Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов

Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов

Встановлено зв'язок певних складових поля напружень, обумовленого порушенням рівноважного стану Землі, з деформаційними процесами, що протікають в осадовій товщі та газодинамічною активністю вугільних пластів....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2012
Автори: Канин, В.А., Тихолиз, А.М., Довбнич, М.М.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2012
Назва видання:Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57128
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:Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов / В.А. Канин, А.М. Тихолиз, М.М. Довбнич // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 337-377. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-57128
record_format dspace
spelling irk-123456789-571282014-03-04T03:01:42Z Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов Канин, В.А. Тихолиз, А.М. Довбнич, М.М. Встановлено зв'язок певних складових поля напружень, обумовленого порушенням рівноважного стану Землі, з деформаційними процесами, що протікають в осадовій товщі та газодинамічною активністю вугільних пластів. Connection of certain components of a field of the tension, caused by violation of an equilibrium condition of Earth, with the deformation processes proceeding in sedimentary thickness and gasdynamic activity of coal layers is established. 2012 Article Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов / В.А. Канин, А.М. Тихолиз, М.М. Довбнич // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 337-377. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57128 622.831.325.2:622.831.2 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Встановлено зв'язок певних складових поля напружень, обумовленого порушенням рівноважного стану Землі, з деформаційними процесами, що протікають в осадовій товщі та газодинамічною активністю вугільних пластів.
format Article
author Канин, В.А.
Тихолиз, А.М.
Довбнич, М.М.
spellingShingle Канин, В.А.
Тихолиз, А.М.
Довбнич, М.М.
Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet Канин, В.А.
Тихолиз, А.М.
Довбнич, М.М.
author_sort Канин, В.А.
title Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
title_short Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
title_full Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
title_fullStr Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
title_full_unstemmed Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
title_sort особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов
publisher Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate 2012
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57128
citation_txt Особенности пространственного распределения тектонических напряжений и их связь с газодинамической активностью угольных пластов / В.А. Канин, А.М. Тихолиз, М.М. Довбнич // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2012. — № 11. — С. 337-377. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv AT kaninva osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâtektoničeskihnaprâženijiihsvâzʹsgazodinamičeskojaktivnostʹûugolʹnyhplastov
AT tiholizam osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâtektoničeskihnaprâženijiihsvâzʹsgazodinamičeskojaktivnostʹûugolʹnyhplastov
AT dovbničmm osobennostiprostranstvennogoraspredeleniâtektoničeskihnaprâženijiihsvâzʹsgazodinamičeskojaktivnostʹûugolʹnyhplastov
first_indexed 2025-07-05T08:23:47Z
last_indexed 2025-07-05T08:23:47Z
_version_ 1836794593357594624
fulltext Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 337 УДК 622.831.325.2:622.831.2 ОСОБЕННОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ И ИХ СВЯЗЬ С ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ Канин В. А., Тихолиз А. М. (УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина) Довбнич М. М. (НГУ, г. Днепропетровск, Украина) Встановлено зв'язок певних складових поля напружень, обу- мовленого порушенням рівноважного стану Землі, з деформацій- ними процесами, що протікають в осадовій товщі та газодина- мічною активністю вугільних пластів. Connection of certain components of a field of the tension, caused by violation of an equilibrium condition of Earth, with the de- formation processes proceeding in sedimentary thickness and gasdy- namic activity of coal layers is established. Опыт отработки угольных пластов показывает, что их газо- носность распределяется весьма неравномерно в пределах шахт- ного поля и зачастую не соответствует природной газоносности, значения которой были установлены при выполнении геолого- разведочных работ. Газообильность добычных