Ю. А. Борисенко Фации континентальных и субконтинентальных отложений верхнего карбона западной части Донецкого каменноугольного бассейна




страница1/14
Дата13.06.2016
Размер2.4 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина

Геолого-географический факультет. Кафедра геологии

УДК 551.7.022:551.735(477.61/62)


Ю.А. Борисенко

Фации континентальных и субконтинентальных отложений верхнего карбона западной части Донецкого каменноугольного бассейна

Xарьков-2014

Реферат

Борисенко Ю.А. Фации континентальных и субконтинентальных отложений верхнего карбона западной части Донецкого каменноугольного бассейна. 2014.- С.163.- Библиогр. 119.



В работе изложены результаты литолого-фациального изучения верхнего карбона западной части Донецкого каменноугольного бассейна. Подчеркнуты особенности распространения пород, зависящие от удаленности от предполагаемой области сноса и от местоположения в цикле низшего порядка.

Рекомендуется выделение в верхнем карбоне Донбасса укрупненных фаций: 1.Море мелкое. 2.Залив или лагуна. 3.Озеро глубокое. 4.Озеро мелкое. 5.Болото. 6.Пролювий. 7.Аллювий русловый. 8.Аллювий пойменный. 9.Аллювий дельтовый. 10.Пересыпь (бар). Приводятся диагностические признаки для выделения фаций.

Ключевые слова: литологическое изучение, фации, верхний карбон, Донбасс.
Борисенко Ю.А. Фації континентальних і субконтинентальних відкладів верхнього карбону західної частини Донецького кам’яновугільного басейну. 2014. - С.163.- Бібліогр. 119.

В роботі викладено результати літолого-фаціального дослідження верхнього карбону західної частини Донецького кам’яновугільного басейну. Підкреслені особливості поширення порід, що залежать від віддаленості від здогадної області зносу і від місцезнаходження в циклі нижчого порядку.

Рекомендується виділення у верхньому карбоні Донбасу укрупнених фацій: 1.Море мілке. 2.Затока або лагуна. 3.Озеро глибоке. 4.Озеро мілке. 5.Болото. 6.Пролювій. 7.Алювій русловий. 8.Алювій заплавний. 9.Алювій дельтовий. 10.Пересип (бар). Наводяться діагностичні ознаки для виділення фацій.

Ключові слова: літологічне дослідження, фації, верхній карбон, Донбас.


Borysenko Y.A. Terrestrial and subterrestrial sediment facies of upper carbon in western part of Donetsk coal basin. 2014.- Р.163.- Bibl. 119.

This contribution describes the results of lithological and facial study of upper carbon of western part of Donetsk coal basin. Main features of rock distribution are considered depending of distance from suggested source area and location within the cycle of lower order of sediments. Following sedimentation is suggested within upper carbon of Donbas augmented facies: 1.Shallow sea; 2.Gulf or lagoon; 3.Deep lake; 4.Shallow lake. 5.Swamp; 6.Proluvium; 7.Alluvium of river-bed. 8. Fluvial plain. 9. Alluvium of delta. 10.Sand bar. The diagnostic characteristics are proposed for facies extraction.

Keywords: lithological study, facies, upper carbon, Donbass

Оглавление

Введение - 4

1.История вопроса - 6

2.Методика исследований - 18

3.Литологическая характеристика разреза - 20

4.Диагностика основных генетических типов континентальных и субконтинентальных отложений по литологическим данным - 73

5.Фациально-генетическая характеристика разреза и некоторые особенности условий осадконакопления в позднем карбоне по литологическим данным - 92

Заключение - 118

Приложение 1: Расшифровка термограмм – 123

Приложение 2: Примеры петрографического описания для выделенных фаций - 135

Приложение 3: О природе сингенетических размывов угольного пласта n1 в юго-западной части Донбасса - 150

Литература - 156

Введение


Одной из необходимых сторон геологосъемочных и геологопоисковых работ является изучение фаций. Установление путем фациального анализа генетической принадлежности пород имеет большое значение для пространственного ограничения геологических тел, с чем неизбежно связаны поиски полезных ископаемых. Несмотря на повышенный интерес к фациям и значительное число литолого-фациальных исследований, в практике геологических работ в Донецком каменноугольном бассейне фациальный анализ еще не занял должного места. Между тем, именно в Донбассе, может быть как нигде в других регионах, в каменноугольном периоде и в особенности в позднекаменноугольную эпоху существовали самые разнообразные обстановки осадконакопления – от типично морских до континентальных.

В этом отношении Донецкий каменноугольный бассейн является уникальным регионом для изучения фаций, что было использовано литологами Геологического института АН СССР и нашло в их работах наиболее полное выражение посредством воскрешения и дальнейшего развития фациально-циклического метода [Атлас литогенетических типов…1956; Жемчужников, Яблоков 1956 и др.]. Названный метод позволил проводить на генетической основе дробную дифференциацию литологически однообразных толщ карбона. Это было значительным шагом вперед в деле палеогеографического изучения не только каменноугольных отложений Донецкого каменноугольного бассейна, но и других регионов.

Вместе с тем, фациально-циклический метод имел и ряд существенных недостатков, главными из которых являлись – пестрота выделяемых фаций, а отсюда и неточная литологическая и палеонтологическая обоснованность дробных фациальных подразделений.

Названные недостатки заставляют в значительной мере по-новому подходить к изучению фациально-генетических особенностей пород. В этом плане помог многолетний опыт геологосъемочных работ, проведенных одновременно с литологическим и палеонтологическим изучением верхнего карбона Донбасса [Борисенко, Макаров 1968; Борисенко 1975 и др.]. Основное значение проведенных и изложенных в настоящей работе исследований заключается в их комплексности и установлении таких генетических типов, которые удовлетворяли бы современным требованиям поисковых и разведочных работ.

