національний гірничий університет

Пимоненко Людмила ІванІвна

УДК [551.24.001.18: 622.023 (477.61/62)] (044.5)

тектонІчНІ основИ

прогнозУ ГІРНИЧО-ГЕОЛОГІЧНИХ УМОВ РОЗРОБКИ

ВУГІльнИХ РОДОВИЩ ДОНБАСУ

Спеціальність 04.00.16 - “Геологія твердих горючих копалин

Автореферат

Дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора геологічних наук

Дніпропетровськ 2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі геології вугільних родовищ великих глибин Інституту

геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України (м. Дніпропетровськ)

науковий консультант – доктор геолого-мінералогічних наук, професор,
заступник директора Інституту геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України (м. Дніпропетровськ)

Лукінов Вячеслав Володимирович

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

доктор геолого-мінералогічних наук, професор, професор
кафедри геології і петрографії Львівського національного
університету ім. Івана Франка Міністерства освіти і
науки України Узіюк Василь Іванович

доктор геолого-мінералогічних наук, старший науковий
співробітник, завідувач відділу проблем геології Карпат Інституту
геології і геохімії горючих копалин НАН України (м. Львів)
Ступка Орест Степанович

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

Захист відбудеться “ 26 ” квітня 2005 р. о 1300 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 “ 23 ” березня 2005 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої

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

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Донецький басейн є основним вугільним родовищем України. Для подальшого розвитку гірничої промисловості басейну важливе значення має вирішення задач, пов'язаних з інтенсифікацією видобутку вугілля і поглибленням гірничих робіт, створенням нової галузі з видобутку та утилізації метану вугільних родовищ, екологією регіону.

Успішне вирішення цих задач значною мірою залежить від достовірності і надійності прогнозу гірничо-геологічних умов розробки вугільних родовищ. Напружений стан масиву, газоносність, викидонебезпечність, малоамплітудна порушеність вугільних пластів та інші гірничо-геологічні умови прямо або побічно впливають на: швидкість проходки, локалізацію ділянок збереження і накопичення газів, перерозподіл газогідрогеологічних умов у відпрацьованому масиві, безпеку роботи шахтарів.

На цей час для прогнозування кожного фактора, розроблені різні показники, визначення яких базується на великих об'ємах опробування і трудомістких лабораторних аналізах. Проте, автоматичне перенесення методик і показників, що розроблені для одних районів, в інші - не завжди дає позитивні результати, що пояснюється складністю і мінливістю геологічних умов басейну. Збільшення точності і надійності прогнозу можна досягнути за рахунок нового підходу, що базується на використанні даних про регіональні закономірності і локальні особливості зміни цих умов з глибиною і по площі. Основою цих відомостей є уявлення про формування сучасної структури басейну, яке відбувається внаслідок дії геодинамічних процесів і різних сил, серед яких особливу роль відіграють тектонічні. Типи і характер тектонічних сил визначають: умови осадконакопичення і перетворення осадової товщі, генезис тектонічних порушень і регіональні закономірності розташування їх в межах басейну, напружений стан масиву, газоносність і викидонебезпечність. Отже, існує актуальна наукова і прикладна проблема, пов'язана з дослідженням регіональних закономірностей і локальних особливостей розташування і генезису порушень різних типів в осадочній товщі Донбасу, тектонічних сил і процесів, що їх сформували, та прогнозуванням гірничо-геологічних умов розробки вугільних пластів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертація узагальнює результати науково-дослідних робіт проведених в Інституті геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України за участі автора відповідно до програм ДКНТ і Академії наук СРСР і УРСР (проблема 0.05.05. “Створити способи і технічні засоби для розробки викидонебезпечних вугільних пластів, методи прогнозу і запобігання раптовим викидам вугілля, породи і газу”) - номери державної реєстрації НДР: 01900043030, 01910008569, 01860121522), а потім України і галузевими планами НДР Мінвуглепрому УРСР, а також з планами НДР Міністерства вугільної промисловості України і Державного комітету геології і використання надр України (номери державної реєстрації НДР: 0195U006672, 0197U006861, 0100U001481, 0199U001660), Управління розвитком паливно-енергетичного ринку департаменту розвитку ринків Міністерства економіки України (№ 01024001811 державної реєстрації НДР).

Метою роботи є визначення регіональних закономірностей і локальних особливостей формування тектонічної дислокованості Донбасу і розробка на базі цих досліджень наукових основ прогнозу гірничо-геологічних умов підземного видобутку вугілля.

Основна ідея роботи полягає у використанні генетичної єдності і взаємозв'язків дислокованості з напруженим станом масиву, фізико-механічними властивостями порід і вугілля, газоносністю і застосуванням показників тектонічної дислокованості на різних масштабних рівнях для прогнозу гірничо-геологічних умов розробки вугільних родовищ Донбасу.

