МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ПАВЛОВ Ігор Олегович

УДК 553.94:551.24.03 (477.6)

ЗСУВИ І ЗСУВНІ ЗОНИ У ГЕОЛОГІЧНІЙ СТРУКТУРІ ДОНЕЦЬКО-МАКІЇВСЬКОГО РАЙОНУ ДОНБАСУ

Спеціальність 04.00.16 – “Геологія твердих горючих копалин”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

Дніпропетровськ – 2004

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі корисних копалин і екологічної геології Донецького національного технічного університету

Науковий керівник – доктор геолого-мінералогічних наук, професор, професор кафедри корисних копалин і екологічної геології Донецького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України Корчемагін Віктор Олександрович

Офіційні опоненти – доктор геолого-мінералогічних наук, професор, професор кафедри мінералогії та петрографії Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м.Дніпропетровськ) Нагорний Віктор Миколаєвич

кандидат геолого-мінералогічних наук, с.н.с., старший науковий співробітник відділу геології вугільних родовищ великих глибин Інституту геотехнічної механіки Національної академії наук України (м.Дніпропетровськ) Пимоненко Людмила Іванівна

Провідна установа – Інститут геологічних наук Національної академії наук України, відділ геології вугільних родовищ (м.Київ)

Захист відбудеться “_17_” _грудня_ 2004 р. об _11_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.05 при Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, пр. К. Маркса, 19, тел. (0562) 47-24-11).

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НГУ Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м.Дніпропетровськ, пр.К.Маркса, 19.

Автореферат розісланий “_11_” _листопада__ 2004 р.

Вчений секретарспеціалізованої вченої

ради, Д 08.080.05 к.г-м.н, доцент А.Л.Лозовий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасна економічна ситуація вимагає від вугільної промисловості України нарощування видобутку вугілля при зниженні його собівартості і підвищенні рівня безпеки гірничих робіт, що, у першу чергу, може бути досягнуто застосуванням нової техніки і технологій.

Можливість і ефективне використання нової високопродуктивної техніки визначається гірничо-геологічними умовами відпрацьовування вугільних родовищ. Це висуває підвищені вимоги до вірогідності прогнозування ускладнюючих гірничі роботи гірничо-геологічних факторів, насамперед тектонічної порушеності і пов'язаних із нею явищ. Несподівана поява тектонічних порушень у вибої гірничої виробки може спричинити її зупинку або навіть втрату дорогого устаткування.

Проблема прогнозу малоамплітудної тектоніки на вугільних родовищах існувала завжди і залишається актуальною і зараз. Традиційні методи геологорозвідувальних робіт вимагають значних матеріальних витрат і мають обмежені можливості (розриви з амплітудами зміщення, що не перевищують 10 м, цими методами практично не виділяються). У той же час основна маса тектонічних розривів відноситься до цього класу і більшість ускладнюючих факторів, пов'язана саме з ними.

З достатньою надійністю геометризувати у просторі порушення, виявлені
переривчастою мережею спостережень (геофізичними профілями, розвідувальними
свердловинами) дуже складно. Для цього необхідно розуміння геологічної
структури, уявлення про причини, закономірності і механізми утворення її елементів. Однією з основних умов для цього є визначення орієнтування осей тектонічних деформацій і головних нормальних напруг. Незважаючи на багаторічні дослідження і великий обсяг наявних фактичних матеріалів багато з цих питань залишаються ще не вирішеними.

Таким чином, існує актуальна наукова і практична проблема, пов'язана із всебічним вивченням розривної тектоніки, полів напруг і деформацій і розробкою на цій основі ефективних методів прогнозу гірничо-геологічних умов.

Мета роботи – з’ясування структурно-тектонофізичних особливостей і закономірностей формування тектонічних розривів Донецько-Макіївського району, їх просторового розміщення і використання цих закономірностей для прогнозу гірничо-геологічних умов відпрацюваня вугільних родовищ.

Задачі досліджень.

1. Вивчення диз’юнктивної тектоніки, кінематики, морфологічних особливостей і вікових взаємин розривів.

2. Виділення структурних парагенезисів деформаційних елементів гірського масиву і встановлення механізму їх утворення.

3. Реконструкція основних параметрів полів деформацій, палеотектонічних напруг локального і мезорегіонального рівнів.

4. Аналіз ускладнюючих гірничо-геологічних факторів, встановлення їхніх закономірних зв'язків з конкретними типами тектонічних структур і параметрами поля деформацій і напруг.

Для вирішення поставлених задач застосовувалися наступні методи досліджень:

1. Вивчення всієї наявної гірничо-геологічної графіки (карти, плани, перетини).

2. Структурний та морфологічний аналіз усіх відомих тектонічних елементів району.

3. Польові спостереження в гірничих виробках з детальною документацією морфології і кінематики усіх структурно-деформаційних елементів гірського масиву.

4. Комплекс тектонофізичних і статистичних методів аналізу тріщинно-розривних і складчастих структур із застосуванням сітки стереографічних проекцій і ПЕОМ.

Ідея роботи – серед тектонічних розривів Донецько-Макіївського району широко розповсюджені зсуви і саме з цим типом розривів пов’язані головні несприятливі гірничо-геологічні фактори: малолмплітудні порушення, раптові викиди, завали та раптові обвалення гірничих виробок.

Основні наукові положення, що захищаються:

1. У Донецько-Макіївському районі серед тектонічних розривів усіх структурних рівнів виділяються зсуви 2-х сполучених орієнтувань: північно-західні - субширотні (аз.пр.270-300°) - праві і субмеридіональні (аз.пр.320-350°) - ліві. Зсуви формують зсувні зони, що виявляються в геологічній структурі як “тектоносмуги” (зони сколювання).