Основными при определении фаций являются литологическая и биофациальная стороны исследования пород, проводимого еще в поле. Они уже сами позволяют говорить о генетических типах отложений. Остальные признаки, выявленные в лабораторных условиях, как правило, лишь в незначительной степени могут изменять или дополнять первоначальную фациальную характеристику. Ни литологический, ни палеонтологический методы не дают каждый в отдельности достаточно достоверной информации об условиях образования осадка. Отдельно взятые литологические признаки в ряде случаев не позволяли разделять такие обстановки как лагуна, озеро, залив, тогда как привлечение, например, палеоботанического материала значительно облегчало эту задачу. С другой стороны, литология помогает расчленять толщи с однотипными флористическими комплексами. Так, например, песчаники и алевролиты с одинаковыми остатками каламитов могут относиться к различным генетическим типам; слоистость помогает выделять прибрежные и центральные части бывших малых водоемов и т.д.

Задача, поставленная перед настоящим исследованием, предусматривала: 1/ диагностику в полевых условиях основных расширенных генетических типов, которые позволяли бы осуществлять корреляцию их по площади; 2/ установление однотипных фаций в разрезе для детализации стратиграфических построений.

При этом под фацией понимается облик слоя, как сравнительное понятие, под генетическим типом – определенная ландшафтная единица условий осадконакопления.

Предлагаемая работа является результатом многолетних исследований, основанных на большом фактическом материале, накопленном в процессе целенаправленного изучения верхнекаменноугольных отложений западного Донбасса. Являясь комплексным литобиофациальным исследованием, эта работа естественно рассматривает объекты, содержащие обе составляющие то есть как лито- так и биофациальные признаки.

Стратиграфический интервал изученных отложений: исаевская С31(N), авиловская С32(О) и араукаритовая С33(Р) свиты. Район исследования охватывает всю площадь распространения пород верхнего карбона в западной части Донбасса примерно до широты п. Шебелинка.
1.История вопроса

В настоящем разделе рассматриваются лишь основные, непосредственно фациальные и палеогеографические исследования или такие общегеологические представления, следствием которых были фациальные и палеогеографические выводы.

Изучение верхнекаменноугольных отложений Донецкого каменноугольного бассейна велось весьма неравномерно и характеризуется двумя периодами усиленного внимания к нему. Первый период знаменуется геологическими исследованиями всего разреза карбона на площади «открытого» Донбасса в связи с обнаружением пластов каменного угля. Установленное впоследствии отсутствие промышленной угленосности в верхнем карбоне на долгое время значительно снизило интерес, проявляемый к породам этого возраста.

В послевоенные годы ХХ столетия начался второй период интенсивного изучения верхнего карбона в связи с решением проблемы Большого Донбасса и открытием нефти и газа в верхнепалеозойских отложениях Днепровско-Донецкой впадины.

Изучение фациально-генетических и палеогеографических особенностей верхнего карбона Донецкого каменноугольного бассейна связано со вторым периодом. В начале и середине ХIX века делались лишь смелые по тому времени предположения, основанные скорее на геологической интуиции. В конце ХIХ и в особенности в начале ХХ столетия появились первые работы, содержащие сведения по палеогеографии карбона.

Первое литологическое описание верхнепалеозойских пород и первая попытка палеогеографических реконструкций принадлежит Е.П.Ковалевскому [1827, 1829]. По его мнению, Донецкий кряж, «наслоения пород которого в соединении между собой представляют некоторую систему и постепенность перехода из одной формации в другую, … образовался в огромном бассейне, наполненном в разное время осажденным песчаником, в котором запутались пласты известняка и каменного угля». И далее: «Может быть, давшие образование сему кряжу горы разрушились до основания; может быть остатки оных являются в виде гранитных обломков по Днепру и Бугу?»

При изучении Бахмутской и частично Кальмиус-Торецкой котловин А.В.Иваницкий [1839] вслед за Е.П. Ковалевским выделил «краснопесчаниковую формацию», куда входила, очевидно, и большая часть верхнего карбона, во всяком случае, араукаритовая свита, на что указывают находки в нижней части разреза тонких пластов каменного угля и в изобилии «окаменелого дерева (проникнутого кремнеземом), иногда находящегося большими бревнами». Отмечая фациальную изменчивость пород, А.В.Иваницкий пишет о трудности отделения формации красного песчаника от формации каменноугольной, так как те при постепенном переходе настолько «сливаются, что границу между ними заметить никак нельзя».

Верхний отдел карбона в Донбассе был впервые четко выделен и обоснован палеонтологически А.В. Гуровым [1877] при описании Дружковского месторождения каменного угля. Верхнекаменноугольные отложения были разделены им на два яруса: нижний, софиевский, соответствующий, по-видимому, верхней части среднего карбона, и верхний – дружковский. Согласно описанию А.В. Гурова, дружковский ярус сложен преимущественно мелководными отложениями: зеленовато-серыми и красными песчаниками, зелеными и красными глинами с прослойками известняков и тонких угольных пластов. Характеризуя обстановку осадконакопления того времени, он отмечал, что «прослои конгломерата указывают на прибрежный или мелководный характер, а окаменелые стволы в соседнем песчанике на близость суши, покрытой хвойными лесами». Таким образом, А.В. Гуров уже тогда пришел к довольно правильным палеогеографическим выводам.

Донбасс же в целом А.В. Гуров несколько наивно представлял, как большой морской залив, изменение глубин которого выражалось в смене осадков от песчаников до глин и известняков. В дружковском ярусе он различал отложения мелководья и глубокого открытого моря. Выделялись также различные типы известняков и углей.

В более поздних своих работах А.В. Гуров [1882, 1893] приводит богатые списки органических остатков, указывающих на переходной, пермокарбоновый характер дружковского яруса. Переходной тип отложений подчеркивался также постепенным переходом к согласно залегающим бахмутским (пермским) слоям. Следует подчеркнуть, что А.В. Гуровым впервые было проведено сопоставление донецких разрезов с эталоном Русской платформы. Так, по его мнению, наиболее верно сопоставлять дружковский ярус Донбасса с гжельским ярусом подмосковного карбона.

