Луганский угленосный район

Общие сведения.Луганский угленосный район расположен в центре северной окраины Донбасса. Границами района служат: на западе – р. Лозовая, на севере – Северодонецкий надвиг, простирание которого в западной части до г. Луганска совпадает с долиной р. Лугани, на юге – Алмазный и Ильичевский надвиги, на востоке – р. Луганчик. Район занимает площадь длиной 56 км, шириной 15 – 18 км.

В административном отношении указанная территория находится в пределах Коммунарского, Фрунзенского, Александровского и Ново-Светловского районов Луганской области. Областной центр г. Луганск расположен у северной границы района.

Гидрографическая сеть района принадлежит системе р. Северного Донца, правобережными притоками которого являются реки Лугань и Луганчик. С правой стороны в р. Лугань впадают реки Лозовая, Белая и Ольховая. Минимальные абсолютные отметки поверхности приурочены к пойме р. Лугани (+42 - +50 м), максимальные (+200 - +230 м) характерны для водоразделов.

Геологическая изученность. Впервые детальное изучение геологии обнаженной части Луганского района было выполнено б. Геологическим комитетом под руководством Л.И.Лутугина (съемка масштаба 1 : 42000). Планомерное изучение площади района, где продуктивный карбон перекрыт мощной толщей осадков мезо-кайнозоя, по существу началось после окончания Великой Отечественной войны. К настоящему времени для всего района имеются планшеты инструментальной геологической съемки. Геологоразведочные работы проведены почти на всей площади до глубины 1300 м.

Геологическое строение. В геологическом строении Луганского района принимают участие образования каменноугольного, мелового, палеогенового и четвертичного возраста (рис.В.11).

Каменноугольные отложения представлены осадками свит С₂² - С₂⁷ среднего карбона и частично свитой С₃¹ верхнего карбона.

Породы свиты С₂² выходят на дневную поверхность в виде широкой полосы южнее границ Луганского района. Характерным маркирующим горизонтом верхней части свиты является мощный (около 60 м) песчаник, в основании которого залегает единственный рабочий пласт g₃. Мощность свиты около 650 м.

Рис.В.11 Геологическая карта палеозойского структурного этажа Луганского угленосного района

1- граничные известняки; 2 – выходы свиты С₂⁶; 3 – надвиги; 4 – южная граница распространения мезо-кайнозойских отложений; 5 – граница угленосного района; 6 – 7 – шахты; 8 – известняки; 9 – угольные пласты (а – нерабочие, б - рабочие); 10- песчаники; 11 – аргиллиты и алевролиты.

Свита С₂³ наиболее полно представлена на участках шахт Белянского месторождения и Успенской котловины. Известняк Н₁, являющийся нижним граничным горизонтом свиты, сохраняется только в разрезе восточной части Успенской котловины. В западной ее части он полностью отсутствует вследствие размыва, происшедшего на границе свит С₂² и С₂³.

Разрез свиты представлен перемежающимися слоями песчаников, преимущественно мелкозернистых, алевритовых и глинистых сланцев. Песчаниками наиболее богата средняя часть свиты. Маркирующими горизонтами свиты служат: песчаник, залегающий в основании свиты, известняки Н₁, Н₂, Н₃ с нижележащими углями h₃ и h₂, известняк Н₄ и угольный прослой h₅², комплекс сближенных известняков и углей h₆¹- H₅ – h₇ – H₅⁰, обе пачки песчаника H₅⁰SH₆¹, группа сближенных пластов углей h₁₀, h₁₀¹ и h₁₁¹. Мощность свиты в среднем близка к 600 м.

Свита С₂⁴ занимает периферийную часть района. Разрез ее сложен в основном песчано-глинистыми осадками, составляющими свыше 85% мощности. Мощность песчаников в среднем составляет около 10 м. Свита содержит до 15 известняков, в большинстве своем маломощных и неустойчивых по простиранию. Наиболее выдержанными в разрезе являются известняки I₁, I₂², I₃, I₄ и I₄¹. Последний залегает над рабочим угольным пластом i₃¹.Мощность свиты на участках северной части Луганского района в среднем составляет 240 м, к югу и востоку увеличивается до 280 – 300 м.

Для свиты С₂⁵ характерно наличие среди переслаивающихся глинисто-песчаных толщ мощных слоев песчаников и известняков. Маркирующими горизонтами являются известняки: К_1, К₂, К₆, К₇, К₈ и К₉ и песчаники «табачковый» K₁SK₂, «лисий» K₂SK₃ и «рубежный» K₉SK₇⁴. Характер песчаников свидетельствует о крупных внутриформационных размывах. Так, в северо-восточной части района отсутствуют угольные пласты k₂ и k₂¹, а также известняк K₃. Их стратиграфическое место заняла возросшая до 70 м и более толща «лисьего» песчаника, в которой хорошо фиксируются пояски конгломерата и галька карбоновых пород, обрывки полуобуглившейся растительной ткани и другие признаки аллювиального размыва. Свита содержит около 24 угольных пластов и прослоев, из них рабочими для района являются 14. Мощность свиты закономерно возрастает с севера на юг и с запада на восток от 370 до 500 м.