Виходячи з поставленої мети, в дисертації розв'язуються наступні задачі:

-

-

-

-

-

-

Об'єкт дослідження – розробка вугільних родовищ Донбасу.

Предмет дослідження – гірничо-геологічні чинники, що впливають на умови розробки вугільних родовищ Донбасу.

Методи досліджень. При виконанні зазначених вище задач використовувалися відомі і нові, розроблені за участю автора дисертації, методи літолого-стратиграфічної кореляції осадових порід, структурні методи геотектоніки, математичні методи обробки результатів досліджень; методики побудови карт: регіональної дислокованості Донбасу, градієнтів локальних структур (grad Zл) і потужностей пісковиків (grad Zп), розривної порушеності (Кнр); методика прогнозу викидонебезпечності вугільних пластів.

До захисту представляються наступні наукові положення:

1.

2.

– перший – розтягування вигину – мембранні напруги – девон-нижня перм – різні швидкість і кути переміщення блоків фундаменту зумовили формування конседиментаційних порушень і локальні умови осадконакопичення;

– другий – стиснення вигину – заальська фаза – мембранні напруги (найбільша за величиною горизонтальна складова направлена перпендикулярно до простягання басейну) – утворення складок поздовжнього вигину, насувів і вскидів, у яких довгі осі складок і зміщувачі розривів мають північно-західне простягання;

– третій – стиснення – пфальцська фаза-нижня крейда – конвергентні процеси (сили направлені по простяганню басейну) - утворення ізометричних складок, насувів (для довгих осей складок і зміщувачів розривів характерне північно-східне і субмеридіональне простягання) і скидів субперпендикулярних насувам;

– четвертий - зсунення – австрійська, ларамійська фази – конвергентні процеси, активізація рухів блоків фундаменту, які на північному борту направлені уздовж простягання басейну, на південному – вхрест простягання.

3. Фізико-механічні властивості вугілля і порід формувалися в три відмінні за термобаричними умовами етапи:

I – D2 – Р1 – гравітаційний тиск та поступове закономірне збільшення температури з глибиною зумовили регіональні перетворення органічних і мінеральних речовин осадової товщі Дніпровсько-Донецької западини (ДДЗ) і Донбасу;

II – Р2 – T – горизонтальний і вертикальний тиски та локальне (пов'язане з конвергентними процесами) збільшення температури в Донбасі зумовили зростання ступеня постдіагенетичних перетворень порід, метаморфізму вугілля, температури гідротермальних процесів, зменшення пористості і об'ємної щільності порід з північного заходу на південний схід, регіональні зміни мікропорушеності вугілля;

III – J – теперішній час –переважно горизонтальний та вертикальний тиски, які пов'язані з переміщенням блоків фундаменту, зумовили збільшення мікропорушеності порід і вугілля, збільшення щільності порід південного борту, порівняно з північним, перерозподіл газоносності.

4. Науковою основою прогнозу гірничо-геологічних умов є генетичний взаємозв'язок показників, що характеризують інтенсивність тектонічної дислокованості, з параметрами, які відтворюють напружений стан і розподіл газу в масиві, фізико-механічні властивості порід і вугілля, викидонебезпечність вугілля (на регіональному, зональному і локальному рівнях), який базується на встановлених регіональних закономірностях розташування різних типів крупно- і середньоамплітудних дислокацій в осадовій товщі басейну і локальних особливостях генезису малоамплітудних порушень у виділених тектонічних областях Донбасу.

Достовірність і надійність наукових положень забезпечується необхідним і достатнім об'ємом експериментальних досліджень, науковою обгрунтованістю методичного підходу до рішення поставлених задач, яка базується на аналізі сучасних уявлень про геодинамічні процеси, що відбуваються, їх впливі на формування гірничо-геологічних умов, відповідності теоретичних представлень експериментальним даним, що характеризують параметри гірничо-геологічних умов, статистичним аналізом досліджуваних параметрів, підтвердженням результатів прогнозу бурінням і пройденими виробками.

Наукова новизна роботи:

-

-

-

-

-

1)

2)

3)

- встановлено, що інтенсивність сучасних рухів в більшості районів Донбасу успадковує характер палеопроцесів, але слабкі зв'язки (коефіцієнти кореляції - 0,27 - 0,73) між показниками сучасних рухів і різними типами дислокацій відображають існування локальних особливостей;

- вперше встановлено, що напружений стан масиву в межах ділянки залежить від палеодислокованості і інтенсивності сучасних рухів; максимальна за величиною горизонтальна складова тензора напруг (1) зростає при збільшенні інтенсивності сучасних рухів (А) і зменшенні інтенсивності розривної порушеності (Кр); запропоновано показник геодинамічності (Кг = А / Кр), що оцінює напружений стан масиву;

- встановлено вплив тектонічної палеодислокованості і інтенсивності сучасних рухів на газоносність масиву (G), метановість виробок (М), сорбційні властивості вугілля (епр), фізичні властивості вугілля (руйнівна здатність вугілля - R) і порід (порушеність зерен кварцу - Кн, Кпл.), петрофізичні властивості масиву (уявний опір - к, швидкість поздовжніх хвиль - Vр), що підтверджується тісними кореляційними зв'язками між параметрами, які характеризують їх величини.

