ОВ последние годы в Донецком бассейне определенные перспективы представляет газоносность каменноугольных отложений. В северной части Донбасса, а также Донецко-Макеевском угленосном районе, уже существуют открытые месторождения газа в угленосной толще. Актуальным в настоящее время является определение перспектив газоносности других районов Донбасса, в том числе и Центрального угленосного района, на территории которого находится поле шахты «Новодзержинская»
Целью работы является выяснение особенностей тектонического строения и полей деформаций западного замыкания Горловской антиклинали, как структурно-тектонофизических признаков прогнозирования газовых источников.
Основная идея - местоположение газовых ловушек обусловлено структурно-тектонофизическими особенностями горного массива.
Объект исследования - западное замыкание Горловской антиклинали.
Предмет исследования - тектоническое строение и поля деформаций западного замыкания Горловской антиклинали, их связь с газовыми источниками.
Изучением общих геологических закономерностей распространения складок и разрывов и выявлением истории их возникновения занимается наука геотектоника, которая широко использует различные геологические методы [1]. Но поскольку деформации и нарушения сплошности слоев в земной коре представляют собой физические процессы, следовательно, задача изучения механизма образования складок и разрывов в земной коре является не только тектонической, но и физической. Для ее решения возникло особое направление – тектонофизика, основоположником которого считается Гзовский М.В. В его монографии «Основы тектонофизики» обосновываются задачи и содержание тектонофизики, основы метода моделирования тектонических процессов, рассматриваются механизм и закономерности образования в земной коре складок и разрывов и связанные с ними тектонические поля напряжений [3].
Первое наиболее детальное описание основной пликативной структуры Донбасса – Главной антиклинали было дано Поповым В.С. в книге «Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР». Здесь было дано наиболее точное и широкое описание тектоники, стратиграфии и литологии Главной антиклинали. В работе А.А. Бабича, А.М. Добрянского, В.А. Корчемагина и др. «Особенности и условия формирования малоамплитудных разрывов Горловской антиклинали Донбасса» был дан детальный структурный анализ, описаны крупные и мелкоамплитудные разрывы.
В геологическом строении поля шахты «Новодзержинская» принимают участие отложения свит С25, С26, С27 среднего отдела карбона и частично С31и С32 отложения верхнего карбона.
Литологически угленосные отложения представлены чередованием аргиллитов, алевролитов и песчаников, включающих маломощные прослои известняков и углей. Угленосные отложения почти повсеместно на площади перекрыты четвертичными образованиями, сложенными различными генетическими типами пород и почвенным слоем, лессовидными глинами и суглинками.
В тектоническом отношении поле шахты Новодзержинская расположено на периклинальном замыкании основной пликативной структуры Донбасса – Главной антиклинали.
Главная антиклиналь – это типичная линейная складка, прослеживающаяся в юго-восточном направлении через весь Донецкий бассейн. На западном замыкании, в пределах которого расположена оцениваемая площадь, антиклиналь характеризуется асимметричным строением [6].
Северо-восточное крыло складки имеет крутые углы падения 65-750, юго-западное – более пологое- 40-500.
На западном замыкании породы падают под углами 20-350. Осевая плоскость наклонена на юго-запад. Шарнир складки постепенно погружается в юго-восточнои направлении под углом 5-70.
Оцениваемая площадь осложнена большим количеством дизъюнктивных нарушений различной ориентировки и разных порядков, которые по положению относительно простиранию оси Главной антиклинали разделяются на два типа: продольные – преимущественно надвигового и взбросового характера и поперечные- сбросового и взбросового характера.
Продольные нарушения приурочены к сводовой части антиклинали, поперечные – преимущественно к северному крылу.
Как в положении крыльев, так и по особенностям строения южных и северных тектонических нарушений относительно оси антиклинали выражена асимметрия.
Система северных нарушений имеет углы падения 70-800, южных – 30-550.
Тектонические разрывы – в основном, диагональные, реже поперечные и продольные. Причем одно и то же нарушение может быть диагональным и поперечным (Осевой взброс); продольным, диагональным и поперечным (группа Северных взбросов). Следует отметить, что на шахтном поле преобладают диагональные и поперечные разрывы. Известно, что при всех прочих равных условиях, поперечные и близкие к ним разрывы оказывают наименьшее отрицательное влияние на ведение горных работ [9].
На поле шахты “Новодзержинская” преобладают разрывы среднего (10-100 м) и мелкого (3-10 м) классов. Горными работами шахты отмечено большое количество разрывов, оперяющих изученные нарушения, относящиеся к классу мелких и очень мелких.
Тектоническая нарушенность угольных месторождений является одним из ведущих факторов, определяющих геолого-промышленную оценку запасов месторождения.
В настоящее время используются различные приемы оценки степени нарушенности шахтных полей, каждый из которых в отдельности не дает возможности сделать оценку общей нарушенности, так как по одним показателям шахтное поле может относиться к простым объектам, а по другим – к сложным.
Для более достоверной оценки степени нарушенности нами будет проведена реконструкция процесса возникновения и развития тектонических деформаций горных пород поля шахты “Новодзержинская”, что позволит более точно представить картину тектонической нарушенности исследуемого участка.
3.1 1 Описание фактического материала
- замеры зеркал скольжения с определением направления смещений на территории поля шахты «Новодзержинская».
- геологическая и тектоническая карта поля шахты «Новодзержинская».
- гипсометрический план пласта m3.
