Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса
Предметом исследований являются карбоновые песчаники Красноармейского района Донецкого угольного бассейна. Цель работы – изучение и анализ условий образования и преобразования песчаников, вмещающих угли разных стадий углефикации. Исследования проводились на стандартных шлифах с использованием оптиче...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Datum: | 2016 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2016
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138300 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса / В.А. Баранов, Т.В. Орлова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 43-52. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-138300 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Баранов, В.А. Орлова, Т.В. 2018-06-18T13:44:41Z 2018-06-18T13:44:41Z 2016 Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса / В.А. Баранов, Т.В. Орлова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 43-52. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138300 551.14:553.21 Предметом исследований являются карбоновые песчаники Красноармейского района Донецкого угольного бассейна. Цель работы – изучение и анализ условий образования и преобразования песчаников, вмещающих угли разных стадий углефикации. Исследования проводились на стандартных шлифах с использованием оптической микроскопии. Шлифы изготавливались из проб песчаников отобранных в забоях угольных шахт или из керна разведочных скважин. В результате исследований установлено, что структура песчаников диагенеза и ранней подстадии катагенеза формировалась в процессе его образования, в седиментогенезе. Структура осадочных пород средней подстадии катагенеза существенно меняется под действием повышенных давлений и температуры. На этой подстадии происходит накопление микродеформаций в наиболее крупных обломочных зернах песчаника, что приводит к их делению на более мелкие фрагменты. Данный процесс существенно влияет на коллекторские свойства песчаников. Происходит ухудшение коллекторских свойств, песчаники трансформируются в плотные коллекторы. Полученные результаты можно использовать для прогноза коллекторских свойств песчаников в нефтегазовой промышленности, а также в угольной, для прогноза выбросоопасности песчаников, газовых скоплений и возникновения суфляров. Таким образом, установлена закономерность трансформации структуры песчаника исследованного района средней подстадии катагенеза, позволяющая оценивать степень перехода песчаных коллекторов в плотные коллекторы. Предметом досліджень є карбонові пісковики Красноармійського району Донецького вугільного басейну. Мета роботи вивчення та аналіз умов утворення і перетворення пісковиків, що вміщають вугілля різних стадій вуглефікації. Дослідження проводилися на стандартних шліфах з використанням оптичної мікроскопії. Шліфи виготовлялися з проб пісковиків відібраних в забоях вугільних шахт або з керну розвідувальних свердловин. В результаті досліджень встановлено, що структура пісковиків діагенезу і ранньої підстадії катагенезу формувалася в процесі його утворення, в седиментогенезі. Структура осадочних порід середньої підстадії катагенезу істотно змінюється під дією підвищених тисків і температури. На цій підстадії відбувається накопичення мікродеформацій в найбільш великих уламкових зернах пісковику, що призводить до їх поділу на більш дрібні фрагменти. Даний процес істотно впливає на колекторські властивості пісковиків. Відбувається погіршення колекторських властивостей, пісковики трансформуються в щільні колектори. Отримані результати можна використовувати для прогнозу колекторських властивостей пісковиків в нафтогазовій промисловості, а також у вугільній, для прогнозу викидонебезпечності пісковиків, газових скупчень і виникнення суфлярів. Таким чином, встановлена закономірність трансформації структури пісковиків дослідженого району середньої підстадії катагенезу, що дозволяє оцінювати ступінь переходу піщаних колекторів в щільні колектори. Subject of the research was carboxylic sandstones in the Krasnoarmeysk region of Donetsk coal basin. Objective of the work was to study and analyze conditions of formation and transformation of sandstones, which contain coal of different stages of coalification. The study was carried out on standard microsections with the help of optical microscopy. The microsections were taken from the sandstone samples chosen in the faces of coal mines or from the core of exploration wells. Basing on the results, it is stated that structure of sandstone of diagenesis and early katagenesis stages was formed in the process of its formation (sedimentogenesis). Structure of sedimentary rocks of the katagenesis middle substage is significantly changed under the influence of high pressure and temperature. At this substage, microstrain is accumulated in the largest sandstone grains, which are divided into smaller fragments. This process significantly worsens collecting properties of the sandstones as they are transformed into dense collector. The obtained results can be used by oil and gas industry for predicting the sandstone collecting properties, and by coal industry for forecasting outburst of sandstones, gas concentrations and formation of blowers. Thus, regularities of structural transformations of sandstone of the katagenesis middle substage are established, and they allow to assess a degree of sand collector transformation into the dense collector. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса Закономірності формування структури пісковиків на прикладі карбонових відкладів Красноармійського району Донбасу Physics of sandstone structure formation on the example of carboxylic deposits in the Krasnoarmeysk region of Donbass Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса |
| spellingShingle |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса Баранов, В.А. Орлова, Т.В. |
| title_short |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса |
| title_full |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса |
| title_fullStr |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса |
| title_full_unstemmed |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса |
| title_sort |
закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений красноармейского района донбасса |
| author |
Баранов, В.А. Орлова, Т.В. |
| author_facet |
Баранов, В.А. Орлова, Т.В. |
| publishDate |
2016 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехнічна механіка |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Закономірності формування структури пісковиків на прикладі карбонових відкладів Красноармійського району Донбасу Physics of sandstone structure formation on the example of carboxylic deposits in the Krasnoarmeysk region of Donbass |
| description |
Предметом исследований являются карбоновые песчаники Красноармейского района Донецкого угольного бассейна. Цель работы – изучение и анализ условий образования и преобразования песчаников, вмещающих угли разных стадий углефикации. Исследования проводились на стандартных шлифах с использованием оптической микроскопии. Шлифы изготавливались из проб песчаников отобранных в забоях угольных шахт или из керна разведочных скважин. В результате исследований установлено, что структура песчаников диагенеза и ранней подстадии катагенеза формировалась в процессе его образования, в седиментогенезе. Структура осадочных пород средней подстадии катагенеза существенно меняется под действием повышенных давлений и температуры. На этой подстадии происходит накопление микродеформаций в наиболее крупных обломочных зернах песчаника, что приводит к их делению на более мелкие фрагменты. Данный процесс существенно влияет на коллекторские свойства песчаников. Происходит ухудшение коллекторских свойств, песчаники трансформируются в плотные коллекторы. Полученные результаты можно использовать для прогноза коллекторских свойств песчаников в нефтегазовой промышленности, а также в угольной, для прогноза выбросоопасности песчаников, газовых скоплений и возникновения суфляров. Таким образом, установлена закономерность трансформации структуры песчаника исследованного района средней подстадии катагенеза, позволяющая оценивать степень перехода песчаных коллекторов в плотные коллекторы.