Практичне значення результатів полягає в тому, що:

- сучасна структура Донбасу за інтенсивністю загальної дислокованості (Кд) кількісно розділена на три області – північно-західну, центральну, південно-східну, які відрізняються інтенсивністю різних типів дислокацій, газоносністю, фізико-механічними властивостями порід і вугілля і характеризуються певними морфогенетичними типами порушень; виділені області можуть бути використані як теоретична основа для тектонічного районування Донбасу і прогнозу гірничо-геологічних умов розробки вугільних родовищ Донбасу на регіональному рівні;

- запропоновані показники (Кр, Кс, Ку, Кд), що характеризують величини крупно- і середньоамплітудних порушень, і розроблена методика оцінки дислокованості на регіональному і зональному рівнях, побудовані карти тектонічної дислокованості Донбасу і ряду геолого-промислових районів (за окремими видами дислокацій і загальній дислокованості), які можуть бути використані для прогнозу гірничо-геологічних умов ділянок або виділення локальних зон скупчень метану;

-

-

-

Реалізація роботи в промисловості. Результати прогнозу гірничо-геологічних умов розробки родовищ передані в проектні і науково-дослідні інститути, виробничі організації у вигляді висновків з прогнозу малоамплітудної порушеності і викидонебезпечності вугільних пластів: шахта “Самарська” (ДВАТ “Дніпродіпрошахт”); шахти: “Мушкетовська”, 13 біс, “Ясиновська-Глибока” “Комуніст” (ВО “Укрвуглегеологія”); шахти: ім. К.Є. Ворошилова; “Комсомолець”, ім. В.І. Леніна, ім. Ю.О. Гагаріна, “Юний комунар” (ДРГП “Донецькгеологія”); ділянки розвідки “Брагиновська”, “Свідовська” і ділянки дорозвідки полів шахт “Дніпровська”, ім. 50-річчя СРСР, “Ленінка” (ДГЕ “Дніпрогеофізика”), шахти “Хрустальська”, “Ленінка”, ім. з'їзду КПРС, ім. 50-річчя СРСР (Краснодонська ГРП), ділянка розвідки “Боржиковська-Северна” (“СхідДРГП”). Передані висновки використані для складання геологічних звітів з дорозвідки глибоких горизонтів шахт Донбасу.

Перевірка запропонованих методик прогнозу викидонебезпечності і малоамплітудної порушеності, яка проведена на вугільних пластах Тяглівського родовища і Любельської площі показала можливість застосування їх в умовах Львівсько-Волинського басейну.

Особистий внесок автора полягає у вирішенні актуальної науково-прикладної проблеми розробки наукових основ комплексного структурно-аналітичного прогнозу гірничо-геологічних умов розробки родовищ, що базується на показниках тектонічної дислокованості. Автором самостійно сформульовані мета, ідея і задачі досліджень, основні наукові положення, висновки і рекомендації з практичного застосування показників тектонічної дислокованості для прогнозу гірничо-геологічних умов. Розробка геодинамічної моделі формування Донбасу і наукових основ прогнозу гірничо-геологічних умов розробки вугільних родовищ за показниками тектонічної дислокованості проводилася автором самостійно. Як відповідальний виконавець і керівник групи автор брав безпосередню участь в організації досліджень, виборі методів, розробці і перевірці результатів прогнозу гірничо-геологічних умов. Текст дисертації викладений автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи на окремих етапах її виконання доповідалися: на регіональному науковому семінарі “Вживання математичних методів і ЕОМ в геології” (Новочеркаськ, 1987) на нараді “Методи і результати прогнозування малоамплітудних порушень в Донбасі, Дніпровсько-Донецькій западині і інших регіонах” (м. Славськ, Львівської обл., 1991), на науковій нараді “Тектогенез і нафтогазоносність надр України, 1992), на других читаннях пам'яті акад. В.Ю. Забігайла (Дніпропетровськ, 1998), на першій, другій та третій міжнародних науково-практичних конференціях “Метан вугільних родовищ України” (Дніпропетровськ, 1999, 2001, 2004р.р.), на засіданнях секцій вченої ради і наукових семінарах відділу геології вугільних родовищ великих глибин ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковані 102 наукові роботи (з них 93 після захисту кандидатської дисертації), зокрема: 1 монографія, 16 тез, 30 - в журналах, 31 – в збірках наукових праць (з них 55 у фахових виданнях), одержано 1 авторське свідоцтво.

