Геологическая характеристика Донбасса

Геологическая характеристика Донбасса

Донецкий каменноугольный бассейн возник на южном крае Русской платформы. В угленосной толще Донбасса залегает 310 угольных пластов рабочей и нерабочей мощности, из которых 95 пластов относятся к отложениям нижнего карбона, 200 пластов к среднему карбону и 15 пластов к верхнему карбону. Суммарное количество угольных пластов, достигающих рабочей мощности, в среднем составляет 120 пластов, в том числе в отложениях нижнего карбона залегает 29 пластов, в среднем карбоне — 87 пластов и в верхнем карбоне — 4 пласта. В бассейне разрабатывается 70 пластов, в том числе по различным районам от 40 до 2 пластов. Большинство угольных пластов (до 70 %) имеет сложное строение. Простое строение имеют пласты мощностью до 0,6-0,7 метра. Прослои в угольных пластах представлены преимущественно глинистыми сланцами. Мощность рабочих угольных пластов по Донбассу колеблется в широких пределах: от 0,5 до 1,5-1,8 при средней мощности разрабатываемых пластов 0,7-1 метра. Мощность некоторых угольных пластов достигает 2-2,5 метра, но это относится преимущественно к отдельным небольшим участкам или группам шахтных полей. В Донбассе преобладают пологие пласты угля. Крутые пласты залегают в Центральном и Кадиевском районах и на отдельных участках в других районах.

Угли Донецкого бассейна включают ряд ценных элементов, которые не извлекаются. В углях, продуктах их обогащения и шахтных водах региона имеется германий в промышленных концентрациях. Попутное его извлечение - это один из путей улучшения экономических показателей угольной отрасли. Германий используется во многих отраслях промышленности и спрос на него постоянно возрастает. Отметим, что в СССР уголь является основным источником получения германия. Согласно современным требованиям содержание германия в энергетических углях должно превышать 10 г/т (воздушно-сухого веса), в коксующихся - 3 г/т.[9]

Исследуемая территория Донецкого бассейна – Донецко-Макеевский угленосный район, шахта «Октябрьский рудник». Описываемая площадь расположен в центральной части Донецко- Макеевского геолого-промышленного района. По административному делению данная площадь входит в состав Куйбышевского района, города Донецка, Донецкой области Украины. Географическое положение Рудника и шахтных полей определяется географическими координатами: 48°04, восточной долготы и северной широты.

В геолого- тектоническом отношении оцениваемая площадь располагается в южной части Кальмиус-Торецкой котловины, в висячем крыле Французского надвига между Коксовым надвигом и осью Ветковской флексуры. Территория «Октябрьского Рудника» расположена на водоразделе рек Кальмиус на востоке и Волчьей на западе. Первая протекает на расстоянии 3,0-3,5 км от участка, вторая- 8,0-9,0 км. Поверхность участка разведки представляет собой слегка наклоненное степное пространство, расчлененное долинами балок и впадающими в них отрогами и оврагами.

Рисунок 1 – Схематическая геологическая карта Донецко-Макеевского угленосного района.1 — палеоген; 2 — юра; 3 — граничные известняки свит карбона; 4 — разрывные нарушения; 5—шахты (вертикальные и наклонные); 6 — линии разрезов.

Общее понижение рельефа наблюдается в северо- западном направлении-к долине балки Вербовой. Максимальные отметки поверхности +240,0 м расположены в нижней части участка, в 800 м северо-западнее шахты №10бис, минимальные +180м - в долине балки Вербовой. Таким образом, амплитуда колебания абсолютных отметок поверхности в пределах участка составляет 60 м. Главной морфологической единицей участка является балка Вербовая, входящая в систему р. Волчьей. Свое начало она берет у шахты №10-бис и простирается с юго-востока на северо-запад.

Стратиграфия

Свита С27 - горловская

Отложения свиты С27 детально изучены, как по Горным работам, так и по данным большого количества разведочных скважин.

Литологический состав отложений свиты характеризуется следующим средним соотношением пород:

сланцы глинистые - 39,0-42,6%, сланцы песчаные - 26,0-35,6%, песчаники - 23,6-29, 2%, угли - 0,80-0,90%, известняки - 0,90-1,30%.

В отложениях свиты значительно преобладают глинистые сланцы, меньшее распространение имеет песчаные сланцы и песчаники, Подчиненное значение принадлежит углям (пласты m41 и m3) и известнякам.

m41- пачка, мощностью 0,45-0,55, невыдержаный, отмечается и простое, и сложное (в основном 2х пачечное) строение.

m3- относительно выдержаный, мощностью 1,07-1,70, отмечается и простое, и сложное (в основном 2х пачечное) строение.

