Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід

Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід

В статті подані результати дослідження трансформації мінералів гірських порід вугільних родовищ Донбасу. Вивчались проби пісковиків середнього карбону з районів поширення вугілля марки Г периферійних ділянок регіону. В ході досліджень оптичними та іншими методами встановлена різниця інтенсивності ге...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2016
Автор: Маметова, Л.Ф.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2016
Назва видання:Геотехнічна механіка
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138302
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід / Л.Ф. Маметова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 53-62. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-138302
record_format dspace
spelling irk-123456789-1383022018-06-19T03:05:05Z Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід Маметова, Л.Ф. В статті подані результати дослідження трансформації мінералів гірських порід вугільних родовищ Донбасу. Вивчались проби пісковиків середнього карбону з районів поширення вугілля марки Г периферійних ділянок регіону. В ході досліджень оптичними та іншими методами встановлена різниця інтенсивності геохімічних перетворень і мікродеформацій основних мінералів у відкладах на заході та сході. Геохімічні та структурні зміни мінералів пісковиків на обох ділянках схожі, але є ряд ознак, які свідчать про імпульсний характер тектонічних рухів і різну інтенсивність напруги – вищу на сході, ніж на південному заході регіону. Перша – встановлено диференціацію в поширенні типів мікродеформацій структури породотвірних мінералів. Пластична порушеність кварцу комбінаційно складніша на сході. Друга – температурний градієнт на сході вищий завдяки прихованим магматичним осередкам і „термальним куполам‖, які прискорюють зміни в польових шпатах, карбонатах і впливають на катагенез. Третя – в результаті деформацій відбувається розкриття структурних дефектів мінералів, змінюється морфологія пустотного мікропростору. В умовах нерівномірного об’ємного стискування породи збільшується ширина та довжина відкритих тріщин всередині мінералів і між зернами, що впливає на стан породного масиву. В статье представлены результаты исследования трансформации минералов горных пород угольных месторождений Донбасса. Изучались пробы песчаников среднего карбона из районов распространения угля марки Г периферийных участков региона. В ходе исследований оптическими и другими методами установлена разница в интенсивности геохимических превращений и микродеформаций основных минералов в отложениях на западе и востоке. Геохимические и структурные изменения минералов песчаников на этих участках похожи, но есть ряд признаков, которые свидетельствуют об импульсном характере тектонических движений и разной интенсивности напряжения – более высоких на востоке, чем на юго-западе региона. Первый – установлена дифференциация в распространении типов микродеформаций структуры минералов комбинационно более сложных на востоке. Второй – температурный градиент на востоке выше благодаря скрытым магматическим очагам и „термальным куполам‖, которые ускоряют изменения в полевых шпатах, карбонатах и влияют на катагенез. Третий – в результате деформаций происходит раскрытие структурных дефектов минералов, изменяется морфология пустотного микропространства. В условиях неравномерного объемного сжатия пород увеличивается ширина и длина открытых трещин внутри минералов и между зернами, что влияет на состояние породного массива. The research results of mineral transformation in the rocks of Donbass coalfields are presented in the article. Sandstones samples of medium carbon from the G-grade coal spreading areas in peripheral areas of the region were studied. In the course of optical and other researches, difference between intensity of geochemical transformations and microstrain of essential minerals in the western and eastern sediments was determined. Geochemical and structural changes of the sandstone minerals are similar in these areas, but there are a number of signs indicating an impulsive nature of tectonic movements and different stress intensity, which is higher in the east and lower in the southwest. The first sing is an established differentiation between microstrain types spreading in the rockforming minerals. Combinations of the quartz elastic deformations are more complex in the east. The second sign is that temperature gradient in the east is higher due to the hidden magma centres and "thermal domes", which speed up changes in the feldspars and carbonates and affect the katagenesis. The third sign is that in result of deformations, mineral structural defects are opened and morphology of cavitated microspace changes. In conditions of the rock uneven volumetric compression, width and length of the cracks opening inside and between the mineral grains increases. These processes affect the state of the rock mass. 2016 Article Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід / Л.Ф. Маметова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 53-62. — Бібліогр.: 11 назв. — укр. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138302 552.08:622.02:539.2/.8 uk Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description В статті подані результати дослідження трансформації мінералів гірських порід вугільних родовищ Донбасу. Вивчались проби пісковиків середнього карбону з районів поширення вугілля марки Г периферійних ділянок регіону. В ході досліджень оптичними та іншими методами встановлена різниця інтенсивності геохімічних перетворень і мікродеформацій основних мінералів у відкладах на заході та сході. Геохімічні та структурні зміни мінералів пісковиків на обох ділянках схожі, але є ряд ознак, які свідчать про імпульсний характер тектонічних рухів і різну інтенсивність напруги – вищу на сході, ніж на південному заході регіону. Перша – встановлено диференціацію в поширенні типів мікродеформацій структури породотвірних мінералів. Пластична порушеність кварцу комбінаційно складніша на сході. Друга – температурний градієнт на сході вищий завдяки прихованим магматичним осередкам і „термальним куполам‖, які прискорюють зміни в польових шпатах, карбонатах і впливають на катагенез. Третя – в результаті деформацій відбувається розкриття структурних дефектів мінералів, змінюється морфологія пустотного мікропростору. В умовах нерівномірного об’ємного стискування породи збільшується ширина та довжина відкритих тріщин всередині мінералів і між зернами, що впливає на стан породного масиву.
