Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа
Обгрунтовано концепцію і кількісні критерії розробки на базі фаціально-геотектонічного методу формаційного аналізу типової (універсальної) моделі газоносності вугленосних товщ для оцінки газогенераційного потенціалу вугленосних формацій Донбассу. The concept and quantitative criteria for the develop...
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18052 |
| 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: | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа / А.А. Майборода, Л.А. Иванов, В.А. Анциферов, А.А. Голубев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 285-305. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859642037483077632 |
|---|---|
| author | Майборода, А.А. Иванов, Л.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. |
| author_facet | Майборода, А.А. Иванов, Л.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. |
| citation_txt | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа / А.А. Майборода, Л.А. Иванов, В.А. Анциферов, А.А. Голубев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 285-305. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Обгрунтовано концепцію і кількісні критерії розробки на базі фаціально-геотектонічного методу формаційного аналізу типової (універсальної) моделі газоносності вугленосних товщ для оцінки газогенераційного потенціалу вугленосних формацій Донбассу.
The concept and quantitative criteria for the development based on facical-geotectonic method of formation analysis of the typical (universal) model of gas content of coal-bearing strata for the assessment of gas-generation potential of coal-bearing formations of Donbass are substantiated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:22:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
285
УДК 622.324.6550.8.01
ОЦЕНКА ГАЗОГЕНЕРАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА
УГЛЕНОСНЫХ ТОЛЩ ДОНБАССА НА БАЗЕ
ФОРМАЦИОННОГО АНАЛИЗА
Майборода А. А., Иванов Л. А., Анциферов В. А., Голубев А. А.
(УкрНИМИ НАНУ, г. Донецк, Украина)
Обгрунтовано концепцію і кількісні критерії розробки на
базі фаціально-геотектонічного методу формаційного аналізу
типової (універсальної) моделі газоносності вугленосних товщ
для оцінки газогенераційного потенціалу вугленосних формацій
Донбассу.
The concept and quantitative criteria for the development based
on facical-geotectonic method of formation analysis of the typical
(universal) model of gas content of coal-bearing strata for the assess-
ment of gas-generation potential of coal-bearing formations of Don-
bass are substantiated.
Исследование газоносности угленосных формаций в на-
стоящее время является одним из приоритетных в области при-
родопользования. В комплексе решаемых задач, связанных с га-
зоносностью, определенный теоретический и, возможно, практи-
ческий интерес представляет оценка газогенерационного потен-
циала угленосных толщ в различных районах Донбасса и его от-
дельных шахтных полей. В этом направлении нами проведены, в
рамках Комплексной программы НАН Украины «Стратегические
минеральные ресурсы Украины», исследования, особенностью
которых является базирование на не применявшемся для этих це-
лей ранее формационном анализе угленосных толщ.
Общеизвестным фактором формирования газоносности уг-
леносных формаций Донбасса является его неразрывная связь с
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
286
общей историей геологического развития бассейна. Поэтому во-
просы, связанные с газообразованием должны решаться в тесной
связи с особенностями осадконакопления и углеобразования и,
соответственно, на базе закономерностей формирования и строе-
ния самих угленосных формаций.
Формационный подход к изучению этих закономерностей
позволяет решать многие вопросы теории и практики угольной
геологии, в том числе в области разработок прогнозных критери-
ев угленосности и газоносности. Это заключение вытекает из са-
мого понятия «угленосная формация», по нашему представлению
наиболее точно и лаконично сформулированного Г. А. Ивановым
[1]: «угленосная формация – это полифациальная, ритмически
построенная, полнокомпенсированная толща парагенетически
связанных между собой комплексов угленосных пород, обра-
зующаяся и изменяющаяся в результате взаимодействия благо-
приятных для углеобразования геотектонических и фациальных
факторов». Т.е. сущность угленосной формации отражена в ее
качественном (фациальном) и количественном (геотектониче-
ском) содержании. Следовательно, только широкий формацион-
ный анализ позволяет наиболее полно осветить особенности
осадконакопления и углеобразования и, соответственно, распре-
деления углистого вещества в угленосных толщах, как сконцен-
трированного в угольных пластах, так и рассеяного во вмещаю-
щих породах, т.е. в конечном счете, оценить газогенерационный
потенциал этих толщ. Другие методы вскрывают лишь отдель-
ные, частные закономерности строения угленосных формаций.
Важнейшим и основополагающим условием применения
формационного анализа является ритмическое (циклическое)
строение угленосных формаций Донбасса. Оно заключается в пе-
риодически повторяющихся в разрезах пластов угля и известня-
ков, в многократно чередующихся континентальных и морских
фациях, отражающих непрерывные колебательные движения в
течение всего времени накопления угленосных толщ. Отсюда вы-
текает принципиально важный вывод: если говорить о ритмично-
сти углеобразования, то следует подразумевать ритмичность га-
зообразования, связанного с наиболее мощными скоплениями уг-
листого вещества – угольными пластами, включающей и ритмич-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
287
ное чередование вмещающих пород однотипных фаций, содер-
жащих определенное количество рассеянного газогенерирующе-
го органического вещества растительного происхождения. Сле-
довательно, вопросы газогенерации необходимо рассматривать с
позиций методов, изучающих эту ритмичность, т.е. методов фор-
мационного анализа.