Предметом досліджень є карбонові пісковики Красноармійського району Донецького вугільного басейну. Мета роботи вивчення та аналіз умов утворення і перетворення пісковиків, що вміщають вугілля різних стадій вуглефікації. Дослідження проводилися на стандартних шліфах з використанням оптичної мікроскопії. Шліфи виготовлялися з проб пісковиків відібраних в забоях вугільних шахт або з керну розвідувальних свердловин. В результаті досліджень встановлено, що структура пісковиків діагенезу і ранньої підстадії катагенезу формувалася в процесі його утворення, в седиментогенезі. Структура осадочних порід середньої підстадії катагенезу істотно змінюється під дією підвищених тисків і температури. На цій підстадії відбувається накопичення мікродеформацій в найбільш великих уламкових зернах пісковику, що призводить до їх поділу на більш дрібні фрагменти. Даний процес істотно впливає на колекторські властивості пісковиків. Відбувається погіршення колекторських властивостей, пісковики трансформуються в щільні колектори. Отримані результати можна використовувати для прогнозу колекторських властивостей пісковиків в нафтогазовій промисловості, а також у вугільній, для прогнозу викидонебезпечності пісковиків, газових скупчень і виникнення суфлярів. Таким чином, встановлена закономірність трансформації структури пісковиків дослідженого району середньої підстадії катагенезу, що дозволяє оцінювати ступінь переходу піщаних колекторів в щільні колектори.
Subject of the research was carboxylic sandstones in the Krasnoarmeysk region of
Donetsk coal basin. Objective of the work was to study and analyze conditions of formation and
transformation of sandstones, which contain coal of different stages of coalification. The study was
carried out on standard microsections with the help of optical microscopy. The microsections were
taken from the sandstone samples chosen in the faces of coal mines or from the core of exploration
wells. Basing on the results, it is stated that structure of sandstone of diagenesis and early katagenesis
stages was formed in the process of its formation (sedimentogenesis). Structure of sedimentary
rocks of the katagenesis middle substage is significantly changed under the influence of high pressure
and temperature. At this substage, microstrain is accumulated in the largest sandstone grains,
which are divided into smaller fragments. This process significantly worsens collecting properties
of the sandstones as they are transformed into dense collector. The obtained results can be used by
oil and gas industry for predicting the sandstone collecting properties, and by coal industry for forecasting
outburst of sandstones, gas concentrations and formation of blowers. Thus, regularities of
structural transformations of sandstone of the katagenesis middle substage are established, and they
allow to assess a degree of sand collector transformation into the dense collector.
|
| issn |
1607-4556 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/138300 |
| citation_txt |
Закономерности формирования структуры песчаников на примере карбоновых отложений Красноармейского района Донбасса / В.А. Баранов, Т.В. Орлова // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2016. — Вип. 130. — С. 43-52. — Бібліогр.: 16 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT baranovva zakonomernostiformirovaniâstrukturypesčanikovnaprimerekarbonovyhotloženiikrasnoarmeiskogoraionadonbassa AT orlovatv zakonomernostiformirovaniâstrukturypesčanikovnaprimerekarbonovyhotloženiikrasnoarmeiskogoraionadonbassa AT baranovva zakonomírnostíformuvannâstrukturipískovikívnaprikladíkarbonovihvídkladívkrasnoarmíisʹkogoraionudonbasu AT orlovatv zakonomírnostíformuvannâstrukturipískovikívnaprikladíkarbonovihvídkladívkrasnoarmíisʹkogoraionudonbasu AT baranovva physicsofsandstonestructureformationontheexampleofcarboxylicdepositsinthekrasnoarmeyskregionofdonbass AT orlovatv physicsofsandstonestructureformationontheexampleofcarboxylicdepositsinthekrasnoarmeyskregionofdonbass |
| first_indexed |
2025-11-25T22:54:41Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:54:41Z |
| _version_ |
1850576171803082752 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
43
УДК 551.14:553.21
Баранов В.А., д-р геол. наук, ст. науч. сотр.,
Орлова Т.В., аспирант
(ИГТМ НАН Украины)
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ
ПЕСЧАНИКОВ НА ПРИМЕРЕ КАРБОНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
КРАСНОАРМЕЙСКОГО РАЙОНА ДОНБАССА
Баранов В.А., д-р геол. наук, ст. наук. співр.,
Орлова Т.В., аспірант
(ІГТМ НАН України)
ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ПІСКОВИКІВ НА
ПРИКЛАДІ КАРБОНОВИХ ВІДКЛАДІВ КРАСНОАРМІЙСЬКОГО
РАЙОНУ ДОНБАСУ
Baranov V.A., D.Sc. (Geol.), Senior Researcher,
Orlova T.V., Doctoral Student
(IGTM NAS of Ukraine)
PHYSICS OF SANDSTONE STRUCTURE FORMATION ON THE
EXAMPLE OF CARBOXYLIC DEPOSITS IN THE KRASNOARMEYSK
REGION OF DONBASS
Аннотация. Предметом исследований являются карбоновые песчаники Красноармей-
ского района Донецкого угольного бассейна. Цель работы – изучение и анализ условий обра-
зования и преобразования песчаников, вмещающих угли разных стадий углефикации. Иссле-
дования проводились на стандартных шлифах с использованием оптической микроскопии.