участков практи- чески всегда не соответствует расчетам, которые выполнены по данным о природной газоносности и зависит от ряда факторов имеющих геологическое или техногенное происхождение. Участки угольного пласта с высокой газообильностью, как правило, приурочены к тектоническим нарушениям, которые способствуют аккумуляции рудничных газов углепородным мас- сивом. При оценке потенциальной газообильности добычных Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 338 участков определяющей является газопроницаемость угля и вме- щающих пород, которая во многом зависит от напряженно- деформированного состояния горного массива. Одним из значимых показателей напряженного состояния горного массива является наличие или отсутствие внезапных вы- бросов угля породы и газа. Кроме того, проявление газодинами- ческой активности выбросоопасных угольных пластов и песчани- ков многие исследователи связывают с участками горного масси- ва с высокой газоносностью. Особенности пространственного распределения тектониче- ских напряжений сложнее, чем литостатических. Оперируя тер- минами разведывательной геофизики, можно сказать, что лито- статические напряжения являются нормальными, а тектониче- ские – аномальными. Важно различать тектонические напряже- ния, возникающие под действием планетарных факторов, и напряжения, обусловленные вторичными деформационными процессами в геологической среде, например, перемещениями блоков верхних слоев земной коры. Более того, имеет место из- менение полей напряжений во времени. Более 50 лет назад была выполнена привязка внезапных вы- бросов угля и газа к областям контрастных тектонических дви- жений и обоснована связь зон их проявления с новейшими текто- ническими движениями и аномальными напряжениями. Так Г. А. Коньковым отмечалось, что при наличии достаточно интен- сивных тектонических напряжений появляются условия, как для образования «очагов внезапных выбросов», так и для медленной генерации свободного метана. Тектонические напряжения при этом рассматривались как общая геологическая причина газоди- намических явлений и процессов формирования скоплений сво- бодного метана. Определяющую роль в поддержании значительного уровня современных тектонических напряжений играет неотектониче- ская активность в пределах той или иной территории. В этой свя- зи одной из актуальных задач в исследовании геологических причин возникновения динамических явлений в горных выработ- ках является прогноз геодинамически активных зон. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 339 Применение разработанных в настоящее время алгоритмов расчета полей напряжений, обусловленных нарушением равновес- ного состояния [1] на основе анализа аномалий геоида [2], позво- ляет рассмотреть пространственную связь динамических явлений в горных выработках с активными геодинамическими зонами тек- тоносферы. В работе [3] было показано, что активные геодинамические зоны тектоносферы проявляются в аномалиях напряжений, обу- словленных нарушением равновесного состояния. В первую оче- редь такие зоны, при условии достаточности величины действу- ющих в них тектонических напряжений, проявляют себя как сей- смически активные [4]. Важно понимать, что напряжения, свя- занные с аномалиями геоида, не являются причиной динамиче- ских явлений, их необходимо рассматривать как индикатор ано- мальных тектонических напряжений, в которых находят отобра- жение элементы, являющиеся тектонической основой геодина- мически активных структур. В условиях Донецкого бассейна выполнение расчетов по оцен- ке напряженного состояния геологической среды, обусловленного нарушением равновесного состояния, выполнялось на основе мате- риалов наземной гравиметрической съемки масштаба 1:200000 и цифровой модели рельефа. Для большей части территории региона, на основании авторской методики [3, 4], по сети 4×4 км было вы- полнено восстановление аномалий геоида по наземным гравиметри- ческим данным – аномалиям силы притяжения в редакции Фая. По- лученные аномалии геоида послужили основой для расчета полей напряжений территории исследований. Для ряда участков, которые представляют особенный интерес, подобные исследования выпол- нялись по сети 1×1 км. С целью определения позиции расчетных полей напряжений в тектонике и геодинамике исследуемого региона, а также влия- ния разномасштабных и разноглубинных процессов на наруше- ние равновесного состояния, было выполнено деление полей напряжений на локальную и региональную составляющие. Ком- плексный анализ расчетных полей напряжений, тектоники При- азовского блока Украинского щита (УЩ) и зоны сочленения УЩ и Донбасса, позволяет говорить о том, что региональная состав- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 