Формационный анализ выполняется следующими методами:
фациальным, фациально-циклическим, фациально-геотектоническим,
фациально-фазовым.
Прежде чем перейти непосредственно к обоснованию наи-
более приемлемого для оценки газогенерационного потенциала
угленосных толщ метода формационного анализа и критериев
разработки на его основе типовой модели для такой оценки, счи-
таем необходимым остановиться на принципиальных положени-
ях, отражающих наши представления о формировании газонос-
ности, заложенных в основу проведенных исследований. Такое
представление получено путем анализа результатов исследований
ведущих специалистов в области газоносности Донбасса, изло-
женных в их публикациях, а также в методической и справочной
литературе.
Подавляющее большинство исследователей (в том числе и
авторы настоящей работы) считают, что формирование газонос-
ности угленосных формаций Донбасса происходило в два круп-
ных периода его геологического развития: доинверсионный (га-
зогенерирующий) и постинверсионный (дегазационный).
В доинверсионный период развития бассейна вместе с обра-
зованием Донецкого прогиба и мощным угле- и осадконакопле-
нием протекал интенсивный процесс газогенерации и формиро-
вания первичной вертикальной газовой зональности, отражаю-
щий как газопродуцирующие способности угленосных отложе-
ний, так и степень преобразованности углей и газов под воздей-
ствием метаморфизма. В этот период углеобразование и, соответ-
ственно, образование угольных газов происходило в два этапа.
Вначале формировались торфянники, в которых без доступа
воздуха проходил биохимический процесс окисления раститель-
ных остатков за счет собственного кислорода растений с прояв-
лением при этом газообразных продуктов разложения – углеки-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
288
слого газа (СО2), метана (СН4), водорода (Н2) и производных ме-
танового ряда или тяжелых углеводородов.
С этим же этапом связана начальная, определяющая даль-
нейшее газообразование стадия осадконакопления – седименто-
генез. Как отмечал Н. Б. Вассоевич [2] «в ряду всех стадий оса-
дочного породообразования, всех этапов литогенеза решающее
значение для развития нефтегазообразования имеет стадия седи-
ментогенеза (sensu stricto), т.е. рождение (генезис) того или иного
осадка. Он может быть (стать) нефтематеринской породой, хо-
рошим или плохим коллектором или флюидоупором. Диа-, ката-,
мета- и гипергенетические изменения во многом зависят от на-
чального типа осадка». Следовательно, на самых начальных ста-
диях седиментогенеза в результате тесного взаимодействия фа-
циальных и геотектонических факторов, обусловивших гидроди-
намический режим осадконакопления, происходило формирова-
ние гранулометрического состава пород, распределение и коли-
чество в них органического вещества, определяющих показатели
гранулярных и сорбционных коллекторов метана [3].
Как указывал А. И. Кравцов [4], генезис метана угольных
месторождений, прежде всего, связан с процессами углеобразо-
вания, начиная со стадии оторфянения. Газ, образовавшийся в
торфяную стадию, в большей своей части улетучился в атмосфе-
ру, однако если торфяник покрывался толщей непроницаемых
осадочных отложений, газы сохранялись в твердом остатке раз-
ложившихся растений или во вмещающих породах до преобразо-
вания торфяника в угли. Подтверждением генерации газа, начи-
ная с торфяной стадии, являются результаты лабораторного мо-
делирования процессов биохимического превращения органиче-
ского вещества торфа [5].
На втором этапе доинверсионного периода угле- и газо-
образования происходили длительные процессы осадконакопле-
ния в условиях отрицательных движений земной коры, когда ог-
ромные массы разлагающейся органики перекрывались толщей
терригенных пород и погружались на значительную глубину,
претерпевали интенсивные преобразования, проходя стадии от
диагенеза (превращение торфа в бурые угли) до регионального
метаморфизма и соответствующего перехода углей от бурых до
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
289
каменных и антрацитов. На всех стадиях метаморфизма углей до
стадии, включающей суперантрациты 12А, 13А (не продуци-
рующих метан) процесс их обуглероживания сопровождался га-
зообразованием с преимущественно генерацией метана и его
производных. Т.е. метаногенерация является составной частью
метаморфизма углей и на любой его стадии завершается с завер-
шением его процесса, т.е. до исчерпания ресурса, присущего тер-
мобарическому состоянию на этой стадии. Дальнейшая генерация
метана возможна только с повышением стадии метаморфизма.
Исходя из теории регионального метаморфизма, в доинверсион-
ный период в Донецком бассейне генерирован органическим ве-
ществом весь объем метана. Следовательно, первый, доинверси-
онный период следует рассматривать, как газонакопительный,
поскольку очевидно о широкомасштабной дегазации угленосных
толщ, перераспределении газа, формировании современной газо-
вой зональности в этот период (характерных для второго, инвер-
сионного периода развития бассейна вплоть до настоящего вре-
мени), - говорить не приходиться. Сохранению первичной газо-
носности способствовали: и высокое давление, повышающее рост
объемов сорбированного газа; и значительно меньшая роль, чем
при инверсии и складообразовании, тектонической составляю-
щей; и отсутствие из-за высоких температур на глубине водонос-
ных горизонтов; и отсутствие эрозионных факторов; и, наконец,
весьма затруднительные условия для миграционных процессов в
целом, когда многокилометровая пологозалегающая толща отло-
жений включала в себя огромное количество перекрывающих не-
проницаемых горизонтов пород и т.д.