Шлифы изготавливались из проб песчаников отобранных в забоях угольных шахт или из
керна разведочных скважин. В результате исследований установлено, что структура песча-
ников диагенеза и ранней подстадии катагенеза формировалась в процессе его образования,
в седиментогенезе. Структура осадочных пород средней подстадии катагенеза существенно
меняется под действием повышенных давлений и температуры. На этой подстадии происхо-
дит накопление микродеформаций в наиболее крупных обломочных зернах песчаника, что
приводит к их делению на более мелкие фрагменты. Данный процесс существенно влияет на
коллекторские свойства песчаников. Происходит ухудшение коллекторских свойств, песча-
ники трансформируются в плотные коллекторы. Полученные результаты можно использо-
вать для прогноза коллекторских свойств песчаников в нефтегазовой промышленности, а
также в угольной, для прогноза выбросоопасности песчаников, газовых скоплений и возник-
новения суфляров. Таким образом, установлена закономерность трансформации структуры
песчаника исследованного района средней подстадии катагенеза, позволяющая оценивать
степень перехода песчаных коллекторов в плотные коллекторы.
Ключевые слова: трансформация структуры, песчаники, подстадии катагенеза.
Структура горных пород является важным горно-геологическим показате-
лем их физико-механических, коллекторских, петрологических свойств. На эту
тему написано значительное количество научных работ, поскольку свойства
________________________________________________________________________________
© В.А. Баранов, Т.В. Орлова, 2016
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
44
пород, особенно осадочных, включающих биолиты и каустобиолиты, достаточ-
но важны для разработки многих полезных ископаемых, в том числе и горючих
[1-11 др.].
Проблемой, на наш взгляд, остаются мало исследованные закономерности
формирования структуры вещества, которая не всегда описывается в динамике.
Несмотря на то, что формирование и преобразование горных пород связано со
значительными временными интервалами, сопоставление их свойств на разных
литостатических и временных этапах позволяет отмечать важные детали
трансформации пород, применительно к меняющимся во времени и простран-
стве условиям.
На одной из недавних конференций было высказано мнение, что структура
вещества и размеры его породообразующих зерен, это равнозначные факторы.
Но так ли это на самом деле? Что входит в понятие структуры вещества, как
она формируется, на каких геологических этапах, основные условия еѐ транс-
формации и ещѐ есть много вопросов, прямых ответов на которые найти не так
просто, а порой и невозможно. Проблема в том, что горная порода интересует
специалистов горных отраслей, прежде всего, с прагматичной стороны, то есть
еѐ свойства и параметры, а условия формирования этих свойств редко затраги-
ваются, тем более, что для подобных исследований нужны геологические мето-
ды, специфические препараты и оборудование, а главное специальные знания.
Недавно, в частной беседе, специалист в нефтяной геологии сказал, что в орга-
низации, где он работает, бурят скважины на газ глубиной до 4,7 км, при этом
объяснить причину выбора такой глубины он не смог. Если учесть, что за ру-
бежом газ добывают с глубин 6 и даже 7 км, а по мнению А.Е. Лукина [10], он
может находится и глубже, непонятно, откуда может взяться фиксированная
глубина, без учета условий формирования горных пород.
Месторождения углеводородов, особенно газовых и газоконденсатных, при-
урочены, в основном, к песчаным коллекторам [1-11 и др.]. Причина этого за-
ключается в том, что именно в песчаниках формируются условия, благоприят-
ные для образования микроемкостей и скопления там газовых каустобиолитов.
Прочные обломочные зерна песчаников (в основном, кварц, реже обломки по-
род, полевые шпаты), являются жестким каркасом, охраняющим породу от
сильного уплотнения вплоть до подстадии позднего катагенеза. Другие породы
претерпевают более существенные уплотнения раньше по времени и страти-
графически выше [12-13]. Структура терригенных отложений играет в этом
процессе ведущую роль. Рассмотрим некоторые аспекты образования и преоб-
разования структуры карбоновых песчаников Красноармейского района Дон-
басса.
Следует указать, что в данной публикации не будут представлены результа-
ты исследований типоморфных особенностей кварца из указанных терригенных
отложений, поскольку источники сноса нас мало интересуют, они в целом из-
вестны. Для Красноармейского геолого-промышленного района источник сноса
один, это Русский щит, ныне называемый Украинским. История исследований
источников сноса терригенных отложений на базе изменения формы кварцевых
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
45
зерен, их типоморфные свойства, создание на этой основе классификаций, из-
ложены в работе [7]. Там же приводятся данные об истории исследований мет-
ричных (сферичность, округлость, коэффициент изометричности) и неметрич-
ных типоморфных признаков (различные структурные дефекты кварца по внут-
ренней структуре и его форме).