2. Зсуви і пов'язані з ними структури є наймолодшими деформаціями гірського масиву. Їх утворення і розташування у просторі обумовлені регіональними полями палеотектонічних напруг і деформацій.

3. Зсувні зони контролюють основну масу ускладнюючих гірничі роботи факторів (малоамплітудну тектоніку, газодинамічні явища, завали і обвалення гірничих виробок).

Наукова новизна отриманих результатів: 1)встановлена геологічна природа та генезис “струйчатості” у кам’яному вугіллі; 2) виділені в геологічній структурі району зсуви і зсувні зони різних рангів, описана їхня морфологія, супроводжуючі деформації і механізм їхнього утворення; 3) дане генетичне визначення “тектоносмуг” Донецько-Макіївського району як зсувних зон сколювання; 4) для району реконструйовані головні параметри регіональних полів напружень і деформацій герцинського і альпійського віку; 5) встановлена виразна зональність останнього (за часом проявлення) з реконструйованих полів деформацій; 6) встановлено що більшість ускладнюючих гірничо-геологічних факторів пов’язана з наймолодшими тектонічними дислокаціями гірського масиву – зсувами.

Практична цінність роботи визначається: впровадженням у практику геологорозвідувальних і гірничоексплуатаційних робіт нових наукових методів прогнозу гірничо-геологічних умов, у першу чергу малоамплітудної тектоніки, що базуються на реконструкції основних тектонофізичних параметрів, відтворенні механізмів деформаційного процесу, що сприятиме більшій достовірності цих прогнозів і підвищенню безпеки праці.

Вихідними фактичними матеріалами під час виконання роботи послужили:

- багаторічні особисті спостереження в гірничих виробках шахт Донецько-Макіївського району;

- геологічні зарисовки й інша первинна документація, виконана геологічними службами шахт ДХК “Макіївугілля” і “Донецьквугілля”;

- наявні геологічні карти різних масштабів, перетини, гіпсоплани і плани гірничих робіт;

- дані літературних джерел із експериментальної тектонофізики і результатів моделювання тектонічних структур.

У роботі були також використані фактичні матеріали, отримані при виконанні НДР із тем: “Вивчення структурно-тектонофізичних характеристик поля шх.ім.газети “Соц.Донбас” (№ ДР 01890052509), 1988; “Структурно-тектонофізичні дослідження на полі шх.ім. М.І.Калініна (ВО “Донецьквугілля”) і шахтах ПУБРа” (№ ДР 01900028688), 1989; “Вивчення тектонічної порушенності поля шх.№2 ш/у ім.газети “Правда” (ЖТІА0100397р), 1992.

Особистий внесок здобувача. Автором дисертації зібраний фактичний матеріал, покладений в основу роботи, визначені мета та завдання дослідження, сформульовані основна ідея та наукові положення, що виносяться на захист, виділені у геологічній структурі Донецько-Макіївського району, як самостійний морфолого-кінематичний тип розривів, зсувні зони, детально описаний їх структурний парагенезис і механізм утворення його складових елементів, їх геологічний вік, визначено генетичний зв'язок зсувних зон і головних ускладнюючих гірничо-геологічних факторів, на підставі цього запропоновано новий підхід до їх прогнозу.

Усього було вивчено і проаналізовано 110 планів гірничих робіт, 20 геологічних перетинів. Заміряно й оброблено на стереографічних сітках близько 1000 дзеркал ковзання і більше 550 тектонічних розривів, більше 500 тріщин зі струйчатими поверхнями у вугіллі, близько 350 первинних тріщин у породах і вугіллі, більш 200 елементів залягання порід. Складено і реконструйовано 120 поодиноких і 15 зведених стереограм.

Апробація і реалізація результатів роботи. Результати роботи у свій час доповідалися під час захисту звітів із НДР на НТР Тематичної експедиції ВО “Укрвуглегеологія” (у 1989-1990 рр.) і НТР ВО “Донецьквугілля” (у 1992 р.); у 1991 р. на науково-технічній конференції по завершених НДР, присвяченій 70-річчю ДПІ, а також у Москві на конференції, присвяченій 80-річчю М.В.Гзовського (2000 р.), на розширеному науковому семінарі кафедр геології, корисних копалин і екологічної геології (2003 р.).

Отримані при виконанні дисертації матеріали були використані Тематичною експедицією ВО “Укрвуглегеологія” з метою прогнозу тектонічної порушеності пл.h8 на шахтах ім.газ. “Соц.Донбас” та ім. М.І.Калініна ВО “Донецьквугілля” (Акт упровадження від 8.04.2004 р.).

Публікації. За темою дисертації було опубліковано 6 робіт, три з яких у фахових виданнях.

Обсяг і структура дисертації. Дисертацією є рукопис, що складається з вступу, шести розділів, висновку, списку літератури, що включає 95 найменувань. Обсяг дисертації становить 166 сторінок, з яких 116 сторінок основного тексту. Текстова частина ілюстрована 35 малюнками і містить 4 таблиці.

Автор щиро вдячний своєму науковому керівникові доктору геолого-мінералогічних наук професорові В.О. Корчемагіну, а також зав.кафедрою “Корисні копалини і екологічна геологія”, професорові Б.С.Панову за допомогу і цінні зауваження під час роботи над дисертацією.

Автор дякує за допомогу і сприяння при зборі матеріалів гол.
інженерові ВО “Укрвуглегеологія”, кандидату г.-м.н. Кущу О.О., колегам Ємцю B.C., Нецвітаєву С.Г. і геологам шахт Кращенку В.О., Балашову В.І., Рибальченку В., Бурлуцькому М.С., Вишнивецькій К.І., Вишневській Л.П., Ванштейну Ф.С., Недовесову B.C., Лисиці В.Т., Чумашу В.О., Моїсєєвій М.І., Суботіну С. Л., Ковбасюку М.О. та багатьом ін.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розділ 1. Аналіз стану проблеми, поставлення та задачі досліджень.

