Вступ

        Актуальність роботи
        Екологічні умови на шахтному полі багато в чому залежать від тектоніки підстилаючих порід. Вивчення поля деформацій дозволяє виявити ділянки розтягування до яких приурочені виходи газу, підземних вод, від яких залежить безпечна життєдіяльність.
        Мета роботи: дослідження впливу тектонічних розломів на життєдіяльність людини.
        Основні завдання досліджень:

• проаналізувати сучасний стан наукової проблеми магістерської роботи по світових та вітчизняних літературних джерелах;
• вивчити особливості тектонічної будови поля шахти "ім. А.Ф. Засядько" у світлі досліджуваної проблеми;
• провести вивчення борозен ковзання на полі шахти "ім.А.Ф.Засядько";
• дослідження кінематичного методу, при якому відбувається виявлення зон розтягування і прогнозування газових пасток;
• простежити вплив тектонічних структур на безпечну життєдіяльність людини;
• виявити небезпечні для життя людини тектонічні зони;
• порівняльна оцінка отриманих характеристик досліджуваного об'єкта з аналогічними об'єктами для можливості використання одержаних висновків для інших об'єктів;
• розробити комплекс рекомендацій, попередніх досліджень та заходів для оптимізації процесу прогнозу газоносності вугільної товщі.

        Об'єкт дослідження – поле шахти "ім. А. Ф. Засядько "
        Предмет дослідження – тектонічна будова і поля деформацій поля шахти "ім. А. Ф. Засядько ", їх зв'язок з газовими джерелами і вплив на безпечну життєдіяльність людини.

        Методи дослідження:

1. виміри дзеркал ковзання в гірських виробленнях і на поверхні шахтного поля;
2. кінематичний метод побудови поля деформацій і визначення зон розтягувань;
3. методи просторового аналізу;
4. обгрунтування результатів в екологічній сфері.

        Наукова новизна

1. виделеніе зон розтягнення гірського масиву, які супроводжуються підвищеною газоносністю.
2. прогнозування впливу на життєдіяльність людини виходу газу

        Вперше був виявлений зв'язок між виходом газу на поверхню і за рахунок цього негативний вплив на людину, і тектонічним будовою ділянки.
        Практичне значення
        Визначення зон розтягнення гірського масиву дозволить визначити ділянки підвищеної газоносності, а, отже, визначити ділянки можливих раптових викидів газу.
        Особистий внесок автора
        Мною були вивчені дзеркала ковзання, побудовані поля деформацій, побудовані карта просторового аналізу і виявлено вплив зон розтягувань на безпечну життєдіяльність людини.

Аналіз стану вивченості питання

        У цілому тектонічна будова Донецько – Макіївської вугленосного району досить добре вивчено на рівні Донецького басейну [1].
        Тривалі дослідження при розвідці та експлуатації вугільних родовищ Донбасу дозволили з достатнім ступенем детальності охарактеризувати регіональні закономірності його тектонічного розвитку. У цьому плані слід відзначити роботи, спрямовані на вивчення закономірностей поширення тектонічних порушень [3].
        Так, в кінці XIX століття – початку XX, існування мережі розломів на мегарівні для Донбасу встановив А.П. Карпинський (1888), який виділив великі блоки земної кори, розділені поясом тектонічних порушень [5].
        Козлов С.С. в роботі, присвяченій закономірностям поширення малоамплітудних порушень у відкладеннях Донбасу встановив, що зони малоамплітудних порушень мають ширину 600 – 900 м і характеризуються субширотні простяганням [4].
        Пимоненко Л.І. встановила кратність відстаней (3 – 6 – 12 км), між середньоамплітуднимі насувамі осадового чохла по простяганню Головної антикліналі Донбасу [5].
        Богаченко Н.Н. визначив системність у розвитку тріщинуватості і малоамплітудних розривних порушень на розвідує ділянках і полях діючих шахт Донбасу [4].
        Блоки гірських порід, що мають правильні геометричні форми, з розмірами від сотень до кількох тисяч метрів, в карбонових відкладах Донбасу виділив Приходченко В.Ф. [3].
        За даними наведених авторів, у природних умовах практично не зустрічаються поодинокі тріщини, зазвичай вони формують системи. Як правило, в масиві порід спостерігається ряд систем, які перетинаються між собою під різними кутами, утворюючи окремі блоки [7].
        На більш локальному рівні тектонічні поля вивчали такі наукові діячі як Корчемагін В.А., Шамаєв В.В., Павлов І.О.[7].
        Метою даної роботи є вивчення тектонічних полів на полі шахти "ім. А. Ф. Засядько" та простежити вплив виходів газу на безпечну життєдіяльність людини. На цьому рівні проблема маловивчена.