Цель данной публикации - показать процесс формирования и трансформа-
ции гранулометрии и фракционного состава песчаников конкретного региона
на ранней и средней подстадиях катагенеза. Указанный процесс влияет на обра-
зование скоплений углеводородов в свободной форме, на суфлярные выделения
в шахтах, взрывоопасность метана, выбросоопасность углей и песчаников.
Пробы отбирались из керна геологоразведочных скважин и забоев горных
выработок угольных шахт Донбасса. Отобранные пробы относились к русловой
фации и фации ПВР (подводных выносов рек), отличающихся более крупными
обломочными зернами, лучшими коллекторскими свойствами. Определение
структуры и фракционный анализ выполнялись в стандартных шлифах с при-
менением поляризационного микроскопа при увеличении около 100
Х
, в прохо-
дящем свете. Пористость открытая определялась в стандартизованных лабора-
ториях по апробированным методикам путем водо- или керосинонасыщения.
Следует указать, что исследования коллекторских свойств в разных осадочных
бассейнах СССР, во второй половине прошлого столетия, выполнялись массово
и на больших площадях [5]. Подобные исследования выполнялись и для пород
Донбасса [14-15 и др.].
Нас интересуют процессы изменения гранулометрии и фракционного соста-
ва песчаников карбона в катагенезе, поскольку этот процесс слабо исследован,
но некоторые факты изменения гранулометрии на разных подстадиях катагене-
за были установлены и опубликованы в работах [12-13, 16].
В работе [6] основными структурными параметрами обломочных пород
Л.Б. Рухин считает размер и форму слагающих их обломков. Под структурой
или строением горных пород он понимает совокупность признаков породы, оп-
ределяемых размером, формой и ролью различных составных частей. При мак-
роскопическом изучении автор предлагает, прежде всего, различать два типа
структур: афанитовые, когда частицы, слагающие осадочные породы, не разли-
чимы невооруженным глазом и яснозернистые.
Наиболее полная характеристика структурных параметров осадочных пород
вообще и терригенных, в частности, представлена в Справочнике по литологии
[1], в соответствии с которым структура определяется взаимоотношением зе-
рен, их размером, масштабом структуры, способом укладки и формой зерен.
Каждый из этих параметров достаточно полно охарактеризован, кроме разно-
зернистости. Проблема в том, что все пески и песчаники имеют разный диапа-
зон размеров породообразующих зерен. По этой причине, авторы приведенного
Справочника предлагают выделять главную или преобладающую фракцию, по
которой определяется гранулометрический тип и дается название породы. По
их мнению, породу можно считать равнозернистой, если свыше 3/4 еѐ объема
составляет преобладающая фракция, слабо разнозернистой – при содержании
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
46
от 3/4 до 2/3, средне разнозернистой и сильно разнозернистой – соответственно
при содержаниях до 1/2 и меньше 1/2. В последнем случае преобладающая
фракция, по мнению авторов Справочника, практически не выделяется. Песча-
ники по этим значениям соответственно будут называться хорошо, средне, пло-
хо сортированными и несортированными. Интересным представляется тот
факт, что даже применение методов математической статистики не дает равно-
значной оценки равнозернистости для разных гранулометрических классов.
Вопрос, по мнению авторов, требует дополнительной разработки.
Указанная проблема важна с прикладной точки зрения – количество фрак-
ций или степень разнозернистости существенно влияют на коллекторские свой-
ства песчаников – главных коллекторов углеводородов в Мире.
Для наглядного представления результатов фракционного и гранулометри-
ческого анализов были построены графики распределения количества обло-
мочных зерен в каждой из выделенных фракций, представленные на рисун-
ках 1-6. Диапазон каждой из фракций брался типичный для данных исследова-
ний и составлял 0,05 мм [1, 6].