Структура і обсяг роботи. Дисертація є рукописом і складається із вступу, семи розділів, висновків, списку літератури з 350 найменувань, 2 додатків, містить 449 сторінок машинописного тексту, у тому числі 298 основного, 46 таблиць і 43 рисунки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі наведений аналітичний огляд робіт, в якому відзначено, що вирішення теоретичних і практичних питань, які пов'язані з дослідженням і прогнозом гірничо-геологічних умов розробки вугільних родовищ, істотний внесок зробили роботи: О.О. Скочинського, М.Е. Волошина, І.М. Петухова, І.М. Батугіної, В.О. Корчемагіна, О.О. Куща, В.С. Кулінича і ін. (напружено-деформований стан масиву); І.Л. Еттінгера, М.Ф. Яновської, Г.Д. Лідіна, В.В. Лукінова, О.І. Кравцова, О.М. Брижаньова, Г.З. Задари і ін.(газоносність); Ф.О. Абрамова, А.Д. Алексєєва, А.Т. Айруні, В.А. Баранова, І.М. Батугіної, В.О. Гончаренка, В.Ю. Забігайла, А.М. Зоріна, В.Г. Колесникова, Г.С. Конькова, В.В. Лукінова, В.І. Ніколіна, І.М. Петухова, О.О. Скочинського, К.К. Софійського, Г.М. Фейта, В.В. Ходота, С.А. Хрістіановіча, Г.А. Шевелева та ін. (викидонебезпечність); В.Ю. Забігайла, Л.Я. Кратенка, В.Ф. Приходченка, В.С. Попова, С.Ю. Приходченко, М.І. Погребнова, І.А. Очеретенка, Н.В. Сахневіч, Е.Ф. Шкурського, В.М. Нагорного, Ю.М. Нагорного та ін. (дислокованість в регіональному плані і в окремих геолого-промислових районах).

Аналіз фактичного матеріалу показав, що гірничо-геологічні умови розробки родовищ в межах басейну досліджені досить нерівномірно. В регіональному плані найбільше вивчені викидонебезпечність і газоносність; виділені регіональні зони, відмінні (відповідно) за типом газодинамічних явищ та величиною газоносності, і встановлено, що вони визначаються загальними закономірностями зміни метаморфізму вугілля. Величина напруженого стану за площею практично не досліджена. При дослідженні тектоніки в межах Донбасу різними авторами виділені якісно різні регіональні структурні області, (райони, зони). Проте, не враховано, що вони є складовими частинами однієї геоструктурної одиниці - Донбасу і, отже, утворені дією єдиних глобальних геодинамічних процесів. Вивчення генезису дислокацій (від мікро- до макро), їх кількісного розподілу за площею і в об'ємі, утворення їх на основі єдиної моделі розвитку Донбасу до теперішнього часу не проводилося.

Розглянуті моделі утворення Донбасу, які наведені в роботах: В.К. Гавріша, Г.Я. Голіздри, О.Ф. Грачева, В.О. Корчемагіна, В.Я. Пянкова, В.О. Разніцина, О.Я. Радзивілла, І.А. Майдановича, Е.Е. Мілановського, В.С. Чекунова та ін. Аналіз моделей показав, що для Донбасу існують різні (іноді взаємовиключні) уявлення: про причини, механізм утворення, час закладення структури (ріфей або девон), етапи розвитку і природу інверсії напрямків тектонічних рухів; моделі, що запропоновані геологами, не враховують даних геофізичних досліджень, геофізиками – геологічних. Головне, що вони не зважають на тектонічну дислокованість, яка відтворює характер геодинамічних сил і процесів, Донбасу і оточуючих його структур.

На підставі проведеного аналізу сформульовані ідея і мета роботи, поставлені задачі.

У другому розділі для визначення регіональних кількісних закономірностей розміщення тектонічних дислокацій в осадовій товщі Донбасу і побудови карт регіональної тектонічної дислокованості пропонується комплексний показник Кд, який характеризує мінливість загальної дислокованості:

де Ку, Кс та Кр – відповідно показники величин: кутів нахилу порід, складчастої та розривної порушеності.

Показник розривної порушеності розраховується за формулою:

де Li - протяжність одиничного розривного порушення, км;

Lmax – максимальна протяжність суми розривних порушень в межах області або зони, км.

Показник складчастої порушеності розраховується за формулою:

Кс = Ксi / Ксmах.

де Ксi - складчаста порушеність в межах дослідної ділянки, км

Ксmах - максимальна величина показника складчастої порушеності в межах області або зони, км.

Величина його розраховується за формулою:

де l1 – довжина i-тої ізогіпси в межах структури, км;

l0 - відстань між кінцями i-тої ізогіпси в межах структури, км;

ni - кількість структур в межах дослідної ділянки.

