Морфология, вещественный состав и генезис угольного пласта k2 Миллеровской Западной площади тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.11, кандидат геолого-минералогических наук Фролов, Владимир Николаевич

• Фролов, Владимир Николаевич
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Фролов, Владимир Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ:.

1.1. Современное состояние геологической изученности Миллеровской Западной площади.

1.2. Обзор и анализ представлений о факторах, определяющих морфологию и вещественный состав угольных пластов.

2. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ РАЙОНА.

2.1. Стратиграфия.

2.2. Тектоника.

3. МОРФОЛОГИЯ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ.

3.1. Морфология угольного пласта.

3.2. Вещественный состав угольного пласта.

4. РЕКОНСТРУКЦИЯ УСЛОВИЙ ТОРФОНАКОПЛЕНИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ.

4.1. Методика реконструкции условий накопления среднекаменноугольной угленосной толщи южного склона Воронежской антеклизы и угольного пласта к2.

4.2. Литолого-фациальная характеристика и условия образования цикла к2 на Миллеровской Западной площади.

4.3. Изучение характера тектонических движений при накоплении осадочного цикла к2 и одноименного угольного пласта.

4.4. Условия формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади.

5. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УГЛЯ ПЛАСТА к2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ.'.

5.1. Основные направления использования низкометаморфизованных углей.

5.2. Прогноз качества углей пласта к2 и.выделение перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Морфология, вещественный состав и генезис угольного пласта k2 Миллеровской Западной площади»

Актуальность работы. В связи- с наблюдаемым снижением разведанных запасов нефти и газа в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах и существующей зависимостью региона от поставок энергоносителей из Поволжья и Сибири имеется необходимость в подготовке к промышленному освоению новых угольных объектов.

Подавляющая часть (99%) запасов и ресурсов угля региона сосредоточена в Восточном Донбассе (Ростовская область). Из учтенных здесь Государственным балансом почти 14 млрд. т запасов, около 1,3 млрд. т приходится на угли Миллеровского угленосного района. Промышленный интерес представляет наиболее изученная часть района — Миллеровская Западная площадь, где бурые и длиннопламенные угли залегают на небольших глубинах в простых горно-геологических условиях. В связи с перспективами вовлечения углей Миллеровской Западной площади в хозяйственную деятельность, актуальной задачей является установление закономерностей строения и вещественного состава основного рабочего угольного пласта к2. Накопленный к настоящему времени фактический материал проведенных на площади поисковых и оценочных работ позволяет подойти к решению этой задачи с генетических позиций путем установления условий формирования угольного пласта.

Цель работы — реконструкция условий формирования угольного пласта к2 как основа для прогноза качества углей и определения перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Задачи исследований:

1. Детальное изучение строения и вещественного состава угольного пласта к2 и его структурных единиц;

2. Литолого-фациальная характеристика углевмещающих среднекаменноугольных отложений;

3. Палеогеографические реконструкции для регрессивной и трансгрессивной части осадочного цикла к2;

4. Построение прогнозно-генетической модели, отражающей последовательность и характерные особенности формирования древнего торфяника, соответствующего современному угольному пласту к2;

5. Изучение возможных связей между строением угольного пласта и тектонической структурой площади;

6. Определение на основе выполненных генетических построений перспективных участков для постановки геологоразведочных работ.

Фактический материал и методика исследований. Исходный фактический материал для диссертационной работы собран автором в ходе полевых работ, проведенных в 2004-2008 гг. отделом геологии, нефтегазовых и водных ресурсов Южного научного центра РАН. Часть натурных исследований выполнена в ходе оценочных работ на уголь, проводившихся ОАО «Южгеология» в 2005-2008 гг. Автором проведена документация керна 9 скважин, петрографическое описание 58 шлифов. Собрана и проанализирована геологическая документация 143 скважин, результаты 146 петрографических определений мацерального состава углей, 799 определений зольности, 638 определений содержания серы, 82 определений химического состава золы, 77 определений разновидностей серы, 773 результата полуколичественного спектрального анализа углей и углевмещающих пород. Выполнено дешифрирование материалов дистанционного зондирования Земли (спутниковая система Landsat-7). При непосредственном участии автора в зонах выделенных линеаментов (в понимании H.H. Погребнова) проведены газогеохимические исследования по профилям общей протяженностью более 5 км.