Рисунок 1 - Монофракционная структура
мелкозернистого прослоя песчаника d3Sd4
ШУ Покровское (Красноармейская-Западная-
1), уголь Г, пр. 4618, dср = 0,23 мм
Рисунок 2 - Двухвершинный график порфи-
ровидной [1] структуры средне- мелкозерни-
стого прослоя песчаника d3Sd4 ШУ Покров-
ское (Красноармейская-Западная-1), уголь Г,
пр. 4692, dср = 0,29 мм
Рисунок 3 - Трѐхвершинный график порфи-
ровидной [1] структуры мелко- среднезерни-
стого прослоя песчаника d3Sd4 ШУ Покров-
ское (Красноармейская-Западная-1), уголь Г,
пр. 4673, dср = 0,28 мм
Рисунок 4 - Монофракционная структура
мелкозернистого прослоя песчаника d3Sd4
ШУ Покровское (Красноармейская-
Западная-1), уголь ОС, пр.1178,
dср = 0,13 мм
Структура песчаника d3Sd4 ШУ Покровское,
уголь Г, пр.4618
0
10
20
30
40
50
0,
05 0,
1
0,
15 0,
2
0,
25 0,
3
0,
35 0,
4
0,
45 0,
5
0,
55 0,
6
0,
65 0,
7
Размер фракции, мм
К
о
л
и
ч
е
с
т
в
о
з
е
р
е
н
ф
р
а
к
ц
и
и
Структура песчаника d3Sd4 ШУ Покровское,
уголь Г, пр. 4692
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0,
05 0,
1
0,
15 0,
2
0,
25 0,
3
0,
35 0,
4
0,
45 0,
5
0,
55 0,
6
0,
65 0,
7
Размер фракций, мм
К
о
л
и
ч
е
с
т
в
о
з
е
р
е
н
ф
р
а
к
ц
и
й
Структура песчаника k8Sl1 шх. им. А.Г. Стаханова,
уголь Г, пр. 4673
0
5
10
15
20
25
30
0,
05
0,
15
0,
25
0,
35
0,
45
0,
55
0,
65
0,
75
0,
85
0,
95
1,
05
Размер фракции, мм
К
о
л
и
ч
е
с
т
в
о
з
е
р
е
н
ф
р
а
к
ц
и
и
Структура песчаника d4Sd41 ШУ Покровское, уголь
ОС, пр. 1178
0
10
20
30
40
50
60
70
0,
05 0,
1
0,
15 0,
2
0,
25 0,
3
0,
35 0,
4
0,
45 0,
5
0,
55 0,
6
0,
65 0,
7
Размер фракций, мм
К
о
л
и
ч
е
с
т
в
о
з
е
р
е
н
ф
р
а
к
ц
и
й
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
47
Рисунок 5 - Монофракционная структура
мелкозернистого прослоя песчаника d3Sd4
ШУ Покровское (Красноармейская-Западная-
1), уголь ОС,
пр. 1176, dср = 0,16 мм
Рисунок 6 - Монофракционная структура
мелкозернистого прослоя песчаника d3Sd4
ШУ Покровское (Красноармейская-
Западная-1), уголь ОС,
пр.1177, d ср = 0,14 мм
Указанный размер является не только фактической границей между алевро-
литами и песчаниками, по мнению многих исследователей, но и характеризует-
ся тем, что более мелкие зерна переносятся только во взвешенном состоянии и
не окатываются [1]. Пробы отбирались и исследовались из отложений конца
ранней и конца средней подстадий катагенеза (возле углей марок Г и ОС), для
определения степени изменения структуры песчаников и их свойств в динами-
ке. Поскольку было изучено значительное количество проб (более 300), здесь
представлены типичные графики, полученные в результате петрографических
исследований шлифов, изготовленных из отобранных проб.
Как видно на графиках рис. 1-3, фракционный состав представленных пес-
чаников ранней подстадии катагенеза достаточно разнообразен. В работе [1]
показаны порфировидные или двухвершинные графики, но на практике они мо-
гут быть как одновершинные (рис. 1), так и двух-, трѐхвершинные (рис. 2-3),
количество фракций может достигать 5-6, возможно и более. По нашему мне-
нию, количество фракций разных прослоев песчаников зависит, в первую оче-
редь, от условий формирования данной породы в седиментогенезе. Перенос и
осаждение породообразующих зерен зависит от динамики среды: скорости по-
тока, выдержанности этой скорости или еѐ колеблемости, дальности переноса,
степени окатанности и других подобных параметров.
Четкость выделения разных фракций обусловлена ступенчатостью скорости
водного потока, а отсутствие фракционности указывает на сравнительно плав-
ное изменение скорости потока, позволяющее осаждаться частицам разного
размера и формы, что представлено на рис. 1.
Для карбоновых песчаников Красноармейского района ранней подстадии
катагенеза (в зоне формирования углей Г), были установлены следующие зако-
номерности:
- существенно меньшее количество зерен алевритовой размерности (менее
0,1 мм), по сравнению с песчаной, которые вероятнее всего вымывались отно-
сительно сильным потоком воды;
Структура песчаника d4Sd41 ШУ Покровское,
уголь ОС, пр. 1176
0
20
40
60
80
100
0,
05 0,
1
0,
15 0,
2
0,
25 0,
3
0,
35 0,
4
0,
45 0,
5
0,
55 0,
6
0,
65 0,
7
Размер фракции, мм
К
о
л
и
ч
е
с
т
в
о
з
е
р
е
н
ф
р
а
к
ц
и
й
Структура песчаника d4Sd41 ШУ Покровское, уголь
ОС, пр. 1177
0
10
20
30
40
50
60
70
0,
05 0,
1
0,
15 0,
2
0,
25 0,
3
0,
35 0,
4
0,
45 0,
5
0,
55 0,
6
0,
65 0,
7
Размер фракций, мм
К
о
л
и
ч
е
с
т
в
о
з
е
р
е
н
ф
р
а
к
ц
и
й
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
48
- значительный разброс в размерах породообразующих зерен, примерно на
порядок, от 0,05 мм до 0,6 мм, иногда более (см. рис. 3);
- четкое логнормальное распределение зерен с правосторонним смещением;
- значительный разброс фракций в разных прослоях песчаника, от одной,
обычно широкого диапазона, до 5-6 и, возможно, более, что обусловлено сме-
ной динамики водного потока, в одном случае более резкого, ступенчатого (см.
рис. 3), в другом случае, более плавного (см. рис. 1). Все разнообразие грану-
лометрического состава песчаника и его фракционности обусловлено разнооб-
разием смены динамики водной среды, основного фактора переноса и отложе-
ния терригенных отложений.
Для сопоставления степени изменения структурных параметров на разных
подстадиях катагенеза были изучены пробы из отложений средней подстадии
катагенеза указанного района. Идея данной работы заключается в том, что на
изменение структуры или фракционного состава в среднем катагенезе по срав-
нению с ранним, динамика водной среды влияния не оказывает. Иными слова-
ми, то, что мы наблюдаем в раннем катагенезе сформировано условиями осаж-
дения и переноса водными потоками в седиментогенезе, а то, что мы наблюда-
ем в среднем катагенезе, сформировано при катагенетических преобразованиях.