В целом, формирование первичной газоносности Донбасса
обусловлено стабильным тектоническим режимом на протяжении
всего карбона. Складкообразования не происходило, тектониче-
ские движения проявлялись главным образом в виде колебатель-
ных движений на фоне общего погружения подошвы Донецкой
геосинклинали и сопровождались изменениями скорости опуска-
ния. Это подтверждено фактическими данными о распределении
мощностей свит бассейна [6].
Изменение тектонического режима, начавшееся в конце па-
леозоя и завершившееся мощной герцинской складчатостью (за-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
290
альская и пфальская фазы), наиболее сильно проявилось в Дон-
бассе. С этим этапом геологического развития бассейна, начав-
шимся после раннепермской эпохи с инверсии прогиба, связан
второй, постинверсионный период формирования газоносности и
современного распределения газов в угленосной толще бассейна.
Общая инверсия вертикальных движений способствовала проте-
канию складкообразовательных процессов и глубокой денудации
отложений нижней перми и карбона. Началось интенсивное пе-
рераспределение газов в осадочной толще бассейна, способство-
вавшее глубокому разрушению и преобразованию первичной ге-
нетической вертикальной газовой зональности в современное
распределение углеводородных газов в угленосных отложениях
Донбасса, как в разрезе, так и по площади. Инверсионные про-
цессы привели к значительным потерям уже накопленного в уг-
леносных толщах газа, а формирование тектонических наруше-
ний – к образованию новых путей его миграции.
Первичная газоносность угленосных формаций, гене-
тически связанная и сформированная в доинверсионный (газоге-
нерирующий) период геологической истории бассейна во много
раз превосходила газоносность современную. Так, количество
органического вещества (ОВ), сконцентрированного в угольных
пластах, пропластках и рассеяного во вмещающих породах До-
нецкого бассейна в пределах территории Украины, по данным
[7], оценивается в пересчете на угольную массу в 958 млрд. т.
Объемы газа, генерированного в процессе преобразования орга-
ники в угленосной толще, составляют 278 трлн. м3, ресурсы же
угольного метана, сохранившегося до настоящего времени в ук-
раинской части Донбасса, - от 12 до 25 трлн. м3, что указывает на
потери углеводородных газов (УВГ), составляющие порядка 90 %
на последующих постинверсионных этапах геологического раз-
вития Донбасса. Такие потери обусловлены процессами дегаза-
ции угленосных отложений в постинверсионный период. Таким
образом, современная газоносность обусловливается не столько
первичной газоносностью, сколько условиями миграции газа к
земной поверхности. Тем не менее по данным Г. Д. Лидина и
А. Э. Петросяна, для глубоких частей Кальмиус-Торецкой кот-
ловины современная газоносность угольных пластов может нахо-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
291
дится в более близком соответствии с их первичной газоносно-
стью [8]. Поэтому вопросы формирования первичной газоносно-
сти угленосных формаций, оценка газогенерационного потенциа-
ла угленосных толщ в различных частях бассейна представляют
несомненный теоретический и практический интерес.
Поскольку газогенерация непосредственно связана с мета-
морфизмом, вопрос о времени его воздействия (до или до и после
инверсии), безусловно, является принципиальным.
Среди геологов-угольщиков (включая и авторов этой рабо-
ты) наиболее признанной является теория регионального мета-
морфизма угля, разработанная и опубликованная в трудах
П. И. Степанова, Ю. А. Жемчужникова, В. И. Яворского,
Е. О. Погребицкого, И. И. Амосова, Г. А. Иванова,
В. В. Гречухина и других, степень которого определяется тем-
пературой и статическим давлением, возраставшими по мере по-
гружения осадочных толщ, что характерно именно для Донецко-
го бассейна. Однако, некоторые исследователи считали, что ме-
таморфизм углей осуществлялся на двух этапах: доинверсионном
и постинверсионном. Так сторонники теории перманентности ме-
таморфизма, предполагают непрерывность или перманентность и
процесса генерации метановых газов даже в условиях понижения
температур в результате инверсии. Теории перманентности мета-
морфизма многие исследователи противопоставляют серьезные
возражения. Так, например, В. Н. Нагорный и Ю. Н. Нагорный
считают, что наиболее полные и убедительные данные, противо-
речащие реальности постинверсионной углефикации получены
именно в Донбассе. Ссылаясь на большую группу исследователей
и приведя собственные достаточно убедительные аргументы, они
пришли к выводу о том, что [9, 10]:
– инверсия геотектонического режима в бассейне, сопрово-
ждающаяся общим подъемом осадочной толщи и значительным
снижением ее температуры, обуславливает практически полное
прекращение процессов углефикации;
– постинверсионный метаморфизм углей может иметь место
только в тех случаях, когда угольные пласты достигают макси-
мальных глубин погружения уже после процессов складкообра-
зования.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
292
Отсюда следует, что с прекращением углефикации заверше-
на и газогенерация. Что касается максимальных глубин погруже-
ния угленосных толщ, то они происходили в доинверсионный пе-
риод, а в постинверсионный – амплитуды инверсии в бассейне
колебались от 4 до 5 км и доходили до 10-12 км, т.е. говорить о
повышении достигнутых стадий метаморфизма не приходиться.
