Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна
Склад вуглеводневих і інших літосферних газів у вугленосних відкладах Донбасу підпорядковується регіональним, вертикальним і локальним закономірностям.
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2013
|
| Назва видання: | Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57265 |
| 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: | Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна / В.А. Исаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 430-439. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-57265 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-572652014-03-06T03:01:46Z Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна Исаев, В.А. Склад вуглеводневих і інших літосферних газів у вугленосних відкладах Донбасу підпорядковується регіональним, вертикальним і локальним закономірностям. Compositions of hydrocarbon gases and associated with them lithosphere gases in coal-bearing strata of the Donets Coal Basin conform to the regional, vertical and local regularities. 2013 Article Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна / В.А. Исаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 430-439. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57265 550.423 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 |
Склад вуглеводневих і інших літосферних газів у вугленосних відкладах Донбасу підпорядковується регіональним, вертикальним і локальним закономірностям. |
| format |
Article |
| author |
Исаев, В.А. |
| spellingShingle |
Исаев, В.А. Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| author_facet |
Исаев, В.А. |
| author_sort |
Исаев, В.А. |
| title |
Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна |
| title_short |
Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна |
| title_full |
Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна |
| title_fullStr |
Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна |
| title_full_unstemmed |
Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна |
| title_sort |
закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях донецкого бассейна |
| publisher |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/57265 |
| citation_txt |
Закономерности изменения состава газов в угленосных отложениях Донецкого бассейна / В.А. Исаев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2013. — № 13, ч. 2. — С. 430-439. — Бібліогр.: 22 назв. — рос. |
| series |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT isaevva zakonomernostiizmeneniâsostavagazovvuglenosnyhotloženiâhdoneckogobassejna |
| first_indexed |
2025-07-05T08:29:48Z |
| last_indexed |
2025-07-05T08:29:48Z |
| _version_ |
1836794971135410176 |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
430
УДК 550.423
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СОСТАВА ГАЗОВ В
УГЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЯХ ДОНЕЦКОГО БАССЕЙНА
Исаев В. А.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Склад вуглеводневих і інших літосферних газів у вугленосних
відкладах Донбасу підпорядковується регіональним, вертикаль-
ним і локальним закономірностям.
Compositions of hydrocarbon gases and associated with them
lithosphere gases in coal-bearing strata of the Donets Coal Basin con-
form to the regional, vertical and local regularities.
Угленосные отложения карбона Донбасса сопровождаются
проявлениями углеводородных и ассоциирующихся с ними газов.
Выявление закономерностей изменения компонентного состава
газов – актуальная проблема угольной геологии Донецкого бас-
сейна.
Вертикальная зональность распределения газов среди ка-
менноугольных пород известна давно [1-3]. Она обусловлена с
одной стороны поступлением по дизъюнктивным тектоническим
нарушениям углеводородных и сопутствующих газов из глубо-
ких горизонтов бассейна, а с другой – их окислением и смешива-
нием с атмосферными газами. Кроме того, вертикальную зональ-
ность состава газов Донбасса связывают с метаморфизмом углей,
являющимся, в свою очередь, функцией глубины залегания
угольных пластов.
Связь содержания тяжелых углеводородов (ТУ) с группами
метаморфизма углей, а, следовательно, с глубиной, также доста-
точно хорошо изучена [4]. Тяжелые углеводороды встречаются в
угольных пластах, как правило, ниже поверхности метановой зо-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
431
ны. С увеличением глубины залегания пластов в пределах угля
одной ступени метаморфизма наблюдается закономерное увели-
чение в них концентрации ТУ, причем с глубиной растет не толь-
ко их количество, но и появляется более полная гамма гомоло-
гов [2].
На региональные закономерности распределения углеводо-
родных и сопутствующих газов в Донбассе обращали меньше
внимания и, соответственно, они менее изучены. Но целый ряд
фактов свидетельствует об изменении состава газовых смесей в
зависимости от регионального положения точек наблюдения в
тех или иных структурных элементах Донецкого складчатого со-
оружения.
Содержание водорода в угольных пластах Донецкого бас-
сейна в целом возрастает с увеличением глубины, то есть подчи-
няется вертикальной зональности, но содержание его в различ-
ных районах Донбасса значительно колеблется, что является, ве-
роятно, отражением региональных закономерностей, связанных с
особенностями структурно-тектонических зон Донбасса.