Общие фациально-палеогеографические и тектонические представления А.В. Гурова нашли более практическое выражение в попытках стратиграфической увязки отдельных углесодержащих разрезов. Им высказывалось смелое на то время предположение о «подземной связи» (в теперешнем понимании об одновозрастности) углей Ново-Экономического и Дружковского месторождений.

К числу ошибочных представлений этого исследователя следует отнести вывод о несогласном залегании дружковского яруса на софиевских слоях, основанный, по-видимому, на широком распространении в верхней половине исаевской свиты крупнозернистых песчаников. Неудачной была также попытка проведения А.В. Гуровым фациального анализа. Так, например, отмеченные им для Дружковской антиклинали «быстрая изменчивость петрографического состава» и «частое выклинивание пород на ограниченном пространстве» на самом деле объясняется наличием разрывных нарушений.

В 1892 г. геологические исследования в Донецком каменноугольном бассейне начал Геологический комитет. Кроме составления детальной геологической карты он должен был произвести также «точное и отчетливое подразделение донецких каменноугольных отложений на отдельные горизонты» [Лутугин 1956].

В 1893 г. геологосъемочными работами, производимыми Н.И.Лебедевым, был охвачен верхний карбон юго-восточной части Кальмиус-Торецкой котловины, а уже в 1895 г. были намечены первые вехи подразделения его на свиты [Лебедев 1894, 1895]. В дальнейшем изучение верхнего карбона проводилось Л.И. Лутугиным в основном в Бахмутской котловине, где и был описан опорный разрез, увязанный с разрезами южного крыла Главной антиклинали [Лутугин 1894, 1895].

Созданная в начале работ по детальной геологической съемке стратиграфическая схема карбона Донецкого каменноугольного бассейна была опубликована в путеводителе к экскурсиям VII Международного геологического конгресса [Чернышев, Лутугин 1897]. Авторы путеводителя отметили, что весь «разрез донецкого палеозоя представляет непрерывную серию осадков, без каких бы то ни было перерывов в их отложении».

Вся толща карбона согласно приведенной стратиграфической схеме была разделена на 3 отдела, а отделы, в свою очередь, - на свиты, границы между которыми, как отмечают авторы, «ввиду фаунистической непрерывности» были более или менее условны. Верхний карбон мощностью свыше 2000 м, по представлениям авторов, слагался тремя свитами - С31(M), С32(N), С33(О), - выделение которых было произведено на основании постепенного исчезновения среднекаменноугольных форм и развития, по мнению авторов, позднекаменноугольных представителей, характерных для фаун Урала, Тимана и Северной Америки.

Примерно в это же время Л.И. Лутугиным высказывались взгляды на палеогеографическую схему образования донецких осадков. Он, в частности, считал, что Донбасс в карбоне – это узкий залив Русского каменноугольного моря, окруженного с трех сторон сушей. «По направлению к востоку, то есть по направлению к открытому морю, - писал Л.И. Лутугин, - более или менее мелководные, прибрежные осадки Донецкого залива постепенно замещаются осадками открытого моря – известняками. В этом же направлении выклиниваются пласты каменного угля». Грубость обломочного материала, поступавшего с суши в этот прогибавшийся залив, зависела от удаленности области сноса. Донецкий залив, по мнению Л.И. Лутугина, существовал на протяжении всего каменноугольного периода и лишь в начале перми стал распадаться на ряд отдельных бассейнов.

Таким образом, Л.И. Лутугин, как и А.В. Гуров, допускали существенную ошибку, абсолютизируя наиболее выраженную в осадках морскую обстановку и игнорируя континентальное развитие региона.

Согласно стратиграфической схеме Геологического комитета часть разреза, лежащая выше известняка №1(Р1), была отнесена к пермокарбону. На такое решение сильно повлияло мнение Н.Н. Яковлева [1896] и вслед за ним Н.В. Григорьева [1898], установивших переходной «пермокарбоновый» характер фауны и флоры отложений выше известняка №1.

Несколько позже Н.Н. Яковлев отказался от предложенного им термина «пермокрабон». В 1908 г. при расчленении палеозойских отложений северо-западной окраины Донбасса он выделил помимо каменноугольной продуктивной толщи, каменноугольную непродуктивную, араукаритовую толщу и толщу медистых песчаников, отнеся лишь последнюю к нижней перми.

Условность границы между араукаритовой и вышележащей красноцветной толщей была отмечена и В.И. Соколовым [1915]: условность эта «заключается в отсутствии таких руководящих горизонтов, как известняки … Песчаники же не всегда могут служить примерным демаркирующим горизонтом, как ввиду отсутствия в них особых отличительных признаков, так еще и потому, что в данной толще они, по-видимому, не сохраняют один и тот же характер на больших протяжениях».

Вместе с тем, на изданных впоследствии картах детальной геологической съемки [Материалы к детальной геологической карте…1926] пермокарбон продолжал выделяться в объеме, установленном стратиграфической схемой Геологического комитета. Такой двойственный подход к определению возраста араукаритовой толщи неизбежно вызвал необходимость более детального ее изучения. В частности, возникал вопрос о времени горообразовательных процессов в Донбассе и изменении в связи с этим физико-географических условий того времени.

Несомненная смена физико-географических условий к концу карбона связывалась Н.Н. Яковлевым [1914] с началом горообразовательных движений. Подтверждение этому положению он находит в прекращении образования каменного угля, а также в широком развитии красноцветных пород и галечников. По Н.Н. Яковлеву, эти процессы начались «никак не позже эпохи образования араукаритовой толщи».

