Введение

        Актуальность работы
        Экологические условия на шахтном поле во многом зависят от тектоники подстилающих пород. Изучение поля деформаций позволяет выявить участки растяжения к которым приурочены выходы газа, подземных вод, от которых зависит безопасная жизнедеятельность.
        Цель работы: исследование влияния тектонических разломов на жизнедеятельность человека.
        Основные задачи исследований:

• проанализировать современное состояние научной проблемы магисторской работы по мировым и отечественным литературным источникам;
• изучить особенности тектонического строения поля шахты «им. А.Ф. Засядько» в свете изучаемой проблемы;
• провести изучение борозд скольжения на поле шахты «им.А.Ф.Засядько»;
• исследование кинематического метода, при котором происходит выявления зон растяжения и прогнозирования газовых ловушек;
• проследить влияние тектонических структур на безопасную жизнедеятельность человека;
• обнаружить опасные для жизни человека тектонические зоны;
• сравнительная оценка полученных характеристик изучаемого объекта с аналогичными объектами для возможности использования полученных выводов для других объектов;
• разработать комплекс рекомендаций, предварительных исследований и мероприятий для оптимизации процесса прогноза газоносности угольной толщи.

        Объект исследования – поле шахты «им. А.Ф.Засядько»
        Предмет исследования – тектоническое строение и поля деформаций поля шахты «им. А. Ф. Засядько», их связь с газовыми источниками и влияние на безопасную жизнедеятельность человека.
        Методы исследования:

1. замеры зеркал скольжения в горных выработках и на поверхности шахтного поля;
2. кинематический метод построения поля деформаций и определения зон растяжений;
3. методы пространственного анализа;
4. обоснование результатов в экологической сфере.

        Научная новизна

1. выделение зон растяжения горного массива, которые сопровождаются повышенной газоносностью.
2. прогнозирование влияния на жизнедеятельность человека выхода газа

        Впервые была выявлена связь между выходом газа на поверхность и за счет этого негативное влияние на человека, и тектоническим строением участка.
        Практическое значение
        Определение зон растяжения горного массива позволит определить участки повышенной газоносности, а, следовательно, определить участки возможных внезапных выбросов газа.
        Личный вклад автора
        Мной были изучены зеркала скольжения, построены поля деформаций, построены карта пространственного анализа и выявлено влияние зон растяжений на безопасную жизнедеятельность человека.

Анализ состояния изученности вопроса

        В целом тектоническое строение Донецко – Макеевского угленосного района довольно хорошо изучено на уровне Донецкого бассейна [1].
        Длительные исследования при разведке и эксплуатации угольных месторождений Донбасса позволили с достаточной степенью детальности охарактеризовать региональные закономерности его тектонического развития. В этом плане следует отметить работы, направленные на изучение закономерностей распространения тектонических нарушений [3].
        Так, в конце XIX века – начале XX, существование сети разломов на мегауровне для Донбасса установил А.П. Карпинский (1888), который выделил крупные блоки земной коры, разделенные поясом тектонических нарушений [5].
        Козлов С.С. в работе, посвященной закономерностям распространения малоамплитудных нарушений в отложениях Донбасса установил, что зоны малоамплитудных нарушений имеют ширину 600 – 900 м и характеризуются субширотным простиранием [4].
        Пимоненко Л.И. установила кратность расстояний (3 – 6 – 12 км), между среднеамплитудными надвигами осадочного чехла по простиранию Главной антиклинали Донбасса [5].
        Богаченко Н.Н. определил системность в развитии трещиноватости и малоамплитудной разрывной нарушенности на разведываемых участках и полях действующих шахт Донбасса [4].
        Блоки горных пород, имеющие правильные геометрические формы, с размерами от сотен до нескольких тысяч метров, в карбоновых отложениях Донбасса выделил В.Ф. Приходченко [3].
        По данным приведенных авторов, в природных условиях практически не встречаются одиночные трещины, обычно они формируют системы. Как правило, в массиве пород наблюдается ряд систем, которые пересекаются между собой под разными углами, образуя отдельные блоки [7].
        На более локальном уровне тектонические поля изучали такие научные деятели как Корчемагин В.А., Шамаев В.В., Павлов И.О. [7].
        Целью же данной работы является изучение тектонических полей на поле шахты «им. А. Ф. Засядько» и проследить влияние выходов газа на безопасную жизнедеятельность человека. На этом уровне проблема малоизученна.