format Article
author Маметова, Л.Ф.
spellingShingle Маметова, Л.Ф.
Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
Геотехнічна механіка
author_facet Маметова, Л.Ф.
author_sort Маметова, Л.Ф.
title Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
title_short Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
title_full Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
title_fullStr Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
title_full_unstemmed Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
title_sort катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2016
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138302
citation_txt Катагенез і деформації мінералів – провідні фактори впливу на геомеханічні властивості гірських порід / Л.Ф. Маметова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 53-62. — Бібліогр.: 11 назв. — укр.
series Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv AT mametovalf katagenezídeformacíímíneralívprovídnífaktorivplivunageomehaníčnívlastivostígírsʹkihporíd
first_indexed 2025-07-10T05:31:08Z
last_indexed 2025-07-10T05:31:08Z
_version_ 1837236723073941504
fulltext ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 53 УДК 552.08:622.02:539.2/.8 Маметова Л.Ф. канд. геол. наук, ст. наук. співр. (ІГТМ НАН України) КАТАГЕНЕЗ І ДЕФОРМАЦІЇ МІНЕРАЛІВ – ПРОВІДНІ ФАКТОРИ ВПЛИВУ НА ГЕОМЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГІРСЬКИХ ПОРІД Маметова Л.Ф. канд. геол. наук, ст. научн. сотр. (ИГТМ НАН Украины) КАТАГЕНЕЗ И ДЕФОРМАЦИИ МИНЕРАЛОВ – ВЕДУЩИЕ ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ НА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Mametova L.F. Ph.D. (Geol.), Senior Researcher (IGTM NAS of Ukraine) THE MINERAL KATAGENESIS AND DEFORMATIONS AS THE KEY FACTORS IMPACTING ON THE ROCK GEOMECHANICAL PROPERTIES Анотація. В статті подані результати дослідження трансформації мінералів гірських по- рід вугільних родовищ Донбасу. Вивчались проби пісковиків середнього карбону з районів поширення вугілля марки Г периферійних ділянок регіону. В ході досліджень оптичними та іншими методами встановлена різниця інтенсивності геохімічних перетворень і мікродефор- мацій основних мінералів у відкладах на заході та сході. Геохімічні та структурні зміни мі- нералів пісковиків на обох ділянках схожі, але є ряд ознак, які свідчать про імпульсний хара- ктер тектонічних рухів і різну інтенсивність напруги – вищу на сході, ніж на південному за- ході регіону. Перша – встановлено диференціацію в поширенні типів мікродеформацій стру- ктури породотвірних мінералів. Пластична порушеність кварцу комбінаційно складніша на сході. Друга – температурний градієнт на сході вищий завдяки прихованим магматичним осередкам і „термальним куполам‖, які прискорюють зміни в польових шпатах, карбонатах і впливають на катагенез. Третя – в результаті деформацій відбувається розкриття структур- них дефектів мінералів, змінюється морфологія пустотного мікропростору. В умовах нерів- номірного об’ємного стискування породи збільшується ширина та довжина відкритих трі- щин всередині мінералів і між зернами, що впливає на стан породного масиву. Ключові слова: Донбас, пісковики, катагенез, мінерали, деформації, кварц. Вступ. Різноманітність геологічних процесів, складність і неоднорідність середовища – все це відображається мінералогічним складом породи, доскона- лою чи деформованою структурою кожного її компонента. На ці процеси на думку [1] впливають п’ять головних чинників: 1) температура; 2) загальний всебічній тиск; 3) тиск порових (інтерстиційних) флюїдів; 4) диференційований тиск; 5) швидкість деформацій. Глибокі катагенетичні зміни в породах і міне- ралах відбуваються в специфічних термодинамічних умовах за участтю текто- нічних і геохімічних процесів. Тектонічні процеси призводять до виникнення в гірській породі диференційованого поля напруг, яке зумовлене неоднаковою реакцією кожного мінералу на порушення стану рівноваги. ________________________________________________________________________________ © Л.Ф. Маметова, 2016 ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 54 В межах вугільних басейнів постседиментаційні зміни відкладів визнача- ються підстадіями катагенетичних перетворень в породах. Наукові класифікації катагенезу базуються на виділених ще М.