Геологіческое будова надр на площі об'єкта досліджень

        Стратіграфія і літологія

        У межах поля шахти ім. А.Ф. Засядько вугленосна товща ускладена відкладеннями світ середнього карбону. Відкладення середнього карбону представлені аргілітами, алевролітами і пісковиками в майже пропорційному співвідношенні з незначною кількістю вапняків (0,3 – 3,4%) і вугілля (3,5 – 7,5%), причому, у розрізі найбільшою мінливістю потужності характеризуються пісковики при порівняльному сталості всього іншого комплексу порід, що пов'язано з фаціальних умов формування осадових відкладень карбону. Зі стратиграфічної глибиною, до низів московського ярусу, у відкладеннях трохи збільшується вміст пісковиків (від 25% в Горлівській свиті до 36% у Кам'янській свиті) [2].

        Рисунок 1 – Схематчна геологічна карта Донецько – Макіївського вугленосного району

        1 – палеоген; 2 – юра; 3 – граничні вапняки свит карбону; 4 – розривні порушення; 5 – шахти (вертикальні та похилі); 6 – лірії розрізів.

        Відкладення верхнього карбону залягають згідно на відкладах середнього карбону, відрізняються різким зменшенням вугленосності, наявністю в розрізі потужних шарів червонокольорові глин, які є гарними флюїдоупорами, а також потужних шарів пісковиків. Потужність верхньокамянновугільних відкладень змінюється в залежності від місця розташування і коливається від кількох сотень метрів до 1000м і більше [1].
        Відкладення карбону перекриваються малопотужними (до 50м) четвертинними глинами, супісками і пісками, місцями палеогеновими пісками, найбільша потужність яких приурочена до осьової частини вєтківської флексури.

        Структурно–тектонічна характеристика шахтного поля.