В это же время М.Д. Залесским [1914] подчеркивается сложная седиментационная жизнь Донецкого каменноугольного бассейна, который был «ареной частых смен заболоченной суши морем и обратно». Кроме того, указанный автор предполагал наряду с опусканием суши значительные поднятия вдоль морских побережий и внутри континента. Причем, на таких поднятиях, по его мнению, произрастала флора весьма отличная от растительности болот. В этой связи М.Д. Залесский высказал предположение, что находимые в разрезе верхнего карбона окаменелые стволы Dodaxylon, обычно называемые араукариями, не могли принадлежать к болотной флоре. Основанием к тому послужила находка Н.Н. Яковлевым у г. Дружковка древесины с годичными кольцами, указывающими на сезонную смену температурных условий в течение года, что также позволило высказать предположение об изменении климатических условий позднего карбона в сторону большей аридизации.

В 1932 г. Б.И. Чернышев сделал попытку определения фациальных условий накопления верхнекаменноугольных отложений, а также расчленения их на основании фауны двустворчатых моллюсков [Чернышев 1932].

Вышедший в 1944 г. VII т. «Геологии СССР» подытожил существовавшие к тому времени представления на развитие Донецкого региона в позднекаменноугольную эпоху. Была изменена и индексация свит: араукаритовая свита была включена в состав верхнего карбона с индексом С33(Р), нижележащие свиты стали соответственно обозначаться - С32(О), С31(N) и С27(М).

Внимание к палеогеографическим вопросам значительно усилилось в довоенный период ХХ века. Из обобщающих работ того времени представляют интерес появившиеся одна за другой статьи Н.С. Шатского [1937] и А.З. Широкова [1940], в которых авторы пришли к диаметрально противоположным выводам в отношении закономерностей распределения осадков в Донецком каменноугольном бассейне.

Согласно Н.С. Шатскому, мощность карбона (в том числе и верхнего) увеличивается во впадинах и уменьшается на антиклиналях в связи с зарождением складчатости уже в процессе осадконакопления. Он считал также, что мощность карбона увеличивается по направлению с севера на юг и с запада на восток. При этом снос обломочного материала шел с горного кряжа, расположенного южнее перекрытого палеозоем Приазовского кристаллического щита.

В противоположность Н.С. Шатскому, А.З. Широков обосновал отсутствие зависимости изменения мощностей от основных тектонических структур бассейна. Он отметил увеличение мощности каменноугольных отложений с запада на восток и от периферии к осевой части. Привнос основного терригенного материала осуществлялся с запада и юго-запада. Источником его был Украинский кристаллический щит. Опираясь на анализ мощностей и фаций, А.З. Широков пришел к выводу о возникновении складкообразовательных движений в предпозднепермское время, то есть по окончанию накопления каменноугольных и нижнепермских осадков.

В работах второй половины ХХ века точку зрения А.З. Широкова разделили Д.Е. Айзенверг [1952], Л.П. Нестеренко и М.Л. Левенштейн [1953, 1954, 1955] и др.

Взгляды Н.С. Шатского поддерживали в дальнейшем Н.В. Логвиненко [1953], В.А. Банковский [1956], Н.А. Лейе и Ю.А. Борисенко [1965], А.К.Михалев [1967, 1968], Б.П. Кабышев [1968] и др.

Необходимо указать, что параллельно с этими двумя точками зрения существовала и третья, высказанная ранее Н.Н. Яковлевым [1914], который предполагал в конце каменноугольного периода горообразовательные движения. Точку зрения Н.Н. Яковлева приняли и в дальнейшем наиболее последовательно отстаивали К.Н. Савич-Заблоцкий и И.Ю. Лапкин [1948]. Справедливости ради нужно признать, что в работах Н.В. Логвиненко и В.А.Банковского понятия конседиментационного развития бассейна и горообразовательных движений в конце карбона не были четко разграничены и зачастую отождествлялись.

Непоследовательная, двойственная позиция в этом вопросе излагается и в известной сводке по геологии Донбасса [Геология угольных месторождений, т.1, 1963]: В.С. Попов в разделе «Тектоника», поддерживая А.З. Широкова, все же предполагает, что «начало конседиментационного формирования такой основной структуры, как Главная антиклиналь, могло быть связано с более ранними движениями начала нижней перми».

Из работ с более конкретными палеогеографическими представлениями особого внимания, по нашему мнению, заслуживает работа Л.Ф.Лунгерсгаузена [1941], в которой наиболее полно отражены палеогеографические особенности верхнекаменноугольных образований. Л.Ф.Лунгерсгаузен пишет, что «первое отчетливое проявление орогенических движений» относится к предараукаритовому времени. Указанные движения приподнимали отдельные участки геосинклинального бассейна, чем наметили контуры важнейших форм будущей тектонической структуры, хотя и не создали несогласий внутри свит. «Слабо обозначенные в рельефе, эти рождающиеся неровности были все же достаточно ощутимы для текучей воды и могли (и должны были) определить расположение местных гидрографических систем, направление которых неоднократно менялось в зависимости от изменчивых форм тектонического ландшафта».

Наметившиеся в позднекаменноугольную эпоху контуры антиклинальных поднятий способствовали центростремительному расположению гидрографической сети. Так, для Кальмиус-Торецкой котловины Л.Ф. Лунгерсгаузен предполагал, что воды в районе с.Александро-Калиново на замыкании Главной антиклинали стекали в северо-западном направлении, к центральным ее частям, то есть в вероятном соответствии с осью впадины, а в районе балки Железной на южном склоне Главной антиклинали направление потоков менялось на южное.

Аналогичная картина, по автору, предполагалась и для Бахмутской котловины: в верховьях р. Лугань, между с. Троицкое и с. Луганское, то есть на восточном склоне котловины, потоки имели преобладающее северо-западное направление; вдоль северного борта Картамышской впадины они стекали на юг; у с. Корулька, на северо-западной окраине котловины, реки имели восточное направление.