Существует еще одна теория, в соответствии с которой ге-
нерация газа проходила в два этапа: доинверсионный и постин-
версионный, связанный с «термальным событием», обусловлен-
ным влиянием интрузивных тел при проявлении пфальцской фа-
зы герцинского орогенеза (рубеж перми и триаса). Однако и этой
теории есть возражения. Во-первых, интрузивные тела не оказы-
вали существенного влияния на угли, образуя лишь небольшую
зону обожженного угля на контакте, т.е. имели локальное, огра-
ниченное значение и, соответственно, не могли вызвать дополни-
тельную масштабную генерацию газа. Во-вторых, в Донбассе нет
сколько-нибудь убедительных доказательств проявлений тер-
мального воздействия на каменные угли и не обнаружено значи-
тельных интрузий кристалических пород, которые могли бы вы-
звать термальный метаморфизм углей, заключенных в колоссаль-
ные массы осадочных толщ. Доказательством этому являются
проявления интрузий в угленосной толще Южно-Донбасского
района. Эти аргументы находят свое подтверждение в работах
[6, 11].
Таким образом, составной частью концепции проведения
формационного анализа с целью оценки газогенерационного по-
тенциала угленосных толщ Донбасса являются следующие поло-
жения:
– возраст метановых газов Донбасса определяется временем
формирования угленосных толщ в доинверсионный период. Об
этом очень убедительно писали Г. Д. Лидин и А. Э. Петросян, от-
стаивая взгляд на газоносность угольных месторождений, как на
остаточное реликтовое явление, что разделяют и авторы работы
[12];
– факторами первичной газоносности бассейна являются на-
сыщенность угленосных толщ органическим веществом, скон-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
293
центрированным в угольных пластах (КОВ) и рассеяным во вме-
щающих породах (РОВ) и его региональный метаморфизм;
– первичная газоносность или газогенерационный потенци-
ал, имевший место в доинверсионный период, был различен в
различных районах бассейна и зависел от конкретной насыщен-
ности толщи КОВ и РОВ, максимального на местах ее погруже-
ния и соответствующей степени метаморфизма.
Идея проведенных исследований заключалась в теоретиче-
ском обосновании и разработке для практического использования
универсальной типовой модели, позволяющей закладывать в нее
для формационного анализа и оценки газоносности данные лито-
логических колонок пробуренных геологоразведочных скважин и
другую имеющуюся необходимую информацию по рассматрива-
емому участку, структуре, шахтному полю.
В результате проведенного анализа всех четырех методов
формационного анализа, перечисленных в начале статьи, опреде-
лено, что наиболее преемлем для решения постановленной зада-
чи является фациально-геотектонический метод, разработанный
Г. А. Ивановым [1, 13].
Следует отметить, что на первом, подготовительном этапе
исследований, при выяснении распределения в углевмещающих
породах газогенерирующего РОВ растительного происхождения,
нами был использован фациальный метод формационного анали-
за. В результате систематизации полученных данных установлена
возможность использования укрупненной классификации коли-
чественного распределения органического вещества, построен-
ной не на фациальной, а на литологической основе [14]. Это на-
много упрощает решение вопросов, связанных с газоносностью и
не только потому, что фациальный метод мало доступен широ-
кому кругу геологов и может приводить к ошибкам субъективно-
го характера, но и потому, что, в конечном счете, планируется
практически использовать геологоразведочные данные по пробу-
ренным скважинам, в которых нет указаний на фациальную при-
надлежность пород. Но главное даже не в этом, а в том, что инте-
ресующее нас количественное распределение растительного газо-
генерирующего органического вещества в угленосных толщах и в
конкретных слоях пород зависит, как указывалось выше, от гид-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
294
родинамических условий осадконакопления и, соответственно, от
гранулометрических показателей пород или, другими словами от
их литологической принадлежности. Кроме того, что важно, ус-
тановлено, что вне зависимости от литологической принадлежно-
сти газогенерационным потенциалом обладают породы конти-
нентальной и переходной от континентальной к морской групп
фаций. Отложения морской группы в этом отношении интереса
не представляют из-за практически полного отсутствия расти-
тельных остатков [14].
Все дальнейшие исследования, включая разработку типовой
модели газоносности, базировались на фациально-
геотектоническом методе формационного анализа. Теоретиче-
ской основой этого метода является тесное взаимодействие фаци-
альных и геотектонических факторов, определяющих все наибо-
лее характерные их качественные (фациальные) и количествен-
ные (геотектонические) черты. При этом используется комплекс
диагностических литологических признаков, как основных коли-
чественных и качественых показателей динамики среды седимен-
тации, однозначно позволяющих судить об интенсивности (силе
волнений, течений) и характере действующих в фациальной об-
становке гидродинамических факторов. При таком подходе мы
получаем обоснование закономерностей формирования и распре-
деления в разрезе таких важных с точки зрения изучения газо-
носности факторов, как гранулярные коллекторы и газогенери-
рующее органическое вещество растительного происхождения.