Розділ присвячений огляду основних існуючих поглядів на геологічну структуру району, механізми формування і вік її елементів. Донецько-Макіївський район є одним із найстаріших гірничо-промислових районів Донбасу. Незважаючи на складну будову, вважається, що його геологічна структура добре вивчена й описана у спеціальній літературі. Основні елементи структури (складки, розриви) простежені гірничо-експлуатаційними і розвідувальними роботами на значному протязі, як у плані, так і в розрізі. І, проте, багато принципових питань геологічної структури, історії її розвитку і механізмів формування залишаються нез'ясованими або дискусійними.

Серед цих питань – відносний вік і механізм утворення поздовжніх і поперечних насувів, поперечних флексур району. І на цей час актуальна проблема малоамплітудної тектоніки, механізмів її утворення і гірничо-геологічного прогнозу.

Найбільш повний опис тектоніки району був виконаний В.С.Поповим (1963). Ним були описані основні розривні і плікативні дислокації і висловлене припущення, що перехресні (подовжні - субширотні і поперечні – північно-східні - субмеридіональні) насуви Донецько-Макіївського району розвивалися одночасно. У той же час він зазначає, що М.Л.Левенштейн вважає флексури і супроводжуючі їх насуви північно-східного орієнтування більш молодими утвореннями, що відносяться до ларамійської фази тектогенезу.

Іншої думки на вікові взаємовідносини цих дислокацій дотримуються автори “Структурної геології Донецького вугільного басейну” В.В.Трощенко, Н.І.Погрєбнов і І.О.Очеретенко. Аналізуючи структури, які перетинаються, субширотного (Мушкетівський насув) і субмеридіонального (Французький, Першотравневий і Калінінський насуви) орієнтування й основні флексури району, вони роблять висновок про більш молодий вік широтних структур.

Флексури Донецько-Макіївського району, їх особливості і механізм утворення розглядали Ю.М. Нагорний і В.М. Нагорний. На підставі аналізу потужностей світ середнього карбону, метаморфізму вугілля у крилах флексур вони прийшли до висновку про конседиментаційне закладення флексур над розломами фундаменту, а як основний механізм їхнього утворення приймають вертикальні (інверсійні) диференційовані рухи блоків уздовж цих розломів.

Інший механізм формування для флексур пропонує Р.М.Смішко. Вказуючи на тісний зв'язок флексур із розломами, він висловлює припущення, що вони утворилися в наслідок гравітаційного сповзання теригенної товщі при горизонтальних (правозсувних) переміщеннях по Центрально-Донецькому глибинному розлому. При цьому найбільш інтенсивний розвиток флексур відбувався наприкінці карбону – на початку пермі (заальська фаза герцинського тектогенезу).

Схожий механізм для утворення флексур пропонується й авторами “Структурної геології Донецького вугільного басейну”, які відносять їх до гравітаційних складок, що розвивалися протягом усієї геологічної історії району й остаточно сформувалися вже під впливом альпійських тектонічних рухів.

Таким чином, зараз не існує єдиної думки про час, механізм утворення великих дислокаційних елементів району, їх кінематики. У запропонованих механізмах розвиток окремих дислокацій розглядається відокремлено від інших елементів геологічної структури району, без урахування регіональної динамічної обстановки.

Порівняно недавно в геологічній структурі Донбасу стали виділятися зсуви. У зв'язку з цим виникла необхідність визначення місця зсувів у геологічній структурі, їх взаємин з іншими структурними елементами.

Але найбільший науковий і, безсумнівно, практичний інтерес, на наш погляд, має проблема малоамплітудної тектоніки. На цей час існує велика кількість робіт, присвячених малоамплітудній тектоніці Донецько-Макіївського району. На думку авторів “Структурної геології Донецького вугільного басейну”, малоамплітудна тектоніка розвивається всередині окремих тектонічних блоків і не перетинає обмежуючі ці блоки насуви. Її утворення пов'язується з переміщеннями по великих розломах. На внутрішньоблоковий характер малоамплітудної тектоніки вказує і В.Ф.Приходченко. У формуванні і розміщенні систем малоамплітудних розривів він основну роль відводить перерозподілові регіональних палеотектонічних напруг під час утворення великоамплітудних розривів. Великі розриви, на його думку, контролюють основні закономірності розвитку і розміщення малоамплітудної тектоніки. На генетичний зв'язок малоамплітудної тектоніки Донецько-Макіївського району і великих насувів вказують і О.М.Брижаньов, Р.А.Галазов, О.О.Кущ та ін. Вони стверджують, що великі розриви контролюють основні закономірності розподілу малоамплітудних розривів і тріщин.

Розглядаючи малоамплітудну тектоніку Донецько-Макіївського району B.C. Попов виділяє такі специфічні утворення, як “тектоносмуги” в яких сконцентровано від 70 до 100% усіх малоамплітудних розривів. Ці “тектоносмуги” розвинуті усередині тектонічних блоків, не перетинаючи обмежуючих їх великих насувів. У зв'язку з цим він вважає малоамплітудні порушення “тектоносмуг” особливою категорією розривів, що істотно відрізняються від великих розривних форм не тільки своїми розмірами, але і походженням від внутрішньопластових напруг.

Наведені приклади, у цілому, відбивають прийняті серед геологів погляди на причини і механізм утворення основної маси малоамплітудних розривів Донецько-Макіївського району і їх кінематику.