Как и в случае с пробами раннего катагенеза, были отобраны и изучены
пробы среднего катагенеза, стратиграфически отобранные возле углей марки
ОС. Поздний катагенез в данном районе не развит, по этой причине мы будем
сравнивать гранулометрические закономерности в пробах из ранней и средней
подстадий катагенеза (рис. 4-6).
Фракционный состав в песчаниках средней подстадии катагенеза сущест-
венно меняется по сравнению с ранней подстадией катагенеза. В шлифах из
отобранных проб прослеживаются обычно монофракционные структуры мел-
козернистых песчаников. Двух- и более фракционные структуры в песчаниках
средней подстадии катагенеза встречаются достаточно редко и объяснить это
изменением динамики водного потока не представляется возможным. По на-
шим наблюдениям, диапазон гранулометрических размеров обломочных зерен
песчаников от подстадии раннего катагенеза до подстадии среднего существен-
но уменьшается и причиной тому являются не условия седиментогенеза, а вто-
ричные или катагенетические преобразования, происходящие постоянно в гор-
ных породах вообще и в осадочных, в частности.
Объяснить это можно на простом примере. Подстадия раннего катагенеза
формируется на относительно небольших глубинах, примерно 1-2 км, иногда
глубже. Подстадия среднего катагенеза расположена соответственно глубже,
под подстадией раннего катагенеза, на глубинах примерно 2-3 км. Здесь важно
то, что литостатическое давление горных пород для средней подстадии будет
всегда больше, иначе собственно никаких структурных преобразований не про-
исходило бы.
Большее давление реализуется в комплекс хрупких и пластических микро-
деформаций обломочных зерен, самые неустойчивые из которых крупные зер-
на, поскольку они подвержены максимальному количеству внешних напряже-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
49
ний. Образно говоря, если на корзину с яйцами положить доску и поставить на
доску груз, мы получим естественный результат – раздавится самое крупное
яйцо (или несколько самых крупных) поскольку оно примет на себя основную
нагрузку внешнего давления.
На рисунке 7 показано кварцевое зерно из песчаника средней подстадии ка-
тагенеза, претерпевшее значительное внешнее воздействие, что привело к по-
явлению пластических и хрупких микродеформаций в зерне. Дальнейшее по-
вышение внешнего давления приводит к полному разделению крупных неус-
тойчивых зерен на несколько более мелких, но с более устойчивой структурой.
Таким образом, уменьшается гранулометрический диапазон обломочных зерен,
за счет дробления зерен крупных фракций. Количество мелких зерен соответст-
венно «растет», что приводит, в общем, к формированию монофракций обычно
мелкозернистых, повышению прочностных показателей песчаников, уменьше-
нию пористости как общей, так и открытой и переводу песчаных коллекторов в
разряд плотных, слабопористых, центральнобассейновых и подобных им кол-
лекторов. В конечном счете, песчаники из коллекторов более или менее про-
дуктивных переходят в разряд неколлекторов, но происходит это обычно на
подстадии позднего катагенеза, что выходит за рамки данной публикации.
Рисунок 7 -Кварцевое зерно карбонового песчаника Донбасса Красноармейского района, со
средней подстадии катагенеза, претерпевшее пластические и хрупкие деформации и
разделенное на блоки
Основным результатом этих исследований является экспериментальный
факт изменения структуры песчаников на разных подстадиях катагенеза под
действием меняющихся условий и, в первую очередь, литостатического давле-
ния. Таким образом, если структура песчаника (или песка) со стадии диагенеза
или подстадии раннего катагенеза формируется в процессе его образования – в
седиментогенезе, то структура песчаника подстадии среднего катагенеза в
большей степени формируется именно на этой подстадии под действием увели-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
50
чивающегося давления (в основном), температуры и, вероятно, других, менее
влиятельных факторов. Подобные структурные изменения приводят к тому, что
бывшие коллекторы, с хорошими коллекторскими свойствами, на более значи-
тельных глубинах переходят в разряд плотных коллекторов и, далее, неколлек-
торов.
Петрографические исследования, как коллекторов, так и других горных по-
род позволяют получать фактические данные, применение которых может ог-
раничивать или наоборот расширять стратиграфические интервалы поиска кол-
лекторов углеводородов, прогнозировать возможность появления суфляров и
выбросоопасности пород. В породе записаны все изменения, происходившие с
ней в процессе еѐ образования и преобразования. Умелое использование и про-
чтение этой истории позволяет получать бесценную информацию, которую
можно использовать для решения как научных, так и прикладных проблем. Да-
льнейшие исследования будут проведены с песчаниками Донецко-Макеевского
района.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочник по литологии / Под ред. Н.Б. Вассоевича [и др.]. – М.: Недра, 1983. – 509 с.
2 Лукин, А.Е. Сланцевый газ и перспективы его добычи в Украине. Статья 1. Современное состо-
яние проблемы сланцевого газа (в свете опыта освоения его ресурсов в США) / А.Е. Лукин // Геол.
журнал, 2010. - №3. – С. 17-33.
3. Лукин, А.Е. Сланцевый газ и перспективы его добычи в Украине. Статья 2. Черносланцевые
комплексы Украины и перспективы их газоносности в Волыно-Подолии и Северо-Западном Причер-
номорье / А.Е. Лукин // Геол. журнал, 2010. - № 4. – C.7-24.