Показник кутів нахилу порід розраховується за формулою:

де 0мах. и 0мin. - відповідно максимальний і мінімальний кути падіння порід в межах дослідної ділянки.

Наведений методичний підхід до дослідження генезису, оцінки і порівняння інтенсивності малоамплітудних порушень, який включає розроблені методики побудови карт: градієнтів локальних структур (grad Zл) і градієнтів потужності пісковиків (grad Zп) підстиляючої товщі, розривної дислокованості (Кнр).

У третьому розділі викладені матеріали з дослідження геодинамічних умов, в яких проходило формування Донбасу в неогеї. Зібрані і проаналізовані геолого-геофізичні дані структур (Камсько-Бельська; Сергіївсько-Абдулінська; Пачелмська; Ново-Узенська; Вятська; Ботнічесько-Балтійська; Середньо-Російська (Валдайська гілка); Московська, Онежсько-Кандалакшинська; Доно-Медведицька; Волино-Оршанська та ін.), які розташовані в межах СЄП. Встановлено, що вони мають:

- схожі розміри і асиметричну складну будову (декілька прямокутних трогів, обмежених скидами і зміщених один щодо одного регіональними скидо-вскидо-зсувами);

- аналогічні умови осадконакопичення (континентальні відклади потужністю 3-5 км, які представлені червоноколірними і строкатими конгломератами, пісковиками, алевролітами, аргілітами) та магматизм (основний і ультраосновний склад вулканогенних порід);

- однаково проявляються в геофізичних полях (на картах гравітаційних полів структурам відповідають негативні лінійно витягнуті поля і криві g мають над ними характерну - симетричну - для западин форму; магнітних - системи смугових аномалій), в фундаменті присутні глибинні розломи.

Лінії простягання цих структур утворюють закономірну мережу, в якій переважають дві ортогональні системи: субмеридіональна і субширотна, північно-східна і північно-західна. Відстані між структурами, що мають однакове простягання, витримані і кратні: 300, 150, 75 км.

У палеозої розвиток кожного грабену суттєво відрізнявся. По периметру СЄП, в нижньому палеозої найактивніші тектоно-магматичні процеси стиснення із значною горизонтальною компонентою відбувалися на північному заході плити; в середньому - на сході (Урал), заході (Карпати), південному заході (Добруджа), у верхньому - на півдні (Крим, Передкавказзя, Прикаспій), південному заході (Добруджа). Характер палеозойських дислокацій визначається перевагою крутих лінійних складок поздовжнього вигину, вскидів, насувів, зсувів, шар’яжів і покровів з вергентністю у бік континенту, що свідчить про утворення їх в результаті дії горизонтальних стискуючих зусиль, направлених ззовні у бік континенту.

У мезозойську і кайнозойську ери найбільш активні тектонічні процеси проходили на півдні і заході СЄП; тепер - в основному, на півдні (про що свідчать землетруси на Кавказі, в Туреччині, акваторіях Чорного і Середземного морів).

Наведені дані свідчать про те, що характер тектонічних деформацій у фанерозої істотно відрізняється від ріфея. Якщо в докембрії переважали глобальні розтягуючі зусилля, то, починаючи з палеозою - горизонтальні стискуючі зусилля (з зсувною складовою) діють нерівномірно в просторі і часі.

Відмінності геодинамічних обстановок СЄП в неогеї логічно пояснюються мобілістською концепцією тектоніки (О.Г. Сорохтін, С.А. Ушаков, 1991). В ріфеї перевага глобальних деструктивних процесів пов'язана з готською активізацією, причиною якої був активний, гарячий стан мантії, викликаний існуванням двокоміркової конвективної структури, що функціонувала в інтервалі 1800 - 950 млн. років і зумовила масовий вилив платобазальтів, підвищену активність процесів розтягування, зменшення і дроблення кори; у фанерозої - з розвитком конвергентних процесів, що відбувалися по периметру СЄП і зумовили виникнення горизонтальних стискуючих зусиль з зсувною складовою.

На підставі визначення характеру основних геодинамічних процесів, зроблений висновок, що умови формування Донбасу в ріфеї і фанерозої відрізнялися.

В ріфеї глобальні розтягуючі зусилля зумовили одночасне утворення грабенів, просторово і генетично пов'язаних з глибинними розломами. Встановлені загальні закономірності утворення і розвитку грабенів СЄП в пізньому докембрії можуть побічно свідчити на користь існування ріфейського грабену Донбасу, в фундаменті якого, за даними геофізичних робіт, розташований глибинний розлом, і дозволяють припустити, що його будова, параметри і умови осадконакопичення аналогічні іншим грабенам регіону.