Б. Вассоєвичем (1983) трьох підстаді- ях, а сучасними дослідниками деталізуються і розділяються на кілька рівнів (або підстадій). Для кожної підстадії встановлені [2-4, 8] межі температури і ти- ску (на основі вивчення включень, зміни структури мінералів, їх асоціації та ін.). На гірничих підприємствах виробничники стадії катагенезу традиційно пов’язують з технологічними характеристиками вугілля – зі ступенем вуглефі- кації, з відбивною здатністю вітреніту (з марками). З наукової точки зору такі паралелі досить умовні, бо температурний вплив і реакція на нього в породах і вугіллі не адекватні. Режим вуглефікації невдало називають метаморфізмом. Метою цієї роботи є порівняння геохімічного характеру катагенетичних пе- ретворень і деформацій структури основних породотвірних мінералів вуглено- сних відкладів західної (ділянка Північно-Родінська) і східної (ділянка „Чапаїв- ський Рудник‖) периферії Донбасу. Саме ці фактори впливають на геомеханічні характеристики відкладів і визначають стан гірського масиву. Основним методом для вивчення вторинних перетворень будь-яких гірських порід є петрографічні дослідження – вони виявляють новоутворення мінералів, трансформацію їх структури, послідовність геохімічних і деформаційних про- цесів та їх вплив на породи. В консолідованому масиві теригенних порід зміна термобаричних і геохімі- чних умов провокує нові перетворення. Направленість змін регламентують тек- тонічні рухи різні за формою та інтенсивністю. Занурення осадочних товщ су- проводжується стадійними катагенетичними перетвореннями. Підняття гірсь- ких порід на поверхню або у наближену до неї зону теж змінює властивості ві- дкладів. Цей процес має назву гіпергенезу і може закінчуватись руйнуванням порід. В геологічному розрізі вугільних родовищ Донбасу катагенетичні зміни фік- суються мінералогічним складом порід, трансформаціями цементу та уламків, мікродеформаціями структури провідних мінералів. Найпоширенішими у про- дуктивній товщі карбону є теригенні породи перехідного типу. Стадійний хара- ктер змін мінералогічного складу і структури цементу пісковиків та аргілітів представлено в табл. 1. За характером цементації уламків в теригенних відкладах розрізняють на- ступні типи структур цементу: базальний, поровий, контактний, плівковий, згу- стковий. У порід з базальним типом зерна в цементі не торкаються один одно- го. Зазвичай це відбувається за умови одночасного відкладання уламків і цеме- нту. Такий цемент міцний. У порового типу міцність може бути різною і кількі- сно цемент поступається уламкам. Контактна цементація поширена лише в точ- ках дотику зерен і може бути вторинною за рахунок вилуговування первинного матеріалу. Через точковий контакт зерен міцність його незначна. При утворенні плівки навколо уламків виникає однойменний тип цементації. Він, так як і кон- тактний, нещільний і в породі зустрічаються відкриті пори. Згустковий – харак- теризується нерівномірним розподілом в цементі зерен, які згруповані у плями- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 55 сті утворення. Міцність його різна. Як вторинні (діагенетичні, катагенетичні) розглядаються регенераційний, корозійний (цемент „роз’їдання‖) – рис. 1, крус- тифікаційний (обростання), пойкілітовий. Таблиця 1 – Трансформація типів і складу цементу теригенних порід Стадії Пісковики, тип цементу Аргіліти Вторинні типи цементу і мінерали кількох генерацій Протокатагенез (ПК) Поровий, контактний, згустковий Монтморилоніт каолініт - Мезокатагенез (МК) Конформний, інкорпора- ційний, контактово- поровий, мікростилолі- товий Каолініт, гідрослюда Корозійний (кальцит), регенераційний (кварц), крустифікаційний (хло- рит, кальцит) Апокатагенез (АК) Конформний, інкорпора- ційний, безцементний Гідрослюда, хлорит, серицит Пойкілітовий (кальцит), дикіт Метагенез Гранобластовий з релік- тами псамітової структу- ри Іліт, серицит Мікролепідобластовий Рисунок 1 – Пісковик середньозернистий, полімінеральний, з корозійним кальцитовим (cal) цементом „роз’їдання‖, який руйнує уламки і витискає первинний, світа С2 5 Дослідження [5, 6] фізико-механічних властивостей мінералів пісковиків показали, що при одному й тому ж всебічному стискуванні з ростом порового тиску