Так, в Северном Донбассе содержание свободного водорода
составляет в среднем 0,08-1,15 %, изменяясь от следов до 16 %, а
в сорбированной фазе меняется от 0,1 до 43,0 %, составляя в
среднем 0,1-10,0 % [2]. Характерной особенностью в распределе-
нии водорода в пределах центральной части Донбасса является
локальность его повышенных содержаний. В Юго-Западном
Донбассе в газе угольных пластов содержание водорода колеб-
лется от 0,3 до 2,0 % [3]. Более высокие концентрации водорода
были зафиксированы в свободных фракциях газа в углях, ото-
бранных газокернонаборниками в зонах влияния тектонических
нарушений, преимущественно сбросов, на полях шахт «Южно-
Донбасская» № 1 и № 3, расположенных в непосредственной
близости от зоны сочленения Донбасса с Приазовским кристал-
лическим массивом (ПКМ). Содержание водорода в газе состав-
ляло здесь от 0,3 до 6,3 %, максимум – 38,8 % [3].
Для угольных бассейнов Дальнего Востока показано [5], что
основная масса водорода в зонах аномальных его концентраций
имеет миграционный характер и связана с проявлениями глубин-
ных процессов или его поступлениями из подстилающих газона-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
432
сыщенных, нефтегазоносных отложений. При отсутствии под-
стилающих нефтегазовых скоплений вблизи зоны сочленения
Донбасса с ПКМ, приходится признать связь аномальных содер-
жаний водорода с тектоническими нарушениями глубинного за-
ложения, разделяющими эти две структуры. Такой же, вероятно,
и генезис этого газа вблизи Главной антиклинали Донбасса, тем
более что к этой структуре приурочен Центральный глубинный
[6] или Центральнодонецкий [7] разлом.
Региональными закономерностями объясняется и распреде-
ление тяжелых углеводородов. Суммарное содержание ТУ в
угольных пластах в большинстве случаев не превышает 1,0–
2,5 %, но в отдельных случаях отмечены повышенные
количества – до 10 – 20 %, а на участках южной синклинальной
зоны (Красноармейский и Донецко-Макеевский районы Донбас-
са) – до 30–35 % [2, 8].
На происхождение гелия в литосферных газах существует
две точки зрения. Согласно одной из них генезис гелия в уголь-
ных газах связывают с радиоактивным распадом, причем самыми
распространенными радиоактивными элементами, при α-распаде
которых возникает гелий, являются уран и торий. Но сравнение
кларков этих элементов в горных породах (табл. 1) показывает,
что каменные угли по содержанию, как урана, так и тория не пре-
восходят широко распространенные в земной коре породы, что
не позволяет связывать аномалии гелия в Донбассе с наличием
угольных пластов.
Таблица 1
Кларки урана и тория в горных породах
№ п/п Горные породы U Th Источник
1 Ультраосновные 3·10-9 5·10-9
[9]
2 Основные 5·10-7 3·10-6
3 Средние 1,8·10-10 7·10-6
4 Кислые 3,5·10-6 1,8·10-5
5 Осадочные 3,2·10-6 1,1·10-5
6 Каменные угли 1,9·10-6 3,1·10-6 [10]
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
433
Согласно второй точке зрения аномально высокие концен-
трации этого газа в литосфере связаны с глубинными разломами
земной коры и транзитом гелия из корово-мантийных глубин, где
он возникает в результате того же α-распада урана и тория [11].
Необходимо отметить, что при наличии в горных породах
пористости, обусловленной трещиноватостью, что чаще всего
определяется наличием разрывных тектонических нарушений,
возникают условия для накопления гелия в литосферном газе да-
же при кларковом содержании радиоактивных элементов в гор-
ных породах и независимо от подтока из мантийно-коровых глу-
бин. Чем глубже заложение тектонического нарушения, тем
больше свободная поверхность горных пород и тем большим по-
тенциалом обладают сколы горных пород для генерации гелия. А,
учитывая существенные различия коэффициентов диффузии ге-
лия в воздухе, жидких и кристаллических средах, а также диффу-
зионные возможности этого газа сравнительно с другими газами
(табл. 2), необходимо признать, что будет происходить относи-
тельное обогащение гелием трещиноватых горных пород, сопро-
вождающих дизъюнктив.