Але реконструкції механізмів розривоутворення неможливі без відновлення параметрів тектонічних полів напруг і деформацій. Спроби виконати реконструкції цих полів для різних районів Донбасу у цілому починалися в різний час багатьма дослідниками. Наприклад, В.С.Вереда, спираючись на статистично встановлені системи тріщин і розривів, виділяє по сполучених парах для Донбасу 6 етапів тектонічних деформацій.

В останні роки з розробкою і розвитком методу кінематичного аналізу тріщинно-розривних структур В.О.Корчемагіним, В.С.Ємцем та ін. дослідниками були відновлені поля напруг і деформацій, як для окремих районів, так і для Донбасу і суміжних територій у цілому. Ними були виділені поля напруг і деформацій відповідні герцинському й альпійському тектогенезу.

З урахуванням установлених для всього регіону особливостей тектонічних полів напруг і деформацій необхідно підходити і до вирішення питання про час і механізми утворення тектонічних дислокацій Донецько-Макіївського району і про припустимі параметри полів локального і мезорегионального рівнів. Таким чином, існують невирішені проблеми і дискусійні питання у розумінні загальної геологічної структури району, в уявленнях про причини і механізми утворення малоамплітудних порушень і пов'язаних із ними гірничо-геологічних умов, можливості і вірогідності їх прогнозу.

Ці реально існуючі наукові і практичні проблеми і визначили задачі і мету цієї роботи.

Розділ 2. Методика структурно-тектонофізичних досліджень.

Найбільш простим варіантом інтерпретації структур тектонічного руйнування з метою реконструкції напрямків дії головних нормальних напруг є спосіб сполучених пар сколових тріщин, що використовує гіпотезу про максимальні дотичні напруження і зв'язує виникнення сколових порушень із дією дотичних напружень на сполучених площадках, що займають визначене положення щодо осей головних нормальних напруг. Співвідношення між просторовим орієнтуванням розривів і тектонічних напруг створюють принципову можливість розв’язування задач двох типів:

- за відомими у кожній точці простору напругами визначити тип і орієнтування розривів, що можуть виникнути внаслідок дії цих напруг;

- за розривами, що спостерігаються, у кожній точці простору реконструювати орієнтування осей напруг, які породили ці розриви.

Геометричні прийоми розв’язування цих задач були запропоновані у свій час М.В.Гзовським.

Однак використання цього методу обмежується умовою однорідності та ізотропності гірського масиву в момент виникнення порушень. Повсюдне ж поширення в гірських породах різних за масштабами і орієнтуванням у просторі послаблених поверхонь (вже існуючі тріщини, границі розподілу порід з різними фізико-механічними властивостями, шаруватість і т.д.) обумовлюють істотну неоднорідність реальних геологічних об'єктів.

О.І.Гущенком (ІФЗ РАН) і В.О.Корчемагіним (ДПІ) був розроблений кінематичний метод, що дозволяє вирішувати поставлені задачі для анізотропного масиву. При цьому розглядається деякий геологічний об’єм, розсічений довільно орієнтованими системами послаблених поверхонь, у якому діє однорідне за орієнтуванням головних осей поле напруг. Деформація в цьому об’ємі розвивається шляхом зсувів за всією сукупністю розривів і послаблених поверхонь.

Під час розв’язування задачі визначення орієнтації осей головних напруг за даними про кінематику деякої сукупності розривів використовуються два основних принципи обмежень, заданих у вигляді системи рівнянь:

(1)

, (2)

де: m1 і m3 – направляючі косинуси бінормалі розриву до осей 1 і 3;

n1 і n3 – направляючі косинуси зовнішньої нормалі розриву на ті ж осі напруг;

t1 і t3 – направляючі косинуси векторів зсуву по розривах на відповідні осі головних нормальних напруг;

- коефіцієнт Лодэ-Надаі ( )

Рішення задачі визначення параметрів полів напруг зводиться в загальному вигляді, до розв’язування системи рівнянь даного типу, записаних для кожного розриву.

Реконструкція параметрів полів напруг і деформацій можлива і за загальногеологічними даними, коли маємо інформацію про орієнтування розривів і нашарування порід, про знак відносних зрушень крил розривів і відсутні будь-які дані про орієнтування вектора зсуву.

У цьому випадку модель геологічного середовища і її напруженого стану, що лежить в основі тектонофізичної інтерпретації, приймається аналогічною до моделі, розглянутої вище. Реконструйовані подібними методами параметри полів напруг в ієрархічному ряді структурних рівнів займають найнижче положення і називаються локальними. Вихід на тектонічні напруги наступного більш високого структурного рівня може здійснюватися з використанням цілого ряду методик:

- із використанням у реконструкціях розривів відповідних структурних рівнів;

- шляхом статистичної обробки всієї сукупності вивчених тектонічних тріщин;

- статистичним аналізом даних про локальні поля напруг.

Методики, які застосовувалися, базуються на аналізі найрізноманітніших деформаційних елементів гірського масиву, що дозволяє реконструювати параметри полів напруг будь-яких структурних рівнів, відновлювати механізми деформаційного процесу, одержувати більш чітке уявлення про геологічну структуру району і її розвиток у часі.

Розділ 3. Стисла геологічна характеристика району досліджень.

Розділ присвячений загальній характеристиці геологічної будови району. У ньому дається короткий опис стратиграфії, літології і структурної позиції Донецько-Макіївського району. Описуються основні елементи геологічної структури (регіональні складки, флексури, основні розриви), їх орієнтування у просторі і морфологія.

Розділ 4. Результати геолого-структурних досліджень.

Виконані дослідження дозволили по-новому розглянути деякі дискусійні питання геологічної будови і запропонувати свої варіанти їхнього рішення.