Геологическое строение недр на площади объекта исследований

        Стратиграфия и литология.

        В границах поля шахты им. А.Ф. Засядько угленосная толща сложена отложениями свит среднего карбона. Отложения среднего карбона представленв аргиллитами, алевролитами и песчаниками в почти пропорциональном соотношении с незначительным количеством известняков (0,3 – 3,4%) и углей (3,5 – 7,5%), причем, в разрезе наибольшей изменчивостью мощности характеризуются песчаники при сравнительном постоянстве всего остального комплекса пород, что связано с фациальными условиями формирования осадочных отложений карбона. Со стратиграфической глубиной, к низам московского яруса, в отложениях несколько увеличивается содержание песчаников (от 25% в горловской свите до 36% в каменской свите) [2].

        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.

        Отложения верхнего карбона залегают согласно на отложениях среднего карбона, отличаются резким уменьшением угленосности, наличием в разрезе мощных слоев красноцветных глин («пестроцветов»), являющихся хорошими флюидоупорами, а также мощных слоев песчаников. Мощность верхнекаменноугольных отложений изменяется в зависимости от местоположения и колеблется от нескольких сот метров до 1000м и более [1].
        Отложения карбона перекрываются маломощными (до 50м) четвертичными глинами, супесями и песками,местами палеогеновыми песками, наибольшая мощность которых приурочена к осевой части Ветковской флексуры.

        Структурно – тектоническая характеристика шахтного поля

        Поле шахты им. А.Ф. Засядько приурочено к центральной части Донецко – Макеевского района и характеризуется широким развитием пликативных структур (флексур), меньше дизъюнктивных и, затем, пликативных структур более высокого порядка.
        Простирание угленосной толщи субширотное, близ Ветковской флексуры изменяясь до северо – восточного. Падение пород на север, северо – восток под углами 5 – 14град , в районе флексуры углы падения достигают 30 – 40град.
        Поле шахты им. А.Ф. Засядько расположено в висячем крыле регионального Французского надвига, между двумя флексурными складками – Ветковской и Чайкинской (рис 1). Обе флексуры сопровождаются тектоническими нарушениями – Ветковскими (№№1 – 4) и Григорьевским надвигами соответственно. Ветковские надвиги имеют северо – западное падение с углами падения 70 – 60 – 30град , Григорьевский – азимут падения 300 – 330град, углы падения 22 – 55град, преимущественно – 25 – 30град.
        Наличие флексурных складок осложняет общее юго – западное простирание пород карбона, а между флексурами оно изменяется и протягивается в основном на юго – восток, принимая складчатую форму с падением угольных пластов на северо – запад и север под углами от 3 – 4град до 12 – 15град. В зоне Ветковской флексуры углы падения достигают 25 – 40 – 60град, амплитуда изменяется с запада на восток от 600 до 300м. Чайкинская флексура имеет более пологие углы падения –25 – 40град и вертикальную амплитуду до 400м.
        Поле шахты представляет собой слабо выраженную синклинальную складку, ограниченную вышеуказанными флексурами. Северо – западное крыло этой складки опущено, юго – восточное приподнято. На крыльях этой складки образовались пликативные структуры второго и третьего порядка, представляющие собой чередование локальных положительных и отрицательных структур, выявляемых тренд – анализом структурного положения плоскостей пластов углей и песчаников.
        Поле шахты им. А.Ф. Засядько, помимо региональных нарушений, оконтуривающих шахтное поле по периметру (техническим границам) и описанных выше, характеризуется наличием малоамплитудной нарушенности, развивающейся по шахтному полю неравномерно.
        Малоамплитудная нарушенность фиксируется только в горных выработках, и не определяется геолого – разведочными работами из – за незначительных амплитуд (редко превышающих 2,0 м).
        Западное крыло шахтного поля опущено, на нем широко развита малоамплитудная нарушенность. Горными работами по пластам m3 и l1 на западном фланге шахтного поля отмечена мощная (~ 150м шириной) зона малоамплитудной нарушенности, простирающаяся в северо – восточном направлении с углами падения 20 – 25град и амплитудой смещения от 0,5м до 1,75м. Отличительной особенностью этой зоны являются высокие фильтрационно – емкостные свойства, что, при наличии флюидоупоров в верхней части разреза и высокой газонасыщенности толщи на глубоких горизонтах, привело к образованию тектонической ловушки свободного газа в угленосной толще. Вскрытие этой ловушки приводило к неоднократным загазированиям горных выработок по пласту m3 на разных глубинах и авариям в связи со взрывами метана. По аналогии, можно прогнозировать, что все зоны малоамплитудных нарушений в угленосной толще поля шахты им. А.Ф. Засядько на глубинах 1000м и более могут образовывать аналогичные тектонические (чаще структурно – тектонические) ловушки свободного метана, и вскрытие их горными выработками следует проводить с предварительной дегазацией и другими мероприятиями, способными дегазировать такие скопления.
        Восточное приподнятое крыло характеризуется меньшей тектонической нарушенностью и большим развитием пликативных структур – локальных положительных и отрицательных, выявляемых тренд – анализом структурного положения горизонтов углей и песчаников. Но приподнятое положение этого крыла по отношению в целом к шахтному полю при его дискретном строении обусловило более высокую газонасыщенность угленосной толщи и образованию структурно – гранулярных ловушек свободного метана. Подтверждением данного положения можно привести загазирование 13 – ой восточной лавы пласта l1 , происшедшее 20 сентября 2006г.
        Более детальная характеристика современного тектонического положения и состояния шахтного поля приводится ниже. Реконструкция палеонапряжений, тектонического, динамического состояния произведена по результатам замеров в горных выработках (при выполнении данной работы) и анализу геологической документации, которая сопровождает ведение горных работ [2].