Свита С₂⁶ слагает центральные части синклиналей Луганского района. Заключает в себе 14 угольных пластов и пропластков, из которых к числу рабочих относятся 10. Разрез свиты сложен преимущественно аргиллитами и алевролитами с частыми, но относительно маломощными прослоями известняков. Маркирующими горизонтами свиты являются известняк L₁ с нижележащим углем k₈, известняк L₂ и угли l₁, l₀, известняк L₄ и уголь l₃, известняк L₅ и уголь l₄, известняки L₆, L₇ и группа сближенных пластов углей l₇, l₈ ,l₈¹, l₈², залегающих между известняками L₇ и М₁. Мощность свиты колеблется от 230 м на севере района до 360 м в пределах Успенской котловины.

Свита С₂⁷ занимает донную часть синклинальных складок района. Для нее характерно наличие многочисленных мощных известняков, окрашенных в почти белые тона. Свита содержит также значительное количество песчаников, из которых по мощности и устойчивости являются M₁SM₂ и M₈SM₁₀. Угольных пластов в свите насчитывается до 14. Рабочей мощности достигают семь.

Маркирующими горизонтами являются известняки M₁ и M₂ с песчаником между ними, известняки М₃, М₅, М₆, М₇, М₇¹, известняк М₈ с вышележащим песчаником, известняк М₁₀. Мощность свиты в среднем близка к 420 м.

Свита С₃¹ на большей части площади района отсутствует, сохранившись от размыва лишь в наиболее опущенных местах синклиналей. Она сложена глинисто-песчаными слоями со значительным количеством песчаников и известняков.

Литологический состав свит приведен в таблице В.13.

Таблица В.13

Мезо-кайнозойский покров в Луганском районе представлен образованиями верхнего мела, палеогена, неогена и четвертичной системы.

Верхний мел слагается песками, песчаниками и обломочными известняками , мелом, мергелями, глинами.

Палеоген сложен песчаниками, песками, алевролитами, мергелями, глинами.

Четвертичные отложения на водоразделах выражены суглинками, а в долинах рек аллювиальными образованиями.

Наибольшая мощность мезо-кайнозойского покрова приурочена к осевым частям синклиналей, где она достигает 400 м при максимальной мощности кайнозойских осадков 80 м.

В структурном отношении Луганский район относится к полосе мелкой складчатости северной окраины Донбасса. Главной тектонической структурой района является Луганская котловина, западная часть которой выделяется в Черкасскую синклиналь. Длина котловины, включая Черкасскую, около 45 км, наибольшая ширина 18 км.

Черкасская синклиналь характеризуется резко ассиметричным строением. Северное крыло ее прямолинейное с почти широтным простиранием и углами падения 30 – 40⁰. Южное – простирается на юго-восток и падает под углом 55 – 85⁰, резко выполаживаясь у донной части синклинали до 5 – 10⁰ и менее.

В восточном направлении Черкасская синклиналь переходит в собственно Луганскую котловину, от которой отделяется небольшой антиклинальной складкой меридионального простирания. К востоку от Луганской котловины, в опущенном крыле Марьевского надвига, между Северодонецким надвигом на севере и Марьевским и Алмазным на юге располагается Ново-Светловская синклиналь. Общее простирание ее соответствует простиранию северного крыла Луганской котловины; каменноугольные отложения слои падают на юг под углом в среднем до 15 – 20⁰.

Со стороны висячего крыла Алмазного надвига с Луганской котловиной граничит крупная Лутугинская котловина, в свою очередь, разделяющаяся небольшим антиклинальным перегибом и Северным Успенским надвигом на две синклинали: Успенскую и Красную. Длина Лутугинской котловины 20 км, ширина 6 км.

Складчатая тектоника района осложнена целой системой надвигов, имеющих южные падения, главные из них: Северодонецкий, Марьевский, Алмазный и Ильичевский (Криворожский), прослеживающиеся вдоль всего бассейна.

Северодонецкий надвиг является границей мелкоскладчатых структур северной окраины Донбасса и слабодислоцированного карбона моноклинального борта платформенного склона.

Угленосность. Каменноугольные отложения Луганского района, представленные осадками свит С₂² – С3¹, заключают 65 угольных пластов мощностью от 0,3 м и выше. Наиболее угленасыщенными являются свиты С₂⁵, С₂⁶ и С₂⁷, содержащие большинство рабочих угольных пластов.