Насамперед, це стосується проблеми флексур Донецько-Макіївського району. Запропонований автором механізм їхнього утворення виходить із сучасної геологічної структури району і враховує: орієнтування активних палеотектонічних зусиль, кінематику регіональних розломів, близький вік деформаційних елементів геологічної структури і дозволяє розглядати утворення всієї сукупності наявних тектонічних елементів району як єдиний деформаційний процес. Він універсальний і може бути застосований як до регіональних, так і до локальних утворень.

Механізм полягає в лівих зсувах у фундаменті флексур і їхнє формування за типом “kink”-зон (зон “вигину-зламу”). У цьому трактуванні розташовані південно-західніше основні поперечні насуви Донецько-Макіївського району виступають як сполучені пари до флексур.

Виконаний на підставі вивчення матеріалів відпрацювання вугільних пластів аналіз взаємовідношень широтних (поздовжніх) і північно-східних – субмеридіональних (поперечних) насувів приводить автора до висновку про більш раннє закладення першої системи порушень.

Цікаві результати були отримані при вивченні тріщин “екзокліважу” (тріщин зі “струйчастістю”) у вугіллі. Встановлено, що лінії ковзання (“струйчастість”) на стінках тріщин цього типу в районі субпаралельні (тобто кінематичні площини колінеарні) і перетинаються уздовж єдиної осі. Орієнтування цієї осі витримані для всієї площі: аз.пр.305, і збігається із простяганням осьових ліній основних лінійних складок Донбасу. Тобто, “струйчастість” симетрична головним поздовжнім складкам району і, певно, процес її утворення за часом синхронізований з основним циклом складкоутворення. “Струйчастість” у цьому випадку, свідчить про переміщення матеріалу (тектонічний транспорт) уздовж шарнірів складок. Таким чином, при формуванні основних складок в умовах реалізації механізму поздовжнього вигину, поряд з ковзанням пластів по площинах нашарування, йшов процес видавлювання матеріалу уздовж шарнірів складок, що формуються. У цьому розумінні “струйчастість” є аналогом “b”-лінійності.

Але основна увага в ході досліджень, що проводилися, приділялася проблемі малоамплітудної тектоніки.

На підставі численних натурних спостережень у гірничих виробках, вивчення морфології і кінематики малоамплітудних розривів, що входять до складу “тектоносмуг”, аналізу планів гірничих робіт і результатів моделювання автор стверджує, що більшість “тектоносмуг” Донецько-Макіївського регіону являють собою зони сколювання, генетично пов'язані зі зсувами. Тобто, це прояв зсувів у сучасній геологічній структурі району. Зсувів саме як самостійного генетичного типу розривів.

У цілому, виконані спостереження дозволили встановити, що в Донецько-Макіївському районі широко розвинуті зсуви і зсувні зони 2-х сполучених орієнтувань: аз.пр.320-350° (ліві) і аз.пр.270-300° (праві). Для зсувних зон району притаманний свій структурний парагенезис, при цьому більш просту морфологію мають зони правих зсувів (сформовані переважно поздовжніми R і L-сколами), у зонах лівих зсувів додатково присутні R' і Р-сколи. Виконаний статистичний аналіз близько 250 розривів, що формують зони, дозволив встановити орієнтування елементів структурного парагенезису зон правого і лівого зсувів.

Таблиця 1

Орієнтування елементів структурного парагенезису зсувних зон Донецько-Макіївського району.

Наявність суцільного відпрацювання вугільних пластів дозволила не тільки встановити й описати структурний парагенезис зсувних зон, але і визначити деякі інші їх особливості. Спостерігається тенденція розширення зони дислокованих і порушених порід по повстанню зсувної зони.

Обчислена амплітуда горизонтального зрушення по зсувах і зсувних зонах часом на порядок перевищує видиму нормальну амплітуду роз'єднання стратиграфічних горизонтів у їхніх крилах. А найбільш великі диз’юнктиви цього класу за своєю амплітудою і довжиною порівняні із основними насувами Донецько-Макіївського району. Наявні фактичні матеріали показують, що зсуви не є внутрішньоблоковими структурами (як це припускав для “тектоносмуг” В.С.Попов). Вони перетинають і дислокують всі інші елементи геологічної структури (складки, розриви) і тому можуть вважатися наймолодшими диз'юнктивними дислокаціями району.

Окрім розривів, що безпосередньо формують зсувні зони і складають їх структурний парагенезис, у гірничих виробках і на планах гірничих робіт були зафіксовані тектонічні порушення хоча і розташовані за межами самих зон, але, безсумнівно, генетично з ними пов'язані. Найчастіше в крилах зсувів відзначаються насуви. Крім насувів у крилах зсувів були відзначені системи малоамплітудних похилих скидів. Притаманною рисою всіх цих розривів у крилах зсувних зон є їхній внутрішньопластовий характер. Окремі розриви при цьому зміщують лише один пласт або його окремі пачки. У розрізі порушення формують крутопадаючі або похилі зони тектонічної порушеності (“тектоносмуги”), практично ортогональні зміщувачу основного зсуву, що поширюються на всю світу відпрацьованих пластів.

Механізм утворення цих структур обумовлений переміщеннями по зсувах. При компенсації основного переміщення неминуче виникають вторинні порушення. Відбувається своєрідна інверсія повздовжніх горизонтальних зрушень у поперечні вертикальні по поверхнях похилих насувів (у секторах стиску) і скидів (у секторах розтягнення). Для зсувів, характерною рисою яких є переміщення матеріалу уздовж зміщувача в близгоризонтальній площині, внаслідок первинної стратифікованості осадової товщі неминуче виникнення міжшарових переміщень і диференційовані зсуви по площинах нашарування. Це спричиняє утворенню не одного спільного зміщувача компенсаційного розриву, а наскрізних зон малоамплітудних і внутрішньопластових порушень. Таким чином описані системи малоамплітудних розривів генетично пов'язані зі зсувами, а за часом утворення навіть молодші від них.