Анализ закономерностей распределения гелия в палеозой-
ских отложениях Донбасса показал, что содержание гелия в сво-
бодных газах в угольно-породном массиве Донецкого бассейна
растет с глубиной, хотя и незначительно [17].
Аномальные концентрации гелия в свободных и растворен-
ных газах в угольно-породном массиве Донецкого бассейна при-
урочены к Главной антиклинали и сочленениям по зонам глубин-
ных разломов Донбасса с Приазовским и Воронежским кристал-
лическими массивами. Дизъюнктивные тектонические наруше-
ния глубокого заложения этих структурно-тектонических зон яв-
ляются, вероятно, с одной стороны – путями транзита гелия от
кристаллического фундамента в палеозойские отложения Дон-
басса [17], а с другой – плоскостями соприкосновения горных по-
род с жидкими (подземные воды) и газовыми средами, что при
наличии даже минимальных концентраций урана и тория в гор-
ных породах позволяет генерировать и накапливать в тектониче-
ски дробленных породах свободный гелий.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
434
Таблица 2
Коэффициенты диффузии гелия и других газов в некоторых
средах
Среда
Коэффициент диффузии,
см2/с
Источник
H2-воздух 0,592—0,634
[12]
He-воздух 0,570
H2O-воздух 0,220
CH4-воздух 0,196
C2H2-воздух 0,194
O2-воздух 0,178
CO2-воздух 0,138
He-вода 3·10-5 [13, 14]
He-увлажненный суг-
линок
10-4-10-2 [15]
He-насыщенная водой
глина
5·10-5 [14]
He-плотный глинистый
сланец
10-6 [14, 16]
He-гранитоиды 10-8-10-10 [14, 16]
Ранее показано, что изотопный состав углерода, т.е. элемен-
та, входящего не только в карбонаты, но и в такие широко расп-
ространенные в литосферных газах компоненты, как метан, угле-
кислый и угарный газ, в гидротермальных карбонатах Донбасса
также зависим от структурно-тектонического положения прояв-
ления гидротермальной минерализации. Максимальное содержа-
ние тяжелых изотопов углерода характерно для гидротермальных
карбонатов, кристаллизовавшихся в нижнекарбоновых отложе-
ниях зоны сочленения Донбасса с ПКМ [18].
В заключение необходимо остановиться на целом ряде ло-
кальных закономерностей в изменении состава газовых смесей,
обусловленных приуроченностью проб газоотбора к разрывной
тектонической нарушенности Донбасса.
Роль дизъюнктивных тектонических нарушений может быть
двоякой. В одних случаях, как уже отмечалось выше, тектониче-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
435
ские нарушения могут выступать как зоны транзита газа из глу-
бинных горизонтов к дневной поверхности. В других – тектони-
ческие дислокации выполняют механическую работу, в результа-
те чего происходит высвобождение газов из угольных и, в мень-
шей степени, из породных пластов. Вероятно, имеет место и со-
четание в тектонических нарушениях этих двух функций.
Процессы образования и выделения газов из угля при его
механохимической деструкции в настоящее время изучены недо-
статочно. Известны, например, случаи, когда при дроблении
угольных проб в вакуумной мельнице наблюдались выделения
водорода.
В работе [8] приведены результаты исследований, показав-
шие, что размалывание различных образцов угля в мельнице
приводит к образованию новых радикалов и сопровождается из-
менением формы и интенсивности сигнала электронного пара-
магнитного резонанса (ЭПР), что объясняется механическим
вскрытием связей С-С при размалывании.
Выявлено появление непредельных углеводородов (ацети-
лена, этилена и пропилена) в свободном состоянии и абсорбиро-
ванных в угле в зоне Григорьевского, Первомайского и Ветков-
ского надвигов и их апофиз в Донецко-Макеевском угленосном
районе [19–21]. Процентное содержание ацетилена достигает 2–3,
в отдельных случаях до 5 % от общего количества низших угле-
водородов.
