Южно-Якутский каменноугольный бассейн (рис. 1) является крупной и надежной базой высококачественных коксующихся и энергетических углей на востоке страны. В 1970-е гг. на юге Якутии было начато формирование Южно-Якутского ТПК, что и предопределило значительное усиление в этом регионе геологоразведочных работ на уголь. В настоящее время в бассейне разрабатываются открытым способом Нерюнгринское, Эльгинское месторождения и отдельные участки на Денисовском и Чульмаканском месторождениях.
Рис. 1. Схема Южно-Якутского каменноугольного бассейна
Отсутствие вблизи действующего Нерюнгринского угольного разреза месторождений угля, пригодных для открытой разработки, а также ограниченные сроки эксплуатации Нерюнгринского месторождения (до 2018–2020 гг.) обусловили расширение поисковых работ на уголь на флангах бассейна, перспективных на выявление мощных угольных пластов, пригодных для разработки открытым способом. Одним из первоочередных объектов для решения этой задачи является Гонамский угленосный район.
Цель исследования: изучить угленосный потенциал Гонамского угленосного района (рис. 2) с целью наращивания минерально-сырьевой базы угледобывающих компаний, осуществляющих свою деятельность на территории Южно-Якутского угольного бассейна.
Рис. 2. Схема расположения впадин в Гонамском угленосном районе: I – Куранах-Гынымская; II – Гынымо-Семджинская; III – Ытымджинская; IV – Гюскангра-Нарулакская; V – Гувилгринская; VI – Токарикано-Конеркитская; VII – Верхне-Тимптонская; VIII – Верхне-Гонамская; IX – Верхне-Сутамская; X – Верхне-Даурканская; XI – Чекчойская, XII – Авенгурская
Материалы и методы исследования
Материалами, служащими основанием для написания данной статьи, являются исследования российских геологов конца XX начала XXI вв., а также собственные исследования автора, выполненные им в рамках работ по комплексной экспедиции РАН. Методы исследований: камеральные и полевые работы.
Результаты исследования и их обсуждение
Стратиграфия
Архейские метаморфические образования, входящие в состав Алданского щита, слагают нижний структурный этаж – кристаллический фундамент Гувилгринской впадины и обрамляют ее со всех сторон. Представлены они преимущественно переслаивающимися интенсивно дислоцированными гнейсами и кристаллическими сланцами, кварцитами. Архейские метаморфические образования относятся к тимптонской и джелтулинской сериям метаморфического комплекса, вскрытая их мощность на площади работ – 20–30 м.
Обнаженность архейских пород плохая, коренные породы в обнажениях встречаются редко. Как правило, архей контактирует с породами, выполняющими впадины, по разломам, исключение составляет северное обрамление Ытымджинской впадины, где вскрытая мощность архейских пород порядка 35 м является основанием осадочного комплекса пород.
Отложения верхнего протерозоя имеют ограниченное распространение, развиты в обрамлении впадины и представлены двумя толщами: терригенными породами верхнего протерозоя и карбонатными отложениями венда-юдомской свиты, залегающими трансгрессивно, с угловым несогласием на различных породах архея. В бассейне р. Ытымджи они слагают пологие крылья крупной синклинали и окаймляют преимущественно с севера толщу мезозойских отложений. Это карбонатные мелководные осадки открытого морского бассейна: доломиты, кремнистые, глинистые и песчанистые доломиты, мергели, доломитистые известняки.
Отложения верхнего протерозоя имеют ограниченное распространение, развиты в обрамлении впадины и представлены двумя толщами: терригенными породами верхнего протерозоя и карбонатными отложениями венда-юдомской свиты, залегающими трансгрессивно, с угловым несогласием на различных породах архея. В бассейне р. Ытымджи они слагают пологие крылья крупной синклинали и окаймляют преимущественно с севера толщу мезозойских отложений. Это карбонатные мелководные осадки открытого морского бассейна: доломиты, кремнистые, глинистые и песчанистые доломиты, мергели, доломитистые известняки.
Мезозойские угленосные отложения залегают непосредственно на глубоко эродированной поверхности архейских образований. Толща мезозойских отложений включает в себя три нижние свиты. Верхние свиты, развитые в более глубоких впадинах, здесь отсутствуют.
Разрез отложений мезозоя характеризуется терригенным составом пород, представляя собой обычный полный набор пород от конгломератов и гравелитов до аргиллитов и углей, переслаивающихся и чередующихся в малозакономерной последовательности ритмов. Основной фон пород принадлежит песчаникам (50–70 %).
Разрез мезозойских отложений характеризуется многопорядковой цикличностью, характерной для бассейнов с изменяющимися многократно фациальными условиями осадконакопления. Седиментационный цикл начинается грубо- или крупнозернистыми и заканчивается тонкозернистыми породами. На основании циклического строения осадочной толщи и структурной увязки буровых поисковых скважин в Ытымджинской впадине в составе мезозойских образований выделены отложения юрского возраста, вскрытая суммарная мощность их составляет порядка 1100 м. Толща мезозойских отложений представлена тремя свитами: юхтинской, дурайской и частично кабактинской.