Для решения поставленных задач использованы методы, изложенные^ работах Ю.А. Жемчужникова, Г.Ф. Крашенинникова, А.И. Егорова, Т.А. Ягубянца, П.П. Тимофеева, В.Н. Волкова, Л.Я. Кизилыптейна, В.П. Алексеева, Я.Ю. Юдовича и др. Широко применялись методы математической статистики, геостатистики и ГИС-технологии.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены характерные особенности. морфологии и вещественного состава угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади;

2. Дана детальная литолого-фациальная характеристика углевмещающих среднекаменноугольных отложений;

3. Впервые на представительном материале выполнены палеогеографические построения для регрессивной и трансгрессивной частей осадочного цикла 1с2 на Миллеровской Западной площади;

4. Предложена прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2, отражающая ход и особенности торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Установлены основные элементы палеорельефа, оказавшие определяющее влияние на морфологию и вещественный состав полезного ископаемого.

5. Впервые для исследуемой площади показана приуроченность зоны усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к2 к конседиментационному прогибу.

Практическая значимость. Предложенная прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 позволила существенно уточнить особенности строения и вещественного состава полезного ископаемого. Вместе с этим на участках с редкой сетью скважин и между разведочными профилями стало возможным дать прогноз качества углей и наметить перспективные участки для постановки геологоразведочных работ.

Основные защищаемые положения:

1. Строение и мощность угольного пласта к2 на* Миллеровской Западной площади определяются взаиморасположением в разрезе и на площади угольных пачек кг""1, к2н~2 и к2в, а также положением зон их размыва.

2. Разработана прогнозно-генетическая модель формирования угольного пласта к2 Миллеровской Западной площади, включающая три этапа: I - формирование рельефа подстилающей поверхности в ходе регрессии, II - накопление торфяных слоев, соответствующих угольным пачкам кг""1, к2"~2 и к2в, III — формирование окончательного облика угольного пласта;

3. Зона усложнения строения и увеличения мощности« угольного пласта к2 приурочена к конседиментационному прогибу,, границы которого устанавливаются по комплексу геологических* и дистанционных данных.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XI и XII Всероссийском угольном совещании (Ростов-на-Дону, 2005, 2010 г.), Всероссийской конференции «Осадочные породы, полезные ископаемые и почвы, процессы гипергенеза» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), Всероссийском научно-техническом семинаре «Современные направления многоцелевого использования углей и вмещающих пород» (Ростов-на-Дону, 2007 г.), IX Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Геологи XXI века» (Саратов, 2008 г.), V Всероссийском литологическом совещании «Типы седиментогенеза и литогенеза и их эволюция в истории Земли» (Екатеринбург, 2008 г.), I международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (Санкт-Петербург, 2009 г.), международном научно-практическом семинаре «Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса» (Новочеркасск, 2009 г.).

Публикации. Научные результаты диссертации отражены в 14 печатных работах, в том числе 2 - в рекомендованных ВАК по профилю специальности — «Известия ВУЗов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки»,, «Исследования Земли из космоса». Отдельные научные результаты диссертации изложены в 3 научно-исследовательских отчетах. Отчеты хранятся в фондах Южного научного центра РАН.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации

Заключение диссертации по теме «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения», Фролов, Владимир Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В ходе выполненных морфоструктурных построений для угольного-пласта к2 Миллеровской Западной площади было установлено, что слагающие его угольные пачки характеризуются различной площадью* распространения. Максимальные отметки мощности угольных пачек и пласта в целом тяготеют к юго-западу площади. Зоны сокращения мощности угольного пласта в плане совпадают с площадью распространения алевролитов и песчаников с волнистой, реже косой слоистостью, содержащих растительные остатки. Формирование этих отложений шло в гидродинамически активных обстановках, что обусловило частичный размыв подстилающих отложений. Полученные выводы могут быть использованы для прогноза строения угольного пласта к2 между разведочными профилями и на участках с редкой сетью скважин.

2. Литолого-фациальная характеристика углевмещающих пород показала, что регрессивная часть осадочного цикла к2 выражена преимущественно комплексом переходных фаций: глинистых осадков лагун и заливов, песчано-алевритовых осадков зоны волновой ряби, песчаных осадков пересыпей, кос и баров, глинисто-алевритовых и песчаных осадков приморских озер. Трансгрессивная часть цикла характеризуется примерно равным развитием переходных и морских фаций. Последние представлены песчано-алевритовыми осадками зоны волнений прибрежной части моря и глинистыми осадками материкового моря. Существенное развитие в осадочном цикле к2 получили песчаники. Их формирование происходило в генетически и пространственно связанных друг с другом фациальных обстановках, образующих канал переноса терригенного материала псаммитовой размерности: река - подводная дельта - бары - зона морских течений.