Для Донецко-Макеевского угленосного района установлен
рост содержания гелия при приближении к Ветковскому, Поло-
гому и Семеновскому надвигам, рост содержания водорода по
мере приближения к Пологому и Григорьевскому надвигам, хотя
увеличение содержания этих газов не превышает фоновые значе-
ния. В этом же районе Семеновский и Ветковский надвиги ин-
дексируются ростом концентрации метана [22].
Из приведенного обзора следует, что региональное измене-
ние составов газовых смесей по площади Донецкого бассейна
определяются, прежде всего, близостью или удаленностью от
дизъюнктивных тектонических нарушений высшего порядка, к
которым необходимо отнести зоны сочленения по глубинным
разломам Донбасса с Приазовским и Воронежским кристалличе-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
436
скими массивами. Такой же иерархический уровень необходимо
придать Главной антиклинали с приуроченным к ней глубинным
разломом.
Дизъюнктивные нарушения, проявленные в карбоновых от-
ложениях, развитых между тремя главными тектоническими эле-
ментами, перечисленными выше, являются локальными и зако-
номерности изменения состава газов, определяемые ими, носят
также локальный характер.
Выводы.
Состав углеводородных и ассоциирующихся с ними газов
подчиняются следующим закономерностям:
I. Региональным, т.е. наблюдается зависимость состава газов
от принадлежности их к различным структурно-тектоническим
зонам Донбасса, что подтверждается:
1) повышенным содержанием в составе газов водорода: а)
вблизи зоны сочленения Донбасса с Приазовским кристалличе-
ским массивом, б) в Главной антиклинали Донбасса, в) в север-
ной части Донбасса вблизи его сочленения с Воронежским кри-
сталлическим массивом;
2) максимальным содержанием ТУ, приуроченным к южной
синклинальной зоне.
II. Вертикальным, в некоторой степени связанным со степе-
нью метаморфизма угля, т.е. наблюдается зависимость состава
газов от глубины отбора газовых проб или глубины залегания
коллектора газов, что подтверждается:
1) тесной связью содержания тяжелых углеводородов с
группами метаморфизма углей;
2) закономерным увеличением концентрации тяжелых угле-
водородов с ростом глубины залегания пластов в пределах пласта
одной ступени метаморфизма;
3) появлением полной гаммы гомологов тяжелых углеводо-
родов до пентана (С5Н12) с увеличением глубины отбора проб или
нахождения коллектора;
4) увеличением содержания водорода среди газов с ростом
глубины отбора проб.
III. Локальным, связанным с тектоническими нарушениями,
что подтверждается:
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
437
1) связью проявлений непредельных углеводородов (ацети-
лена, этилена и пропилена) с зонами тектонических нарушений;
2) повышенным содержанием метана, водорода и гелия в
зонах некоторых тектонических нарушений.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР, т. 1.
Угольные бассейны и месторождения юга европейской части
СССР (под ред. И. А. Кузнецова). М. : Госгеолтехиздат, 1963,
1210 с.
2. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР. /
Гл. редактор А. И. Кравцов. Т. 3. Генезис и закономерности
распределения природных газов угольных бассейнов и место-
рождений СССР. –– М. : Недра, 1980. –– 218 с.
3. Газоносность угольных месторождений Донбасса / А. В. Ан-
циферов, М. Г. Тиркель, М. Т. Хохлов, В. А. Привалов,
А. А. Голубев, А. А. Майборода, В. А. Анциферов. Под ред.
Н. Я. Азарова. –– К. : Наук. думка, 2004. –– 231 с.
4. Канин В. А. Взрывоопасные компоненты рудничного газа /
В. А. Канин, А. М. Тихолиз, А. А. Голубев [и др.] // Уголь
Украины. –– 2005. –– № 7. –– С. 28––30.
5. Гресов А. И. К вопросу водородоносности угольных бассей-
нов Дальнего Востока / А. И. Гресов, А. И. Обжиров,
А. В. Яцук // Вестник КРАУНЦ. Науки о земле. –– 2010 ––
№ 1. –– Вып. № 15. –– С. 19––32.