        Поле шахти ім. А.Ф. Засядько приурочено до центральної частини Донецько – Макіївського району і характеризується широким розвитком плікатівних структур (флексур), менше диз'юнктивних і, потім, плікатівних структур більш високого порядку.
        Простягання вугленосної товщі субширотне, поблизу вєтківського флексури змінюючись до північно – східного. Падіння порід на північ, північний схід під кутами 5 – 14 град, в районі флексури кути падіння досягають 30 – 40 град.
        Поле шахти ім. А.Ф. Засядько розташоване у висячому крилі регіонального Французького насуву, між двома флексурнимі складками – вєтківського і Чайкінські (рис 1). Обидві флексури супроводжуються тектонічними порушеннями – Ветковським (№ № 1 – 4) і Григорівським насувами . Ветковський насув має північно – західне падіння з кутами падіння 70 – 60 – 30 град, Григорівський – азимут падіння 300 – 330 град, кути падіння 22 – 55 град, переважно – 25 – 30 град.
        Наявність флексурних складок ускладнює загальне південно – західне простягання порід карбону, а між флексурах воно змінюється і простягається в основному на південно – схід, беручи складчасту форму з падінням вугільних пластів на північний захід і північ під кутами від 3 – 4 град до 12 – 15 град. У зоні вєтківської флексури кути падіння досягають 25 – 40 – 60 град, амплітуда змінюється із заходу на схід від 600 до 300м. Чайкінські флексури має більш пологі кути падіння – 25 – 40 град і вертикальну амплітуду до 400м.
        Поле шахти являє собою слабко виражену сінклинальну складку, обмежену вищевказаними флексурами. Північно – західне крило цієї складки опущено, південно – східне піднесено. На крилах цієї складки утворилися плікативні структури другого і третього порядку, що є чергуванням локальних позитивних і негативних структур, що виявляються тренд – аналізом структурного положення площин пластів вугілля і пісковиків.
        Поле шахти ім. А.Ф. Засядько, крім регіональних порушень, що оконтурють шахтне поле по периметру (технічних меж) і описаних вище, характеризується наявністю малоамплітудної порушеності, що розвивається по шахтному полю нерівномірно.
        Малоамплітудна порушенність фіксується тільки в гірських виробках, і не визначається геолого – розвідувальними роботами з – за незначних амплітуд (рідко перевищують 2,0 м).
        Західне крило шахтного поля опущено, на ньому широко розвинена мало амплітудна порушенність. Гірничими роботами по пластах m3 і l1 на західному фланзі шахтного поля відзначена потужна (~ 150м шириною) зона малоамплітудних порушень, що тягнеться в північно – східному напрямку з кутами падіння 20 – 25 град і амплітудою зміщення від 0,5 м до 1,75 м. Відмінною особливістю цієї зони є високі фільтраційно – ємнісні властивості, що, за наявності флюїдоупорів у верхній частині розрізу і високої газонасиченості товщі на глибоких горизонтах, призвело до утворення тектонічної пастки вільного газу в вугленосній товщі. Розтин цієї пастки призводив до неодноразових загазування гірничих виробок по пласту m3 на різних глибинах і аварій у зв'язку з вибухами метану. За аналогією, можна прогнозувати, що всі зони малоамплітудних порушень у вугленосній товщі поля шахти ім. А.Ф. Засядько на глибинах 1000м і більше можуть утворювати аналогічні тектонічні (частіше структурно – тектонічні) пастки вільного метану, і розкриття їх гірничими виробками слід проводити з попередньою дегазацією та іншими заходами, здатними дегазувати такі скупчення.
        Східне піднесений крило характеризується меншою тектонічних порушень і великим розвитком плікатівних структур – локальних позитивних і негативних, що виявляються тренд – аналізом структурного положення горизонтів вугілля і пісковиків. Але підняте положення цього крила по відношенню в цілому до шахтному полю при його дискретній будові зумовило більш високу газонасиченості вугленосної товщі та утворення структурно – гранулярних пасток вільного метану. Підтвердженням даного положення можна навести загазування тринадцятий східної лави пласта l1, що сталося 20 вересня 2006.
        Більш детальна характеристика сучасного тектонічного положення і стану шахтного поля наводиться нижче. Реконструкція палеонапружень, тектонічного, динамічного стану проведена за результатами замірів в гірських виробках (при виконанні даної роботи) та аналізу геологічної документації, яка супроводжує ведення гірських робіт [2].

Методи дослідження

        Опис фактичного матеріалу

        Всього було виміряно 200 дзеркал ковзання в гірських виробках шахти і на земній поверхні в 15 пунктах спостереження.

        Методика

        При обробці матеріалів та інтерпретації результатів використовувалися комп'ютерні програми, розроблені в ГІН РАН, ДонНТУ, Інституті Фізики Землі РАН і Московський геологорозвідувальний Академії.
        Для побудови полів деформацій використовувалася комп'ютерна програма GEOS. Вона розроблена Гущенко О.І., Мостріковим А.А. [6].
        GEOS – це програма кінематичного аналізу дзеркал ковзання. Вона використовується для оцінки параметрів поля деформацій, яке викликало утворення всіх розривів на шахтному полі.
        До основних параметрів поля деформацій відносяться:

1. орієнтація осей головних нормалей деформацій елепсоїда деформацій. Це є1, є2, є3.
2. коефіцієнт Лоде – Надаї (мє), який відображає ставлення рівне 2 * (є1 – є2 / є1 – є2) – 1, змінюється від – 1 до +1. негативні значення показують блоки розтягування, позитивні – стиснення.
3. Z – компонента, яка відображає проекція вертикальної осі еліпсоїда деформацій на вертикаль. Значення Z – компоненти менш 1 відповідає ділянкам зазнають при деформації опускання, більше 1 – підняття [9].