3. На основе выполненных палеогеографических реконструкций и анализа морфологии угольного пласта была разработана прогнозногенетическая модель, отражающая ход и особенности торфонакопления на Миллеровской Западной площади. Установлено, что в ходе регрессии моря на Миллеровской Западной площади произошло формирование основных структурных элементов рельефа, существовавших на протяжении всего торфонакопления и определивших условия накопления растительного материала. Окончательный облик угольного пласта к2 был сформирован в трансгрессивную часть и позже в верейское время, когда в ходе формирования баров и речных долин пласт было частично размыт.

4. Комплексный анализ полученных данных показал, что речная долина на юге площади и прилегающая к ней низменность в центральной части, впервые появившиеся на заключительных этапах регрессии, сохранялись в гипсометрическом плане территории до конца торфонакопления. Здесь шло активное отложение как органического, так и минерального вещества, что нашло свое отражение в мощности угольных пачек и количестве породных прослоев (максимальном для Миллеровской Западной площади), а также увеличении зольности и сернистости углей.

5. Совместный анализ геологической информации и данных дистанционного зондирования Земли вместе с проведением газогеохимических исследований позволил сделать вывод о приуроченности зоны усложнения строения и увеличения мощности угольного пласта к конседиментационному прогибу.

6. В рамках предложенной прогнозно-генетической модели стало возможным дать объяснение наблюдаемым особенностям строения и вещественного состава угольного пласта к2, а также спрогнозировать качество углей на участках с редкой сетью скважин. Проведенные исследования показали, что распределение таких основных показателей качества, углей, как зольность, содержание общей'серы и петрографический состав находятся в закономерной связи со структурой рельефа подстилающей поверхности древнего торфяника. Таким образом, в1 пределах Миллеровской Западной площади можно выделить три зоны, в пределах которых можно спрогнозировать достаточное устойчивое сочетание указанных показателей. Первая включает восточную и западную часть исследованной территории и должна характеризоваться низкими значениями зольности и сернистости углей, а также относительно высоким содержанием мацералов группы инертенита. Вторая зона, установленная в центральной и южной части площади, должна отличаться высокими значениями зольности, сернистости углей и повышенными содержанием мацералов группы липтинита. Третья зона, занимающая промежуточное положение между указанными двумя, должна характеризоваться переходными значениями параметров.

7. Таким образом, на основе установленных закономерностей строения и вещественного состава и выполненных палеогеографических реконструкций возможно наметить два крупных участка на востоке и западе Миллеровской Западной площади, расположенных южнее зоны развития размывов. Здесь угольный пласт к2 характеризуется простым строением, средней мощностью 1-1,5 м, низкими значениями зольности и сернистости, высоким содержанием мацералов группы витринита и залегает на глубинах от 350 до 500 м от земной поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Фролов, Владимир Николаевич, 2010 год

1. Алексеев В.П. Цитологические этюды. Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. 149 с.

2. Богачев В.В. Предварительный отчет о геологических исследованиях 1907 и 1908 гг. //Изв. Геол. ком. Т. XXIX. 1910.

3. Большой Донбасс // Сборник статей. М. Л.: Гос. изд. геол. лит. ком. по делам геологии при СНК, 1941. 219 с.

4. Валъц И.Э., Гинзбург А.И, Крылова Н.М. Основные принципы вещественно-петрографической классификации углей // Химия твердого топлива, 1968. №3. С. 9-20.

5. Викторов Д.Н. О формировании зоны сочленения докембрийской и эпигерцинской платформ у северной границы Восточного Донбасса / Геология и нефтегазоносность юга СССР. Выпуск 13. Л.: Недра, 1965. С. 124133. а

6. Викторов Д.Н. Формирование структурного плана юго-восточной части Воронежской антеклизы и прилегающих районов Донбасса в связи сперспективами нефтегазоносности / Автореферат дисс. на соискание звания канд. геол.-минер. наук. М., 1965. 22 с. б

7. Войновский-Кригер КГ. О ширине углеобразующей зоны // Советская геология, 1949. №38. С. 24-31.

8. Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов // Автореферат дисс. на соискание уч. степени д.г.-м.н. Ленинград, 1971. С. 11. Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов. М.: Недра, 1973. 136 с.

9. Волков В.Н. Геология и охрана ресурсов ископаемых углей (месторождения мощных угольных пластов). Л.: Недра, 1985. 216 с.