Свита С26 - алмазная

Отложения свиты в пределах описываемой площади детально изучены по данным большого количества скважин и широкому фронту горных работ. Отложения свиты С26 характеризуются широким распространением песчаников, хорошо выдерживающихся на всей площади и увеличивающихся в мощности в местах размыва угольных пластов.

Значение угольной фации в свите С26 особенно велико в сравнении с другими продуктивными свитами среднего карбона. литологический состав отложений свиты характеризуется следующим соотношением :

Сланцы песчаные 25,9-39,6%, Сланцы глинистые – 24,0-25,0 %, Песчаники -32,6-45,1%, Угли -2,4-2,6%, Известняки - 1,4 %

В разрезе свиты заключено до 16 угольных слоев, из которых 9 достигают рабочей мощности: l81 , l8 , l71, l7, l4,l3, l21,l1b, l1n. Наиболее выдержанными из них являются пласты: l81, l4 и l1n, широко разрабатывающиеся шахтами: № 10-бис и 13.

В разрезе свиты отмечено до 4 известняков, среди которых наиболее устойчивыми являются L7 и L1 . Последний достигает 4-5-м. мощности.

l81 и l4 являются наиболее выдержанными из своей свиты.

Угольный пласт l81, устойчивый на большом простирании, с двухпачечным строением и мощностью 0,30-0,65 верхней, 0,45-0,90 м – нижней пачек. относительно выдержанный, отмечается и простое, и сложное (в основном 2х пачечное) строение.

Угольный пласт l8 – относительно устойчивый, мощность его 0,10-0,79 м. относительно выдержанный, простое строение.

Угольный пласт l4 – один из основных пластов, разрабатывающихся широким фронтом горных работ, мощность его 0,61-1,79 м. Выдержанный, отмечается и простое, и сложное (в основном 2х пачечное) строение.

Угольный пласт l3 мощностью 0,40-0,90 м. относительно выдержанный, простое строение.

l1n- относительно выдержанный, пачка мощностью 0,25-0,5, отмечается и простое, и сложное (в основном 2х пачечное) строение.

Свита С25 - каменская

Отложения свиты С25 являются нижним горизонтом рассматриваемой площади.

В разрезе свиты основную роль играет песчаная Фация, которая составляет до 75% всех отложений, из них 40% составляет песчаники.

Подчиненную роль играют глинистые сланцы. Угли встречаются в виде редких и маломощных прослоев. Исключением является известняк К8, мощность которого достигает 4 м.

Число угольных пластов в отложениях свиты достигает - 19, из них 9: k8, k7,k61, k51, k5, k42,k41 ,k4 и k22 имеют более или менее выдержанную рабочую мощность. Устойчивым является только пласт k8 остальные - неустойчивые.

Пласт k8 является выдержанным, мощность которого 0,64-1,23 м, простое строение.

Тектоника

На рассматриваемой площади горными работами и буровыми скважинами выявлен ряд крупных и мелких дизъюнктивных нарушений.

В юго-западной и западной частях площади развиты, Слепой и Коксовый надвиги; в нейтральной части площади развиты надвиги "Малый", "А",Ветковский 3 и ряд мелких надвигов, выявленных горными работами шахт разрабатываемым пластом m3 , l81, l8, l7,l4, l1 и k8 , В восточной части площади развиты надвиги Абрамовский, Ветковский, Ветковский I», Ветковский 2 и Семеновский.

Площадь «Октябрьского Рудника» по всем оцениваемым пластам заключена между Коксовым надвигом на западе и Абрамовским и Семеновским надвигами на востоке, включая опущенное крыло Ветковской флексуры и надвиги Ветковский,Ветковский 1 и Ветковский 2. На поле шахты Октябрьской горизонтах минус 350-650 м отмечен мелкий флексурный прогиб, где углы падания пород сменяются с 8-100 на 20-300 .

Качественные показатели пластов, а так же мощность и глубина приведены в таблице 1.

Таблица 1. Показатели качества рабочих пластов Пласт Мощность, м Интервал глубин, м Органическая сера от-до/среднее Зольность угольных пачек от-до/средее

m41 0,45-0,55 874-1120 1,5-6,3/4,6 5,4-28,3/12,2

m3 1,07-1,70 1005-1198 0,6-5,0/2,2 1,0-18,0/5,5

l81 0,3-0,9 968-1285 0,9-2,7/1,6 2,9-25,7/9,2

l8 0,10-079 799-1960 0,6-2,2/1,0 1,7-21,8/7,3

l4 0,61-1,79 934-1415 0,8-1,8/1,1 1,7-19,7/6,2

l3 0,4-0,9 1013-1342 1,0-1,9/1,2 2,1-21,4/7,6

l1n 0,25-0,50 982-1490 1,4-3,4/2,0 2,1-26,0/9,5

k8 0,64-1,32 1096-1362 2,8-6,0/3,4 2,2-16,4/7,2

2.3 Методика и результаты обработки экспериментальных данных

Нами было проведена проверка геологических факторов, установленных по литературным источникам, на примере распределения германия на поле «Октябрьский рудник» Донецко-Макеевского углепромышленного района Донбасса. Шахта «Октябрьский рудник» входит в состав производственного объединения «Донецкуголь». Соседними являются шахты им. Е.Т. Абакумова, «Панфиловская» и им. А.Ф. Засядько. На балансе шахты числятся пласты: m41, m3, m2, l81, l8, l71, l7, l4, l3, l1n, k8. Из них разрабатываемые: m3 и l81.