Наряду с этим рассматривается последовательность слоев пород
в разрезе, раскрывающая процессы смены фациальных обстано-
вок под воздействием геотектонических колебательных движе-
ний. Этот метод, прежде всего, ритмический анализ, весьма удо-
бен и пратически прост и в то же время позволяет в разрезах вы-
делять слои пород с коллекторами метана гранулярного и сорб-
ционного типов. При этом не требуется специальных знаний фа-
циального состава отложений. Нужно иметь грамотно записан-
ный разрез по комплексу диагностических литологических при-
знаков. Основное внимание должно фиксироваться на выделяе-
мом при этом слое породы. Геологическим документом изучения
разреза является колонка с гранулометрической кривой, что обу-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
295
словливается формированием фациально-геотектонических рит-
мов осадконакопления, соответствующим набором ископаемых
фаций, т.е. образованием гранулометрических ритмов. Рассмат-
риваемый метод анализа позволяет установить генетическую
связь угленосности и, соответственно, газоносности, с ритмично-
стью, с закономерностями распределения по разрезам и площади
угольных пластов и газогенерирующего углистого вещества во
вмещающихся породах.
Такая взаимосвязь ритмичности и газоносности с ее качест-
венными и количественными показателями рассматривается как
основополагающий фактор разработки типовых моделей газо-
носности. Причем, как отмечал Г. А. Иванов [13] эта взаимосвязь
наиболее четко устанавливается в фациально-геотектонических и
гранулометрических ритмах I порядка. Ритмы именно этого по-
рядка наиболее уверенно прослеживаются в пределах шахтных
полей или небольших структур. Последнее объясняется относи-
тельной однозначностью геологического строения (по мощности
пластов и слоев пород, их выдержанностью и т.п.), на чем обос-
новывается оконтуривание шахтных полей или выделение геоло-
гических структур. Эта особенность непосредственно отвечает
главной цели моделирования – для получения на его основе воз-
можности оценивать газогенерационный потенциал угленосных
толщ конкретных шахтных полей или перспективных газоносных
структур.
В каждом гранулометрическом ритме с генетической точки
зрения необходимо видеть закономерное изменение гидро-
динамических условий, от которых как подчеркивалось выше, за-
висят и гранулометрический состав пород (или гранулярные кол-
лекторы метана), и количество и концентрация растительного га-
зогенерирующего материала.
В целом, угленосные формации Донбасса сложены ритмич-
но чередующимися фациально-геотектоническими и грануломет-
рическими ритмами, отражающими лагунные и лагунно-морские
фациальные обстановки. Исходя из этого, таксономическими
единицами моделирования принимаются полные лагунный и ла-
гунно-моской фациально-геотектонические гранулометрические
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
296
ритмы I порядка, которые составили основу типовой (универ-
сальной) модели газоносности (рис. 1).
Рис. 1. Типовая модель доинверсионной газоносности угле-
носных формаций Донбасса (на примере толщ,
включающих угли марки Ж)
1 – известняк; 2 – уголь; 3 – углистый аргиллит; 4 – аргиллит; 5 –
алевролит; 6 – песчаник м/з; 7 – песчаник с/з; слоистость: 8 – косая; 9 – го-
ризонтальная; 10 – волнистая; Г, м3/м3 – газогенерационный потенциал
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
297
Геологическая часть модели построена по Г. А. Иванову [1, 13],
расчет газоносности – является авторской разработкой. И лагунные
(уголь – терригенные отложения – уголь), и лагунно-морские
(уголь – терригенные отложения – известняк – терригенные от-
ложения – уголь) обстановки в начале и в конце ритмов сменяют-
ся прибрежно-континентальными образованиями, включающими
прибрежные торфяники (в ритмах угольные пласты). В модели
учтены наиболее типичное взаимное расположение по разрезам
фациальных типов пород и их мощности. В каждом фациально-
геотектоническом ритме фациальная обстановка (набор фаций)
фиксируется дважды: в трансгрессивной (выше угольного пласта)
и регрессивной (ниже пласта) его частях. Лагунный фациально-
геотектонический ритм (1) включает один гранулометрический
ритм I порядка, лагунно-морской (2) – два таких ритма (см. рис. 1).
Поскольку в природе гранулометрические ритмы по полноте на-
бора слоев могут быть неполными, срезанными и др. типов, соот-
ветственно симметричность гранулометрической кривой может
быть нарушена.
Следует обратить внимание на отсутствие в модели аллюви-
альных осадков (фации АР, АП), что объясняется тем, что они
являются инородными «вкладышами» в прибрежно–морских от-
ложениях, размывая любую их часть, а по геотектоническим ус-
ловиям не отвечают ни регрессивным, ни трансгрессивным час-
тям ритма и «подвешиваются» [1] к угольному пласту. При ана-
лизе реальных разрезов с наличием пород этих фаций следует
ориентироваться на гранулометрию и слоистость при соответст-
вующих показателях РОВ и выхода метана.
Ниже приводиться обоснование количественных критериев,
которые следует использовать при практическом применении
разработанной модели.
