Прогнозирование структуры шахтных полей восточного донбасса на основе анализа малоамплитудной тектонической нарушенности угольных пластов
Скачать 347 Kb.
|
На правах рукописи  Трощенко Виктор Владимирович ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА МАЛОАМПЛИТУДНОЙ ТЕКТОНИЧЕСКОЙ НАРУШЕННОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Специальность:25.00.11 – геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых; минерагения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук Ростов-на-Дону -2010 Диссертация выполнена в Учреждении Российской академии наук - Южном научном центре (ЮНЦ РАН)
Защита состоится «08» апреля 2010г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.15 при Южном федеральном университете по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет, ауд. 201. Факс: (863) 222-57-01. E-mail: dek_geo@rsu.ru С диссертацией можно ознакомиться в ЗНБ Южного федерального университета по адресу: 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148. Автореферат разослан «04» марта 2010 г. Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, к. 110, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.208.15.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы. Прогнозируемое на ближайшие десятилетия снижение мировой добычи нефти и природного газа приводит к повышению роли угля в энергетическом балансе и, как следствие, к возрастанию потребности промышленности в его детально изученных и подготовленных к эксплуатации запасах. Закономерен в этой связи интерес инвесторов к Восточному Донбассу как поставщику высококачественных антрацитов для удовлетворения текущих и потенциальных энергетических потребностей России и на экспорт. При выборе объектов эксплуатации необходимо получение информации об условиях залегания угольных залежей, их разрывной и складчатой нарушенности. Несвоевременный учет этого фактора, особенно – выявляемой обычно с запозданием – разрывной тектонической нарушенности малой амплитуды, приводит к снижению эффективности эксплуатации, потере запасов, а иногда и к закрытию шахт. Проблема повышения полноты и достоверности выявления малоамплитудной разрывной тектонической нарушенности сохраняет свою актуальность не только на стадии разведки, но и в процессе эксплуатации. Реально достигнутая разрешающая способность традиционных технических средств выявления разрывных нарушений составляет 5-10 и более метров по их вертикальной амплитуде, что совершенно недостаточно для обеспечения потребностей организации современной угледобычи. Научное обоснование решения вопроса развито всё ещё недостаточно. В то же время, по общему мнению, имеются значительные резервы для решения этой задачи на основе выявления и использования закономерностей проявлений и взаимосвязи элементов малоамплитудной тектоники. Этому вопросу только в последней четверти минувшего столетия посвящены исследования В.А. Букринского, И.Н.Власова, В.Е. Забигайло, И.А. Очеретенко, В.В. Попова, В.Ф. Твердохлебова, В.В.Трощенко и многих других. Этими учёными и их многочисленными последователями выявлен ряд закономерностей генезиса и распространения малоамлитудных разрывных тектонических нарушений и характера их влияния на условия эксплуатации, разработаны технологии их разведки и прогнозирования. Однако степень решенности вопроса остается неудовлетворительной. Настоящая диссертационная работа посвящена усовершенствованию имеющейся научно-методической базы решения проблемы на основе обобщения информации о закономерностях проявления и влиянии малоамплитудной разрывной тектонической нарушенности на условия разработки угольных пластов с использованием массива данных, накопленных в регионе Донбасса и, в частности, восточной его части, по состоянию на 2008 г. Помимо решения чисто прикладных задач, расшифровка условий проявления малоамплитудной тектоники Восточного Донбасса будет способствовать выявлению фундаментальных аспектов геологии, в частности, других угольных месторождений, где эти вопросы стоят столь же остро. Цель работы – анализ формы, пространственных взаимоотношений элементов структуры, кинематики и динамики их образования, выявление закономерностей проявления малоамплитудной тектонической нарушенности и её влияния на локализацию благоприятных и неблагоприятных для эксплуатации участков угольных пластов, совершенствование методов изучения и моделирования тектонической структуры угольных месторождений в процессе их разведки и освоения. Задачи исследований: 1. Сбор, анализ, обобщение данных и представлений о тектонической структуре бассейна и влиянии малоамплитудной тектонической нарушенности на эффективность горных работ. 2. Совершенствование методов получения первичной информации о залегании горных пород и их разрывной нарушенности, её обработки и интерпретации. 3. Уточнение общих особенностей тектонического строения Восточного Донбасса, установление взаимоотношений между тектоникой кристаллического фундамента, палеозойского структурного этажа и мезозой-кайнозойского чехла. 4. Выявление генетических связей между пликативными и дизъюнктивными дислокациями угленосной толщи Восточного Донбасса. 5. Определение влияния малоамплитудной тектонической нарушенности на степень благоприятности для эксплуатации участков угольных залежей. 