у пісковиків зменшується міцність і зростає здатність деформуватись (табл. 2). cal ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 56 Таблиця 2 – Фізико-механічні властивості цементу пісковиків [6] Цемент пісковику Порис- тість, % Твердість по штампу, кГс/мм 2 Межа те- кучості, кГс/мм 2 Модуль Юнга, МПа Коеф-т пластично- сті Каолініт- гідрослюдистий 6,28-9,0 89,2-136,1 52,0-93,9 1,19-1,76 1,35-1,51 Глинисто-сидеритовий 9,8-12,0 71,6-82,8 49,4-54,1 0,94-1,25 1,53-1,8 Кальцитовий 1,8-6,7 121,7-147,0 66,0-70,6 1,31-1,65 1,59-2,2 Найпоширеніший в пісковиках карбону перший тип, особливо на ранній (ПК) і на початку середньої (МК) підстадіях катагенезу. Високий вміст в цеме- нті гідрослюди, мусковіту, біотиту, вторинного серициту за відсутності карбо- натів сприяє певному розпушуванню породи, її знещільненню. Пластичні де- формації слюд фіксуються розщепленням і поворотом окремих частин лусок, гострими і вигнутими кінцями. Поява перекручених, спотворених, з деяким де- фектом у структурі мінералів відображається зниженням рефлексів на дифрак- тограмах у 2-4 рази [5]. На контакті з глинистим матеріалом цементу кластичні зерна орієнтуються, узгоджуються з максимальним тиском. Другий склад це- менту є в пісковиках, але типовий для алевролітів, де сидерит утворює ланцю- жки із грудочок (сферолітів) або згустків, іноді нерівномірно поширених. Пісковики з кальцитовим цементом характеризуються значною стійкістю щодо руйнування. Експерименти [6] показали – всі відміни пісковиків за умови однакового всебічного тиску з ростом порового тиску зменшують свою міц- ність і мають здатність деформуватись. Мікроструктурно-текстурні перетво- рення пісковиків найкраще спостерігались при показниках тиску – 100 МПа (всебічний) і 75 МПа (поровий). Приріст об’єму пісковиків з цементом зазначе- них типів складає: у першого – 0,7-1,75 %, у другого – 0,4-1,14 %, третього – 0,3-0,5 % [6]. Сучасна класифікація розділяє катагенез на автокатагенез і алогенез [7, 8 та ін]. В умовах першого типу виникають аутигенні мінерали, які з часом законо- мірно замінюють один одного. Особливістю другого є катагенетичні перетво- рення мінералів в умовах нестійкого тектонічного режиму з привнесенням роз- чинів. Саме такі умови зафіксувались пісковиками кам’янської (С2 5 ) та алмазної світ (С2 6 ) середнього карбону Донбасу. Південно-західну частину регіону представляє Північно-Родінська ділянка розташована в межах Красноармійської монокліналі. Вона розглядається як ре- зервна площа шахти імені О.Г. Стаханова. Для промислового видобутку вугілля рекомендовані відклади алмазної світи (С2 6 ), де пісковики чергуються з алевро- літами та аргілітами, які у верхній частині світи часто карбонатні. Це польово- шпат-кварцові пісковики дрібно- і середньозернистої структури, крупнозернис- ті зустрічались рідко. Цемент поровий, контактово-поровий з ділянками безце- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 57 ментного контакту, іноді базальний в місцях, де переважають карбонати; ком- бінований за складом: каолініт-гідрослюдистий, карбонатно-гідрослюдистий. Карбонати представлені плямистими скупченнями дрібних, круглої форми, бу- рих, пелітоморфних сферолітів і безбарвними ромбовидними кристалами або їх фрагментами. За мінеральним складом це сидерит і кальцит. Кальцит агресив- ний – витісняє каолініт та гідрослюди в цементі, кородує уламки кварцу, плагі- оклазів, слюд. Сидерит мікрозернистий з плівкою гідроокисів заліза, що утво- рились завдяки гідролізу мінералу. Мінеральний склад цементу пісковиків на- ведений в табл. 2, 3. Таблиця 3 – Петрографічні показники пісковиків Район, шахта, ділянка Світа, індекс Стадія, марка Розмір зерен, мм Вміст, % Пористість, % карбо- натів цементу розс. органі- ка Красноармійський р-н Північно- Родінська С2 6 МК2 0,22 4,8/5,8 12,2 0,93 9,1 Луганський р-н Чапаївський Руд- ник С2 5 МК2 0,21 /8,0 9,8 0,81 8,2 Середній вміст кварцу в пісковиках Північно-Родінської ділянки складає 56,1 %. В нижній частині світи спостерігалось чергування дрібнозернистих піс- ковиків з крупно-середньозернистими. В окремих з них видно тонкі прошарки аргілітів. Фракційні варіації у верхніх горизонтах незначні. У дрібнозернистих відмінах пісковиків (шл. 4842) серед гідратованих біотитів зафіксована