Количественные показатели генерации метана в зависимо-
сти от стадии метаморфизма углей даны в Российской угольной
энциклопедии (2006 г.) и приведены в работе [15]. Для удобства
их дальнейшего использования нами сделан перерасчет выхода
метана с м3/ т на м3/м3 углей с учетом показателей их плотности
(табл. 1).
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
298
Таблица 1
Расчетный выход метана при преобразовании
угольного вещества в зависимости от метаморфизма
Плотность углей, ρ, т/м3 Марка углей Выход мета-
на, Г, м3/т от - до средняя
Выход мета-
на, м3/м3
Б
Д
Г
Ж
К
ОС
Т
А
68
150
212
230
270
287
333
420
-
1,08-1,20
1,11-1,24
1,15-1,25
1,18-1,24
1,20-1,24
1,22-1,30
1,37-1,68
0,92
1,14
1,17
1,20
1,21
1,22
1,26
1,52
63
171
248
276
327
350
420
638
В табл. 1 приведены данные по выходу метана при 100 %
содержании КОВ в угольных пластах, использование которых
требует дополнительного учета зольности угольных пластов
(Аd, %) [6]. При практическом применении типовых моделей для
каждого угольного пласта учитывается конкретная зольность уг-
лей. Ее существенное влияние видно даже при усредненных для
районов данных зольности (табл. 2).
Таблица 2
Газогенерационный потенциал угольных пластов по
усредненным данным
Газопромышленные районы Донбасса
Красноармейский Донецко-Макеев-
ский
Чистяково-Снеж-
нянский
Мар-
ка
уг-
лей
Выход
метана
при
100%
КОВ,
м3/м3
Аd,
%
КОВ
(100-
Аd), %
Гр,
м3/
м3
Аd,
%
КОВ
(100-
Аd),
%
Гр,
м3/
м3
Аd,
%
КОВ
(100-
Аd), %
Гр,
м3/
м3
Д
Г
Ж
К
ОС
Т
А
171
248
276
327
350
420
638
15,0
17,0
12,0
-
-
-
-
85
83
88
-
-
-
-
145
206
243
-
-
-
-
11,0
15,0
17,5
16,0
16,5
17,5
-
89
85
82,5
84
83,5
82,5
-
152
211
228
275
292
346
-
-
-
-
-
-
14,0
17,0
-
-
-
-
-
86
83
-
-
-
-
-
361
530
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
299
В толщах вмещающих пород при среднем содержании РОВ
около 2 %, суммарное его количество, учитывая огромные мощ-
ности этих толщ, является значительно большим КОВ в углях. В
Украинской части Донбасса суммарный газогенерационный по-
тенциал РОВ составлял свыше 231 трлн. м3 метана, что почти в
четыре раза больше потенциала КОВ. Различные литологические
типы пород имеют различное содержание РОВ и, соответственно,
обладают различным газогенерационным потенциалом.
В основу расчетов выхода метана в различных породах за-
ложены средние значения процентного содержания РОВ, полу-
ченные А. А. Голубевым [16] и подтвержденные нашими более
поздними исследованиями относительного распределения расти-
тельного органического вещества в этих породах [14]. Усовер-
шенствованная классификация пород по содержанию в них РОВ
и расчет выхода из них метана приведены в табл. 3. Таким обра-
зом, полученные в табл. 2, 3 данные о выходе метана в углях и во
вмещающих породах, находящихся на различных стадиях мета-
морфизма и эпигенеза, отражают полный газогенерационный по-
тенциал угленосных формаций в доинверсионный период.
Таблица 3
Газогенерационный потенциал горных пород (в м3/м3) в зависи-
мости от средних значений содержания РОВ и степени эпигенеза
Выход метана (м3/м3); марки углей Литологиче-
ский тип по-
роды
РОВ,
% Б Д Г Ж К ОС Т 10А-
11А
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
уголь 100
(КОВ) 63 171 248 276 327 350 420 638
песчаник с/з
косослоистый 1,10 0,70 1,88 2,73 3,04 3,60 3,85 4,62 7,02
песчаник м/з с
различной
слоистостью
1,35 0,85 2,31 3,35 3,73 4,41 4,72 5,68 8,61
алевролит с
различной
слоистостью
1,60 1,00 2,74 3,97 4,42 5,23 5,60 6,72 10,21
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
300
Продолжение таблицы 3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
аргиллит гори-
зонтально-
слоистый
3,50 2,20 5,99 8,69 9,66 11,44 12,25 14,7 22,33
аргиллит угли-
стый тонкого-
ризонтальнос-
лоистый;
стигмариевая
почва
(«кучерявчик»)
30,0 18,90 51,30 74,70 82,80 98,10 105,0 126,0 191,4
В угольных пластах какая-то часть сорбированного газа,
очевидно, не могла в полном объеме удержаться углем и перехо-
дила в высокопористые и проницаемые близлежащие слои грану-
лярные породы-коллекторы. Большое содержание минеральной
составляющей этих пород резко ухудшала сорбционные свойства
и не позволяла накапливаться большим объемам сорбированного
газа в частицах РОВ этих пород, который переходил в их поровое
пространство (прежде всего песчаников), где находился в сво-
бодном состоянии. В этом плане интерес представляет вопрос о
первичном количественном соотношении сорбированного и сво-
бодного метана в полном, рассчитанном выше, газогенерацион-
ном потенциале угленосных толщ до их инверсии.
