Останніми роками в Донецькому басейні певні перспективи представляє газоносність кам'яновугільних відкладень. У північній частині Донбасу, а також Донецько-Макіївському вугленосному районі, вже існують відкриті родовища газу у вугленосній товщі. Актуальним в даний час є визначення перспектив газоносності інших районів Донбасу, у тому числі і Центрального вугленосного району, на території якого знаходиться поле шахти «Новодзержинська»
Метою роботи є з'ясування особливостей тектонічної будови і полів деформацій західного замикання Горлівської антиклиналі, як структурно-тектонофізичних ознак прогнозування газових джерел.
Основна ідея - місце розташування газових пасток обумовлене структурно-тектонофізічними особливостями гірського масиву.
Об'єкт дослідження - західне замикання Горлівської антиклиналі.
Вивченням загальних геологічних закономірностей розповсюдження складок і розривів і виявленням історії їх виникнення займається наука геотектоніка, яка широко використовує різні геологічні методи [1]. Але оскільки деформації і порушення сплошності шарів в земній корі є фізичними процесами, отже, завдання вивчення механізму утворення складок і розривів в земній корі є не тільки тектонічним, але і фізичним. Для її вирішення виник особливий напрям – тектонофізіка, засновиком якого вважається Гзовський М.В. В його монографії «Основи тектонофізіки» обгрунтовуються завдання і зміст тектонофізіки, основи методу моделювання тектонічних процесів, розглядаються механізм і закономірності утворення в земній корі складок і розривів і пов'язані з ними тектонічні поля напруги [3].
Перший найбільш детальний опис основної плікатівной структури Донбасу – Головної антиклиналі було дано Поповим В.С. в книзі «Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР». Тут було дано найбільш точний і широкий опис тектоніки, стратіграфії і літології Головної антиклиналі. У роботі А.А. Бабіча, А.М. Добрянського, В.А. Корчемагіна та ін. «Особенности и условия формирования малоамплитудных разрывов Горловской антиклинали Донбасса» був дан детальний структурний аналіз, описані великі і мелкоамплітудниє розриви.
У геологічній будові поля шахти «Новодзержинська» беруть участь відкладення світ С25, С26, С27 середнього відділу кменно-вугільного періоду і частково С31и С32 відкладення верхнього.
Літологичеські вугленосні відкладення представлені чергуванням аргилітів, алевролітів і пісковиків, що включають малопотужні прослої вапняків і вугілля. Вугленосні відкладення майже по всій площі перекриті чвертковими утвореннями, складеними різними генетичними типами порід і грунтовим шаром, лессовіднимі глинами і суглинками.
У тектонічному відношенні поле шахти Новодзержінськая розташоване на періклінальном замиканні основної плікатівной структури Донбасу – Головній антиклиналі.
Головна антиклиналь – це типова лінійна складка, що простежується в південно-східному напрямі через важ Донецький басейн. На західному замиканні, в межах якого розташована оцінювана площа, антиклиналь характеризується ассимітрічним будовою [6].
Північно-східне крило складки має круті кути падіння 65-750, південно-західне – більш пологоє- 40-500.
На західному замиканні породи падають під кутами 20-350. Осьова площина нахилена на південний захід. Шарнір складки поступово занурюється в юго-восточної напрямі під кутом 5-70.
Оцінювана площа ускладнена великою кількістю диз'юнктивних порушень різного орієнтування і різних порядків, які по розстосуванню відносно простягання осі Головної антиклиналі розділяються на два типи: подовжні – переважно надвігового і взбросового характеру і поперечні- сбросового і взбросового характеру.
Подовжні порушення приурочені до частини зведення антиклиналі, поперечні, – переважно до північного крила.
Як у положені крил, так і по особливостях будови південних і північних тектонічних порушень щодо осі антиклиналі виражена ассиметрія.
Система північних порушень має кути падіння 70-800, південних – 30-550.
Тектонічні розриви – переважно діагональні, рідше поперечні і подовжні. Слід зазначити, що на шахтному полі переважають діагональні і поперечні розриви. Відомо, що за всіх інших рівних умов, поперечні і близькі до них розриви роблять найменший негативний вплив на ведення гірських робіт.[9].
На полі шахти «Новодзержинська» переважають розриви середнього (10-100 м) і дрібного (3-10 м) класів. Гірськими роботами шахти відмічена велика кількість розривів, що оперяють вивчені порушення, що відносяться до класу дрібних і дуже дрібних.
Тектонічна порушенність вугільних родовищ є одним з провідних чинників, що визначають геолого-промислову оцінку запасів родовища.
В даний час використовуються різні прийоми оцінки ступеня порушеності шахтних полів, кожен з яких окремо не дає можливості зробити оцінку загальної порушеності, оскільки за одними показниками шахтне поле може відноситися до простих об'єктів, а за іншими – до складних.
Для достовірнішої оцінки ступеня порушеності нами буде проведена реконструкція процесу виникнення і розвитку тектонічних деформацій гірських порід поля шахти “Новодзержінська”, що дозволить точніше представити картину тектонічної порушеності досліджуваної ділянки.
3.1 Опис фактичного матеріалу
- виміри дзеркал ковзання з визначенням напряму зсувів на території поля шахти «Новодзержинська».
- геологічна і тектонічна карта поля шахти «Новодзержинська».
- гипсометрічний план пласта m3.
3.2 Аналіз графічного матеріалу
Було вивчено геологічну, тектонічну будову території досліджень. На полі шахти “Новодзержинська” були проведені виміри дзеркал ковзання з визначенням напрямів зсувів. Пункти спостережень розташовувалися найбільш рівномірно по шахтному полю.