поява хлорито-вермикуліту як продукту трансформації біотиту. Ці змішаношаруваті утворення виникають у лужному середовищі. Ємність катіонного обміну у вер- микулітів найбільша серед глинистих мінералів, а кількість води постійна на відміну від монтморилонітів, які типові для відкладів ранньої (ПК) підстадії ка- тагенезу. Крім кварцу і польових шпатів у кластичному матеріалі присутні мік- рокварцити, аргіліти, діабази, алевроліти, мусковітові сланці, кремені, кількість яких складає 2-3 %. Лужний склад порових розчинів впливає на уламки і це- мент, а перехід до нормального чи кислого стану викликає катагенетичні перет- ворення. У зерен кварцу виникає регенераційна облямівка, яку нерідко „підкре- слюють‖ тонкодисперсні часточки. Облямівка фрагментарна, рідко – суцільна. Пісковики на ділянці „Чапаївський рудник‖ – k1Sk2 – неоднорідні за розмі- рами уламків, а за мінералогічним складом – олігоміктові і поліміктові, тому умовно поділяються на два горизонти. Пісковик в інтервалі 512,5-514,5 м мало- карбонатний, далі з глибиною містить тільки поодинокі зерна кальциту. Харак- теризується цей пісковик своєрідним цементом обростання – в інтервалах 545,0-552,5 м та 852,4-871,0 м уламки оточені облямівкою світло-зеленого, гол- ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 58 частого хлориту, причому в першому інтервалі вміст його складає 6-10 %, а в другому – сягає 15-19 %. Таке зростання його вмісту зумовлене збільшенням уламків магматичних порід, фемічні мінерали яких постачають матеріал для вторинних новоутворень. У верхній частині шару середній діаметр уламків 0,24 мм, вміст кварцу в ньому 57 %. В глибших горизонтах пісковиків - в ниж- ній частині шару – середній розмір зерен 0,19 мм, серед них кварц складає 40,9 %. В цементі зростає вміст кальциту – в середньому до 14,9 %. Особливістю цього шару пісковику - k1Sk2 – є присутність вермикуліта (?) як у верхній, так і в нижній частинах його, причому в шліфі 3682 гл. 512,5 м – вермикулітоподібні утворення складають 6 %. З появою в структурі біотиту шарів молекул води з’являється здатність розбухати і виникає структура типу вермикуліта. За умови хорошого дренування товщі порід магній і залізо вилуговуються. Для каолініту таке середовище несприятливе. Крім того, спостерігаються псевдоморфози хлориту по біотиту. Тип цементу пісковиків поровий, контактово – поровий з елементами крустифікаційного (шл.3691, 3692). В карбонатних відмінах цемент базальний, базально – поровий. Розподіл карбонатів по шару пісковиків нерів- номірний, вміст їх змінюється від 0,5 до 29 %, представлені вони кальцитами. Частина зерен кальциту має полісинтетичні двійники, інші – кородують плагіо- клази, польові шпати, фрагменти яких зберігаються в центрі зерна. Не виклю- чена присутність кальцитів двох генерацій, так як навколо деяких з них спосте- рігається облямівка з хлоритів (шл.3571). Кальцит іншої ( третьої? ) генерації агресивний – прориває хлоритову облямівку, розвивається по спайності біоти- тів, мусковітів. Межа раннього і середнього катагенезу в периферійних ділянках Донбасу характеризується початком реакцій гідролізу сидериту і фрагментарною поя- вою кальциту 1-ї генерації. Початок середнього катагенезу – рівень МК2 – від- значається виникненням прямолінійних і дугових деформацій структури квар- цу, блокуванням і грануляцією. В північно-східних районах досягає максимуму блокування, до якого приєднуються грануляція та деформації плагіоклазів, а на протилежному кінці басейну такі ж порушення структури кварцу супроводжу- вались ще вдвічі більшим ніж на сході утворенням сутуро-стилолітових контак- тів між зернами – табл. 4, 5. Механічно ослаблені місця як на контактах між зернами, так і всередині зе- рен мінералів є ареною хімічних реакцій. В польових шпатах деформації відбу- ваються тоді, коли хімічні зміни зумовлять необхідний рух атомів і викличуть невпорядкованість структури. Дослідження властивостей двох родин польових шпатів (калій-натрових шпатів і кальцій-натрових плагіоклазів), представлених безперервною серією твердих розчинів трьох компонентів: ортоклазу (КАlSi3O8), альбіту (NaAlSi3O8) і анортиту (СаАl2Si3O8) ускладнюється через винятково непрості фазові та структурні взаємостосунки у цій групі. На контак- тах зерен з різними пружними властивостями – кварцу і польового шпату – від- буваються міжзернові зрушення з утворенням тріщин сколу. Вони виникають завдяки концентрації напруги на обмеженій ділянці контакту – рис. 2. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 59 Таблиця 4 – Характеристика пластичних мікродеформацій кварцу пісковиків на початку се- редньої підстадії катагенезу (МК2) Район, шахта, ділянка Світа Роз- мір зерен мм Типи деформацій структури кварцу, % пло- щини іррац. двійн. дуги блоку вання грану ляція суту- рос- тило- літи мозаїч- ність Красноармійсь- кий, Північно- Родінська С С2 6 0,22 13 6 - 53 46 33 - Луганський, Чапаївський Ру- дник С С2 5 0,21 23 - 7 84 69 15 9 Таблиця 5 – Характеристика пластичних мікродеформацій польових шпатів пісковиків на початку середньої стадії катагенезу (МК2) Район, шахта, ділянка Світа, індекс Стадія, ма- рка Розмір зерен, мм Деформації польових шпатів, % двійни- ки пла- гіоклазів смуги деформ. сито- вид-ні Красноармійський Північно- Родінська С2 6 МК2 (Г) 22 26 6 13 Луганський Чапаївський Руд- ник С2 5 МК2 (Г) 21 46 12 - Рисунок 2 – Зміщення двійників плагіоклазів (pl) з утворенням мікротріщин, світа С2 5 , МК2, шл. 3695-3, (св. Г 2549, гл. 783,0 м, шх. Чапаївський рудник, Луганський р-н) pl q ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 60 Процес двійникування можливий під впливом механічної напруги як стиску, так і розтягу в діапазоні температур від 80º до 180º С. В силікатах, до яких на- лежить більшість мінералів осадочних порід, при переході від ортосилікатів до ланцюжкових і далі до шаруватих, каркасних зростає анізотропія пружних вла- стивостей кристалів. Саме в ортосилікатах найслабша анізотропія, яка характе- ризується високими координаційними числами катіонів. Для плагіоклазів хара- ктерне лінійне зростання значень швидкості поширення всіх пружних хвиль. Введення в структуру плагіоклазу анортитового компоненту (збільшення номе- ру) призводить до зміцнення всієї структури [5, 9, 10]. Значення пружних конс- тант калій-натрових польових шпатів (каркасних) менші за відповідні констан- ти плагіоклазів. В шаруватих силікатах саме катіонам належить провідна роль у зміцненні сили зв’язку між пакетами у структурі мінералів. Наприклад, при пе- реході від талька до слюд і хлоритів, і далі до крихких слюд сила зв’язку між пакетами різко зростає. Це відбувається при введенні в структуру слюд однова- лентних катіонів, які зв’язують між собою шари. Шаруваті силікати цементу- ють пісковики, алевроліти, складають аргіліти, глини. Це монтморилоніт, као- лініт, гідрослюди, хлорити. Крім того, зустрічаються комплексні цементи, де ці мінерали поєднуються між собою та з сидеритом і кальцитом. Отже, показни- ками етапності катагенетичних перетворень є наступні факти: 1) політипія слюд, 2) перехід окисних форм заліза в закисні, 3) поява кількох генерацій мі- нералів. Слід зазначити – мінеральні перетворення (гідрослюдизація, ізоморфні заміщення та ін.) в міжзерновому просторі піщаних відкладів відбуваються ак- тивніше, ніж в однорідних глинистих за складом – аргілітах і значно випере- джають аналогічні процеси в останніх. Хоч на перший погляд геохімічні та структурні зміни мінералів пісковиків на обох ділянках схожі, але є ряд ознак, які свідчать про імпульсний характер тектонічних рухів і різну інтенсивність напруги – вищу на сході, ніж на південному заході регіону. Висновки. Перше – встановлено диференціацію в поширенні типів мікродеформацій структури породотвірних мінералів. Пластична порушеність кварцу комбіна- ційно складніша на сході. Друге – температурний градієнт на сході вищий завдяки прихованим магма- тичним осередкам і „термальним куполам‖ [11], які прискорюють зміни в польових шпатах, карбонатах і впливають на катагенез. Третє – в результаті деформацій відбувається розкриття структурних дефек- тів мінералів, змінюється морфологія пустотного мікропростору. В умовах не- рівномірного об’ємного стискування породи збільшується ширина та довжина відкритих тріщин всередині мінералів і між зернами, що визначає стан пород- ного масиву. ––––––––––––––––––––––––––––––– СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ 1. Файф, У. Флюиды в земной коре / У. Файф, Н. Прайс, А. Томпсон – М.: Мир, 1981. – 435 с. 2. Баранов, В.