Л.Ф. Лунгерсгаузен считал, что араукаритовая свита составлена чередованием морских и преобладающих типично континентальных отложений. Это чередование позволило ему наметить закономерное цикличное строение свиты. Каждая серия отложений, объединенная в один цикл, выделяется после эрозионного размыва, связанного, как он считал, с быстрым поднятием дна геосинклинального бассейна. Опускание вызывало интенсивную деятельность коротких и бурных речных потоков. О характере этих потоков может свидетельствовать значительное количество свежих полевых шпатов и хорошая сохранность зерен апатита, перенос которых на большие расстояния автор справедливо не мог предположить. Заканчивается цикл обычно озерно-болотными или опресненно-морскими отложениями.

Происхождение красноцветов Л.Ф. Лунгерсгаузен связывал с процессами медленного осадконакопления и периодического освобождения отдельных участков от воды. Одновременно с этим он пытался проследить их возрастную приуроченность и ошибочно намечал опускание красноцветов в более низкие горизонты при переходе от Кальмиус-Торецкой котловины к Главной антиклинали.

Л.Ф. Лунгерсгаузен отметил резкую смену облика пород араукаритовой свиты на границе с нижней пермью. Это фиксируется, во-первых, развитием неполных мелких циклов в связи с уменьшением опусканий площади осадконакопления, во-вторых, изменением климата и, в-третьих, резким ухудшением сохранности пластических зерен. Тонкая и правильная слоистость при поразительном однообразии литологического состава на больших пространствах свидетельствует, по автору, о накоплении самой верхней части араукаритовой и всей картамышской свиты в условиях очень плоской низкой аллювиальной равнины, периодически затопляемой водами часто выходящих из берегов многочисленных рек и ручьев.

Характер флоры, а также широкое развитие речных и озерных отложений в средних и низких частях араукаритовой свиты свидетельствует, по мнению автора, о преобладании достаточно влажного, ровного и теплого климата. К концу араукаритового времени климат «становится менее ровным, более континентальным, значительно более сухим, … может быть, частью даже более холодным, а не жарким, тропическим».

Полемизируя с Н.Н. Яковлевым [1914], Л.Ф. Лунгерсгаузен пишет, что подобное изменение климата «не представляется возможным связывать с причинами местными, именно, с возникновением Донецких гор. Последние, даже к моменту окончательного своего оформления (после заальской фазы, то есть после отложения соленосной свиты) не могли быть велики, и площадь распространения их была очень ограничена. Изменение климата, по-видимому, правильнее связывать с причинами более общими, широко региональными…».

Изложив вкратце основные вехи в развитии общетеоретических представлений на развитие Донецкого каменноугольного бассейна в позднекаменноугольную эпоху, ниже имеет смысл остановиться лишь на работах, содержащих узкие лито- и фитофациальные выводы, а также на геологосъемочной изученности верхнего карбона западной части региона.

В 1928 г. работой В.А. Зильберминца и В.П. Маслова было положено начало литологическому изучению каменноугольных пород Донбасса. К сожалению, из верхнего карбона они изучили лишь несколько известняков.

В.В. Татарский [1934] предложил использовать акцессорные минералы в корреляционных целях при исследовании 26 образцов из нижней части араукаритовой свиты по балке Железной. Отмечая преобладание в тяжелой фракции граната, турмалина, циркона и рутила, он пришел к мысли о сносе обломочного материала с Приазовского кристаллического щита.

Снос обломочного материала представлялся в то время весьма упрощенно. Так, согласно Б.Л. Личкову [1933], следовало допустить, что весь терригенный материал многокилометровой толщи бассейна был вынесен огромной рекой, протекавшей по Днепровско-Донецкой впадине с северо-запада на юго-восток и впадавшей в море западной части Донбасса.

В последующем, в 50-60-х годах ХХ столетия появился ряд работ, касающихся в той или иной степени литологии и палеогеографии верхнекаменноугольных отложений Донецкого каменноугольного бассейна и Днепровско-Донецкой впадины. Наиболее значительными из них являются работы Н.В. Логвиненко [1947, 1952, 1953, 1956, 1957], Н.В. Логвиненко и Г.В. Карповой [1954, 1955], Г.В. Карповой [1955, 1957], М.П. Кожич-Зеленко [1956, 1961], Э.П. Шевяковой [1964], Ю.А. Борисенко [1968 и др.] и др.

Особое место среди фациальных исследований занимают работы литологов Геологического института АН СССР, начатые под руководством Ю.А. Жемчужникова [Атлас литогенетических типов… 1956; Строение и условия накопления угленосных свит… 1959-1960 и др.]. Они явились наиболее фундаментальными исследованиями в области литофациального анализа. В них детально освещены разнообразные литофациальные черты терригенных отложений, как то: типы слоистости, особенности вещественного состава, гранулометрии и т.п. Выделено значительное число дробных литогенетических типов (44 для среднего карбона и позднее 48 для верхнего карбона и нижней перми).

Предложенная методика, хотя и была основана на изучении лишь продуктивной среднекаменноугольной толщи, несомненно и сейчас имеет общеметодическое значение. По этой методике много лет продолжали работать как сотрудники ГИН АН СССР [Ботвинкина 1962, 1965 и др.], так и литологи и геологи-съемщики других организаций [Феофилова, Левенштейн 1963 и др.], изучавшие карбон Днепровско-Донецкой впадины и северо-западной окраины Донбасса.

В 1966 г. опубликована работа А.П. Феофиловой, освещающая на примере Западного Донбасса (фактически по материалам 5-6 скважин в Бахмутской котловине) особенности переходной зоны от угленосных отложений к соленосным. Книга является логическим продолжением серии работ по фациальному изучению карбона Донбасса. В ней подробно освещаются фациальные условия накопления и цикличность различных типов верхнекаменноугольных отложений, однако эти интересные выводы, распространяемые автором на громадную территорию северо-западной окраины Донбасса, строятся, к сожалению, на довольно ограниченном фактическом материале.

В предлагаемой работе полностью использованы достижения литологов ГИН АН СССР, в то же время сделана попытка избежать недочетов, имевших место в работах предшественников, к которым, по нашему мнению, относятся:

- недостаточное использование биофациальных признаков;

- чрезмерное дробление генетических типов.