10. Волков В.Н. Морфология и генезис угольных пластов // Угольная база России. Том VI. Основные закономерности углеобразования и размещения угленосности на территории России. М.: ООО «Геоинформарк», 2004. С. 200226.

11. Волкова И.Б. Угольное вещество осадочных толщ, его накопление и преобразование // Диссертация на соискание д.г.-м.н. Л.: ВСЕГЕИ, 1983. В 2-хт. Т. 1.293 с. Т. 2. 289 с.

12. Геология СССР, том XLVI, Ростовская, Волгоградская, Астраханская области и Калмыцкая АССР. Геологическое описание // Коллектив авторов. М.: Недра, 1969. 666 с.

13. ГОСТ 25543-88. Угли бурые, каменные и антрациты. Классификация по генетическим и технологическим параметрам. М., 2004. 18 с. ГОСТ 9414.1-94. Уголь каменный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 1. Словарь терминов. Минск, 1995. 24 с.

14. Григорова А.П., Дубовцева В.В., Кондрашова Т.И. Геологический отчет о результатах детальных поисков угольных пластов рабочей мощности в3 5отложениях свит С2 -С2 на Миллеровской Западной площади / СДГЭ ЮП-ГО, 1982. Т.1. 130 с.

15. Екатеринина Л.Н., Аляутдиноеа Р.Х. и др. Гуминовые стимуляторы роста растений из бурых углей Канско-Ачинского и Подмосковного бассейнов //Химия твердого топлива. 1986. № 5. С. 94-99.

16. Еремин И.В., Броновец Т.М. Марочный состав углей и их рациональное использование. М.: Недра, 1994. 254 с.

17. Ерохин А.Н., Тарасенко В.Г. Геологический отчет о поисковых работах на Миллеровской Западной площади. Миллеровская ГРП. 1972. Жемчужникое Ю.А. Общая геология каустобиолитов. JI.-M.: ОНТИ НКТП, 1935.548 с.

18. Жемчужникое Ю.А. Общая геология ископаемых углей. М.: Углетехиздат, 1948. 492 с.

19. Жемчужникое Ю.А. Угленосные толщи как формации // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1955. №5. С. 14-33.

20. Жемчужникое Ю.А., Гинзбург А.И. Основы петрологии углей. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 400 с.

21. Иванников A.B., Пермяков В.В. Стратиграфия и геологическое картирование мезозойских отложений Донбасса и Украинского щита. Киев: Наукова Думка, 1967. 88 с.

22. Иванов A.B., КривегаТ.А. Соленые угли Западного Донбасса (условия формирования и проблемы использования). Киев: Науукова думка, 1985. 124 с.

23. Иванов Г.А. Угленосные формации. JL: Наука, 1967. 408 с.

24. Кизилъштейн Л.Я. Геохимия углей. / Угольная база России, том VI (Сводный, заключительный). Основные закономерности углеобразования и размещения угленосности на территории России. М.: ООО «Геоинформмарк», 2004. С. 294-330.

25. Кизилъштейн Л.Я. Экогеохимия элементов-примесей в 'углях. Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2002. 296 с.

26. Кизилъштейн Л.Я., Вялое В.PI., Гальчиков В.В. Распределение натрия в углях северной части Донецкого бассейна // Известия ВУЗов. Геология и разведка, 1983. № 2. С. 70-77.

27. Кизилъштейн Л.Я., Гальчиков В.В., Федоров Ю.А. Натрий и калий в микрокомпонентах углей Северного Донбасса // Химия твердого топлива, 1983. №4. С. 36-42.

28. Кизилъштейн Л Я., Щиров В.Т., Черников Б. А. Среднекарбоновое торфоугленакопление в Донецком бассейне. Палеогеографические и пластово-качественные карты основных угольных пластов. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост, ун-та, 2003. 108 с.

29. Князев B.C., Кононова И.Б. Руководство к лабораторным занятиям по общей петрографии. М.: Недра, 1991. 128 с.

30. Концепция развития сырьевой базы углеводородного сырья на территории Южного федерального округа. Ростов-на-Дону: ЮГНЕДРА, 2005. 41 с.

31. Крашенинников Г.Ф., Волкова А.Н., Иванова Н.В. Учение о фациях с основами литологии. Руководство к лабораторным занятиям. М.: Изд-во МГУ, 1988. 214 с.

32. КрашенинниковР.Ф. Условия накопления угленосных формаций СССР. М.: Изд-во МГУ, 1957. 286 с.

