Источник: http://www.masters.donntu.ru/2008/ggeo/rudokvas/diss/index.htm
Район Еленовского месторождения и других месторождений карбонатных пород юго-западной части Донбасса в структурном отношении приурочен к юго-западному крылу Кальмиус-Торецкой котловины – зоне сочленения Приазов-ского кристаллического массива с Донецким складчатым сооружением. В его геологическом строении участвуют разновозрастные осадочные комплексы, магматические и метаморфические породы.
Район Еленовского месторождения сложен докембрийскими кристаллическими породами и серией осадочных образований девона и карбона. Стратиграфически выше этих отложений залегают породы палеогенового и четвертичного возрастов.
В районе широко распространены нижнекаменноугольные карбонатные и песчано-глинистые отложения турнейского и визейского ярусов. Каждый ярус в свою очередь расчленен на стратиграфические горизонты – турнейский на 4, визейский – на 7. Турнейский ярус (Сt1) почти полностью представлен карбонатными породами, магнезиальными в своей нижней части и почти не содержащими магния в верхней. По палеонтолого-литологическим признакам турнейский ярус расчленен на 4 горизонта (снизу вверх): Сt1а, Сt1 b, Сt1c и Сt1 d. Горизонты Сt1а и Сt1 b по литологическим признакам разделены на два подгоризонта каждый. Подгоризонт Сt1а1 является переходным от песчано-глинистых образований верхнего девона к карбонатным отложениям нижнего карбона. Сложен он кремнистыми обычными и доломитизированными известняками с прослоями углисто-глинистых известковых сланцев. Подгоризонт Сt1а2 представлен переслаивающимися доломитизированными известняками с редкими пачками доломитов. Подгоризонт Сt1b1 слагают в основном доломиты с тонкими прослоями обычных и доломитизированных известняков. Вышележащий подгоризонт Сt1b2 и горизонты Сt1c и Сt1d представлены обычными флюсовыми известняками. Визейский ярус Сv1 - в нижней части сложен почти исключительно известняками, а в верхней - песчано-глинистыми сланцами с прослоями известняков и каменного угля (Сv1 g).
Наличие толщ растворимых карбонатных пород, переслаивающихся с песчано-глинистыми отложениями, и является одним из условий развития карста и предопределяет возможность его широкого распространения на Восточно-Комсомольском участке.
В структурном отношении район Еленовского месторождения расположен на южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины. Северное крыло котловины крутое, оно упирается в главную антиклиналь Донецкого кряжа, а южное, более пологое крыло – в Приазовский кристаллический массив. Положение района на стыке двух крупных структур привело к развитию сложной пликативной и дизъюктивной тектоники, что обусловило его строение, близкое к блоковому.
Главными тектоническими элементами района являются дизъюктивные нарушения – сбросы и взбросы, благодаря которым район и характеризуется сложным блоковым строением. В зависимости от пространственной ориентировки в районе выделяют 4 основные системы разломов: субширотную, северо-западную, субмеридиональную и северо-восточную.
Основная роль структурном строении Еленовского месторождения принадлежит трем крупным сбросам субширотного простирания. В северной части месторождения прослеживается Северо-Волновахский сброс с амплитудой смещения до 50 м. Падение сброса на юго-запад под углом 70-78°. По этому нарушению нижнетурнейские карбонатные породы соприкасаются с мергелями визейского яруса, а известняки горизонтов с песчано-глинистыми сланцами горизонта Сt1g. С зоной дробления Северо-Волновахского сброса связаны многочисленные проявления кальцитовой, флюоритовой, баритовой и сульфидной минерализации. Южнее Северо-Волновахского сброса через все месторождение прослеживается Волновахский сброс. Плоскость смещения пород падает на юго-запад под углом около 65°, а амплитуда смещения достигает 100 м. Еще дальше к югу от Волновахского сброса почти параллельно ему проходит Южно-Волновахский сброс. Угол падения плоскости смещения пород колеблется от 35 до 70°, направление падения южное, амплитуда смещения достигает 500 м. Южно-Волновахский сброс сопровождается мощной зоной дробления и гидротермального изменения пород. На всем протяжении сброса наблюдается полиметаллическая минерализация, представленная пиритом, халькопиритом, сфалеритом и галенитом. Описываемый сброс является северной границей исследуемого Восточно-Комсомольского участка.
Сложное тектоническое строение, раздробленность и трещиноватость пород способствовали проникновению поверхностных вод на значительные глубины и интенсивному развитию карста на исследуемом участке.
В карбонатных породах района, наряду с процессами физического и химического выветривания, окремнения, кальцитизации, доломитизации, ожелезнения и другими, широко развит процесс выщелачивания. Результатом этого процесса явилось образование в известняках и доломитах турнейского ивизейского ярусов карстовых пустот в виде пещер, ходов, открытых воронок, щелей и различных систем трещин со следами выщелачивания слагающих породу минералов.
Указанные формы карста, в зависимости от наличия непосредственной связи их с поверхностью, могут быть выполнены рыхлыми песчано-глинистыми отложениями или же оставаться пустотами.
В случае, когда выщелачиванию подвергаются только менее устойчивые минералы (кальцит), а другие минералы в большей или меньшей степени сохраняются, порода теряет свойственную ей механическую прочность и превращается в рыхлую разность. Так образуются рыхлые доломиты, а также рыхлые известняки и доломиты.
