Общая харктеристика пород угленосной формации Донбасса

Источник:Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР.- М., 1963г.

Угленосная формация Донецкого бассейна представлена разнообразным комплексом терригенных пород, среди которых в виде относительно маломощных слоев заключены пласты известняков и углей
Донецкий бассейн (схема геолого-промышленного районирования) : Выходы свит: 1—K; 2 — C; 3 — разрывные нарушения; 4 — структурные зоны Склад¬чатого Донбасса: I — крупных линейных скл-адок, II—северная мелкой складчатости, III — южная мелкой складчатости, IV — Бахмутская котловина, V — Калыииус-Торецкая котловина, VI—Западный Донбасс, VII — Старобельско-Миллеровская моноклиналь; 5 — геолого-промышленные районы (цифры в кружках): 1 — Петриковский, 2— Новомосков¬ский, 3 — Петропавловский, 4 — Южно-Донбасский, 5 — Красноармейский, 6 — Донецко-Макеевский, 7—Амвросиевский, 8 — Чистяково-Снежнянский, 9 — Центральный, 10 — Се¬лезневский, 11—Алмазно-Марьевский, 12 — Лисичанский, 13 — Старобельский, 14 — Мил-леровский, 15 — Луганский, 16 —Ореховский, 17 —Краснодонский, 18 —Каменско-Гундо-ровский, 19 — Белокалитвевский, 20 — Тацинский, 21 — Боково-Хрустальский, 22 — Должа-но-Ровенецкий, 23 — Гуково-Зверевский, 24 — Краснодонецкий, 25 — Сулино-Садкинский, 26 — Цимлянский, 27 — Шахтинско-Несветаевский, 28 —Задонский

Терригенные породы составляют, как правило, 90-95% общей мощности всей угленосной формации. По гранулометрическому составу они представлены аргиллитами (глинистыми сланцами), алевролитами (алевритовыми сланцами) и песчаниками мелко-, средне- и грубозернистыми. Гравелиты и конгломераты встречаются редко и не имеют самостоятельного значения, слагая лишь отдельные пачки некоторых толщ песчаников. Цвет пород преимущественно серый.
Долевое участие терригенных пород различного гранулометрического состава в строении отдельных стратиграфических интервалов разреза по площади бассейна подвержено весьма значительным колебаниям: в некоторых свитах тонкообломочные породы резко преобладают (до80%), в других – весьма существенна роль песчаников, составляющих до 40%.
Общепринятые классификации терригенных пород отражают лишь их гранулометрический состав и не учитывают степень метаморфических изменений. Терминология, принятая для терригенных пород, недостаточно тонко дифференцирует породы по их физико-механическим и технологическим свойствам, которые, особенно для тонкообломочных пород, заметно меняются с изминением степени метаморфизма. Это, по-видимому, явилось одной из главных причин того, что до настоящего времени существуют разногласия в вопросе о терминологии обломочных пород в Донецком бассейне. Спорными являются главным образом термины, применяемые для глинистых и алевритовых пород: первые одновременно называют и «глинистым сланцем» и «аргиллитом», вторые – «песчаным сланцем» и «алевролитом».
Классификация осадочных пород по степени метаморфизма наиболее разработана для углей. В ней отчетливо выделяются не только три основные стадии – буроугольная, каменноугольная и антрацитовая, но также целый рядболее мелких ступеней, соответствующих отдельным маркам угля. Поскольку метаморфизм углей и пород находится в тесной взаимосвязи, степень метаморфизма углей может в извсетной мере служить критерием степени метаморфизма вмещающих пород.
Глинистые породы, развитые в области распространения бурых углей и переходных к длиннопламенным, легко размокают в воде, обладают пластичностью и должны именоваться глинами или уплотненными глинами. В области распространения длиннопламенных и газовых углей глинистые породы подверглись уже значительному уплотнению, усеньшилась их пластичность, однако они еще не потеряли способности к размоканию в воде. Для них приемлемым термином можно считать «аргиллит». В области еще более метаморфизованных углей глинистые породы постепенно теряют способность размокать в воде, повышается их механическая прочность, появляется сланцеватость, совпадающая с направлением слоистости. Эти породы как в горной и геологоразведочной практике, так и в литературе до последнего времени именуются глинистыми сланцами.