Методы исследования

        Описание фактического материала

        Всего было измерено 200 зеркал скольжения в горных выработках шахты и на земной поверхности в 15 пунктах наблюдения.

        Методика

        При обработке материалов и интерпретации результатов использовались компьютерные программы, разработанные в ГИН РАН, ДонНТУ, Институте Физики Земли РАН и Московской Геологоразведочной Академии.
        Для построения полей деформаций использовалась компьютерная программа GEOS. Она разработана Гущенко О.И., Мостриковым А.А.[6].
        GEOS – это программа кинематического анализа зеркал скольжения. Она используется для оценки параметров поля деформаций, которое вызвало образование всех разрывов на шахтном поле.
        К основным параметрам поля деформаций относятся:

1. ориентация осей главных нормалей деформаций элепсоида деформаций. Это є1, є2 , є3.
2. коэффициент Лодэ – Надаи (мє), который отражает отношение равное 2 *( є1 – є2/ є1 – є2) – 1, изменяется от – 1 до+1. отрицательные значения показывают блоки растяжения, положительные – сжатия.
3. Z – компонента, которая отражает проэкцию вертикальной оси эллипсоида деформаций на вертикаль. Значение Z – компоненты менее 1 соответствует участкам испытывающим при деформации опускания, более 1 – поднятия [9].

        Зеркала скольжения по различним участкам, последний кадр – сводная диаграмма по 6 участкам. Количество кадров 7, задержка кадра 0,7 с, повтор – 6

        После получения результатов в GEOS с помощью программы Excel были составлены выборки по значениям коэффициента Лодэ – Надаи – Meps и относительной величине вертикальной составляющей эллипсоида деформаций (z – компонента), которые использовались для дальнейших исследований.
        Для построения карт распределения значений данных показателей был использован пакет программ Surfer, который позволил наглядно отобразить цифровую информацию (распределение значений коэффициента Лодэ – Надаи и z – компоненты на поле шахты «им. А. Ф. Засядько»).