Виділені групи малоамплітудних порушень (розриви самих “тектоносмуг” - зсувних зон) і компенсаційні розриви в їхніх крилах розрізняються за механізмом і за часом утворення. Залежно від послідовності утворення виділяються:

- деформації, що випереджають утворення зсувних зон;

-деформації основної стадії, пов'язані з утворенням і розвитком
зсувних зон;

- деформації, обумовлені переміщеннями по зсувних зонах.

До першої групи відносяться ешелоновані системи складок або насувів у надзсувних зонах. Серед структур другої групи в першу чергу утворюються антитетичні сколи (R'). Надалі утворюються й одержують розвиток переважно синтетичні розриви R- сколи і поздовжні L-сколи. Переміщення по основному зміщувучу призводять до утворення третьої групи деформаційних елементів – систем компенсаційних насувів (у секторах стиску) і скидів (у секторах розтягнення). Виділений набір деформаційних елементів складає єдиний структурний парагенезис, що не залежить від масштабів структури і генетично властивий зсувам будь-якого структурного рівня – від локальних до регіональних.

Аналіз розподілу зсувних зон і зсувної тектоніки на площі дозволив виділити в межах району 2 сполучені зсувні зони регіонального структурного рівня: ліву - аз.пр.340 і праву – аз.пр.280. Як свої складові частини зони включають основну масу “тектоносмуг” і диз'юнктивів 3-4 порядків.

Найбільш насичені зсувами поля Будьонівського і Петровського комплексу шахт. Тут, насамперед, виділяється смуга лівого зсуву субмеридіонального – північно-західного орієнтування (аз.пр.335-340) – від поля шх.№6 “Капітальна” на південному-сході, до полів шахт “Заперевальна” №2 і “Ганзовка” №1;2 на північному-заході. Її довжина у наведених межах досягає 16 км., а ширина у сучасному ерозіонному зрізі – 6 км.

Інша смуга інтенсивного прояву зсувів простежується в широтному напрямку (аз.пр.280) – від поля шх.№12 “Похила” (на схід її фрагментами є насуви Рясний і №3 у південному крилі Ряснянської синкліналі) до поля шх. “Трудівська” (на заході) і відповідає зоні правого зсуву. Довжина цієї зони близько 40 км., ширина – 5-6 км.

Виділені структури складають сполучену пару. Вузол їхнього перетинання в районі полів шахт №12 “Похила”, №6 “Червона Зірка”, №9 “Капітальна”, “Глибока”, “Заперевальна” №1 являє собою тектонічно інтенсивно дислокований блок, насичений діз’юнктивами і складками високих порядків.

Регіональні зсувні зони за своїм просторовим положенням збігаються із виділеними за результатами глибинного сейсмічного зондування зонами розломів кристалічного фундаменту: Південно-Донецького (Мушкетівсько-Михайлівського) (зона правого зсуву) і одним з відгалуджень Керчинсько-Слов’янського (зона лівого зсуву). Таким чином генетично вони, в свою чергу, є зонами сколювання, що виникли в осадовому чохлі над розломами фундаменту.

Розділ 5. Тектонофізичні реконструкції полів деформацій і напруг.

Відновлене за елементами складчастої структури поле деформацій характеризується північно-східним субгоризонтальним орієнтуванням осі найбільшого скорочення 3. Вона ортогональна осьовим поверхням поздовжніх складок району - аз.пр.205-25. Положення осі найбільшого подовження 1 одночасного із складчастістю поля деформацій досить однозначно відновлено по орієнтуванню “струйчасті” у вугільних пластах – аз.пад.300-3055.

При реконструкції параметрів поля крихких деформацій застосовувався метод диз'юнктивних структурних малюнків. Відновлене поле характеризується наступними параметрами: вісь максимального скорочення 3 – субгоризонтальна (аз.пр.310-320), вісь максимального подовження 1 займає положення від субгоризонтального (аз.пр.220-230) до крутопохилого. Напружений стан гірських порід, що виражається коефіцієнтом , варіює в широких межах: від одноосьового стиску (+1) до одноосьового розтягнення (-1).

При машинній обробці всього обсягу заміряних тріщин і розривів була встановлена зональність цього поля деформацій. У межах району виділяються три поздовжні зони, що розрізняються типом поля деформацій. Так, центральна зона характеризується зсувним типом поля, північно-східна – насувним (підкидовим), південно-західна – скидовим.

Таким чином для Донецько-Макіївського району по орієнтуванню головних осей деформацій виділені поля двох типів. Більш давнє, встановлене по плікативних дислокаціях, характеризується північно-східним – субмеридіональним орієнтуванням осі скорочення 3 (аз.пр.25) і ортогональною до нею віссю 1 – аз.пр.300-305. Як одночасне із сладчатістю, це поле синхронізоване з герцинським тектогенезом. Більш молоде поле деформацій відновлене по крихких дислокаціях (тріщинах і розривах) і характеризується наступним орієнтуванням головних осей: 3 – аз.пр.320, 1 – аз.пр.225-230. Це поле синхронізується з альпійським і є наймолодшим з реконструйованих у Донбасі.

Слідів прояву будь-яких інших етапів тектогенезу (наприклад, кіммерійського) у геологічній структурі Донецько-Макіївського району не відзначено, тобто всі наявні деформаційні елементи укладаються в два реконструйованих поля.