Необходимость выделения среди глинистых пород Донбасса аргиллитов и глинистых сланцев настоятельно выдвигается жизнью. Аргиллиты Красноармейского и Лисичанского районов и глинистые сланцы антрацитовых районов столь различны по всем параметрам, имеющим существенное значение для горной практики, что их нельзя объединить одним термином. Так, например, аргиллиты используются для производства кирпича, а глинистые сланцы вне зоны выветривания для этой цели непригодны; в районах максимального развития метаморфизма (Должанско-Ровенецкий район) они могут использоваться как кровельные сланцы.
По горнотехническим свойствам – устойчивости, механической прочности, буримости – между этими породами также наюлюдаются значительные различия, которые в целом увязываются со степенью метаморфизма глинистых пород и должны найти отражение в терминологии.
Не вызывает особых разногласий мнение об отнесении к аргиллитам пород, развитых в области распространения углей марок Д и Г, а к глинистым сланцам – пород, развитых в области распространения тощих углей и антрацитов.
Многочисленными работами (Шамрай и Джумайло, 1954; Хмарский и др., 1956; Логвиненко, Карпова, 1955; Ратеев, 1958; Рябиченко, 1959) установлено, что в минералогическом составе глинистой фракции аргиллитов и алевролитов преобладают гидрослюды; в континентальных фациях появляются значительные примеси каолинита; в морских фациях – примесь бейделлит-монтмориллонитового ряда. Аргиллиты и алевролиты, как правило, лишь изредка образуют мощные однородные толщи; чаще всего наблюдается их переслаивание с преобладанием то первых, то вторых.
Проблема классификации песчаных пород и конгломератов не стоит столь осро. Основными классификационными параметрами песчаников являются: крупность зерен и минералогический состав обломочной части и цемента. Низкотемпературный метаморфизм, с одной стороны, существенно не влияет на преобладающую кварцевую оюломочную часть этих пород, но, с другой – заметно сказывается на изменении цементирующих веществ и, следовательно, на физических свойствах породы в целом. Песчаники, распространенные в области развития углей низких стадий метаморфизма, имеют механическую прочность, как правило, до 200 кг/см3, а в области развития антрацитов – до 600 – 2000 кг/см3. При этом на диапазон колебаний механической прочности песчаников существенно влияют состав цемента, структурные и текстурные особенности породы.
Песчаники распространены во всех свитах угленосной формации, однако их долевое участие в разрезе подвержено большим колебаниям как по вертикали, так и по площади – от 15 до 50%. На площади бассейна они распространены в виде крупных линз и полос длиной от нескольких десятков километров до первых сотен километров и шириной 15-60 км. Горизонты песчаников обычно имеют мощность 20-30 м, но отдельные толщи достигают 50 -70 и даже 100 м. Наиболее мощные толщи песчаников содержатся в намюрском ярусе юго-западной окраины бассейна и в свитах С23, С25, С32 и С33 во всех районах бассейна.
Среди песчаников выделяются мелко-, средне- и крупнозернистые разности; более грубые фракции приурочены чаще всего к нижней части толщ, реже к средней.
По внешнему виду песчаники представляют собой плотные сцементированные породы светло-серой, темно-серой или зеленовато-серой окраски, зависящей от минералогического состава и содержания обуглившегося растительного детрита.
По текстурным признакам песчаники можно подразделить на две разновидности: однородные и слоистые. Слоистые текстуры обусловлены сортировкой зерен по гранулометрическому составу, а также неравномерным распределением глинистых примесей и органического вещества в цементе. Типы слоистости в песчаниках весьма разнообразны и зависят от их генезиса.
Минералогический состав песчаников изменяется в широких пределах. Среди аллотигенных минералов преобладает кварц (40-80%); полевые шпаты составляют обычно 3-10, реже 10-25%, слюда содержится от ничтожных количеств до 10-20%. Цемент по типу поровый, порово-базальный, реже базальный; составляет 10-20%. По составу цемент чаще всего глинистый или серицито-кварцевый, реже карбонатный или кварцевый.
Количество акцессорных минералов не превышает 0,3%, от общего объема породы; наиболее распространены турмалин, пирит, карбонаты ,роговая обманка, мусковит, ставролит, эпидот, андалузит, циркон и апатит.