Для расчетов удельной максимальной потенциальной газо-
насыщенности песчаников использован методический подход и
формулы, приведенные в [17, 18]. Эта газонасыщенность зависит
от двух факторов: газоемкости и давления газа. Газоемкость оп-
ределяется эффективной пористостью, которая составляет часть
открытой пористости, не заполненной влагой.
При наиболее простом подходе потенциальную газонасы-
щенность песчаников (Г, м3/м3) можно представить следующим
образом:
Г = Р·КПО, (1)
где Р – давление газа, атм.;
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
301
КПО – коэффициент пористости открытой, приведенный к
долям единицы.
Учитывая, что с увеличением глубины повышается и темпе-
ратура, могут вводиться поправки на температуру и сверхсжи-
маемость газа (метана). В работе [19] приведены расчетные зна-
чения современной удельной максимальной газонасыщенности
песчаников до глубины 3700 м. Что важно и упрощает расчеты,
это то, что относительная ошибка при этих расчетах без учета и с
учетом поправок в среднем составляет 5 % (абсолютная –
0,51 м3/м3 метана), что позволяет при прогнозных оценках пре-
небрегать поправками на температуру и сверхсжимаемость мета-
на и использовать упрощенную формулу (1). При этом следует
учитывать, что давление газа без учета поправок на температуру
и сверхсжимаемость метана приравнивается к 0,85 от гидроста-
тического [19]. Тогда формула (1) примет вид:
Г= 0,85·РГД·КПО. (2)
Газ может занимать только ту часть порового пространства
пород, которая не заполнена влагой, степень влияния которой на
газонасыщенность определяется ее количеством и видом связи с
веществом этих пород. Для определения этого влияния использо-
ваны результаты исследования К. А. Безручко [18], в соответст-
вии с которыми степень заполнения пор влагой (G) рассчитыва-
ется по уравнению:
G = 90,56 - 11,57 КПО + 0,54 КПО2. (3)
Рассчитанные значения G добавляются в формулу (2), в ре-
зультате чего она примет окончательный вид для практического
определения газонасыщенности порового пространства песчани-
ков:
Г= 0,85·РГД·КПО·(1 –·G), (4)
где Г – газонасыщенность порового пространства песчани-
ков, м3 /м3;
РГД – гидростатическое давление, атм.;
КПО – коэффициент пористости открытой в долях единицы;
G – степень заполнения пор влагой в долях единицы.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
302
Перед производством расчетов газонасыщенности порового
пространства песчаников внесена поправка в значення открытой
пористости за счет нахождения породы в массиве. По данным
[19] пористость в массиве снижается в среднем на 10 % относи-
тельно ее значения, определенного на образцах этих песчаников
(табл. 4).
Таблица 4
Значения открытой пористости песчаников (КПО, %)
в массиве горных пород
Песчаники с/з Песчаники м/з Марка
углей на
образцах в массиве на
образцах в массиве
Д
Г
Ж
К
СО
Т
10А-11А
14,1
9,0
6,0
4,9
3,7
2,9
1,6
12,7
8,1
5,4
4,4
3,3
2,6
1,4
9,9
6,1
4,4
4,0
3,5
2,5
1,8
8,9
5,5
4,0
3,6
3,1
2,2
1,6
Данные, полученные по формуле (4), использованы для расче-
та газонасыщенности порового пространства песчаников (табл. 5).
Таблица 5
Газонасыщенность порового пространства песчаников
(Г, м3 /м3)
Песчаники с/з Песчаники м/з
Г, м3/м3 Г, м3/м3
за счет за счет
Марка
углей
РГД,
атм КПО,
%
G, % в
целом РОВ КОВ
КПО,
%
G,
% в
целом РОВ КОВ
Д
Г
Ж
К
ОС
Т
10А-
11А
300
380
440
480
520
600
750
12,7
8,1
5,4
4,4
3,3
2,6
1,4
30,7
32,2
43,8
50,0
58,3
64,2
75,5
22,4
17,7
11,3
9,0
6,1
4,7
2,2
1,88
2,73
3,04
3,60
3,85
4,62
7,02
20,5
14,6
8,3
5,4
2,2
0,08
-
8,9
5,5
4,0
3,6
3,1
2,2
1,6
30,4
43,2
52,9
55,9
59,9
67,7
73,4
15,8
10,1
7,0
6,5
5,5
3,6
2,7
2,31
3,35
3,73
4,41
4,72
5,68
8,61
13,5
6,7
3,1
2,1
0,8
-
-
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
303
Из этих данных видно, что песчаники утрачивали свою
роль, как гранулярные коллекторы: среднезернистые – на стадии
эпигенеза, включающей угли марки Т; мелкозернистые – на ста-
дии, включающей угли марки ОС.