Для исследования были взяты пласты m41, m3, l81, l8, l4,l3, l1n и k8. Статистическая оценка показателей качества этих пластов приведены на рисунке 2. Повышенное содержание германия наблюдается у пластов со сложным строением (m41, m3, l8, l1n). По среднему содержанию серы угли большинства пластов малосернистые и среднесернистые, за исключением m41 и k8 (марки 2Ж), которые являются повышено сернистыми. Сера в углях представлена сульфидной, сульфатной и органической разностями с явным преобладанием первой составляющей.

Рисунок 2 – Содержания германия и серы в угольных пластах

Наибольшее содержание германия наблюдается в пласте m3 (мощность=1,20). Наименьшее содержание в пласте l1n (мощность=0,60). Распределение германия с глубиной закономерно не изменяется.

Более детальный анализ показателей качества был выполнен для пласта k8 , статистические характеристики которых приведены ниже (таблица 2 ).

Среднее содержание германия в пластах относительно небольшое, но встречаются аномальные значения повышенного содержания в определенных местах отбора проб, которые возможно относятся к тектоническому нарушению на западе территории.

Таблица 2. Статистические характеристики показателей качества по пласту k8 Статистики Ge m Ad Sd Vdaf

Среднее 2,2491 0,8482 9,245 6,045 36,118

Медиана 1,06 0,8 8,4 2,9 36

Мода 1 0,8 7,2 2,4 31,6

Стандартное отклонение 2,75 0,076 3,27 10,05 2,08

Дисперсия 7,54 0,006 10,673 100,985 4,33

Минимум 0,5 0,75 4,7 2,4 31,6

Максимум 9 1 14,9 36,3 38,9

Был проведен корреляционный анализ для изучения зависимости между содержанием германия и другими показателями. Исходя из расчета линейного коэффициента корреляции Пирсона была установлена значимая отрицательная связь с выходом летучих компонентов(Vdaf) – -0,604

Построены карты распределения содержания германия (рис.4), зольности (рис.5), выхода летучих компонентов (рис.6), содержания серы (рис.7) и мощности (рис.8).

Рисунок 4 – Распределение содержания германия по пласту k8

На рисунке 4 можно наблюдать повышение содержания германия по пласту k8 на северо-западе участка , что может быть связано с Диагональным надвигом. А так же на юго-западе участка в районе Коксового надвига. Известно, что тектонические нарушения повышают проницаемость пород, способствуя проникновению гидротермов. Очевидно с этим процессом и связаны повышенные содержания германия. С таким же процессом связано образование сульфидной серы в углях. Пониженные концентрации германия наблюдаются на востоке и северо-востоке территории.

Рисунок 5 – Карта показания мощности пласта k8

На рисунке 5 можно показано, что мощность пласта увеличивается в северном и юго-восточном направлении. Если сопоставить рис.4 и рис.5 можно отметить что на юго-западе участка в районе Коксового надвига повышается содержание германия и увеличивается мощность пласта. Следовательно, на данном участке положительная связь мощности и содержания германия.

Рисунок 6 – Карта-схема показателя зольности Ad

На рисунке 6 можно наблюдать небольшие концентрации показателя зольности, в северо-западной и юго-восточной части участка. Наибольшие концентрации наблюдаются в центральной части участка и достигают содержания зольности равное 14,4. Сопоставив карту зольности и карту содержания германия можно сказать, что наблюдается повышение германия на участках с низкой зольностью. Это подтверждает гипотезу связи германия с органической частью углей. Установлена отрицательная связь, однако линейная связь незначимая, что говорит о сложной зависимости по форме между содержанием германия и зольностью. Исследование формы является последующей задачей исследований.

Рисунок 7 – Карта показателя содержания серы Sd

На карте содержания серы (рис.7) можно наблюдать увеличение на востоке участка. Предел содержания 38. Установлена незначимая отрицательная связь содержания серы и содержания германия.

Рисунок 8 – Карта-схема показателя выхода летучих компонентов Vdaf

На рисунке 8 наблюдается увеличение содержания выхода летучих компонентов с юго-западного на северо-восточную часть участка. Установлена значимая отрицательная связь между содержанием германия и выходом летучих компонентов.