6. Разработка практических рекомендаций по выявлению и прогнозированию малоамплитудных нарушений и общей нарушенности в процессе разведки и освоения угольных месторождений. Фактический материал и методика исследований. Исходный материал для диссертационной работы собран автором за период работы в отделе геологии, нефтегазовых и водных ресурсов Южного научного центра РАН в 2004-2008 гг. Использованы также результаты натурных исследований тектоники Донецкого и других угольных бассейнов, проводившихся с участием автора в ДонбассНИЛ-ВНИГРИуголь. Использована геолого-маркшейдерская документация по 24 шахтам Донбасса. По 13 шахтам Восточного Донбасса проведена при непосредственном участии автора геологическая документация горных выработок и керна скважин. Методы исследований включают сбор натурных данных в полевых и шахтных условиях. Для решения поставленных задач использованы специально разработанные методики геолого-структурных наблюдений и интерпретации их результатов. К ним, в первую очередь, относится методика структурно-тектонического анализа горизонтальных срезов складчато-разрывной структуры на двух гипсометрических уровнях (– 200 и – 800 м) с использованием подземного крупномасштабного геокартирования, а также дистанционных методов исследований. Также разработаны методы определения истинных элементов залегания слоёв по измеренным в керне скважин и восстановления истинной ориентации трещин по данным измерений в керне. Научная новизна работы заключается в следующем:
Практическая значимость. Разработан и усовершенствован комплекс методов выявления, изучения и прогнозирования в ходе геологоразведочного процесса малоамплитудной тектонической нарушенности угольных месторождений и ее влияния на технологию разведки и эффективность эксплуатации угольных залежей. Разработаны методические рекомендации по изучению тектонической нарушенности и кернометрии в углеразведочных скважинах, а также защищённые авторскими свидетельствами «Способ дефектоскопии горных пород» и «Способ оконтуривания приповерхностных подземных неоднородностей». Основные выводы и положения диссертации внедрены в производство и использованы в ходе поисково-оценочных и разведочных работ на угольных месторождениях, при проектировании, строительстве и обеспечении функционирования угледобывающих предприятий. Методические рекомендации по изучению тектонической нарушенности и кернометрии в углеразведочных скважинах использованы в ходе разведочных работ на уголь. Результаты исследований могут использоваться при выборе наиболее перспективных объектов и планировании поисково-оценочных и разведочных работ на угольных месторождениях. Основные защищаемые положения. 1. Разработан и апробирован для стадии разведки комплекс методов прогнозирования, выявления и количественной оценки малоамплитудной тектонической нарушенности угольных пластов Восточного Донбасса, включающий оригинальные способы получения первичной геологической информации и её обработки. 2. Установленный характер малоамплитудной тектонической нарушенности горно-породного массива определяет вещественно-структурные особенности шахтных полей, технологию вскрытия и условия отработки угольных пластов Восточного Донбасса. 3. Показано, что наиболее сложнодислоцированные участки шахтных полей приурочены к зонам кулисообразной складчатости, сформированным под воздействием горизонтальных смещений по разломам кристаллического фундамента. 4. Предложены критерии количественной оценки сложности горно-геологических условий отработки шахтных полей Восточного Донбасса по фактору малоамплитудной тектонической нарушенности угольных пластов. Апробация работы. Результаты и основные положения работы регулярно докладывались на III, VII, VIII, X, XI Всесоюзных и Всероссийских угольных совещаниях (1976-2005), V Международной научной конференции «Проблемы геологии, геоэкологии и минерагении Юга России и Кавказа» (2006), Международной конференции «Проблемы геологии и освоения недр юга России» (2006), «Геодинамические и генетические модели рудных месторождений» (2007), региональном научно-практическом семинаре «Перспективные технологии добычи и использования углей Донбасса» (2009), VII Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования» (2009), VIII Международной научно-практической конференции «Международные и отечественные технологии освоения природных минеральных ресурсов и глобальной энергии» (2009) и других научных форумах. Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 36 научных работ, в том числе 8 статей в реферируемых журналах из перечня ВАК и 2 монографии, 2 изобретения защищены авторскими свидетельствами. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав и заключения, изложена на 160 страницах, включает 39 рисунков и список литературы из 126 наименований. В первой главе изложены современные взгляды на положение Донецкого бассейна в общей геологической структуре и краткие сведения об его геологическом строении, обоснована принятая схема тектонического районирования бассейна. Во второй главе кратко описаны методы изучения и моделирования тектоники угольных месторождений Донбасса, дающие возможность наиболее полно использовать получаемую в процессе разведки информацию для выявления и прогнозирования типа и количества малоамплитудных тектонических нарушений. Третья глава посвящена морфогенетическому анализу тектонической нарушенности шахтных полей Донбасса, на основании которого дано определение малоамплитудной нарушенности и разработана классификация малоамплитудных разрывов и складок по форме и генезису с указанием их характерных признаков. Четвёртая глава демонстрирует общий порядок действий по прогнозированию структуры шахтных полей на основе анализа материалов геологоразведочных работ с оценкой влияния различных форм малоамплитудной тектонической нарушенности угольных месторождений на горно-геологические условия отработки запасов угля. Благодарности. Автор искренне признателен своим учителям и наставникам д.