Реконструкції параметрів палеотектонічних полів напруг здійснювалися по тектонічних сколах з використанням кінематичного методу. Реконструкції виконувалися як графічно, на стереографічних сітках (для всіх структурних рівнів), так і аналітично за всією сукупністю даних, для цілого району.

Для локальних об’ємів характерна широка дисперсія реконструйованих параметрів. Сумарне поле (по більш ніж 100 локальних реконструкціях) характеризується наступним орієнтуванням осей головних нормальних напруг: вісь стиску 3 має елементи залягання – аз.пад.32015-20; вісь розтягнення 1 – аз.пад.23210. Крім цього поля для локальних об’ємів установлюються релікти поля з протилежним орієнтуванням осей: 1 – у північно-західному, а 3 – у північно-східному секторах.

При машинній обробці відновлено 6 типів полів палеотектонічних напруг. Найбільш близькі графічним реконструкціям два типи полів із параметрами: 1 – аз.пад.2059, 3 – аз.пад.2965 і 1 – аз.пад.3385, 3 – аз.пр.303. Коефіцієнт = 0,8-0,95, що близько до одноосьового стиску.

Реконструйоване положення осі стиску регіонального поля напруг ортогональне виділеним, у свій час, Г.А.Коньковим для Донбасу зонам вертикальних рухів земної поверхні. Тобто, з великою часткою впевненості, можна стверджувати, що реконструйоване поле продовжує діяти в гірському масиві і в наш час.

Симетричність структурно-деформаційних елементів гірського масиву щодо головних осей напруг і деформацій відповідного поля дозволяє розділити усі основні тектонічні структури району за часом утворення. Найбільш ранніми дислокаціями Донецько-Макіївського району є структури, пов'язані з герцинським тектогенезом:

- основні складки (Ряснянська синкліналь, Зуївський купол, Макіївська синкліналь, Калинівський і Чайкінський куполи);

- флексури і насуви, що їх супроводжують;

- основні поздовжні і поперечні насуви району і розриви високих порядків, що їх супроводжують.

Наступний комплекс деформацій пов'язаний з альпійською тектонічною активізацією регіону:

- брахіскладки високих порядків (від субмеридіональних до субширотних);

- частина північно-східних насувів мезорегіонального структурного рівня;

-

Розділ 6. Прогноз гірничо-геологічних умов.

Розділ присвячений можливості використання результатів структурно-тектонофізичних досліджень для прогнозу гірничо-геологічних умов.

Основними ускладнюючими проведення гіничих робіт факторами у Донецько-Макіївському районі є:

- тектонічні порушення;

- газодинамічні явища;

- раптові обвалення порід.

Основна маса малоамплітудної тектоніки району сконцентрована в “тектоносмугах” (зонах сколювання), що у своїй більшості пов'язані із зсувами. Виділення і прогнозування цілих зон, а не окремих порушень – задача більш реальна і практично простіше здійснена. При цьому ряд специфічних особливостей зсувних зон спрощують прогноз їх просторового положення й орієнтування. Це, насамперед:

- витриманість орієнтування в межах усього району;

- значна довжина по простяганню і падінню, незалежно від видимої амплітуди;

- круте (до вертикального) падіння;

- “наскрізний” характер зсувних зон;

- кулісоподібність;

- розширення порушеної зони по повстанню.

При прогнозі морфології і внутрішньої будови зон можуть бути використані встановлені особливості їхнього структурного парагенезису:

- у формуванні зон беруть участь поздовжні (R,L,P) і поперечні (R') сколи. Останні найбільш характерні для лівих зсувів району.

- поздовжні розриви (R,L,P - сколи) мають більшу довжину і формують у просторі праві або ліві ряди куліс;

- поперечні (антитетичні R') сколи характеризуються меншою амплітудою і довжиною, і не поширюються за межі зони;

- розриви по різні сторони від осі зсувної зони можуть змінювати азимут падіння на протилежний (гвинтоподібне скривлення зміщувачів);

- наявність пошарових зривів у крилах зон, утворених внутрішньопластовими дислокаціями.

Наступним фактором, який істотно ускладнює гірські роботи є газодинамічні явища. Аналізуючи розподіл викидів на шахтах Донецько-Макіївського району, автор встановив, що більшість цих явищ зосереджена на площах, найбільш уражених зсувною тектонікою. Найбільш яскраво ця пов’язаність виявляється на полях шахт з поодинокими випадками зафіксованих газодинамічних явищ. Тут практично усі викиди концентруються в самих зсувних зонах. На шахтних полях із широким площадовим розвитком газодинамічних явищ викиди зосереджені вже не стільки в самих зонах, скільки в їхніх крилах. Тут вони просторово сполучаються з площами розвитку вторинних компенсаційних дислокацій.

Таким чином існує безсумнівний просторовий і генетичний зв'язок зсувної тектоніки і викидів. Цей зв'язок може і повинен бути використаний при складанні гірничо-геологічних прогнозів. Так, на стадії регіонального прогнозу ідентифікація і виділення зсувних зон і площ розвитку зсувної тектоніки дозволить визначити потенційно викидонебезпечні райони.

При більш локальному прогнозі, у залежності від морфології й орієнтування зсувної зони, можна прогнозувати конкретні найбільш викидонебезпечні ділянки (концевики окремих зміщувачів, площі розвитку вторинних дислокацій і т.п.).

Аналізуючи взаємозв'язок раптових обвалень і завалів гірничих виробок із різними морфологічними типами тектонічних розривів, можна відзначити, що основна маса і цих явищ пов'язана із зсувними зонами. У той же час, гірничі роботи поблизу великих регіональних і мезорегіональних насувів не супроводжуються жодними істотними ускладненнями.