А. Микронарушенность кварца песчаников Донбасса в связи с их выбросоопсно- стью: автореф. дисс. на соискание науч. степени канд. геол.-мин. наук спец. 04.00.16 „Геология, по- иск и разведка месторождений твердых горючих ископаемых‖ / Баранов В.А. – Днепропетровск: ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 61 НГУ, 1989. –17 с. 3. Привалов, В.А. Тектонотермальна еволюція Донецького басейну: автореф. дис. ... д-ра геол. наук: 04.00.16: .захищена 30.09.05: затв. 06. / Привалов Віталій Олександрович. – Дніпропетровськ: НГУ, 2005. – 35 с 4. Деревська, К.І. Палеогеотермальний режим літогенезу осадово-породних басейнів пасивної окраїни континенту / К.І. Деревська // Зб. наук. праць інституту фундаментальних досліджень [відп. ред. Л.В. Шумлянський] – К.: Логос, 2007. – С. 68-83. 5. Юшкин, Н.П. Механические свойства минералов / Н.П. Юшкин – Л.: Наука, 1971. – 282 с. 6. Юрель, Г.Н. Микропреобразования песчаников различных литогенетических типов при высо- ких поровых давлениях / Г.Н. Юрель, А.Н. Ставрогин, Н.И. Иванова // Литология и полезные иско- паемые. - 1986. - № 6 – С. 100-112. 7. Лукин, А.Е. Генетические типы вторичных преобразований и нефтегазонакопление в авлако- генных бассейнах / А.Е. Лукин // Геологический журнал. – 1990. – № 1 – С. 102-111. 8. Деревська, К.І. Постдіагенетичні змінення порід карбону на етапі інверсії і гіпогенного рудоу- творення в Донецькому басейні / К.І. Деревська, В.О. Шумлянський, В.А. Новик // Аспекти геології металевих і неметалевих корисних копалин. Збірка наукових праць ІГН НАНУ, присвячена пам’яті проф. В.І. Скаржинського, т.1, 2002. – С. 55-72. 9. Кристи, Дж.М. Деформационные структуры в минералах / Дж.М. Кристи, А.Дж. Эрделл // Электронная микроскопия в минералогии. – М.: Мир, 1979. – С. 363-391. 10. Маметова, Л.Ф. Микронарушенность минералов и пород как отражение геодинамических де- формацій / Л.Ф. Маметова / Труды 2-й Российско-Китайской науч. конф. «Нелинейные геомеханико- геодинамические процессы при отработке месторождений полезных ископаемых на больших глуби- нах», Новосибирск: ИГД СО РАН, 2012. – С. 273-278. 11. Александров, О.Л. Приховані інтрузії центральної частини Донецької складчастої області та їх зв’язок з гідротермальним рудоутворенням / О.Л. Александров, К.І. Деревська, В.О. Шумлянський // Геологічний журнал. – 2011. – № 4. – С. 33-41. REFERENCES 1. Fayf, U.S., Prays, N. and Tompson, A. (1981), Flyuidy v zemnoy kore [Flyuidy in earthly barks], Translated by Smolin P.P., Mir, Moskоw, USSR. 2. Baranov, V.A. (1989), ―Micro disturbance of quartz sandstones of Donbass in connection with their outburst‖, Abstract of Ph.D. (Geol.-Min), Dnepropetrovsk, Ukraine. 3. Privalov, V.A. (2005), ―Tectonothermal evolution of the Donets Basin‖, Abstract of D.Sc. (Geol), Dnepropetrovsk, Ukraine. 4. Derevska, K.I. (2007). ―Paleogeotermal mode of litogenez sedimentary-pedigree pools of passive out- skirts of continent‖, Shumlianskyi L.V. (ed), Zbirnyk naukovykh prats Itstytutu fundamentalnykh doslidzhen, pp. 68-83. 5. Yushkin, N.P. (1971) Mekhanicheskie svoystva mineralov [Mechanical properties of minerals], Nau- ka, Leningrad, USSR. 6. Yurel, G.N., Stavrogin, A.N. and Ivanova, N.I. (1986), ―Microconversion sandstones lithogenetic var- ious types of high pore pressures‖, Lytologyya and useful minerals, no. 6, pp. 100-112. 7. Lukin, A.E. (1990), ―Genetic types of secondary transformation and oil and gas pools in aulacogens‖, Geological journal, no. 1, pp. 102-111. 8. Derevska, K.I., Shumlianskyi, V.O. and Novik, V.A. (2002), ―Postdiagenetic of changing of Carboniferous rocks on the stage of inversion and hypogene ore formations in Donbass‖, Aspekty geologii metalevykh i nemetalevykh korysnykh kopalyn: zb. nauk. prats IGN NANU, vol. 1, pp. 55-72. 9. Christie, J.M. and Ardell, A.J. (1979), ―Deformation structures in minerals‖, in Wenk H.-R., Champ- ness P.E., Christi J.M., Cowley J.M., Heuer A.H., Thomas G., Tighe N.J. (ed.), Electron microscopy in mi- neralogy, pp. 363-391. 10. Mametova, L.F. (2012), „Mykrodislocation' minerals and breeds as reflection of dynamycgeo- heskykh deformations‖ / Nelineynyuye geomekhniko-geodinamicheskie protsessy pri otrabotke mestorozhde- niy poleznyukh iskopaemykh na bolshykh glubinakh [Nonlinear geomekhanyko-geodynamycheskye processes at working off the deposits of minerals on large depths], Novosibirsk, Russia, 2-5 July 2012, pp. 273-278. 