Юхтинская свита (J1 jh). Отложения юхтинской свиты протягиваются широкой полосой на севере Ытымджинской впадины, а на юге они развиты в виде узкой полосы. Контакт пород с более древними образованиями – тектонический.
В северной части впадины в отложениях юхтинской свиты отмечаются пласты и линзы средне-позднеюрских и раннемеловых пластовых и субпластовых, реже секущих интрузий состава диорит-гранодиоритовой и монцонит-сиенитовой формаций.
Начинается разрез отложений юхтинской свиты серыми и светло-серыми средне- и крупнозернистыми аркозовыми и полевошпатово-кварцевыми песчаниками с прослоями и линзами гравелитов, средне- и мелкогалечных конгломератов мощностью до 3–10 см. Выше по разрезу количество крупнозернистого материала в песчаниках уменьшается, появляются тонкие прослои алевролитов крупно- и мелкозернистых темно-серой окраски. Мощность юхтинской свиты колеблется в пределах 230–240 м.
Дурайская свита (J2 dr). Отложения продуктивной дурайской свиты повсеместно согласно залегают на породах юхтинской свиты, особенно в центральной и северной частях впадины. В основании свиты залегают пачки крупно- и среднезернистых песчаников мощностью до 10–15 м с маломощными прослоями и линзами (до 0,5–1,0 м) мелкогалечных конгломератов и гравелитов. Средняя часть свиты сложена в основном серыми и темно-серыми пачками мелкозернистых песчаников, чередующихся с алевролитами мелко- и среднезернистыми и песчаниками среднезернистыми. Слоистость преобладает полого-волнистая и горизонтальная, приуроченная к алевролитовым пачкам, для песчаников характерна косоволнистая и волнистая слоистость. Верхняя часть разреза дурайской свиты, сложена преимущественно мелкозернистыми песчаниками светло-серой окраски, чередующимися с прослоями темно-серых алевролитов. В разрезе свиты выявлено десять угольных пластов и углепроявлений, из которых семь угольных пластов с рабочими значениями мощностью 0,7 м и более. Мощность свиты оценивается в 330 м.
Кабактинская свита (J3 кb) согласно залегает на породах дурайской свиты и вскрыта на всей площади впадины. Начинается разрез свиты с чередования грубозернистого материала (средне- и крупнозернистые песчаники). В целом же вскрытая часть разреза свиты представлена мощными пачками (20–30 м) среднезернистых песчаников светло-серого цвета, слабо трещиноватых, неслоистых с прослоями песчаника мелкозернистого, серой окраски и алевролитов мелко- и среднезернистых темно-серого цвета, слабо трещиноватых, с неравномерно горизонтальной слоистостью. Во вскрытом разрезе свиты, установлено более 25 пластов и углепроявлений, из них 23 в отдельных пластопересечениях имеют мощность 0,7 м и более. Вскрытая мощность (неполная) кабактинской свиты оценивается в 550 м.
Таким образом, общая вскрытая мощность мезозойских отложений в Ытымджинской впадине составляет порядка 1120 м.
Четвертичные отложения (Q) также пользуются повсеместным развитием, как и на площади Гувилгринской впадины [1] и представлены аллювиальными, делювиально-солифлюкционными и озерно-болотными образованиями.
Тектоника
Ытымджинская впадина, ограниченная с юга региональным Южно-Ытымджинским разломом, представляет собой крупную асимметричную синклиналь с пологим северным крылом и крутым южным крылом, срезанным разломом. Впадина ориентирована в субширотном направлении, размеры ее 130х30 км. Наиболее погруженная часть фундамента впадины вблизи Южно-Ытымджинского регионального разлома по данным региональных геофизических исследований составляет 0,5–0,7 км. [2]
С севера Ытымджинская впадина ограничена площадью распространения протерозойских и мезозойских осадочных пород. В северной и средней частях впадины располагается зона слабодислоцированных пород. Здесь толща имеет простое моноклинальное строение, часто осложненное флексурами, мелкой складчатостью субширотного простирания. Наблюдаются мелкие внутрипластовые послойные подвижки, иногда приводящие к перераспределению угольного вещества. В этом случае в почве и кровле пласта угля наблюдаются хорошо выраженные зеркала скольжения. Флексурные перегибы на фоне спокойного моноклинального залегания пластов свидетельствуют о блоковом строении фундамента. Они сопровождаются параллельной трещиноватостью пород. Флексуры подтверждают предположение о длительном существовании разломов в фундаменте. На большей части площади Ытымджинской впадины мезозойские породы полого под углами 4–100 (до 200) наклонены к югу, к центру депрессии.
Зона сложно дислоцированных пород – южное крыло синклинали располагается на правобережье р. Ытымджи. Оно значительно более узкое, чем северное крыло, крутое, располагается в опущенном блоке, южнее которого выступает архейский горст. Ширина южного крыла 1,5–3,0 км, оно сложно дислоцировано и осложнено более мелкой складчатостью. Углы падения крыльев складок второго порядка достигает 50 и более градусов. Дизъюнктивные нарушения пород представлены сбросами, взбросами, надвигами с крутыми углами падения [3].