г.-м.н. Н.И. Погребнову, к.г.-м.н. И.А. Очеретенко, д.г.-м.н. Б.В. Смирнову, д.г.-м.н. Н.Н. Погребнову, а также своему научному руководителю д.г.-м.н. С.Г. Параде за внимание, помощь и ценные замечания. Ценные советы, рекомендации и практическая помощь в решении ряда вопросов со стороны сотрудников ВНИГРИуголь Т.В. Будариной, С.С. Леонова, ЮНЦ РАН к.г.-м.н. А.В. Мохова также были добрым подспорьем в процессе работы над диссертацией. ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ Первое защищаемое положение Разработан и апробирован для стадии разведки комплекс методов прогнозирования, выявления и количественной оценки малоамплитудной тектонической нарушенности угольных пластов Восточного Донбасса, включающий оригинальные способы получения первичной геологической информации и её обработки. На разведочной стадии в комплекс включены методы аналогии, максимальное использование структурно-геологической информации по данным буровых скважин и дешифрирования материалов дистанционных съёмок Земли, на стадии эксплуатационной разведки – методы анализа морфологии сместителей разрывных нарушений, их кинематики и геодинамической обстановки формирования. При возобновлении интереса промышленности к углю как энергетическому и технологическому сырью, в условиях Восточного Донбасса фактор тектонической нарушенности может приобретать существенное влияние на выбор перспективных объектов для разведки и эксплуатации в Белокалитвенском и Тацинском геологопромышленных районах, где имеются прогнозные ресурсы каменных энергетических и коксующихся углей, условия залегания которых можно считать относительно сложными – здесь развита мелкая складчатость, характеризующаяся значительным диапазоном колебания углов падения пластов и высокой вероятностью наличия малоамплитудных разрывных нарушений. В Сулино-Садкинском и Задонском районах, где находятся основные прогнозные ресурсы и подтверждённые запасы антрацитов, ожидаемые условия залегания можно считать спокойными в отношении тектонической нарушенности. Такие же спокойные условия залегания ожидаются и в Миллеровском угленосном районе, где пласты низкометаморфизованных каменных и переходных к бурым углей залегают почти горизонтально. В этих районах определяющими факторами при выборе участков будут глубины залегания пластов, качественные показатели углей, мощность и состав перекрывающих продуктивную толщу комплексов, гидрогеологические, экологические и другие условия. Предложенные И.А. Очеретенко способы определения истинных элементов залегания слоёв пород и тектонических трещин по замерам в неориентированном керне вертикальных и наклонных скважин были доведены до практического применения, для чего применён аппарат стереографических проекций и сферической тригонометрии (Очеретенко, Трощенко, 1971, 1974, 1978). Учитывая, что керн трещиноватых пород часто оказывается настолько непрочным, что рассыпается на отдельные куски вскоре после извлечения из колонковой трубы, был разработан также способ газовой дефектоскопии (Трощенко, 1986), позволивший фиксировать ориентировку слоистости и трещин сразу же после подъёма керна и затем измерять необходимые угловые и линейные величины по его газовому автографу. В процессе разведки часть малоамплитудных тектонических нарушений оказываются невыявленными, даже будучи пересечёнными скважинами, по причине недостаточно выраженных признаков нарушения или неполного выхода керна, другие же – за счёт того, что редкая сеть скважин не обеспечивает пересечение каждого нарушения хотя бы одной скважиной, а также из-за низкой (± 5 и более м) точности определения высотных отметок пластов по скважинам. Восполнить, хотя бы частично, дефицит информации о тектонической нарушенности разведываемых участков призваны созданный при непосредственном участии автора метод тектонического статистического анализа мощностей межпластовых интервалов и разработанный самостоятельно вероятностный метод определения фактической степени нарушенности участка по отдельным выявленным разведкой нарушениям. Известно, что нормальные мощности стратиграфических интервалов угленосных толщ, например, междупластовые расстояния, изменяются по площади чаще всего достаточно плавно и постепенно, резкие изменения этой величины свидетельствуют о присутствии разрывных нарушений, пост- или конседиментационных, либо о наличии в разрезе литологических неоднородностей, обусловливающих изменение мощности за счёт неодинаковой способности пород к уплотнению. На этом принципе основывается методика выявления таких нарушений при помощи статистического анализа значений нормальной мощности межпластовых интервалов, полученных по сети разведочных скважин. Точность определения мощности слоёв и их групп по