У фанерозої в обстановці всебічного різноспрямованого періодичного стиснення (з зсувними складовими) утворення локальних зон розтягування могло бути викликане мембранними напругами, що утворюються при переміщенні літосферних плит уздовж меридіана до полюса (при переміщенні до екватора – стиснення). Можливість появи мембранних напруг виходить з результатів відомих палеотектонічних реконструкцій, згідно з якими СЄП з девона до тріаса переміщалася з південної півкулі в північну: від 15 - 20 півд. ш. до 25 - 32 півн. ш. (рис. 1).

Аналіз характеру тектонічних деформацій, швидкостей накопичення осадових відкладів в різні періоди, часи активізації галокінезу в ДДЗ і утворення регіональних стратиграфічних неузгоджень Донбасу показали, що їх зміни збігаються із зміною напрямків переміщення СЄП вздовж меридіану.

Такий механізм припускає розрив холодної літосфери клиноподібної форми (у вертикальній площині) по ширині сумірний з потужністю літосферної плити на континентальній окраїні і пояснює: відсутність гранітного шару під складчастим Донбасом, приуроченість магматизму до південного борту грабену, просторовий зв'язок девонського і ріфейського грабенів, відмінності проявів в гравітаційному полі краєвих розломів (південний розлом, на відміну від північного, практично не виявляється), різний час і механізм формування північного краєвого розлому (північний розлом молодший – палеозойський ?).

Стабілізація переміщень СЄП в середині пермі (заальська фаза) могла привести до появи горизонтальних стискуючих зусиль (направлених перпендикулярно до простягання басейну) з зсувною складовою. Теоретична модель (Прайс, 1981) структур, які утворюються в таких умовах, збігається з реальною: в сучасному тектонічному плані Донбас - антиклінорій, в нижньопалеозойському структурному поверсі – синклінальний прогин; в центральній частині ДДЗ і Донбасу геофізичними дослідженнями встановлена зона інверсії швидкостей поздовжніх хвиль (зона розущільнення); складки другого порядку, що ускладнюють північний борт антиклінорія, мають асиметричну будову (у антикліналей північні крила пологі, південні - круті).

Аналіз даних дислокованості, умов осадконакопичення, магматизму Добруджі і Криму (з урахуванням даних по Кавказу і Прикаспійській западині), що розташовувалися в фанерозої на південній окраїні СЄП, дозволив встановити загальні закономірності формування цих структур і припустити їх зв'язок з конвергентними процесами, що відбувалися в Тетісі. Оскільки Донбас в цей час також знаходився на південній окраїні СЄП, то ці процеси могли вплинути і на його формування. Чергування деформацій розтягування і стиснення (тріас – рифтогенез, перм, юра, крейда - субдукція) зумовили субпаралельне зміщення осей ріфейської, палеозойської і мезозойської западин та періодичну зміну величин тиску і температур, що діяли на осадову товщу Донбасу. З потужною пермською субдукцією (пфальцська фаза) пов'язана поява стискуючих зусиль, що закономірно зменшуються з південного сходу на північний захід, які зумовили інверсію геотектонічного режиму, утворення поперечних дислокацій і зсувних зусиль, направлених уздовж поздовжніх порушень в Донбасі (але не в ДДЗ і Припятській западині). Направлене зменшення температури з південного сходу на північний захід зумовило послідовну зміну мезо-, епі-, і телетермальних родовищ і рудопроявів (Г. Князев, 1963) та зменшення ступеню катагенетичного перетворення осадової товщі в цьому ж напрямку.

В юрі утворилась нова зона субдукції розташована південніше Криму. Направлені з півдня стискуючі зусилля зумовили стрибкоподібний характер переміщень і активізацію субмеридіональних блоків фундаменту. Час і величини сил, які діяли на окремі блоки, відрізнялися, що відбилося при порівнянні умов осадконакопичення Новомосковсько-Петропавлівської монокліналі (НПМ), Вовчанської синкліналі, Донецько-Макіївського району (ДМР) і Старобєльсько-Міллеровської монокліналі (СММ). Практично всі тектонічні фази, що мали місце в Криму, проявилися в будові південного (але не північного) борту Донбасу. Це можна пояснити тим, що потужна дрібношарувата осадова товща басейну (квазіпружне середовище) не передавала ці зусилля до північного борту, тому характер тектонічних деформацій на бортах відрізнявся. Підвищений тиск з півдня зумовив збільшення щільності одновікових порід південного борту, в порівнянні з північним, і асиметрію гравітаційного поля (g) Донбасу. Поява зсувних переміщень субпаралельних простяганню басейну в пермі, і субмеридіональних - в юрі пояснюють зв'язок вулканічних проявів з субширотними розломами в пермі і субмеридіональними – в юрі.

Запропонована геодинамічна модель формування Донбасу дозволяє логічно пояснити механізм утворення, розвиток впродовж неогею Донбасу і інших структур, що розташовані в межах СЄП, і узгоджуються з основними відомими геолого-геофізичними даними про сучасну будову цих структур.