3.2 Анализ графического материала
Было изучено геологическое, тектоническое строение территории исследований. На поле шахты «Новодзержинская» были произведены замеры зеркал скольжения с определением направлений смещений. Пункты наблюдений располагались как можно равномерно по шахтному полю.
3.3 Методика
При обработке материалов и интерпретации результатов использовались компьютерные программы, разработанные в ГИН РАН, ДонНТУ, Институте Физики Земли РАН и Московской Геологоразведочной Академии. Главным образом использовалась компьютерная программа GEOS. Реконструкции полей тектонических деформаций и напряжений выполнены в соответствии с методикой кинематического анализа трещинно-разрывных структур, разработанной О.И.Гущенко [5] , Мостриковым А., Васильевым Н.В и др.[2,4,10,11]. Исходные данные объединялись в группы (84 группы) по 20–30 и более разрывов в соответствии с размещением в пунктах наблюдения (пункты располагались как можно равномерно по шахтному полю) для реконструкции в них параметров поля. Затем по сглаженным данным рассчитывались значения параметров поля суммарных деформаций в каждом узле сетки по данным о зеркалах скольжения. Определялись ориентировки осей главных нормальных деформаций (E1, E2, E3,), их соотношения (коэффициент Лодэ-Надаи — Meps), а также относительная величина вертикальной составляющей эллипсоида деформаций (z-компонента). Ориентировка осей полей деформаций позволяла оценить направление тектонических движений. Значения коэффициента Лодэ-Надаи давали возможность определить распределение участков сжатия и растяжения массива горных пород. Z-компонента эллипсоида деформаций характеризует относительные вертикальные движения. Следует отметить, что рассматривается только поле суммарных тектонических деформаций, т.е.подразумеваются только хрупкие деформации (рис.1) [7,8].
Рис.1 Стадии деформации (21 кадр,5 циклов,117 КБ).
В результате исследования и обработки фактического материала были определены ориентировки осей главных нормальных деформаций (E1, E2, E3,), их соотношения (коэффициент Лодэ-Надаи — Meps), а также относительная величина вертикальной составляющей эллипсоида деформаций (z-компонента).
4.1 Поле суммарных деформаций по кинематическим данным
На представленных ниже схемах показаны типы поля деформаций, которые определяются в зависимости от расположения в пространстве осей удлинения (E1) и укорочения (E3). К примеру, сбросовый тип поля деформаций определяется при субвертикальном положении оси сжатия (E3) и субгоризонтальном положении оси растяжения (E1), взбросовый тип поля деформации — при субвертикальном положении оси растяжения (E1) и субгоризонтальном положении оси сжатия (E3) и сдвиговый тип поля — при расположении осей сжатия и растяжения в горизонтальной плоскости. Также выделяются переходные типы поля деформаций: сбросо-сдвиговый, взбросо-сдвиговый и сбросо-взбросовый [3]. Тип поля деформации на схемах показан в виде разных значков. На схемах поля деформаций также показаны направления па дения осей E1 и E3 в виде отрезков, исходящих из точек тектонофизических реконструкций и представляющих собой проекции осей на горизонтальную плоскость. Угол падения оси определяется длиной отрезка. Направление стрелки соответствует азимуту падения (север на схемах полей деформаций расположен вверху).
Ось растяжения E1 Ось сжатия E3
Рис.2 Схема суммарного поля деформаций шахты «Новодзержинская»: точки расчета параметров поля деформаций с направлением одной из осей деформаций; 1-7 – тип поля деформаций: 1- сдвиговый, 2- взбросо-сдвиговый, 4- сбросо-взбросовый, 5- сбросо-сдвиговый, 6- взбросовый, 7- сбросовый.
4.2. Распределение коэффициента Лоде-Надаи
Схема распределения значений коэффициента Лоде-Надаи (Meps) показана на рис.2. Из данной схемы видно, что на поле выделяются участки как интенсивного сжатия, так и интенсивного растяжения. В пределах северной, центральной и восточной части исследуемого участка реконструируются наиболее минимальные значения Meps, что свидетельствует о господстве растягивающих усилий. Для юго-восточной и западной частей блока получены слабо положительные значения коэффициента Лоде-Надаи. В центральной части расположена довольно интенсивная зона растяжения.
Рис. 3 Схема распределения значений коэффициента Лоде-Надаи.
4.3. Распределение вертикальной компоненты эллипсоида деформаций
На рис. 3 показана схема распределения значений z-компоненты. Удлинение эллипсоида деформаций определяется значением z-компоненты >1, а если значение параметра 1<, то эллипсоид деформаций испытывал сжатие в вертикальном направлении.
Рис. 4 Схема распределения значений Z – компоненты.
Из схемы распределения z-компоненты видно, что в основном значение показателя значительно меньше 1. Самые низкие значения z-компоненты расположены на востоке исследуемого участка, причем, существуют такие области, где опускание резко сменяется поднятием. Такие градиенты z-компоненты свидетельствуют об активности вертикальных движений.
В результате проведенных исследований получены новые данные о характеристиках поля суммарных тектонических деформаций западного замыкания Горловской антиклинали. В результате расчетов были получены значения коэффициента Лоде-Надаи (Meps) и вертикальной компоненты эллипсоида деформаций. После сопоставления которых, на исследуемом участке были выявлены зоны находящиеся в условиях растяжения и испытывающие воздымание дневной поверхности. Участки, находящиеся в данных условиях одновременно, могут быть благоприятными для газонакопления (газовых ловушек).