        Дзеркала ковзання по різних ділянках. Кількість кадрів 7, затримка кадру 0,7 с, повтор – 6

        Після отримання результатів у GEOS за допомогою програми Excel були складені вибірки за значеннями коефіцієнта Лоде – Надаї – Meps і відносну величину вертикальної складової еліпсоїда деформацій (z – компонента), які використовувалися для подальших досліджень.
        Для побудови карт розподілу значень даних показників був використаний пакет програм Surfer, який дозволив наочно відобразити цифрову інформацію (розподіл значень коефіцієнта Лоде – Надаї і z – компоненти на полі шахти "ім. А. Ф. Засядько").

Результати дослідження

        У ході опрацювання експериментальних даних були побудовані наступні карти:

1. карта розташування точок виконаних спостережень (рис.2)
2. положення осі стиснення поля деформацій згладженого типу (рис.3)
3. положення проміжної осі поля деформацій згладженого типу (рис.4)
4. положення осі стиснення поля деформацій не згладженого типу (рис. 5)

Рис.2. Поле деформацій шахти "ім. А. Ф. Засядько ".	Рис. 3. Положение оси сжатия эллипсоида деформаций
Умовні позначення:   шахтні стволи; вісь флексури; точки, в яких проводилося менше 10 замірів; точки, в яких проводилося більше 10 вимірів	Умовні позначення:   шахтні стволи; вісь флексури; зони розтягнення; взбросовий тип поля деформацій; зсувний тип поля деформацій

 

 

Рис. 4. Проміжна вісь еліпсоїда деформацій	Рис. 5. Положення осі стиснення еліпсоїда деформацій не згладженого типу
Умовні позначення:   шахтні стволи; вісь флексури; зони розтягнення; взбросовий тип поля деформацій; зсувний тип поля деформацій;	Умовні позначення:   шахтні стволи; вісь флексури; зони розтягнення; взбросовий тип поля деформацій; зсувний тип поля деформацій;

        На картах еліпсоїда деформацій точки червоного кольору позначають взбросовий тип поля деформацій (є3 субгоризонтально, є2 субгоризонтально, є1 субвертикальних). Точки мають синій колір позначають скидний тип поля деформацій (зворотне положення осей еліпсоїда). Точки зеленого кольору – зсувний тип поля деформацій (є3 і є1 субгоризонтально). Колір стрілок відображає значення коефіцієнта Лоде – Надаї: синій колір – менше 1 (зони розтягування), червоний колір – більше 1 (зони стиснення) [8].
        Дослідження проводилися кинематичним методом, для цього при детальному вивченні тектонічної будови, будувалися поля деформацій, виділялися зони розтягування по яких прогнозувалися газові пастки.
        Ці області розташовуються в крайній північній і південній частинах шахтного поля, а також область розтягування розташована в центральній частині за одиничними спостереженнями. Таким чином, в цих областях існує перспектива формування газових пасток.
        Стереограма (рис.6) являє собою зображення полюса дзеркал ковзання, всіх на шахтному полі з векторами зсуву. Спостерігається круговий розподіл дзеркал ковзання. Кут падіння дзеркал ковзання складає 45 град. У межах кола виділяється згущення в напрямку ПЗ – П і ПВ – ПдЗ. Вектора зміщення переважають насувового характеру.

Рисунок 6 – Стереограмма дзеркал ковзання

 

        При написанні даного автореферату магістерська робота не є завершеною. Закінчення планується на грудень 2011 року.

Список використаної 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. [электронний ресурс]. – Режим 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 [электронний ресурс]. – Режим доступа: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/h_dgggms/1 – 2008