340 ляющая поля напряжений отображает, главным образом, блочную структуру кристаллической основы, которая находится в разно- напряженном состоянии. Учитывая, что динамические явления в шахтах приурочены к осадочной толще Донецкого бассейна, можно предположить, что их связь нужно искать с локальной со- ставляющей поля напряжений, обусловленной нарушением рав- новесного состояния, отображающей, по мнению авторов, глав- ным образом, деформационные процессы в осадочной толще. В то же время, четко устанавливается связь локальных аномалий поля напряжений с градиентными зонами региональных анома- лий, что свидетельствует об их возникновении в ходе эволюции разломно-блокового кристаллического основания. Теоретические предпосылки связи динамических явлений, зон миграции и скопления углеводородов в угольнопородном массиве с особенностями напряженного состояния геологической среды позволяют использовать поля напряжений, обусловленные нарушением равновесного состояния, как дополнительный про- гностический критерий при решении задачи прогноза региональ- ных зон развития динамических явлений в горных выработках. Рабочей гипотезой может быть следующее утверждение: регио- нальные зоны развития динамических явлений определяются степенью деформационных процессов, протекающих в осадочной толще, которые в свою очередь находят отображение в локальной составляющей поля напряжений. Интегральной характеристикой поля напряжений, отобра- жающей всю совокупность деформационных явлений, может вы- ступать энергия упругих деформаций, расчет которой не состав- ляет труда, если известны элементы тензора напряжений. В соот- ветствии с указанной рабочей гипотезой данную характеристику можно рассматривать как индикатор запасенной горным масси- вом упругой энергии. Сопоставление выделенных зон с региональной составляю- щей поля напряжений и локализованными границами блоков фундамента, позволяет говорить о ключевой роли в образовании этих зон перемещений блоков кристаллического основания, как в геологическом прошлом, так и в настоящее время. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 341 Для более детального анализа связи газодинамических явле- ний в шахтах с механическими напряжениями, обусловленными нарушением равновесного состояния, выполнялся комплексный анализ горной, геологической и геофизической информации в пределах полей некоторых шахт Донецко-Макеевского района. На первом этапе было выполнено сопоставление газодина- мических явлений, происшедших при отработке пластов m3, l1 и k8, шахтами имени А. Ф. Засядько и «Щегловская-Глубокая» с локальными полями напряжений, рассчитанными по материалам наземной гравиметрической съемки масштаба 1:200 000 по сети 1×1 км (рис. 1, 2). Как видно из рисунка большинство газодинамические явле- ний приурочено к аномалиям интенсивных скалывающих напря- жений (области максимумов на рис. 1) и градиентным зонам напряжений сжатия-растяжения (рис. 2). Кроме того, с этими же аномалиями связана большая часть зон скопления метана, прогнозируемых комплексом независимых методов [5] (рис. 1, 2). Данные зоны группируются в областях, простирание которых близко к простиранию аномалий напряже- ний. Фактически, указанные аномалии скалывающих напряжений локализуют зоны контрастных тектонических движений, приуро- ченные к градиентным зонам напряжений сжатия-растяжения (рис. 2). Данный факт можно рассматривать как доказательство того, что формирование областей перехода метана в свободное со- стояние и развитие путей его естественной миграции тесным об- разом связанны с увеличением пустотного пространства и прони- цаемости горного массива под действием механических напряже- ний, которые возникают в областях контрастных тектонических движений. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 342 Ри с. 1 . С хе ма с оп ос та вл ен ия г аз од ин ам ич ес ки х яв ле ни й, з ар ег ис тр ир ов ан ны х на ш ах та х им ен и А . Ф . За ся дь ко и « Щ ег ло вс ка я- Гл уб ок ая » с ло ка ль ны ми с ка лы ва ю щ им и на пр яж ен ия ми (к П а) Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 343 Ри с. 2 . С хе ма с оп ос та вл ен ия г аз од ин ам ич ес ки х яв ле ни й, з ар ег ис тр ир ов ан ны х на ш ах та х им ен и А . Ф . З ас яд ьк о и «Щ ег ло вс ка я- Гл уб ок ая » с ло ка ль ны ми н ап ря ж ен ия ми с ж а- ти я- ра ст яж ен ия (к П а) Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 344 Необходимо отметить, что в случае действия скалывающих напряжений происходит раскрытие трещин и формирование кол- лектора, при этом дегазация горного массива будет намного ни- же, чем при раскрытии трещин под действием растягивающих напряжений. Таким образом, можно утверждать, что