Весьма характерной особенностью впадины является интенсивное проявление мезозойского магматизма, в результате чего юрские отложения прорваны многочисленными субщелочными пластовыми интрузиями, которые перемежаются с осадочными породами.
Угленосность
В изученном скважинами разрезе угленосной толщи пласты и прослои угля встречаются практически повсеместно (дурайская и кабактинская свиты), но распределение как в разрезе, так и по площади неравномерное. Суммарно во вскрытой угленосной толще установлено 37 пластов угля, в том числе более 25 пластов рабочей мощности (0,7 м и более). Суммарная мощность всех угольных пластов и прослоев по профилю 1–1 составляет более 40 м, а рабочих пластов – 25 м.
В литолого-стратиграфическом разрезе, как уже отмечалось, присвоены буквенные и цифровые индексы. Буквенный индекс соответствует названию свиты, а цифровой – порядковому номеру пласта в разрезе свиты (сверху – вниз) [4].
Ниже приводится характеристика угленосности по свитам.
Юхтинская свита практически не угленосна.
Дурайская свита. В разрезе свиты установлено более 12 углепроявлений мощностью от 0,20 м до 6,5 м (скв. 16, пласт Д15). Из них 4 пласта имеют рабочие значения мощности (0,7 м и более), строение пластов сложное и представлены преимущественно одним прослоем [5]. По мощности пласты относятся преимущественно к категории тонких и средних. Из пяти проиндексированных пластов дурайской свиты, наиболее выдержанным как по разрезу, так и по мощности является пласт Д15.
В разрезе кабактинской свиты выявлено более 25 углепроявлений, из них 8 имеют рабочие значения по мощности 0,7 м и более. Строение пластов сложное и представлено одним-двумя прослоями [6].
Характеристика проиндексированных пластов по свитам приводится в таблице.
Основные параметры проиндексированных угольных пластов Ытымджинской впадины
|
Свита |
Индекс пласта |
Основные параметры |
Пределы колебаний суммарной мощности угольных пачек пластов от – до Средняя мощность (число пересечений) |
Строение пласта (кол-во разделяющих прослоев) |
|||
|
Общее число вскрытий в скважинах |
Число вскрытий мощностью до 0,7 м/нулевые значения |
Число вскрытий мощностью 0,7 м и более |
Коэффициент выдержанности пласта |
||||
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Дурайская |
Д19 |
12 |
5/6 |
1 |
0,1 |
0–0,86 0,20(12) |
Сложное 1 |
|
Д15 |
12 |
0/0 |
12 |
1,0 |
0,84–6,0 1,80(12) |
Сложное 1 |
|
|
Д14 |
9 |
1/7 |
1 |
0,1 |
0–0,86 0,13(9) |
Сложное 1 |
|
|
Д13 |
9 |
1/5 |
3 |
0,33 |
0–1,44 0,44(9) |
Сложное 1 |
|
|
Д11 |
8 |
1/5 |
2 |
0,25 |
0–0,78 0,23(8) |
Простое |
|
|
Д7 |
7 |
1/4 |
2 |
0,29 |
0–1,20 0,39(7) |
Сложное 1–3 |
|
|
Кабактинская |
К14 |
8 |
5/2 |
1 |
0,12 |
0–1,30 0,45(8) |
Сложное 2 |
|
К13 |
11 |
1/0 |
10 |
0,91 |
0,36–3,03 1,79(11) |
Сложное 1–2 |
|
|
К10 |
13 |
12/0 |
1 |
0,1 |
0,30–1,02 0,50(13) |
Сложное 1 |
|
|
К8в |
13 |
1/5 |
7 |
0,54 |
0–1,20 0,55(13) |
Сложное 1–3 |
|
|
К8 |
13 |
0/0 |
13 |
1,0 |
0,92–1,68 1,27(13) |
Сложное 1 |
|
|
К6 |
14 |
3/1 |
10 |
0,71 |
0–2,97 0,91(14) |
Сложное 1 |
|
|
К5 |
15 |
7/5 |
3 |
0,20 |
0–1,82 0,50(15) |
Сложное 1 |
|
|
К4в |
15 |
0/11 |
4 |
0,27 |
0–1,50 0,28(15) |
Сложное1 |
|
|
К4 |
16 |
2/5 |
9 |
0,56 |
0–4,78 1,26(16) |
Сложное 1–3 |
|
|
К3 |
16 |
2/9 |
5 |
0,31 |
0–1,32 0,43(16) |
Сложное 1–2 |
|
|
К1 |
15 |
4/10 |
1 |
0,1 |
0–1,20 0,21(15) |
Простое |
|
Заключение
Из всего вышесказанного становится очевидным, что наиболее угленасыщенной является средняя часть разреза. Наибольший практический интерес представляют угольные пласты К13, К8, К6, К4, как наиболее выдержанные по разрезу и обладающие рабочими значениями мощности. Наиболее выдержанным из этих пластов является пласт К8. По мощности пласты относятся к категории тонких и средних – средняя мощность 1,3 м. Для разработки угольных платов средней части разреза потребуются дополнительные геолого-разведочные работы.