4. Лукин, А.Е. Перспективы сланцевой газоносности Днепровско-Донецкого авлакогена /
А.Е. Лукин // Геол. журнал, 2011. - №1. – С.21-41.
5. Физические свойства осадочного покрова территории СССР / Под ред. М.Л. Озерской и
Н.В. Подобы. - М.: Недра, 1967. – 772 с.
6. Рухин, Л.Б. Основы литологии / Л.Б. Рухин. – Л.: Недра, 1969. – 703 с.
7. Ялышева, А.И. Типоморфизм кластогенного кварца из докембрийских отложений южного и
среднего Урала / А.И. Ялышева // Литосфера, 2010. - № 1. - С. 64–83.
8. Енгалычев, С.Ю. Текстурно-структурные особенности и генезис среднедевонских песчаников
арукюлаской свиты на востоке главного девонского поля / С.Ю. Енгалычев // Вестник СПбГУ, 2005. -
Сер. 7. - Вып. 3. – С.19-27.
9. Хуснуллина, Г.Р. Гранулометрический анализ песчаников викуловской свиты (апт, нижний
мел) Красноленинского месторождения (Западная Сибирь) / Г.Р. Хуснуллина, Е.А. Биркле, А.И. Ле-
бедев // Литосфера, 2012. - №6. – С. 90-99.
10. Нефтегазоносные коллекторы глубокозалегающих нижнекаменноугольных комплексов
центральной части Днепровско-Донецкой впадины / А.Е. Лукин, Н.В. Щукин, О.И. Лукина [и др.] //
Геофизический журнал, 2011. - №1. – Т.33. – С.3-27.
11. Folk, R.L. The petrology of sedimentary rocks / R.L. Folk // Austin, Hemphills Publishing Compa-
ny, Texas, 1980. - 190 p.
12. Баранов, В.А. Биолитовый (сланцевый) газ осадочных отложений / В.А. Баранов // „Форум
гірників – 2011‖: Матеріали міжнар. конф., 12-15 жовтня 2011 р. – Дніпропетровськ, НГУ. - С.164-
168.
13. Баранов, В.А. Изменение структуры песчаников с палеоглубиной для отложений Донбасса /
В.А. Баранов // Геотехническая механика: Межвед. сб. научн. тр. / ИГТМ НАН Украины. – Днепропе-
тровск, 2012 - №.102. - С.177-183.
14. Геологические факторы выбросоопасности пород Донбасса / В.Е. Забигайло, А.З. Широков,
И.С. Белый [и др.] - К.: Наук. думка, 1974. – 271 с.
15. Забигайло, В.Е. Выбросоопасность горных пород Донбасса / В.Е. Забигайло, В.В. Лукинов,
А.З. Широков – К.: Наук. думка, 1983. – 288 с.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
51
16. Баранов, В.А. Структурные преобразования песчаников Донбасса и прогноз их выбросоопас-
ности: автореф. дис.… д-ра геол. наук: 04.00.16 / Баранов В.А. – Днепропетровск: НГА Украины,
2000.– 36 с.
REFERENCES
1. Vassoevich, N.B. (ed.) (1983), Spravochnik po litologii [Reference lithology], Nedra, Moscov, USSR.
2. Lukin, A.Ye. (2010), ―Shale gas and the prospects of its production in Ukraine. Article 1. Current sta-
tus of shale gas (in the light of experience in the development of its resources in the United States)‖, Geolo-
gicheskiy Zhurnal, no.3, pp.17-33.
3. Lukin, A.Ye. (2010), ―Shale gas and the prospects of its production in Ukraine. Article 2. Black shale
complexes of Ukraine and the prospects for their gas content in the Volyn-Podolia and Northwest Black Sea
Coast‖, Geologicheskiy Zhyrnal, no.4, pp.7-24.
4. Lukin, A.Ye. (2011), ―Prospects for shale gas-bearing Dnieper-Donets aulacogene‖, Geologicheskiy
Zhyrnal, no.1, pp.21-41.
5. Ozerskaya. M.L. and Podoba. N.V. (ed) (1967), Fizicheskiye svoystva osadochnogo pokrova territorii
SSSR [The physical properties of the sedimentary cover in the USSR], Nedra, Moscov, USSR.
6. Rukhin, L.B. (1969), Osnovy litologii [Fundamentals of lithology], Nedra, Leningrad, USSR.
7. Yalysheva, A.I. (2010), ―Typomorphism clastic quartz from Precambrian sediments of the southern
and middle Urals‖, Litosfera, no.1, pp.64-83.
8. Yengalychev, S.Yu. (2005), ―Textural and structural features and the genesis of the Middle Devonian
sandstones Aruküla suites in the east of the main Devonian field‖, Vestnik SPbGU, Ser. 7, Vyp.3, pp.19-27.
9. Khusnullina, G.R., Birkle ,Ye.A. and Lebedev, A.I. (2012), ―Particle size analysis Vikulov Sandstone
Formation (Aptian, Lower Cretaceous) Krasnoleninskoye field (Western Siberia)‖, Litosfera, no.6, pp.90-99.
10. Lukin, A.Ye., Shukin, N.V., Lukina, O.I. and Prigarina, T.M. (2011), ―Oil and gas reservoirs of deep
Carboniferous complexes of the central part of the Dnieper-Donets Basin‖, Geofizicheskiy zhurnal, no.1,
Vol.33, pp.3-27.
11. Folk, R.L. (1980), ―The petrology of sedimentary rocks. Austin, Hemphills Publishing Company‖,
Texas, USA.