В четвертому розділі наведені результати геолого-математичного аналізу параметрів (азимутів простягання, типів і розмірів) і розташування тектонічних дислокацій в осадовій товщі і фундаменті Донбасу.

За параметрами крупно- і середньоамплітудних порушень розраховані значення показників (Ку, Кр, Кс і Кд) і побудовані карти (М1:500000), які відтворюють регіональні закономірності зміни інтенсивності дислокацій різного типу по площі басейну, з аналізу яких виходить, що:

- кути падіння порід, зменшуються з південного сходу на північний захід (Ку від 0,6 до 0,1); на північному сході Донбасу величина Ку практично в два рази вища, ніж на південному заході; ділянки підвищених значень приурочені до зон глибинних розломів і крил крупноамплітудних складок поздовжнього вигину;

- складчастість вздовж простягання басейну зменшується поступово з південного сходу на північний захід; вхрест простягання басейну - хвилеподібно; інтенсивність її на північному борту басейну значно вища, ніж на південному;

- розривна порушеність на площі басейну розподілена нерівномірно, найбільш порушена центральна частина басейну; південний борт басейну порушений практично в два рази більше, ніж північний.

Виходячи з того, що закони розподілу показників геологічних характеристик є аналітичним відображенням процесів, внаслідок дії яких вони формувалися, проведений статистичний аналіз показників дислокованості Донбасу і встановлені закони їх розподілу (Кр – найбільш близький до нормального закону, Ку і Кс - до показового). Відмінності законів розподілу свідчать про різне співвідношення сил, що сформували регіональні закономірності розташування розглянутих типів дислокацій: розривна порушеність формувалася під дією багатьох незалежних випадкових рівнозначних сил; кути падіння порід і складчастість - однієї основної (або одноетапної) сили, а також менших за величиною нерівнозначних сил. Згідно з запропонованою моделлю регіональні закономірності розподілів: кутів падіння порід визначаються однією основною силою - горизонтальною стискуючою - мембранні напруги (Р1 / Р2), а також нерівнозначними і меншими за величиною вертикальними силами, пов'язаними з переміщенням блоків фундаменту в період (D2 – Р1) і після накопичення осадків (Р2 - нині); складчастості – основною - горизонтальною стискуючою - мембранні напруги (Р1 / Р2), а також субдукційними зусиллями і силами, пов'язаними з переміщенням блоків фундаменту (Р2 – К1). Розривна порушеність формувалася під дією приблизно рівних за величиною вертикальних і горизонтальних сил, що викликані конвергентними процесами, мембранними напругами і переміщеннями блоків фундаменту, протягом всього часу формування басейну. В результаті проведених досліджень встановлені регіональні закономірності зміни інтенсивності крупно- і середньоамплітудних дислокацій в осадовій товщі, визначені закони їх розподілу, співвідношення і час сил, внаслідок дії яких вони сформувалися, розглянута їх відповідність до запропонованої моделі утворення Донбасу.

Розглянуто взаємозвязок параметрів малоамплітудних порушень з крупними.

За геолого-структурною картою (Очеретенко, 1971) обчислені середні напрямки азимутів простягання зміщувачів крупно- і середньоамплітудних розривів і довгих осей складок; за планами гірничих робіт - малоамплітудних розривів і складок; за картами геофізичних полів визначені головні напрямки простягання магнітних (0, 40, 100, 160, 175) і гравітаційних (5, 25, 35, 50, 95, 115, 140, 160, 175) аномалій, а також лінеаментів, які виділені на космічних знімках (5, 25, 40, 55, 65, 95, 115, 140, 145, 155, 165, 170, 175); за матеріалами М. Бородуліна виміряні напрямки простягання глибинних розломів фундаменту. Проведено геолого-статистичний аналіз напрямків геологічних структур і аномалій геофізичних полів. Одержані результати дозволили зробити висновок про істотний вплив блокових рухів на формування крупно- і середньоамплітудних порушень і неістотний - малоамплітудних.

Дослідження взаємозв'язку довжини розривних порушень - від глибинних розломів до мікродислокацій - проводилося на основі фрактальної геометрії природних об'єктів. За наслідками досліджень виділені три структурно-генетичні рівні, що характеризуються певними величинами довжини порушень:

- перший (регіональний) включає питому протяжність довжин глибинних розломів (тисячі кілометрів), утворення яких пов'язане з планетарними процесами (недостатня кількість даних не дозволила розрахувати фрактальну розмірність порушень цього порядку);

- другий (зональний) - крупно-, середньо- і малоамплітудних (багатопластових) порушень (від сотень кілометрів до сотень метрів). Фрактальна розмірність (D) порушень цього рівня складає 1,3 характерна для берегових ліній, довжини річок і багатьох інших структур, що утворилися під дією глобальних тектонічних процесів;

- третій (локальний) - від мікро- до малоамплітудних однопластових порушень. Обчислені фрактальні розмірності довжини порушень і встановлено, що фрактальна розмірність їх в межах окремих шахт змінюється від 0,38 до 0,66. Це найбільш близько до тріадної канторовської множини, теоретична фрактальна розмірність якої D = 0,6309, свідчить про вплив локальних (потужність і будова пластів, вмісні породи та ін.) умов на формування порушень цього рівня.

