Влияние геологических факторов на газоносность Челябинского угольного
бассейна
Насырова
А.У. МГУ, Геологический факультет, Москва
Газоносность
в отличие от других геологических признаков угольных факторов месторождений
является наиболее изменчивым параметром, подверженным влиянию очень многих
геологических факторов.
Газоносность
угольных пластов и вмещающих пород обусловлена особенностями геологического
развития, важнейшим из которых является степень угленасыщенности и
коллекторские угленосных отложений, тектоническое строение, разрывная тектоника,
покровные отложения и др. Прежде всего на газоносность угольных пластов влияет
глубина их залегания, чем вызвана существование газовой зональности в угольных
отложениях. Чем ближе к дневной поверхности залегают угли, тем в большей
степени они дегазированы. Вблизи дневной поверхности метан полностью
отсутствует не только во вмещающих породах, но и в угольных пластах. По мере
перехода на более нижние горизонты происходит закономерная смена газовых зон в
следующей последовательности: зона полной деметанизации, метано-азотная, азотно-метановая,
метановая зоны. Граничная поверхность метановой зоны проходит на глубинах от 150 м до 400 м и более. В зоне
метановых газов метаноносность углей с глубиной продолжает нарастать по
гиперболической зависимости, т.е. неравномерно, сначала ускоренными темпами, затем
замедляясь и стабилизируясь на определенных глубинах. Так, для наиболее
метаноносной Восточно-Батуринской структуры, средний градиент нарастания до
глубины 350 м
составляет 1-1, 15 м
куб/т г.м. на каждые 100 м
глубины, а стабилизация метаноносности углей происходит на глубинах около 500 м. Степень
угленасыщенности разреза является одним из главных факторов, влияющих на
метаноносность угленосных отложений, поскольку метан – продукт литификации и
метаморфизма органической массы углей и пород. В силу этого метаноносность
более мощных угольных пластов при сходных условиях залегания выше, чем у
маломощных и средней мощности пластов. В этом отношении показателен мощный
пласт Восточно-Батуринской площади, метаноносность которого на сопоставимых
глубинах всегда выше, чем у менее мощных ниже- и вышележащих угольных пластов.
Одним
из важнейших геологических факторов, отражающихся на метаноносности угольных
пластов является тектоническое строение района. К примеру, в Еманжелинском
районе влияние на газоносность структурно-тектонического фактора может служить
положение поверхности метановой зоны, в изолинии глубин залегания которой в
общих чертах повторяет конфигурацию складчатых структур. Наибольшей глубины
(свыше 400 м)
поверхность метановой зоны достигает в ядре Восточно-Батуринской синклинали, до
300 м
она опускается в северной части поля шахты Восточной, а в пределах замковой
части антиклинали в той же Восточно-Батуринской структуре поверхность метановой
зоны проходит на глубине всего лишь 150 м.
Метаноносность
углей во многом зависит от величины наклона угольных пластов в совокупности с
сильной нарушенностью. Чем выше угол наклона, тем ниже метаноносность угольного
пласта. Только этим в совокупности с сильной нарушенностью можно объяснить
низкую метаноносность углей Батуринского углеразреза 3 – 4, угол наклона
которых достигает 70-80о, а в отдельных случаях они стоят на «головах», т.е.
почти вертикально. Лишь в единичных случаях природная метаноносность углей
достигает 2, 7 м
куб/т г.м., а в основной массе их метаноносность не превышает 1 м куб/т г.м. На деметанизацию
угленосных отложений западной части Еманжелинского района Челябинского бассейна
несомненно влияние оказывает ведение открытых горных работ, способствующих
интенсивной миграции угольных газов в атмосферу. Гидрогеологические условия
являются своеобразным косвенным показателем степени газоносности угленосных
отложений. Обильное обводнение водоносных горизонтов способствует вытеснению из
открытых пор и трещин растворимого в воде метана, благоприятствуя деметанизации
разреза. Перемещение природных газов в угленосной толще, их распределение по
площади и вертикальному разрезу осуществляется в значительной мере с помощью
циркуляции подземных вод.
Деметанизация
угольного пласта происходит, когда в его кровле или почве залегает водоносный
горизонт, иногда и сами угольные пласты в силу своих коллекторских свойств
становятся водоносными. Изменение гидрогеологического режима нарушает и газовое
равновесие, что приводит к миграции газа. Обводненные пласты обычно менее
газообильны по сравнению с необводненными. Таким образом, газоносность
угленосной толщи или отдельных ее слоев во многом зависит от гидрогеологических
условий. В Челябинском бассейне водоносными являются угли, песчаники, конгломераты,
которые разделены водоупорными аргиллитами и алевролитами. Невыдержанность
слоев по простиранию, частая перемежаемость, выклинивание и расщепление, многопачечное
строение пластов создают условия для гидравлической взаимосвязи отдельных
водоносных горизонтов, поэтому вся толща угленосных отложений рассматривается
как единый водоносный комплекс со слабыми фильтрационными свойствами (дебит до
2, 5 л/с, удельный дебит до 0, 8 л/с), коэффициент фильтрации до 0, 9 м/сут.
Промытость тощи пород создает благоприятные условия для погружения как зоны
активного водообмена, так и зоны метановых газов. Близость водоносного
горизонта тоже способствует выносу метана из угольного пласта, снижая в нем
газовое давление. |