Дробление генетических типов с доведением фациальной интерпретации, например, до установления пяти литогенетических типов только для фации глинистых осадков лагун и заливов и трех для фации песчано-алевритовых осадков зоны волновой ряби заливно-лагунного побережья не получило среди большинства донецких геологов-съемщиков широкого признания. Не поддерживалось оно и геологами киевской школы. На необходимость замены нескольких десятков генетических типов 15-20-ю укрупненными фациями указывал А.Г. Кобилев [1963]. Невозможность, а главное, нецелесообразность выделения столь многочисленных генетических типов особенно явно ощущаются во время геологосъемочных работ при попытках проведения площадных фациальных построений [Борисенко 1974].

Что касается биофациальных признаков, то в работах литологов ГИН АН СССР, как правило, содержатся лишь упоминания о степени сохранности и обилии остатков растений или животных. Нет речи об экологической интерпретации строения организмов, почти не отмечается авто- или аллохтонность остатков, характер их залегания, систематический состав, ориктоценозы и т.п.

Как неотъемлемая сторона фациального анализа каменноугольных отложений Донбасса, содержащих растительные остатки, сравнительно недавно возник и до сих пор находится в стадии разработки фитофациальный метод [Щеголев 1991 и др.]. Подавляющее большинство флористов и палеоботаников в эколого-палеогеографическом аспекте использовали каменноугольные растения главным образом как показатель климата и, реже, таких крупных ландшафтных категорий, как область осадконакопления (низменность) и область размыва (горная страна). Причем, при оценке экологии растений всецело исходили из морфофункционального анализа самих растений, не принимая во внимание фациальных особенностей осадков, содержащих остатки этих растений. Разнообразнейшая по своей экологии позднекаменноугольная растительность низменностей признавалась растительностью каменноугольных болот.

Наряду с такими представлениями, почти ничего не дающим для фациальных реконструкций, уже в конце Х1Х-начале ХХ в. в печати начали появляться хотя и очень редкие сведения по тафономии каменноугольных растений. М.Д. Залесский уже отличал растительность заболоченных низменностей возвышенных районов, находившихся, по его мнению, вне территории современного бассейна [Залесский 1914 и др.]. Эти и некоторые другие сведения можно рассматривать как данные, послужившие исходным материалом для возникновения фитофациального анализа. Не меньшее значение для установления фитофациального метода имели теоретические представления о развитии растительного покрова, изложенные в работах А.Н. Криштофовича [1933] и И.А. Ефремова [1950].

Со второй половины 60-х годов вопрос детальной экологической дифференциации среднекаменноугольных низменностей Донецкого каменноугольного бассейна обстоятельно изучался палеоботаником О.П.Фисуненко [1965, 1968 и др.]. Широко используя циклический анализ, он выделил в составе низинной растительности ряд ассоциаций: гигрофильную, гигро-мезофильную и мезофильную. При этом отмечались болотные и озерные комплексы.

С 1957 г. фитофациальный уклон приняли исследования А.К. Щеголева. Толчком к этому послужила находка многочисленных остатков хвойных в песчаниковой толще близ рубежа среднего и верхнего карбона [Щеголев 1958, 1961, 1964, 1965]. Такой факт, противоречивший по тому времени представлениям о распространении хвойных, следовало объяснить и всесторонне обосновать. Обнаруженный комплекс разительно отличался от комплексов, встреченных как выше, так и ниже данной залежи. Столь же явно отличалась и порода, заключавшая остатки «пермских» растений. Ключ к разгадке необычности комплекса мог лежать лишь в исключительности его экологии, а для того, чтобы судить об условиях произрастания и захоронения растений, нужно было прежде всего изучить генезис имеющихся отложений.

К настоящему времени высокой степени детальности достигла и геологосъемочная изученность верхнего карбона западной части Донбасса в масштабах 1:5000-1:50 000. В геологических отчетах приводятся довольно подробные описания выходов верхнекаменноугольных пород, данные о мощности разреза и полезных ископаемых. Наибольшее внимание уделено маркирующим горизонтам и их синонимике [Макаров, Борисенко 1968]. Изучены фациальные особенности и вещественный состав верхнекаменноугольных пород западной части Донбасса [Борисенко 1967-1970, 1973-1977, 1979-1981].

Резюмируя вышеизложенные, во многом противоречивые представления на развитие Донецкого региона, целесообразно оттенить следующие моменты:

1. Подавляющее большинство геологов считает осадконакопление в карбоне Донецкого каменноугольного бассейна непрерывным, а наиболее континентальным членом седиментационного ряда признается болотная низменность [Чернышев 1932 и др.]. Лишь некоторые исследователи [Лунгерсгаузен 1941; Логвиненко 1953 и др.] отмечают возможность временных перерывов. Однако вопрос о временном соотношении перерыва и осадконакопления никем не ставился.

2. Идея конседиментационного роста структур в позднем карбоне [Шатский 1937; Лунгерсгаузен 1941] нашла последователей главным образом в лице донецких съемщиков [Лейе, Борисенко 1966; Борисенко и др. 1974 и др.].

3. Большинство геологов основной, абсолютно доминировавшей обстановкой в Донецком каменноугольном бассейне считает обстановку моря [Айзенверг 1952 и многие др.], умаляя значение аллювиальных и других континентальных отложений, что, между прочим, находит выражение даже в употреблении названия региона – Донецкий бассейн, вместо - Донецкий каменноугольный бассейн.

4. Климат в течение позднекаменноугольной эпохи большинством исследователей считается переходным от гумидного к аридному. Причем обычно отмечается постепенность процесса аридизации.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение литологических и биофациальных особенностей верхнего карбона производилось как по обнажениям во время детального геологического картирования, так и по керну разведочных и поисковых скважин. Керновый материал, как наиболее свежий, поступал в основном на лабораторные исследования. Данные картирования существенно дополняли наблюдения по скважинам, придавая им характеристику площадного распространения. В отдельных случаях образцы из обнажений также поступали на лабораторные исследования.