в пределах поля шахт имени А. Ф. Засядько и «Щегловская-Глубокая» суще- ственное значение имеет естественное напряженное состояние горного массива, предопределяющее как связь динамических яв- лений с геодинамично активными зонами, так и развитие в гор- ном массиве условий благоприятных для формирования зон скопления метана [6]. На втором этапе для более детального анализа деформаци- онных процессов в осадочной толще в пределах шахтного поля был выполнен тренд-анализ поверхности угольного пласта m3. В ходе этого анализа была получена схема локальной складчатости, осложняющая моноклинальное залегание данного пласта (рис. 3). Сопоставляя схему локальных складок с динамическими яв- лениями и прогнозными зонами скопления метана, видно, что их большинство приурочено к градиентной зоне локальных складок, природа которой тесным образом связана с процессами, которые находят отображение в аномалиях напряжений. Указанные зако- номерности подтверждают факт связи газодинамических явлений с зонами перегибов пластов [7]. Установленные в пределах поля шахт имени А. Ф. Засядь- ко и «Щегловская-Глубокая» закономерности подтверждают предположения о связи определенных составляющих поля напряжений, обусловленного нарушением равновесного состоя- ния, с деформационными процессами, протекающими в осадоч- ной толще, которые создают условия для реализации газодина- мических явлений. В результате выполненных исследований установлены сле- дующие закономерности формирования аномалий выделения газа в горные выработки угольных шахт и зон газодинамической ак- тивности: Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 345 Ри с. 3 . С хе ма с оп ос та вл ен ия л ок ал ьн ой с кл ад ча то ст и пл ас та m 3 с га зо ди на ми че ск им и яв ле - ни ям и Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 346 – локальные аномалии поля напряжений связаны с гради- ентными зонами региональных аномалий, что свидетельствует об их возникновении в ходе эволюции разломно-блокового кристал- лического основания; – большинство зон скопления метана и газодинамических явлений приурочено к аномалиям интенсивности скалывающих напряжений и градиентным зонам напряжений, обусловленных нарушением равновесного состояния; – формирование естественных (без учета техногенного воз- действия) областей перехода метана в свободное состояние и раз- витие путей его миграции, тесным образом связаны с увеличени- ем пустотного пространства и проницаемости горного массива под действием механических напряжений, возникающих в обла- стях контрастных тектонических движений; – под действием скалывающих напряжений происходит рас- крытие трещин и формирование коллекторов, при этом дегазация горного массива будет намного ниже, чем при раскрытии трещин под действием растягивающих напряжений; – большинство динамических явлений и зон скопления ме- тана приурочено к градиентной зоне локальных складок, природа которой тесным образом связана с процессами, находящими отображение в аномалиях интенсивности локальных касательных напряжений. Указанные закономерности наглядно подтверждают факт связи газодинамических явлений с зонами перегибов пла- стов. СПИСОК ССЫЛОК 1. Тяпкин, К.Ф. Новая модель геоизостазии и тектогенеза [Текст] / К.Ф. Тяпкин // Геологический журнал. – 1985. – № 6. – С. 1 – 10. 2. Довбнич, М.М. Нарушение геоизостазии и напряженное сос- тояние тектоносферы / М.М. Довбнич // Геофизический жур- нал – 2008. – № 4 – С. 123 – 132. 3. Довбнич, М.М. Поля напряжений тектоносферы, обусловлен- ные нарушением геоизостазии и геодинамика Азово- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 11, 2012 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 11, 2012 347 Черноморского региона [Текст] / М.М. Довбнич, С.Н. Демья- нец // Геофизический журнал – 2009. – № 2. – С. 107 – 116. 4. Довбнич, М.М. Геодинамическая и геотектоническая позиция полей геоизостатических напряжений сейсмоактивных сегме- нтов Украины [Текст] / М.М. Довбнич, С.Н. Демянец // Нау- ковий вісник НГУ. – 2010. – № 2. – C. 57 – 63. 5. Перспективы комплексного геолого-геофизического прогноза зон скопления метана на угольных месторождениях Донбасса [Текст] / В.А. Гончаренко, В.К. Свистун, Т.В. Герасименко, А.К. Малиновский // Науковий Вісник НГУ. − 2007. − № 4. − С. 73 – 77. 6. Довбнич, М.М. Применение спутниковой и наземной грави- метрии для оценки геоизостатических напряжений тектонос- феры – дополнительного критерия прогноза геодинамических процессов [Текст] / М.М. Довбнич // Науковий вісник НГУ. – 2007. – № 11. – С. 64 – 69. 7. Геологические факторы выбросоопасности пород Донбасса [Текст] / В.Е. Забигайло, А.З. Широков, И.С. Белый и др. – Киев: Наук. думка, 1974. – 270 с.

Схожі ресурси