На основі проведених досліджень зроблено висновок про те, що параметри (азимути простягання і довжини) малоамплітудних порушень зумовлені, в основному, локальними чинниками.

У межах Донбасу закон розподілу загальної дислокованості (Кд) найбільш близький до розподілу Вейбулла, що свідчить про вплив масштабного чинника і дозволяє розглянути його як суму випадкової і закономірної складових: закономірна - зумовлена регіональними чинниками (мембранні сили, конвергентні процеси), випадкова – локальними (переміщення блоків фундаменту та інші). Виключення закономірної складової дозволяє розділити площу басейну на три тектонічні області:

1) північно-західну: Кд= 0,2 – 0,01 (середнє 0,090,01);

2) центральну: Кд= 0,42 – 0,06 (середнє 0,260,02);

3) південно-східну: Кд= 0,90 – 0,16 (середнє 0,540,03).

Встановлено, що в межах областей середні значення величини показників різних типів крупно- і середньоамплітудних дислокацій значущо відрізняються і закони їх розподілу найбільш близькі до нормального. Побудована за показником Кд карта є основою тектонічного районування Донбасу на регіональному рівні.

Розраховані показники загальної дислокованості окремих районів за параметрами крупно- і середньоамплітудних дислокацій на карті М 1:500000, та середньо- і малоамплітудних - на карті М 1:25000. Встановлений досить тісний зв'язок (коефіцієнти кореляції 0,71, надійності 19,4), який свідчить про статистичну подібність інтенсивності загальної тектонічної дислокованості районів на різних масштабних рівнях.

Пятий розділ присвячений дослідженню локальних умов утворення і розташування малоамплітудних порушень у виділених тектонічних областях. Визначення типу і часу утворення порушень здійснювалося з огляду на єдину морфогенетичну типізацію, що розроблена для Донбасу, шляхом аналізу взаємостосунків розривних та складчастих порушень і літолого-фаціальних умов в межах відпрацьованого простору окремих шахтних полів. У відповідності до запропонованого методичного підходу (розд. 2) по досліджуваних шахтах побудовані карти, що характеризують інтенсивність розривних порушень і параметри складок та рози-діаграми азимутів простягання розривних порушень.

У північно-західній області дослідження проводилися в межах Новомосковсько-Петропавлівської (шахти: “Самарська”, “Дніпровська”, “Павлоградська”, “Благодатна”, “Западно-Донбаська”, “Степна”, ім. Героїв космосу і ділянок розвідки: “Свідовська” і “Брагинівська”) і Старобельсько-Міллерівської монокліналей (ділянка детальної розвідки “Богданівська-Южна” №1.

На підставі зіставлення і аналізу карт локальних структур і карт градієнтів потужності пісковиків, що розташовані в підошві досліджуваних пластів, виділені два типи складок: I тип - синкліналі і антикліналі амплітудою 10 – 30 м, які зустрічаються на південному і північному бортах басейну. Вони характеризуються: відсутністю взаємозв'язку між їх параметрами і конфігурацією на пластах, що розташовані в межах одного шахтного поля (коефіцієнти кореляції - r - від 0,18 до 0,28), і наявністю взаємозв'язку з величинами зміни потужності пісковиків підстиляючої товщі (r = 0,7 – 0,8). За цими ознаками вони віднесені до атектонічного типу порушень, який генетично повязаний з літологією підстиляючої вугільний пласт товщі, - складкам ущільнення;

II тип - антикліналі амплітудою до 50 м, розташовані в лежачих крилах поздовжніх узгоджених (газонепроникних, конседиментаційних) скидів, які встановлені тільки в межах НПМ. Простягання довгих осей складок паралельне простяганню зміщувачів скидів, зв'язок параметрів з потужністю пісковиків підстиляючої товщі відсутній; виділені складки просторово і генетично пов'язані з утворенням антитетичних скидів і віднесені до типу прирозломних.

Розривні малоамплітудні порушення області представлені скидами (100 %). В НПМ переважають скиди з північно-східними і північно-західними азимутами простягання зміщувачів, в СММ – з північно-східними і субширотними.

На підставі аналізу роз-діаграм азимутів простягання розривів і структури їх зміщувачів, взаємозв'язків порушень з ділянками зміни потужності пісковиків