При изучении кернового материала основное внимание уделялось выяснению генетических признаков и особенностей их взаимоотношения в разрезе. Учитывая то, что в керне хорошо фиксируется лишь мелкая слоистость, характеристика слоистости большинства песчаников производилась при изучении обнажений. Более удобно было наблюдать в обнажениях на больших протяжениях характер контактов и взаимопереходов различных пород и другие особенности, которые порой невозможно увидеть в скважинах. Все эти данные имеют инструментальную привязку на планшетах детальной геологической съемки, которые хранятся в фондах теста «Артемгеология».

С наибольшей детальностью и тщательностью были изучены непрерывные опорные разрезы верхнего карбона на западном замыкании Главной антиклинали, на западном и юго-восточном крыльях Кальмиус-Торецкой котловины, в крайних юго-восточных частях Бахмутской и Кальмиус-Торецкой котловин, а также на Корульском, Петровском и Мечебиловском куполах. Литофациальные исследования проводились также по отдельным интервалам разрезов на Дружковской антиклинали, на южном крыле Главной антиклинали и во многих других местах.

Кроме того, в различных частях западного Донбасса был просмотрен керн более сотни скважин, а в камеральных условиях обрабатывались материалы по всем без исключения скважинам, перебурившим верхнекаменноугольные отложения. Полностью использованы также материалы детальных геологических съемок, в которых автор принимал непосредственное участие.

Отбор образцов из керна скважин и обнажений для лабораторных исследований производился с таким расчетом, чтобы нормальный разрез был опробован в среднем через 20 м. При частом чередовании пород количество отобранных проб обычно увеличивалось, а в случае мощных однородных толщ – уменьшалось. Опробованию были подвергнуты все континентальные и субконтинентальные литогенетические типы пород. Фациальная принадлежность при этом определялась по положению пород в цикле, по текстурным особенностям, растительным и фаунистическим остаткам. Керн, содержащий определимый палеоботанический материал, забирался для исследования полностью.

При лабораторной обработке собранного каменного материала описано более 700 шлифов, 50 тяжелых и легких фракций, сделано более 5000 полуколичественных и 50 количественных спектральных и 300 химических анализов, произведено более 1000 гранулометрических анализов, снято и расшифровано 60 дебаеграмм и дифрактограмм, изучены дифференциальные термические кривые 200 образцов глинистых пород. Контрольные анализы производились в комплексной лаборатории треста «Артемгеология».

Методика производства анализов соответствуют общепринятой [Методы изучения осадочных пород, 1957]. Обработка разнообразных анализов производилась с применением некоторых приемов математической статистики: оценка средних содержаний, линейная множественная корреляция и др. [Шарапов 1965].

3. ЛИТОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗРЕЗА

До установления и характеристики главных диагностических признаков фаций было проведено литологическое изучение всего разреза верхнего карбона. Необходимо было изучить общий «фон» разреза, на котором прослеживаются фации.

Литологически верхнекаменноугольные породы западного Донбасса представлены толщей переслаивающихся песчаников, алевролитов и аргиллитов, между которыми вполне обычны взаимопереходы, с подчиненным значением карбонатных и угольных горизонтов (Табл. 1-3).
Таблица 1

Литологический состав (%) и мощность (м) исаевской свиты С31



Район

Песчаная состав-

ляющая


Глинистая

состав-


ляющая

Извест-

няки


Угли

Пестро-цветы

Мощ-ность

Терновское

поднятие


?

?

?

?

?

?

Петровский

купол


?

?

?

?

?

?

Корульский

купол


44,4

54,4

1,2

-

-

620

Дружковская

антиклиналь



47,4

51,3

1,3

0,01

-

735

Замыкание Главной антиклинали

51,8

45,5

2,2

0,5

2,5

760

Южное крыло Глав-

ной антиклинали



54,2

44,2

1,4

0,2

1,3

850

ЮВ часть Кальмиус-

Торецкой котловины



59,0

39,6

0,9

0,5

5,2

935

ЮВ часть Бахмутской

котловины



50,0

47,9

1,9

0,2

-

975

ЮЗ часть Кальмиус-

Торецкой котловины



53,6

46,1

0,15

0,15

4,0

460

Западное крыло

Кальмиус-Торецкой

котловины


47,5

50,4

2,0

0,1

10,2

640

Таблица 2. Литологический состав (%) и мощность (м) авиловской свиты С32



Район

Песчаная состав-

ляющая


Глинистая

состав-


ляющая

Извест-

няки


Угли

Пестро-цветы

Мощ-ность

Терновское

поднятие


55,4

38,6

5,9

-

4,6

495

Петровский

купол


53,1

44,6

2,3

0,02

2,3

705

Корульский

купол


54,7

43,7

1,5

0,04

2,2

670

Дружковская

антиклиналь



59,8

38,9

1,3

0,04

2,0

730

Замыкание Главной антиклинали

54,4

44,4

1,1

0,1

18,0

825

Южное крыло Глав-

ной антиклинали



58,4

40,6

0,85

0,15

17,8

965

ЮВ часть Кальмиус-

Торецкой котловины



61,5

36,1

2,3

0,1

4,0

1120

ЮВ часть Бахмутской

котловины



49,7

49,4

0,9

-

4,4

1040

ЮЗ часть Кальмиус-

Торецкой котловины



45,5

52,4

2,1

0,04

4,7

810

Западное крыло

Кальмиус-Торецкой

котловины


39,4

51,4

3,6

0,2

5,5

820

Таблица 3. Литологический состав (%) и мощность (м) араукаритовой свиты С33



Район

Песчаная состав-

ляющая


Глинистая

состав-


ляющая

Извест-

няки


Угли

Пестро-цветы

Мощ-ность

Терновское

поднятие


41,5

56,7

1,8

0,03

13,3

370

Петровский

купол


43,3

55,6

0,9

-

29,4

440

Корульский

купол


53,8

43,5

0,6

0,1

12,0

570

Дружковская

антиклиналь



54,4

44,8

0,7

0,1

14,9

780

Замыкание Главной антиклинали

62,8

35,0

0,9

0,1

30,5

750

Южное крыло Глав-

ной антиклинали



65,7

32,0

0,5

0,02

27,3

975

ЮВ часть Кальмиус-

Торецкой котловины



66,5

33,3

0,2

0,02

31,0

1100

ЮВ часть Бахмутской

котловины



59,9

38,7

1,3

0,1

15,5

1025

ЮЗ часть Кальмиус-

Торецкой котловины



?