33. КрашенинниковГ.Ф. Учение о фациях. М.: Высшая школа, 1971. 368 с. Лисицын А.П. Процессы терригенной седиментации в морях и океанах. М.: Наука, 1991. 270 с.

34. Лихарев Б.К К вопросу о разграничении некоторых ярусов нижнетретичных отложений в бассейнах рек Сев. Донца и Дона // Изв. Геол. ком., 1917. № 5-7. Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород. М.: Высшая школа, 1974. 400 с.

35. Ломоносов М.В. О слоях земных. М.: Госгеолтехиздат, 1949. 210 с. Лонгинова Е.А. Перспективы использования юрских углей месторождения Шубарколь для гидрогенизации // Вестник Московск. ун-та. Серия 4. Геолгия. 1998. №1. С. 69-71.

36. Наливкин Д.В. Учение о фациях. M.-JL: Изд-во АН СССР. В 2-х т. Т.1. 1955. 534 с. Т.2. 1956. 394 с.

37. Погребное H.H. Геологическое строение нижнего Дона и нижней Волги (краткий очерк). Ростов-на-Дону, 1962. 65 с.

38. Строение и условия накопления основных угленосных свит и угольных пластов среднего карбона Донецкого бассейна. В 2-х частях / Жемчужников Ю.А., ЯблоковВ.С., Боголюбова Л.И. и др. М.: Изд-во АН СССР. Ч. 1. 1959. 332 с. Ч. 2. 1960. 346 с.

39. Тараканов A.C. Угленосные формации // Литогеодинамический анализ угленосных и турбидитных формаций. Методические рекомендации. Л.: ВСЕГЕИ, 1990. С. 8-35.

40. Тюремное С.Н. Торфяные месторождения и их разведка. M.-JL: Госэнергоиздат, 1949. 464 с.

41. Угольная промышленность Дона. М.: Изд-во Моск. гос. горн, ун-та, 1995. 248 с.

42. Уланов H.H. Критерии оценки и ресурсы углей, пригодных для производстважидких топлив / Реферат отчета и рекомендации. Ростов-на-Дону, 1982. 21 с.

43. Условия и закономерности угленакопления на территории северного

44. Донбасса: Отчет / ДонбассНИЛ, 1968. 333 с.

45. Фролов В.Т. Литология. Кн. 3. М.: Изд-во МГУ, 1995. 352 с.

46. Фролов В. Т. Руководство к лабораторным занятиям1 по петрографииосадочных пород. М., 1964. 310 с.

47. Фролов В.Н. Распределение микроэлементов в угле пласта к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса / Вопросы геологии и освоения недрюга России: Сб. науч. статей. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2007. С. 108-112. б ;

48. Черновъянц М.Г. Размывы и замещения угольного пласта к2 на площади Старобельско-Миллеровской моноклинали // Геологическое строение и минерально-сырьевая база Волго-Донского региона. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 1969. С. 85-91.

49. Черноусое Я.М. Курс общей геологии угольных месторождений. М.: ГНТИ литературы по геологии и охране недр, 1962. 296 с.

50. Юдовнч Я.Э. Геохимия угля // Вестник Кольского научного центра, 2005. №3. С. 49-53.

51. Юдович Я.Э. Геохимия ископаемых углей. (Неорганические компоненты). Л.: Наука, 1978. 262 с.

52. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Неорганическое вещество углей. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 422 с.

53. Potonie H. Eine rezente organogene Slammbilgung und Kennelkohlen Typus // J. Preuss. Geol. Landesanst. 1903.

54. Spacman W. The maceral concept of the study of modern environments as a mean of understanding the nature of coal // Trans. N.Y. Acad. Sei. Ser. II. 1958. Vol. 20, №5.

55. Stopes M. C. On the four visible ingredients in banded bituminous coal // Proc. Roy. Soc. London, 1919. Vol. 90. Pp. 470-487.

56. Thissen R. Occurrence and origin of finely disseminated sulfide compounds in coal // Trans. Amer. Inst. Mining and Met. Eng. Vol. 63. 1920

57. Thissen R. Splint coal // Bull. Amer. Inst. Mining and Met. Eng. Coal. Din. 1930. Vol. 87. Pp. 79-106.

58. Walther J. Einleitung in die Geologie als historische Wissenschaft. Verlag von Gustav Fischer, Jena, 1894.3 vols. 1055 pp.

59. Werner H. Über den Nachweis mariner Beeinflussung von Torfund Kohle. Geol. Jb. Hannover, 1954. Nr. 69. S. 287-292.