11. Aleksandrov, O.L., Derevska, К.І. and Shumlianskyi, V.O. (2011),― Hidden intrusion central Do- netsk folded region and their relationship with hydrothermal mineralization‖, Geological journal, no. 4, pp. 33-41. ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130 62 ––––––––––––––––––––––––––––––– Про автора Маметова Людмила Федорівна, кандидат геологічних наук, старший науковий співробітник ла- бораторії структурних досліджень гірських порід відділу геології вугільних родовищ великих глибин, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова Національної академії наук України (ІГТМ НАНУ), Дніпро, Україна, igtmnanu@yandex.ru. About the author Mametova Liudmyla Fedorivna, Candidate of Geology (Ph.D.), Senior Researcher in Laboratory of Re- searches of the Structural Changes in the Rock in Department of Geology of Coal Beds at Great depths, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM, NASU), Dnipro, Ukraine, igtmnanu@yandex.ru. ––––––––––––––––––––––––––––––– Аннотация: В статье представлены результаты исследования трансформации минералов горных пород угольных месторождений Донбасса. Изучались пробы песчаников среднего карбона из районов распространения угля марки Г периферийных участков региона. В ходе исследований оптическими и другими методами установлена разница в интенсивности гео- химических превращений и микродеформаций основных минералов в отложениях на западе и востоке. Геохимические и структурные изменения минералов песчаников на этих участках похожи, но есть ряд признаков, которые свидетельствуют об импульсном характере тектони- ческих движений и разной интенсивности напряжения – более высоких на востоке, чем на юго-западе региона. Первый – установлена дифференциация в распространении типов мик- родеформаций структуры минералов комбинационно более сложных на востоке. Второй – температурный градиент на востоке выше благодаря скрытым магматическим очагам и „термальным куполам‖, которые ускоряют изменения в полевых шпатах, карбонатах и влия- ют на катагенез. Третий – в результате деформаций происходит раскрытие структурных де- фектов минералов, изменяется морфология пустотного микропространства. В условиях не- равномерного объемного сжатия пород увеличивается ширина и длина открытых трещин внутри минералов и между зернами, что влияет на состояние породного массива. Ключевые слова: Донбасс, песчаники, катагенез, минералы, деформации, кварц. Abstract. The research results of mineral transformation in the rocks of Donbass coalfields are presented in the article. Sandstones samples of medium carbon from the G-grade coal spreading areas in peripheral areas of the region were studied. In the course of optical and other researches, difference between intensity of geochemical transformations and microstrain of essential minerals in the western and eastern sediments was determined. Geochemical and structural changes of the sandstone minerals are similar in these areas, but there are a number of signs indicating an impul- sive nature of tectonic movements and different stress intensity, which is higher in the east and low- er in the southwest. The first sing is an established differentiation between microstrain types spread- ing in the rockforming minerals. Combinations of the quartz elastic deformations are more complex in the east. The second sign is that temperature gradient in the east is higher due to the hidden magma centres and "thermal domes", which speed up changes in the feldspars and carbonates and affect the katagenesis. The third sign is that in result of deformations, mineral structural defects are opened and morphology of cavitated microspace changes. In conditions of the rock uneven volume- tric compression, width and length of the cracks opening inside and between the mineral grains in- creases. These processes affect the state of the rock mass. Keywords: Donbass, sandstones, katagenesis, minerals, deformations, quartz. Стаття поступила до редакції 10.11.2016 Рекомендовано до друку д-ром геологічних наук Барановим В.А. mailto:igtmnanu@yandex.ru mailto:igtmnanu@uandex.ru

Схожі ресурси