Явление частичной или полной дезинтеграции породы в целике наблюдается, главным образом, в доломите стратиграфических горизонтов Сt1b1, Сt1a2.
При описании карстовых явлений в настоящем проекте использован обширный материал, накопленный в процессе эксплуатации участка, где горными работами известняковая толща вскрыта на всю мощность.
По своему характеру карст Еленовского месторождения относится к ископаемому или погребённому. Развитие его происходит и в настоящее время, но с затухающей интенсивностью.
Все карстовые полости на участке подразделяются на два типа: 1) Поверхностный или наружный карст 2) Внутренний карст.
Поверхностный или наружный карст образовался с результате деятельности грунтовых и подземных вод и проявился в виде воронок и карстовых углублений на поверхности карбонатных пород. Начало образования поверхностного карста относится к допалеогеновому времени, когда поверхность карбона была открыта. На площади древней поверхности карбонатной толщи, где в свое время господствовало движение подземных вод, теперь наблюдаются такие отрицательные формы древнего карстового рельефа, как карстовые овраги, долины, котловины, промоины и карстовые воронки; к положительным формам рельефа относятся останцы в виде холмов, столбов, оврагов, конусов и др.
Поверхностный карст нашел своё отражение на плане пород поверхности нижнего карбона. На Восточно-Комсомольском участке карстовые воронки являются наиболее распространённой формой карста. Обычно в плане карстовые воронки имеют форм круга. Глубина их изменяется от 5-10м до 100м. Наибольшего развития внешний карст достигает вблизи тектонических нарушений и особенно в пониженных частях рельефа, по руслам рек и балок. Закарстованность карбонатной толщи за счёт поверхностного карста с глубиной уменьшается.
Внутренний карст является результатом действия двух факторов: тектонических сил, благодаря которым образовалась сеть трещин, а также химического и физического воздействия подземных вод. Он представляет собой чрезвычайно сложное сочетание каналов, полостей, пещер, щелей.
Внутренний карст имеет весьма незакономерное и неравномерное распространение как по площади, так и на глубину. Эти карстовые полости в забоях карьеров, а также по данным разведочных работ имеют размеры по горизонтали от нескольких сантиметров до 30м, а по вертикали размеры их достигают 10м.
Оба вида карстовых полостей, как поверхностных, так и внутренних, заполнены песчано-глинистым материалом различной окраски с обломками карстующихся пород.Также материалом заполнения карстовых полостей в доломитах является доломитный песок с кристаллами кальцита и киновари.
В массиве карбонатных пород Восточно-Комсомольского участка выявлены следующие виды подземных карстовых форм: разрушенные зоны в кровле и в толще известняков, погребенные карстовые воронки, заполненные, частично заполненные и незаполненные трещины и полости, трещиноватые зоны, промежуточные полости в покровных отложениях, карстовые ниши.
Для того, чтобы оценить степень закарстованности исследуемой территории, нами была проведена статистическая обработка данных буровых работ на Восточно-Комсомольском участке по 48 разведочным скважинам. Глубина пробуренных скважин нередко превышала 100 м. По полученным разведочным данным была проведена оценка степени закарстованности района Восточно-Комсомольского участка Доломитового карьера и рассчитан линейного коэффициента закарстованности пород.
Закарстованность карбонатных пород отдельных стратиграфических горизонтов как по месторождению, так и по Восточно-Комсомольскому участку, колеблются в довольно широких пределах.
Для того, чтобы рассчитать линейный коэффициент закарстованности пород из ка-ждой разведочной скважины выбирались мощности пород и горизонт (подгоризонт), в которых был обнаружен карст. Были изучены 3 горизонта пород турнейского яруса - Сt1с, Сt1b,Сt1а. Линейный коэффициент закарстованности рассчитывается по стандартной методике отдельно для каждого горизонта и подгоризонта пород и представляет собой отношение мощности закарстованных пород к общей мощности пород, выраженное в процентах и определяется по формуле.
Таким образом, сложное геологическое и тектоническое строение исследуемого карстового района (наличие толщ растворимых карбонатных пород, интенсивная тектоническая нарушенность массивов) обусловили широкое распространение и разнообразие поверхностных (таких, как воронки, провалы, лога) и подземных (пещеры, погребенные карстовые останцы и гребни, полости и расширенные карстом трещины) карстовых форм.
Закономерности распределения поверхностных карстовых форм обусловлены, прежде всего, гидродинамическими условиями. Наибольшая плотность поверхностных карстовых форм наблюдается в зонах тектонических нарушений, характеризующихся сильной трещиноватостью и усиленной циркуляцией подземных вод.
Изменение гидродинамических условий (интенсивная эксплуатация трещинно-карстового водоносного горизонта, нарушение поверхностного стока с массивов кар-стующихся пород, образование на локальных участках очагов сосредоточенной инфильт-рации поверхностных вод) приводит к активизации карстово-суффозионного процесса. Размыв древнего заполнителя карстовых полостей и вмывание в образовавшиеся пустоты рыхлых покровных отложений в дальнейшем могут привести к образованию на поверхности земли просадок и провалов, создающих угрозу нормальной эксплуатации инженерных сооружений. Значительные экономические потери и экологический ущерб от карстовых провалов предопределяют необходимость глубокого изучения карста и выработки прогнозов его активности на этапах проектирования и эксплуатации сооружений.