3.3 Методика
При обробці матеріалів і інтерпретації результатів використовувалися комп'ютерні програми, розроблені в ГИН РАН, ДОННТУ, Інституті Фізики Землі РАН і Московської Геологорозвідувальної Академії. Головним чином використовувалася комп'ютерна програма GEOS. Реконструкції полів тектонічних деформацій і напруги виконані відповідно до методики кінематичного аналізу тріщіно-розривних структур, розробленою О.И.Гущенко [5], Мостріковим А., Васил’євим Н.В та ін.[2,4,10,11]. Ісходні дані об'єднувалися в групи (84 групи) по 20–30 і більш розривів відповідно до розміщення в пунктах спостереження (пункти розташовувалися як можливо рівномірніще по шахтному полю) для реконструкції в них параметрів поля. Потім за згладженими даними розраховувалися значення параметрів поля сумарних деформацій в кожному вузлі сітки по даним про дзеркала ковзання. Визначалися орієнтування осей головних нормальних деформацій (E1, E2, E3,), їх співвідношення (коефіцієнт Лоде-Надаї — Meps), а також відносна величина вертикальної складової еліпсоїда деформацій (z-компоненту). Орієнтування осей полів деформацій дозволяло оцінити напрям тектонічних рухів. Значення коефіцієнта Лоде-Надаї давали можливість визначити розподіл ділянок стиснення і розтягування масиву гірських порід. Z-компоненту еліпсоїда деформацій характеризує відносні вертикальні рухи. Слід зазначити, що розглядається тільки поле сумарних тектонічних деформацій (рис.1) [7,8].
Рис.1.Стадії деформації (21 кадр,5 циклів,117 КБ).
В результаті дослідження і обробки фактичного матеріалу були визначені орієнтування осей головних нормальних деформацій (E1, E2, E3,), їх співвідношення (коефіцієнт Лоде-Надаї — Meps), а також відносна величина вертикальної складової еліпсоїда деформацій (z-компонента).
4.1 Поле сумарних деформацій за кінематичними даними
На отриманих схемах (рис.2) показані типи поля деформацій, які визначаються залежно від розташування в просторі осей подовження (E1) і укорочення (E3). Наприклад, сбросовий тип поля деформацій визначається при субвертикальному положенні осі стиснення (E3) і субгоризонтальному положенні осі розтягування (E1), взбросовий тип поля деформації — при субвертикальному положенні осі розтягування (E1) і субгоризонтальному положенні осі стиснення (E3) і сдвіговий тип поля — при розташуванні осей стиснення і розтягування в горизонтальній площині. Також виділяються перехідні типи поля деформацій: сбросо-сдвіговий, взбросо-сдвіговий і сбросо-взбросовий. Тип поля деформацій на схемах показаний у вигляді різних значків. На схемах поля деформацій також показані напрями падіння осей E1 і E3 у вигляді відрізків, витікаючих з точок тектонофізічних реконструкцій і осей, що є проекціями, на горизонтальну площину. Кут падіння осі визначається довжиною відрізка. Напрям стрілки відповідає азимуту падіння (північ на схемах розташована вгорі).
Рис.2 Схема сумарного поля деформацій шахти «Новодзержинська»: 3- точок розрахунку параметрів поля деформацій з напрямом однієї з осей деформацій; 1-7 – тип поля деформацій: 1- сдвіговий, 2- взбросо-сдвіговий, 4- сбросо-взбросовий, 5- сбросо-сдвіговий, 6- взбросовий, 7- сбросовий
4.2. Розподіл коефіцієнта Лоде-Надаї
Схема розподілу значень коефіцієнта Лоде-надаї (Meps) показана на рис.3. Із даної схеми видно, що на полі виділяються ділянки як інтенсивного стиснення, так і інтенсивного розтягування. В межах північної, центральної і східної частини досліджуваної ділянки реконструюються найбільш мінімальні значення Meps, що свідчить про панування розтягуючих зусиль. Для південно-східної і західної частин блоку набуті слабо позитивні значення коефіцієнта Лоде-Надаї. У центральній частині розташована досить інтенсивна зона розтягування.
Рис. 3 Схема розподілу значень коефіцієнта Лоде-Надаї.
4.3. Розподіл вертикальною компоненти еліпсоїда деформацій
На рис. 4 показана схема розподілу значень z-компоненти. Подовження еліпсоїда деформацій визначається значенням z-компоненти >1, а якщо значення параметра <1, то еліпсоїд деформацій перебував в умовах стиснення у вертикальному напрямі.
Рис. 4 Схема розподілу значень Z – компоненти.
Із схеми розподілу z-компоненти видно, що загалом значення показника значно менше 1. Найнижчі значення z-компоненти розташовані на сході досліджуваної ділянки, причому, існують такі області, де опускання різко змінялося підняттям. Такі градієнти z-компоненти свідчать про активність вертикальних рухів.
В результаті проведених досліджень отримані нові дані про характеристики поля сумарних тектонічних деформацій західного замикання Горлівської антиклиналі. В результаті розрахунків були набуті значення коефіцієнта Лоде-Надаї (Meps) і вертикальної компоненти еліпсоїда деформацій. Після зіставлення яких, на досліджуваній ділянці були виявлені зони, що знаходяться в умовах розтягування і здіймання денної поверхні. Ділянки, що знаходяться в даних умовах одночасно, можуть бути сприятливими для газонакопичення (газових пасток).