12. Baranov, V.A. (2011), ―Biolitovy (shale) gas sediment‖, Proc. of the International scientific confe-
rence ―Forum of Mining Engineers‖, National Mining University, Dnepropetrovsk, pp.164-168.
13. Baranov, V.A. (2012), ―Structural changessandstones of Donbas with paleodepths‖, Geo-Technical
Mechanics, no.102, pp.177-183.
14. Zabigaylo V.Ye., Shyrokov, A.Z., Belyy, Y.S., Kudelskiy, V.V., Mossur, Ye.A. and Rudometov,
B.P. (1974), Geologicheskie factory vybrosoopasnosti porod Donbassa [Geological factors outburst Donbass
rocks], Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
15. Zabigaylo, V.Ye., Lukinov, V.V. and Shyrokov, A.Z. (1983), Vybrosoopasnost gornykh porod Don-
bassa [Outburst mining Donbass rocks], Naukova dumka, Kiev, Ukraine.
16. Baranov, V.A. (2000), ―Structural changes sandstones of Donbas and the forecast of their outburst‖,
Abstract of D.Sc. dissertation, Geology of solid fuels, National Mining Academy of Ukraine, Dneprope-
trovsk, Ukraine.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Баранов Владимир Андреевич, доктор геологических наук, старший научный сотрудник, заве-
дующий лабораторией исследования структурных преобразований горных пород, Институт геотех-
нической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украи-
ны), Днепр, Украина, вaranov-va@rambler.ru.
Орлова Татьяна Викторовна, магистр, аспирант, Институт геотехнической механики им. Н.С.
Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепр, Украина, tatya-
na.orlova.02@gmail.com.
About the authors
Baranov Vladimir Andreevich, Doctor of Geology (D.Sc.), Senior Recearcher, Head of Laboratory of
Researches of the Structural Changes in the Rock in Department of Geology of Coal Beds at Great depths,
N.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine
(IGTM NASU), Dnepr, Ukraine, вaranov-va@rambler.ru.
Orlova Tatyana Viktorovna, Master of Sciences (M.S.), Doctoral Student, N.S. Polyakov Institute of
Geotechnical Mechanics under the National Academy of Sciences of Ukraine (IGTM NASU), Dnepr,
Ukraine, tatyana.orlova.02@gmail.com.
mailto:вaranov-va@rambler.ru
mailto:tatyana.orlova.02@gmail.com
mailto:tatyana.orlova.02@gmail.com
mailto:вaranov-va@rambler.ru
mailto:tatyana.orlova.02@gmail.com
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2016. №130
52
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Предметом досліджень є карбонові пісковики Красноармійського району До-
нецького вугільного басейну. Мета роботи - вивчення та аналіз умов утворення і перетво-
рення пісковиків, що вміщають вугілля різних стадій вуглефікації. Дослідження проводилися
на стандартних шліфах з використанням оптичної мікроскопії. Шліфи виготовлялися з проб
пісковиків відібраних в забоях вугільних шахт або з керну розвідувальних свердловин. В ре-
зультаті досліджень встановлено, що структура пісковиків діагенезу і ранньої підстадії ката-
генезу формувалася в процесі його утворення, в седиментогенезі. Структура осадочних порід
середньої підстадії катагенезу істотно змінюється під дією підвищених тисків і температури.
На цій підстадії відбувається накопичення мікродеформацій в найбільш великих уламкових
зернах пісковику, що призводить до їх поділу на більш дрібні фрагменти. Даний процес істо-
тно впливає на колекторські властивості пісковиків. Відбувається погіршення колекторських
властивостей, пісковики трансформуються в щільні колектори. Отримані результати можна
використовувати для прогнозу колекторських властивостей пісковиків в нафтогазовій про-
мисловості, а також у вугільній, для прогнозу викидонебезпечності пісковиків, газових скуп-
чень і виникнення суфлярів. Таким чином, встановлена закономірність трансформації струк-
тури пісковиків дослідженого району середньої підстадії катагенезу, що дозволяє оцінювати
ступінь переходу піщаних колекторів в щільні колектори.
Ключові слова: трансформація структури, пісковики, підстадії катагенезу.
Abstract. Subject of the research was carboxylic sandstones in the Krasnoarmeysk region of
Donetsk coal basin. Objective of the work was to study and analyze conditions of formation and
transformation of sandstones, which contain coal of different stages of coalification. The study was
carried out on standard microsections with the help of optical microscopy. The microsections were
taken from the sandstone samples chosen in the faces of coal mines or from the core of exploration
wells. Basing on the results, it is stated that structure of sandstone of diagenesis and early katagene-
sis stages was formed in the process of its formation (sedimentogenesis). Structure of sedimentary
rocks of the katagenesis middle substage is significantly changed under the influence of high pres-
sure and temperature. At this substage, microstrain is accumulated in the largest sandstone grains,
which are divided into smaller fragments. This process significantly worsens collecting properties
of the sandstones as they are transformed into dense collector. The obtained results can be used by
oil and gas industry for predicting the sandstone collecting properties, and by coal industry for fore-
casting outburst of sandstones, gas concentrations and formation of blowers. Thus, regularities of
structural transformations of sandstone of the katagenesis middle substage are established, and they
allow to assess a degree of sand collector transformation into the dense collector.
Key words: Structural transformations, sandstones, substage of katagenesis.
Статья поступила в редакцию 19.10.2016
Рекомендовано к публикации д-ром технических наук Минеевым С.П.
|