Результаты исследования

        В ходе обработки экспериментальных данных были построены следующие карты:

1. карта расположения точек выполненных наблюдений(рис.2)
2. положение оси сжатия поля деформаций сглаженного типа (рис.3)
3. положение промежуточной оси поля деформаций сглаженного типа (рис.4)
4. положение оси сжатия поля деформаций не сглаженного типа(рис. 5)

 

Рис. 2. Расположение точек выполненных наблюдений	Рис. 3. Положение оси сжатия эллипсоида деформаций
Условные обозначения:   шахтные стволы; ось флексуры; точки, в которых проводилось менее 10 замеров; точки, в которых проводилось более 10 замеров;	Условные обозначения:   шахтные стволы; ось флексуры; зоны растяжения; взбросовый тип поля деформаций сдвиговый тип поля деформаций

 

 

Рис. 4. Промежуточная ось эллипсоида деформаций	Рис. 5. Положение оси сжатия эллипсоида деформаций не сглаженного типа
Условные обозначения:   шахтные стволы; ось флексуры; зоны растяжения; взбросовый тип поля деформаций сдвиговый тип поля деформаций	Условные обозначения:   шахтные стволы; ось флексуры; зоны растяжения; взбросовый тип поля деформаций сбросовый тип поля деформаций

        На картах эллипсоида деформаций точки красного цвета обозначают взбросовый тип поля деформаций (є3 субгоризонтальна, є2 субгоризонтальна, є1 субвертикальна). Точки имеющие синий цвет обозначают сбросовый тип поля деформаций (обратное положение осей эллипсоида). Точки зеленого цвета – сдвиговый тип поля деформаций (є3 и є1 субгоризонтальны). Цвет стрелок отображает значение коэффициента Лоде – Надаи: синий цвет – менее 1 (зоны растяжения), красный цвет – более 1 (зоны сжатия) [8].
        Исследования проводились кинематическим методом, для этого при детальном изучении тектонического строения, строились поля деформаций, выделялись зоны растяжения по которым прогнозировались газовые ловушки.
        Эти области располагаются в крайней северной и южной частях шахтного поля, а также область растяжения расположена в центральной части по единичным наблюдениям. Таким образом, в этих областях существует перспектива образования газовых ловушек.
        Стереограмма (рис.6) представляет собой изображение полюса зеркал скольжения, всех на шахтном поле с векторами смещения. Наблюдается круговое распределение зеркал скольжения. Угол падения зеркал скольжения составляет 45град. В пределах круга выделяется сгущение в направлении СЗ – ЮВ и СВ – ЮЗ. Вектора смещения преобладают надвигового характера.

Рисунок 6 – Стереограмма зеркал скольжения

        При написании данного автореферата магистерская работа не является завершенной. Окончание планируется на декабрь 2011 года.

Список использованной литературы

1. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. – М., 1963г.
2. Лужецкая Л. М. Геологический отчёт о доразведке и переоценке запасов каменных углей поля шахты им. А. Ф. Засядько производственное объединение “Донецкуголь”(подсчёт запасов по состоянию на 1.07.88г.) в книгах и папках.
3. Бобрышев В.В. Газоносные структуры шахтных полей: выявление, дегазация, освоение, прогнозные запасы. Академия горных наук Украины, Донбасский научный центр. Сборник материалов заседаний НТС.1995.
4. Геологические основы методики изучения и прогнозирования газоносности вмещающих пород угольных месторождений. ИПКОМ. 1966.
5. Лукинов В.В., Пимоненко Л.И. Тектоника метаноугольных месторождений Донбасса, – Киев: Наукова думка, 2008
6. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Специальные методы в геологии» для студентов специальностей «Геологическая съемка, поиски и разведка полезных ископаемых» и «Экологическая геология» – Донецк, ДонНТУ, 2007р. – 18 с.
7. Корчемагин В.А., Павлов И.О. Поля напряжений и деформаций и выбросоопасность углей и пород Донецко–Макеевского района Донбасса
8. О.А. Карамушка Анализ параметров тектонических блоков, выделенных на территории Красноармейского, Донецко–Макеевского, центрального и Луганского геолого – промышленных районов. [электронный ресурс]. – Режми доступа: http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Geotm/2009_81/13.pdf
9. Сим Л.А., Корчемагин В.А., Рапопорт А.Б. Значение тектонофизических исследований в решении практических задач [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1 – 2008