?

?

?

?

?

Западное крыло

Кальмиус-Торецкой

котловины


?

?

?

?

?

?

Различия в химическом составе в ряду песчаники – алевролиты – аргиллиты проявляются в уменьшении количества кремния при одновременном возрастании алюминия, что соответствует соотношению между кварцевыми зернами и глинистым материалом (Табл. 4-6). Закономерных изменений содержания химических элементов по разрезу не выявлено. Отдельные аномальные проявления средних значений (например, 58 и 83 % SiO2 в составе песчаников) вероятно связаны с малым количеством или определенным местом отбора образцов. Этим же объясняется и возрастание до 6 % количества СаО в песчаниках авиловской свиты при относительно небольшом количестве проб.


Таблица 4. Химический состав песчаников верхнего карбона (средние содержания в %).




Интервал (количество образцов)

N1-N2н(13)

N2н-О1(27)

О11(9)

Р13(21)

Р3-Q1(11)

SiO2

70,4

74,5

58,8

82,9

74,4

Al2O3

14,9

(12,9)

11,9

(11,0)

12,3

TiO2

0,6

0,4

1,0

Fe2O3

4,8

4,2

5,2

1,8

3,7

FeO







3,3




2,2

CaO

1,3

1,0

6,6

0,9

0,7

MgO

1,1

1,1

1,7

0,6

1,6

MnO

-




0,4







K2O

2,0




1,8




2,7

Na2O

2,2




0,5




0,8

SO3

-

0,1

0,1




-

P2O5







0,3




0,1

H2Oгигр

1,0

0,6

0,7




1,6

Таблица 5. Химический состав алевролитов верхнего карбона (средние содержания в %).






Интервал (количество образцов)

N11(18)

О11(18)

Р13(8)

Р3-Q1(15)

SiO2

58,0

67,4

66,2

66,4

Al2O3

19,1

(15,2)

(16,7)

(16,8)

TiO2

0,7

Fe2O3

8,0

5,3

5,8

5,5

FeO

5,0










CaO

2,1

2,1

0,5

0,7

MgO

2,3

1,2

1,9

2,1

MnO

0,3










K2O

2,3










Na2O

1,3










SO3

0,1

0,1

0,2

-

P2O5

0,2










H2Oгигр

1,3

1,5

2,1

2,6

Таблица 6. Химический состав аргиллитов верхнего карбона (средние содержания в %).






Интервал (количество образцов)

N1-N2н(76)

N2н-О1(8)

О11(46)

Р13(33)

Р3-Q1(90)

SiO2

57,1

63,5

61,9

61,1

61,3

Al2O3

19,5

22,3

(19,3)

19,7

(18,9)

TiO2

0,8

0,8

1,1

Fe2O3

4,8

6,4

6,3

6,8

6,9

FeO

4,9

1,7




4,0




CaO

2,0

1,3

1,2

0,5

0,8

MgO

2,0

1,7

2,1

2,3

2,4

MnO

0,1

0,1




0,1




K2O

3,2

2,8




3,5




Na2O

1,1

1,2




1,0




SO3

0,3

0,1

0,2

0,2

0,1

P2O5

0,2

0,2




0,2




H2Oгигр

1,5

1,0

2,0

1,9

2,4

В карбоне Донбасса, в том числе и в верхнем карбоне, отсутствует связь между концентрацией фосфора и гранулометрическим спектром отложений, то есть проявляется так называемое неупорядоченное распределение, указывающее на слабую дифференциацию вещества [Борисенко 1981]. Среднее содержание Р2О5 в различных породах в общем соответствует среднему содержанию в осадочных породах (0,2 %).

Основная масса фосфора выносилась из области сноса в растворах в виде обломочного апатита, роль которого в общем балансе фосфора в терригенных породах незначительна. По суммарным данным большее количество фосфора связано в осадках, находившихся ближе к области сноса. Обогащение фосфором карбонатных пород в определенной степени произошло за счет скелетных частей морских организмов, в частности конодонтов, рыб и др.

Концентрация фосфора в фациях гумидного климата примерно одинакова. Заметно уменьшается она при существенно восстановительных или окислительных условиях осадконакопления (болотные фации и пестроцветы), что позволяет использовать степень обогащенности пород фосфором в качестве дополнительного индикатора указанных обстановок.

Ведущую роль в разрезах верхнего карбона играют обломочные породы (Табл. 1-3). Они представлены непрерывным рядом от мелкогалечных конгломератов до алевролитов. Главными компонентами обломочной части этих пород неизменно являются кварц, полевые шпаты, обломки горных пород и слюда, количество которых для сопоставления пересчитано на 100% (Табл. 11) [Борисенко 1968, 1979; Борисенко, Смишко 1974].

При сравнении количества различных составных частей у одновозрастных гравелитов, песчаников и алевролитов одних и тех же районов установлено, что переход от песчаников к алевролитам независимо от места в разрезе и на площади имеет постоянную тенденцию к кварцевой мономинеральности. Вызвано это меньшей устойчивостью мелких зерен полевого шпата, слюды и обломков горных пород. Гравелиты отличаются от песчаников увеличенным содержанием в их составе крупных обломков горных пород и окатанных конкреций.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница