнения в своем происхождении. Этот отторженец кровли заснят среди угля. Обе фотографии доказывают, что «ксенолит» оторван от резко изогнутой кровли и вдавлен в складку, образованную углем. Это хорошо видно и в канаве со стороны разреза. Кроме того, ЮЯКЭ провела штольню по углю, выходящему в нижней части канавы за взбросом. Эта штольня, пройдя метров двадцать по мятому углю, пересекла два взброса и врезалась в кровлю, а небольшая штрековая выработка, заданная из штольни к западу, пройдя также по мятому углю, за плоскостью того же взброса, попала в породы почвы пласта.

Это все, вместе взятое, позволило объяснить схему структуры пласта и доказать нормальную мощность пласта в 4.5—5 м. Это толкование долго не принималось разведчиками. Только после больших новых расчисток и значительной выемки пород в заданном сбоку карьере схема была принята и пласт был назван Пятиметровым — Нерюнгринским.

На рис. 71 видна верхняя развальцованная часть пласта до его резкого изгиба в складку. Далее виден «ксенолит» или отторженец кровли пласта, вжатый в зону раздробленного и развальцованного угля. Затем видно изогнутое нижнее продолжение пласта.

He менее поучительна картина и с пластом Мощным, установленным в 1952 г. Л.М. Минкиным по склону р. Нерюнгрикана. Этот пласт был обнаружен в промоине небольшого лога, по восточному борту Нерюнгриканской синклинали, ниже выполняющих эту структуру песчаников. Пласт этот, по нашей трактовке, принадлежит к нерюнгриканской свите и назван нами Нерюнгриканским.

В заложенной ЮЯКЭ штольне 4 пласт был вскрыт в косом сечении мощностью в 40 м, что и дало повод ЮЯКЭ считать его сорокаметровым.

Детальное изучение разреза этого пласта, предпринятое Группой угольных геологических отрядов ЛАГУ АН СССР, позволило установить следующее.

Пласт вскрыт наклонной штольней длиной около 80 м. Устье штольни вошло в пласт со стороны почвы, падение которой определено в 48°. В забое штольни вскрыта кровля пласта с падением 25—15°.

На всем протяжении штольни в пласте обнаружено до пяти зон сильного дробления угля мощностью до 0.5—0.8 м, в пределах которых уголь превращен в мелкое, сыпучее состояние. Эти зоны тектонических нарушений меняют свое падение с запада к востоку в пределах от 20 до 37—40°, таким образом, что плоскости этих нарушений всегда оказываются круче падения самого пласта на 5—10° (азимут падений не совпадает также на 8-15°).

Кроме этого, в пласте установлено еще до 15—18 нарушений, выраженных в виде ясных поверхностей смещений, покрытых зеркалами скольжения. Они секут пласт с расхождением углов в 5—8°. Углепетрографическое изучение разреза пласта по штольне 4 показало, что приустьевая, нижняя часть пласта состоит из преобладания полублестящих углей. Далее они сменяются чередованием полублестящих углей с полу-матовыми, а затем наблюдается преобладание комплекснополосчатых и полуматовых углей. К забою штольни установлено переслаивание матовых углей с полуматовыми, а затем переслаивание матовых углей с углистыми породами (рис. 96).

Такая, казалось бы, нормальная последовательность в составе слагающих этот пласт углей и невозможность учесть амплитуду смещений у зон дробления из-за отсутствия маркирующих горизонтов привели нас к необходимости в 1953 г. ограничиться лишь пересчетом мощности пласта по углам наблюдаемых падений и позволила определить эту мощность в 27 м. Однако целый ряд соображений заставлял считать, что эта цифра сильно завышена. Соображения о преувеличенной мощности проистекали из наблюдения мощности этого пласта, вскрытого разведочными канавами по выходу на 5—7 км. В этих канавах пласт вел себя очень неустойчиво, резко меняя мощность, и обнаруживал ряд зон тектонических нарушений. Кроме того, серия буровых скважин, пересекших этот пласт, давала также все время разнобойные величины для мощности пласта, от 12 до 25 м и более. Все это заставляло очень осторожно подходить к определению истинной мощности этого пласта.

Изучение микрофотографий аншлифов углей дало нам основание считать, что мощность этого пласта около 8—10 м; действительно, аншлиф 767 (рис. 86), на котором наблюдается сложная разрывная деформация взбросового характера в прослое угля, очень близко напоминает деформацию пласта угля по штольне 4. Плоскости взбрасывателей здесь образуют с напластованием прослоя углы 30°. Многократное повторение взбросового смещения способно увеличить мощность пласта примерно в 3 раза. Подобное частое взбрасывание пласта напоминает, таким образом, тектонику пласта Мощного—Нерюнгриканского. И, кроме того, при таком смещении нижние, средние и верхние части пласта, отличаясь углепетрографически, могут сохранять и после смещения первоначальное свое соотношение.

Для проверки этого положения было построено несколько макетов пласта, в которых пласт состоял из трех обособленных, отличных друг от друга частей. Макетам придавались синклинально изогнутые формы пласта (восточное крыло), имевшие падение в забое 15°, на выходе в почве 40° или 12 и 48°.

Эти макеты рассекались параллельными плоскостями разрывов, несколько более крутыми, чем падение пласта. Макеты разрезались по разломам и смещались (взбрасывались) на небольшие однозначные амплитуды (рис. 97).

Эти макеты, во-первых, доказали, возможность получения по штольне разрезов, сохраняющих первоначальное естественное соотношение углепетрографических компонентов, наблюдаемое обычно в пластах и, в частности, по штольне 4, и, во-вторых, доказали, что такая тектоника способна увеличить мощность пласта в 3 раза.

Разрез, составленный И.Э. Вальц в 1953 г. по штольне 4, чрезвычайно хорошо согласуется с этим, так как резкой смены углепетрографических компонентов в природе не наблюдалось и по штольне 4 установлены промежуточные переслаивающиеся зоны. Макеты, сохраняя нормальное соотношение зон различного состава, допускают наличие таких переходных между ними смешанных зон.

На основании изложенного пласт Мощный, принимавшийся нами по пересчету углов падений в 27 м, должен быть признан имеющим первоначальную мощность 8—10 м. Последнее подтверждается также и тем, что пласт подобной же мощности в 10 м, а в раздуве до 18 м был встречен В. М. Власовым и в Токинском районе в той же части разреза (нерюнгриканская свита).

Все эти достаточно обоснованные заключения нашли свое окончательное подтверждение при построении плана выхода пласта Мощного, выполненного в 1955 г. Н.П. Георгиевским (ЮЯКЭ ЧГУ) (рис. 98).

Как видно из плана, пласт Мощный, он же Нерюнгриканский, на выходах рассечен рядом тектонических нарушений; последние, расходясь немного в углах падения и ориентировке с падением пласта, рассекают его на пачки, которые рисуются в плане в виде отщеплений или сколов, хорошо уловленных и изображенных в плане.

Кроме того, проекция самого пласта на плоскость карты дает резко меняющуюся, пульсирующую по мощности полосу. Последнее также свидетельствует о колебаниях в современной мощности пласта, которая никак не может считаться нормальной — первичной, поскольку в разрезе каждой канавы наблюдались отчетливые нарушения, несомненно отразившиеся на мощности пласта.

Таким образом, как нерюнгринский Пятиметровый пласт, так и этот Нерюнгриканский пласт не превосходят мощностей первый — 5 м, а второй — 8—10 м.

Такая мощность более естественна и генетически лучше обоснована,, так как от дурайской свиты с пластами углей в 2.5—3 м переход к гонгрин-ской свите с пластом в 5 м и далее к нерюнгриканской с пластом в 8—10 м как бы укладывается в общее естественное, постепенное нарастание интенсивности угленакопления и поэтому не вызывает возражения.

Остается отметить наличие увеличенных мощностей для пласта угля Карьерного на Чульмаканском участке. Изучение разрезов по керну буровых скважин, выполненное Т. А. Ишиной для Чульмаканского участка, показало, что серийные послойные подвижки, выражающиеся в дроблении плотных пород и в развитии разбухания и выжимания в пластичных породах (к которым относится и угольное вещество), размещаются в разрезе зонально.

На Чульмаканском участке зона максимального дробления породу связанная с послойными подвижками и с разбуханием и дроблением пород, приурочена к горизонту пласта Карьерного.