Угленасыщенность свит района резко уменьшается по направлению с запада на восток и частично с севера на юг. Поэтому максимальное количество рабочих угольных пластов приурочено к участкам Черкасской синклинали. Основными рабочими пластами района являются h₁₁, i₃, k₂ , k₃, k₆, l₁, l₂¹, l₆, l₇, m₃, m₅¹, m₆¹ и m₈. В Черкасской синклинали к перечисленным основным пластам следует добавить также пласты k₃¹ , k₇¹, k₇², l₃ и l₄.

Наибольшей мощности достигают пласты: i₃, l₂¹, l₆ – до 1,5 м; l₁, l₇, m₆¹ и m₈ – до 1 – 1,2 м. Преобладающее большинство рабочих пластов района характеризуется довольно устойчивым простым строением h₆, h₁₁, k₆, l₁, l₇ и m₈. Сложное строение обычно присуще более мощным пластам (i₃, k₇², l₂¹, l₆), среди угольной массы которых прослеживаются один или несколько породных прослоев, представленных аргиллитами или алевролитами.

Вмещающими породами рабочих угольных пластов в преобладающем большинстве служат аргиллиты и алевролиты или глинистые и алевритовые сланцы.

Качество углей. Угли Луганского района в основном относятся к газовым. Значительное количество углей этой группы характеризуется толщиной пластического слоя (у) от 8 мм и выше, что в зависимости от содержания золы и серы позволяет рекомендовать часть из них для использования в коксовой шихте.

По физическим свойствам угли района являются относительно слабыми и хрупкими. По наслоению в угольных пластах нередко наблюдаются пленки фюзенизированного углисто-глинистого вещества, благодаря чему уголь распадается на тонкие прослойки.

В пределах Успенской синклинали имеются угли марок Ж, К и ОС, но количество их незначительное, так как первоначальные зоны метаморфизма разорваны надвигами и более метаморфизованные толщи, содержащие ценные коксующиеся марки углей, оказались уничтоженными последующей денудацией. В целом в пределах района спекаемость углей закономерно возрастает в направлении с севера на юг, а также со стратиграфической глубиной.

Угли Луганского района преимущественно среднезольные (от 8 до 16 %), но повышенно- и многосернистые (более 2,5 – 3 %). Малым содержанием серы (до 1,5 %) обычно отличаются пласты h₃, h₆, h₇, h₁₀, k₅, i₃ преимущественно на площадях развития марки К. Доминирует сера пиритная(сульфидная). Большинство углей относятся к легкообогатимым.

Зона выветривания на участках открытого карбона прослеживается на глубину 30 – 40 м по вертикали. Зона окисления углей, имеющая значение для углей, идущих на коксование, распространяется на глубину до 70 – 80 м.

Угли Луганского района склонны к самовозгоранию, чему способствует их повышенная сернистость.

Гидрогеологические условия. Подземные воды Луганского района содержатся в отложениях различных возрастов, но наибольший интерес представляет водоносность отложений мела и карбона. Палеогеновые отложения практически безводны, четвертичные - являются водоносными лишь в долинах рек и крупных балок, уровни воды в них и дебиты подвержены значительным сезонным колебаниям.

Меловые отложения заключают один водоносный горизонт, приуроченный к трещиноватой зоне мергельно-меловых пород. Эта зона распространяется на глубину около 60 – 80 м и является наиболее водоносной под долинами рек. На бортах долин рек водоносность постепенно уменьшается, а на водоразделах меловые породы нередко совершенно безводны. Качество меловых вод: общая жесткость 9 – 12 мг∙экв, содержание сухого остатка – 660 - 1300 мг/л.

Среди каменноугольных отложений водоносностью обладают песчаники и известняки. Максимальной обводненностью характеризуются свиты С₂⁵ и С₂⁷, несколько меньшей свита С₂³. Свиты С₂⁴ и С₂⁶ устойчивых водоносных горизонтов содержит мало. Воды карбона имеют минерализацию от 1400 до 2000 мг/л и более, общая жесткость вод составляет 12 – 23 мг∙экв.

Горнотехнические условия эксплуатации.В Луганском угленосном районебольшинство действующих шахт района являются вертикальными.

Относительно слабая метаморфизация угленосной толщи района обуславливает склонность вмещающих пород угольных пластов к вспучиванию, что особенно характерно для аргиллитов и тонкозернистых алевритов; песчаники обладают гораздо лучшей устойчивостью, а известняки, как правило, вполне устойчивы, если только не находятся в зонах тектонической раздробленности.

В целом Луганский район характеризуется относительно невысокой газоносностью.

Геометрический градиент на участках открытого карбона составляет в среднем около 3⁰ на 100 м глубины. Температура 30⁰ обычно наблюдается на глубине 660 – 800 м.