6. Лазаренко Е. К., Панов Б. С., Павлишин В. И. Минералогия
Донецкого бассейна. –– Ч. II. –– К. : Наук. думка. –– 1975 ––
502 с.
7. Смішко Р. М. Головні риси тектоніки центральної частини
Донбасу. / Вісник Львівського університету. Сер. Геологічна.
Вип. 18. –– Львів : ЛНУ, 2004. –– С. 143––153.
8. Газоносность и ресурсы метана угольных бассейнов Украины
в 2 т. / А. В. Анциферов, А. А. Голубев, В. А. Канин и др. ––
Донецк, изд-во «Вебер», Т. 1, 2009 –– 456 с., Т. 2, 2010 ––
478 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
438
9. Виноградов А. П. Средние содержания химических элементов
в главных типах изверженных горных пород земной коры /
А. П. Виноградов // Геохимия. –– 1962. –– № 7. –– С. 555––
571.
10. Юдович Я. Э. Токсичные элементы-примеси в ископаемых
углях / Я. Э. Юдович, М. П. Кетрис. –– Екатеринбург : УрО
РАН, 2005. –– 654 с.
11. Яницкий И. Н. Гелиевая съемка. –– М : Недра, 1979. –– 96 с.
12. Гиршфельдер Дж. Молекулярная теория газов и жидкостей /
Дж. Гиршфельдер, Ч. Кертисс, Р. Берд. –– М : Изд-во Ин.
лит., 1961. –– 929 с.
13. Соколов В. А. Миграция газа и нефти / В. А. Соколов. –– М. :
Изд-во АН СССР, 1956. –– 352 с.
14. Ньютон Р. Диффузия гелия в осадочных породах / Р. Ньютон,
Г. Роунд // Геохимия. –– 1961. –– № 4. –– С. 332––353.
15. Булашевич Ю. Л. Схема проницаемых разрывных нарушений
земной коры Северо-Западного Казахстана по данным расп-
ределения гелия в подземных водах / Ю. Л. Булашевич,
В. Н. Башорин // Геотектоника. –– 1976. –– № 3. –– С. 67––73.
16. Тугаринов А. И. О диффузии и фильтрации гелия через обра-
зцы / А. И. Тугаринов, Ю. Г. Осипов // Геохимия. –– 1977,
№ 7. –– С. 992––1004.
17. Исаев В. А. Закономерности распределения аномальных кон-
центраций гелия в палеозойских отложениях Донбасса /
В. А. Исаев, А. А. Тараник, А. М. Тихолиз [и др.] // Наук.
праці УкрНДМІ НАН України. –– Вип. 12. –– Донецьк, 2013.
–– С. 203––212.
18. Исаев В. А. Структурно-тектонический и страти-графический
контроль изотопного состава углерода и кислорода в гидро-
термальных карбонатах Донбасса // В. А. Исаев, П. А. Власов,
П. В. Галемский [и др.] // Наук. праці УкрНДМІ НАН Украї-
ни. –– Вип. 10. –– Донецьк, 2012. –– С. 46––60.
19. Майданович И. А. Особенности тектоники угольных бассей-
нов Украины / И. А. Майданович, А. Я. Радзивилл. –– К. : На-
ук. думка, 1984. –– 120 с.
20. Опыт исследования ацетиленоносности угольных пластов
шахт Донецко-Макеевского района / А. Н. Сукачев, А. Я. Ра-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 13 (частина II), 2013
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 13 (part II), 2013
439
дзивилл, В. В. Касьянов, А. И. Сусло. Киев, 1992. –– 55 с.
(Препринт АН Украины, Ин-т геологических наук).
21. Звягильский Е. Л., Сукачев А. Н., Бокий Б. В. Опыт исследо-
вания низкоуглеродистой газовой составляющей шахтоплас-
тов шахты им. А. Ф. Засядько с целью безопасной добычи
угля. –– Севастополь : «Вебер», 2004. –– 40 с.
22. Омельченко А. А., Тихолиз О. М., Ісаєв В. О. Комп’ютерне
оброблення інформації при дослідженні міграції газів через
вугільно-породний масив. –– Наук. праці УкрНДМІ НАН
України. Вип. 12. –– Донецьк, 2013. –– С. 313––323.
|