У цілому, зсувні зони можна виділяти і прогнозувати, використовуючи для цього відомі і встановлені особливості їхньої морфології і структурного парагенезису. Одночасно з цим прогнозується і весь набір пов'язаних із ними несприятливих гірничо-геологічних факторів.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченим самостійним науковим дослідженням, у якому вирішене актуальне наукове завдання із з’ясування закономірностей формування тектонічних розривів Донецько-Макіївського району та прогнозу гірничо-геологічних умов відпрацювання вугільних родовищ.

У ході виконаних дисертаційних досліджень були отримані наступні результати і висновки, які становлять науковий і практичний інтерес.

1. У геологічній структурі Донецько-Макіївського району вперше були виділені як самостійний морфолого-кінематичний тип зсуви і зсувні зони різних структурних рівнів. У сучасній геологічній структурі вони проявлюються як “тектоносмуги” (зони сколювання).

2. Для Донецько-Макіївського району характерні зсуви і зсувні зони двох сполучених орієнтувань: північно-західні - субширотні (аз.пр.300-270°) - праві і субмеридіональні (аз.пр. 320-350) - ліві. Залежно від послідовності утворення виділяються пов'язані з ними деформації:

- попередні утворенню зсувної зони (складки і похилі насуви у надзсувній зоні);

- деформації основної стадії, пов'язані з утворенням і розвитком зсувної зони (R',R,Р, L- сколи);

- деформації, обумовлені переміщенням уздовж зсувної зони (системи дрібних похилих насувів і скидів у крилах зони).

3. Обчислена істинна амплітуда зрушення по окремих зсувах і зсувних зонах на порядок перевищує видиму, вертикальну складову. За довжиною і амплітудою зрушення розриви цього класу не поступаються найбільшим насувам Донецько-Макіївського району.

4. Виконані тектонофізичні реконструкції дозволили відновити орієнтування осей як одночасного із складчастістю (герцинського), так і наймолодшого для району – альпійського поля напруг-деформацій. Для більш давнього, одночасного із складчастістю поля вісь найбільшого подовження орієнтована по аз.пр.300-305, вісь максимального скорочення – аз.пр.25.

Поле новітніх напруг-деформацій для району, у цілому, характеризується субгоризонтальним положенням осей стиску-розтягнення, скорочення-подовження. Вісь стиску 3, наймолодшого з відновлених полів, орієнтована в ПнЗ-ПдС напрямку за аз.300-320°, а вісь розтягання 1 - у ПнС-ПдЗ напрямку за аз.230°.

5. Встановлено просторову зональність наймолодшого поля деформацій у межах Донецько-Макіївського району. Виділені зони поздовжні стосовно басейну. Центральна з них характеризується зсувним типом поля деформацій і просторово сполучається з виділеною зоною правого регіонального зсуву, північно-східна - вскидовим, а південно-західна - скидовим.

6. Симетричність зсувних зон наймолодшому з реконструйованих полів, а також аналіз вікових взаємин зсувів та інших елементів геологічної структури дозволяє вважати зсуви наймолодшими деформаційними елементами гірського масиву. Вони є “наскрізними” деформаціями стосовно до інших елементів геологічної структури району. Тобто, ні просторове положення, ні орієнтування, ні механізм утворення зсувних зон та розривів що складають їх структурний парагенезис не залежать від умов утворення і формування інших тектонічних структур району. Вони цілком визначаються останніми за часом регіональними полями напруг і деформацій.

7. Більшість малоамплітудних розривів Донецько-Макіївського району, сконцентрована в “тектоносмугах” (зсувних зонах сколювання). Їхній прогноз спрощується, якщо прогнозувати цілі зони, а не окремі, належні до їхнього складу розриви. При прогнозі можна використовувати наступні особливості зсувних зон:

- витримане орієнтування в межах усього району;

- значну довжину по падінню і простяганню, кулісоподібність при крутому або субвертикальному падінні;

- “наскрізний” характер зсувних зон;

- характерний структурний парагенезис.

8. Зсувами, як наймолодшими й активними в сучасному полі напруг структурами, контролюється основна маса газодинамічних явищ, обвалів порід і завалів гірничих виробок. Викиди при цьому сконцентровані не тільки у зсувних зонах, але й, у більшій мірі, на площах розвитку пошарових компенсаційних дислокацій (крихких і плікативних) у їхніх крилах.

Основні положення дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Павлов І.О., Бурлуцький М.С. Сдвиги и сдвиговые зоны Донецко-Макеевского района.//Уголь Украины. – 2003. - №7. – С.37-39.

2. Бурлуцький М.С., Павлов І.О. Особенности мелкоамплитудной тектоники Донецко-Макеевского района.//Уголь Украины. – 2004. - №1. – С.43-46.

3. Корчемагін В.О., Шамаєв В.В., Павлов І.О., Сокуренко М.В.Тектонические поля деформаций и напряжений в развитии подземной инфраструктуры Донецко-Макеевского района.// Зб. наукових праць НГА України. – Дніпропетровськ: НГАУ, 1998. – т.3. - №3. – С.158-162.

4. Корчемагін В.О., Ємець В.С., Павлов І.О., Нецвітаєв С.Г., Селівьорстов К.В., Черноусенко В.В. Tektonophysikalische Besonderheit regionaler Stцrungen Eurasiens.// Zeitschrift fьr geologische Wissenschaft. – 1996. – №3/4– S.335-342.

5. Корчемагін В.О., Шамаєв В.В., Павлов І.О. Сдвиги и сдвиговые зоны Донецко-Макеевского района.// Тектонофизика сегодня (за матеріалами конференції присвяченої 80-річчю М.В.Гзовського). –