Так, в скважине 32 была встречена повышенная мощность Карьерного-пласта до 9.95 м, превышающая нормальную его мощность почти в 2.5—3 раза. Подобное явление несколько меньшего масштаба наблюдается и для других пластов Чульмаканского участка, находящегося в более «спокойных» условиях. Увеличение мощности Карьерного пласта было доказано на примере карьера 2, где этот пласт имел не меньшую мощность и носил на себе явные следы разбухания, обусловленного антиклинальным перегибом у взброса.

Штольни 19, 17 и другие, заложенные для проверки мощности этого пласта из карьера 2, показали быстрое выклинивание пласта и наличие в нем зон тектонических воздействий.

Построенная Т.А. Ишиной карта изменения мощностей угольного пласта Карьерного на Чульмаканском участке очень оригинальна. Эта карта показывает, что средняя часть Чульмаканского участка, плавно изогнутая в очень пологие складки и падающая под небольшим: углом к западу, как с юго-востока, так и с севера обрезана нарушениями, за которыми пласты угля находятся в гипсометрически более высоком положении. Амплитуда более крупного северного смещения для пласта Карьерного достигает 64.17 м, а для южного равна 10 м. Направление падения плоскости разлома в первом случае меняется от 180° < 40° до 210° < 40°, в то время как для южного, имеющего характер взброса, оно направлено по азимуту 163° под углом 65° и по азимуту 145° под углом 65°,

Нарушения сопровождаются иногда сдваиванием пластов; это явление хорошо фиксируется, например, по положению как Карьерного, так и Чульмаканского пластов в скважинах у южного взброса.

Как характер взброса, его ориентировка, так и развальцованность угля и спорадическое разбухание п выжимание, вызванное перераспределением угля, чрезвычайно типичны. Они устанавливают полную аналогию с явлениями нарушенности пластов углей, наблюдаемыми в естественных обнажениях по pp. Унгре, Чульману, Кабакте и в других местах.

Из карты следует, что колебание мощности, измененной перераспределением угольной массы, для Карьерного пласта па коротких расстояниях достигает 10 м. Местами же он полностью выжат. При этом наблюдается отчетливое зональное размещение для увеличенных и уменьшенных мощностей пласта, подчиненное почти широтному направлению. Так, полоса или зона мощностью 9.95—4.5 м сменяется зоной с мощностью пласта 1.7—0.8 м. Далее пласт разбухает до 2.3—1,6 м, чтобы снова выжаться до 0.5—0 м, а потом снова повыситься в мощности до 5—3 м. То же явление в несколько меньшем масштабе отмечено и для других пластов этого участка. Перераспределение угольной массы в пластах угля, таким образом, приобретает очень широкое, региональное значение и требует учета. Угольные пласты на значительной площади своего распространения могут терять обычную для них пластовую форму ограничения более или менее параллельными плоскостями кровли и почвы и приобретать сложную форму угольного «тела», напоминающего линейно расположенные рудные залежи.

Заканчивая раздел данного труда, посвященный вопросам тектоники, мы должны отметить следующее. Развитие тектонических форм в плаще юрских угленосных пород, возникшее после завершения их накопления, в мезо-кайнозой развивалось под влиянием продолжавшейся постумной активизации, разрывных и блоковых смещений, заложенных еще в протерозое. Эти постумные проявления, деформируя твердый докембрийский субстрат краевого прогиба Алданского щита, вызывали в нем блоковые смещения, что отражалось на вышележащих более рыхлых толщах угленосного мезозоя, образуя в них плавную первичную складчатость. Последняя под влиянием дальнейших движений по разломам усложнялась и образовывала асимметричные антиклинальные складки, которые далее, запрокидываясь к северо-востоку, превращались во флексуры. Разрыв среднего крыла флексур мелкими апофизами глубинных разломов усложнял первичные формы складчатости, приводя к образованию мелкой гофрировки пород под влиянием пластовых подвижек. Некомпетентность пород, обладающих различными свойствами твердости, плотности, вязкости, приводила к разрешению напряжений в значительных послойных подвижках, которые обусловливали развальцовывание более пластичных пород, к каким принадлежит и уголь, и развитие в них процесса перераспределения угольного вещества с образованием сложных но форме вздутий — угольных «тел» — или полного выжимания пластов (рис. 99, 100).