Конгломераты и гравелиты встречаются в виде линз и прослоев в основании некоторых песчаников мощностью 0,3 - 0,5 м. Самостоятельных выдержанных горизонтов они не образуют. Галька конгломератов и гравелитов состоит преимущественно из кварца и кремнистых метаморфических пород. Галька характеризуется хорошей окатанностью, размеры ее обычно не превышают 1 см. По форме кварцевая и кремниевая галька обычно близка к округлой; яшмы и кремнистые сланцы чаще образубт таблитчатые обломки. Встречаются обломки пород карбона, имеющие обычно признаки незначительного переноса и связанные с местными источниками сноса; нередко наблюдаются обрывки обуглившейся древесины. Обломки пород местных источников сноса часто имеют более крупные размеры (до 5-10-20 см); форма их обычно остроугольная. Цемент в конгломератах чаще всего песчано-глинистый, реже кремнисто-глинистый или кремнистый.
Карбонатные породы в угленосной формации играют подчиненную роль; в разрезах отдельных свит они составляют от 0,2 до 5-12%, редко юольше. Более значительную роль известняки играют в пределах склона Воронежского массива, где угленосные отложения карбона переходят в карбонатные фации, характерные для одновозрастных отложений Русской платформы.
Карбонатные породы угленосной формации представлены почти исключительно известняками; доломитизированные известняки встречаются крайне редко. Отдельные пласты известняков, особенно в северной части бассейна, сложены почти чистым карбонатом кальция. Наряду с этим большая часть известняков загрязнена в той или иной мере глинистой и глинисто-алевритовой примесью. При этом в карбонатах появляется в заметных количествах FeO.
Детальная классификация известняков с выделением дробных структурно-генетических типов позволяет дать многочисленным карбонатным горизонтам донецкого карбона краткую индивидуальную характеристику. Многолетние работы по корреляции известняков показали, что структурно-генетические типы в каждом горизонте по площади сочетаются друг с другом в опрделенной последовательности, обусловленной их фациальной природой. Устанавливаемые таким образом ряды структурно-генетических типов приводят к понятию о фациях известняков.
Выделяются три основных, достаточно четко выраженных фации известняков:
  1. Относительно удаленных и глубоководных участков открытого моря;
  2. Мелководных прибрежных участков моря;
  3. Мелководья, заливов и лагун.
Каждая из этих фаций находится в парагенетической связи с различными структурно-генетическими типами известняков. С другой стороны, некоторые типы известняков, внешне сходны между собой, могут принадлежать к различным фациям. Так в известняках, которые прослеживаютя на многие сотни километров и относятся к фации открытого моря, иногда наблюдается частая перемежаемость известняков детритусовых, коралловых, фораминиферовых. В известняках заливно-лагунной фации на коротких расстояниях сменяют друг друга пелециподовые и гастроподовые известняки с обильной терригенной примесью. Вместе с тем микрозернистые известняки встречаются и в известняках фации открытого моря и среди фаций мелководья заливов и лагун. При полном литологическом сходстве эти известняки отличаются только составом немногочисленной фауны, стеногалинной в первом случае (брахиоподы, фораминиферы) и эвригалинной – во втором (остракоды, мелкие гастроподы и др.). Донецелловые известняки встречаются как в обстановке мелководья, так и в зоне открытого моря.
Среди глинистых, реже песчанистых пород донецкого карбона довольно часто наблюдаются карбонатные конкреции, в меньшем количестве сульфидные и редко кремневые. Карбонатные конкреции, как правило, встречаются во вмещающих породах, но иногда и в угольных пластах.
Формы карбонатных конкреций, а также их химико-минералогический состав весьма разннообразны. Конкреции, встречающиеся в почвеугольных пластов, имеют неправильную, желваковидную, корневидную или округлую форму; размеры конкреций 4-10 см в поперечнике. Конкреции, наблюдаемые в породах кровли угольных пластов, округлые, лепешковидные, линзовидные, пальцеобразные.
Конкреции, как правило, разбиты трещинами, расположенными в различных направлениях и выполненными кальцитом или анкеритом. Цвет конкреций изменяется от светло-коричневого до темно-коричневого и темно-серого, почти черного.
Вещественный состав, форма, условия залегания и текстурно-структурные особенности конкреционных образований являются важными диагностическими признаками для определения литологических типов пород, их фациальной принадлежности. Поэтому всестороннее изучение конкреционных образований может способствовать более глубокому пониманию геохимической стороны процессов осадко- и угленакопления. С другой стороны, опыт работ в Донецком бассейне показал, что конкреционные образования не имеют существенного значения для корреляции разрезов.