скважинам значительно выше точности определения высотных отметок. Проверка методики моделирования на реальных шахтных полях показала её способность выявлять конседиментационные и постседиментационные малоамплитудные разрывные нарушения. Если морфология и размеры выявленных разрывов установлены, появляется возможность прогнозировать предполагаемое количество аналогичных нарушений на объекте разведки, для чего предложен вероятностный метод. Необходимость определения направления относительного перемещения крыльев разрывного смещения возникает в процессе анализа тектонического строения угольных бассейнов и месторождений и истории их геологического развития, а также в случаях решения сугубо практических задач, например, отыскания смещенного крыла угольного пласта в угольных шахтах. Помимо известных стратиграфических и тектонофизических способов восстановления кинематики разрывов, существенную помощь в решении таких задач может оказать геометрический анализ поверхностей их сместителей (рисунок 1). Таким образом, предложенный автором метод геометрического анализа морфологии сместителей разрывных нарушений (Трощенко, 1977) предназначен для наиболее полного восстановления генетического типа разрывов, встреченных горными выработками шахт. В качестве инструмента для моделирования поверхностей сместителей применены стереографические проекции.  1 – плоские поверхности; 2 – простые криволинейные поверхности (а – сферические, б – цилиндрические, в – конические, г – эллипсоидальные, тороидальные, параболоидальные и т.п., o – o’ – ось вращения); 3 – сложные криволинейные поверхности (а – линейчатые или псевдоцилиндрические, б, в – сложные поверхности вращения, г – винтовые, д – коноидальные) Рисунок 1 — Поверхности сместителей разрывных смещений и возможные направления относительного перемещения их крыльев с учетом некоторой пластической деформации пород (показаны стрелками) Восстановление вектора смещения крыльев разрывов, встреченных горными выработками шахт, позволяет прогнозировать изменения параметров смещения по простиранию и падению сместителя на стадии эксплуатационной разведки. |
В.Г. РыловДобавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Совершенствование технологии дегазационных работ при отработке сильвинитовых... Работ. Основные факторы газодинамических явлений, такие как внезапность, высокая скорость разлета кусков породы, значительные объемы... | | Российской Федерации Санкт Петербургский государственный университет Физический факультет Цель изучения дисциплины: Обучение магистрантов аналитическим методам анализа структуры и эволюции нелинейных полей |
| Эколого-географический анализ и оценка гидроэкологического риска... Работа выполнена на кафедре геоэкологии и прикладной геохимии фгаоу впо «Южный федеральный университет» | | Реферат Экологическая обстановка Донбасса В последние десятилетия в Украине она существенно ухудшилась. Одним из основных факторов, повлиявших на экологическую обстановку,... |
| Особенности проведения реструктуризации предприятий угольной отрасли на региональном уровне Рассмотрены проблемные аспекты проведения реструктуризации угольных компаний, роль государственного регулирования на данный процесс... | | 2. Реляционные базы данных. Занятия 7-10 Занятие Практическая работа... Цель занятия: закрепление практических навыков построения Базы данных, составления простых и сложных запросов, в том числе, с использованием... |
 | Курсовая работа на тему: «Моделирование и прогнозирование инфляции... «Моделирование и прогнозирование инфляции на основе индекса потребительских цен в Великобритании в период 1993–2011 годов» | | Прогнозирование и планирование в налогообложении Рабочая программа учебной дисциплины «Прогнозирование и планирование в налогообложении» составлена в соответствии с требованиями... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Графическое изображение полей. Напряженность поля... | | Д. В. Лазутина Налоговое планирование и прогнозирование Д. В. Лазутина Налоговое планирование и прогнозирование: Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для бакалавров направления... |
| Программа по дисциплине «Прогнозирование и планирование в налогообложении» «Прогнозирование и планирование в налогообложении» составлена в соответствии с учебным планом соответствующих специальностей. Она... | | Реферат отчет по нир на тему: Разработка и внедрение подсистемы ситуационного... Моделирование экономических систем, демография и трудовые ресурсы, долгосрочное прогнозирование, ситуационное прогнозирование и индикативное... |
| Реферат отчета по нир на тему: Развитие и сопровождение информационно-аналитического... Прогнозно-аналитический комплекс, регион–субъект рф, ситуационное прогнозирование, коллективная работа над сценарием, верификация... | | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления... Рабочая программа для студентов направления 011200. 68 "Физика" магистерские программы "Физика нефтяного и газового пластов" |
| Упражнение № Шаблоны и поля форм Учебные вопросы: Стандартные шаблоны... Поля форм. Использование текстовых полей и полей со списком при разработке документов | | Основная образовательная программа начального общего образования... Департамент образования Северо-Восточного окружного управления образования города Москвы |