Следует отметить, что данные, приведенные в табл. 5 имеют
условный характер. Он объясняется отсутствием информации о
состоянии и содержании порового пространства песчаников на
палеоглубинах, а также о процессах изменения порового про-
странства в доинверсионный период. Поэтому приведенные вы-
ше формулы по мере уточнения данных в дальнейшем будут из-
меняться в соответствии с новой информацией о глубинных ус-
ловиях преобразования пород.
Таким образом, в табл. 2, 3, 5 приведен весь комплекс необ-
ходимых количественных показателей, рекомендуемый к исполь-
зованию при практическом применении типовой модели для
оценки газогенерационного потенциала любого участка Донецко-
го бассейна на базе формационного анализа разрезов геологораз-
ведочных скважин.
В результате проведенных исследований установлено, что
фациально-геотектонический метод формационного анализа на-
учно обосновывает и раскрывает закономерности формирования
газоносности угленосных формаций Донбасса и позволяет оце-
нивать доинверсионный газогенерационный потенциал угленос-
ных толщ шахтных полей и газоносных структур.
Представляя в основном теоретическое значение, результа-
ты формационного анализа газоносности могут иметь и практи-
ческий интерес, прежде всего, при изучении глубоких горизонтов
Кальмиус-Торецкой котловины.
СПИСОК ССЫЛОК
1. Иванов Г. А. Угленосные формации. – Л.: Наука, 1967. – 407 с.
2. Вассоевич Н. Б. Уточнение понятий и терминов, связанных с
осадочными циклами, стадийностью литогенеза и нефтегазо-
образования. – В кн.: Основные теоретические вопросы цик-
личности седиментогенеза. – М.: Наука, 1977. – С. 34-58.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
304
3. Майборода А. А., Анциферов В. А., Голубев А. А., Иванов Л. А.
Коллекторы метана в угленосных формациях Донбасса / Зб.
наук пр. УкрНДМІ НАНУ. – Донецьк, 2009. –№ 4. – С. 6-16.
4. Кравцов А. И. Геология и геохимия природных газов уголь-
ных месторождений. – В кн.: Осадконакопление и генезис уг-
лей карбона СССР. – М.: Наука, 1971. – С. 257 – 265.
5. Генерация газов при биохимическом преобразовании органи-
ческого вещества торфа / Рогозина Е. А., Норенкова И. К.,
Вильтовская С. В., Костюничева Е. В. / Химия твердого топ
лива. – М.: Наука, 1978. – № 2. – С. 30-33.
6. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР: в
12 т. / т.1:Угольные бассейны и месторождения юга европей-
ской части СССР.- М.: Госгеолтехиздат, 1963. – 1210 с.
7. Узіюк В. І., Бик С. І., Ільчишин А. В. Газогенераційний поте-
нціал кам’яновугільних басейнів України / Геологія і геохімія
горючих копалин . – 2001. – № 2. – С. 100– 121.
8. Лидин Г. Д., Петросян А. Э. Газообильность каменноуголь-
ных шахт СССР. – т. II. – Газообильность каменноугольных
шахт юго-западной части Донецкого бассейна. – М.: из-во АН
СССР, 1962. – 259 с.
9. Нагорный В. Н., Нагорный Ю. Н. О постинверсионных про-
цессах регионального метаморфизма / Геология и геофизи-
ка. – Новосибирск: изд-во Наука, 1974. - № 7. – С. 11-19.
10. Нагорный В. Н., Нагорный Ю. Н. Роль геологического време-
ни в процессах регионального метаморфизма углей и уголь-
ных включений нефтегазоносных пород / Химия твердого то-
плива. – М.: Наука, 1976. –№ 6. – С. 9 – 17.
11. Лидин Г. Д., Айруни А. Г. Газообильность каменноугольных
шахт СССР. – т. III. – Газообильность каменноугольных шахт
Центрального района Донецкого бассейна. – М.: изд-во
АН СССР, 1963. – 351с.
12. Прогноз выбросоопасности угольных пластов и пород при
разведке и доразведке месторождений / А. Е. Ольховиченко,
Б. М. Иванов, Ю. П. Зубаров, Р. А. Галазов и др. – К.: Техни-
ка, 1988. –128 с.
13. Методы формационного анализа угленосных толщ / под ред.
Г. А. Иванова, Н. В. Иванова. – М.: Недра, 1975. – 199 с.
Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 5 (частина I), 2009
Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 5 (part I), 2009
305
14. Майборода А. А., Анциферов В. А. Газогенерирующее орга-
ническое вещество и его распределение в угленосных форма-
цииях Донбасса / Зб. наук пр. УкрНДМІ НАНУ. – Донецьк,
2007. – № 1. – С. 21- 38.
15. Кущ О. А., Кирюков В. В., Кузнецова Л. Д. Проблемы мета-
ногенерации ископаемых углей / Зб. наук. пр. ІГТМ НАНУ,
«Геотехнічна механіка». - Дніпропетровськ, 2006. – Вип. 67. –
С. 316-324.
16. Голубев А. А. Геологические условия газоносности пород
юго-западной части Донбасса. Дис. канд. геол.-мин.наук по
спец. 04.00.16. – М.: МГРИ, 1980. – 227 с.
17. Методика определения газоносности вмещающих пород
угольных месторождений при геологоразведочных работах.–
М.: Недра, 1988. – 112 с.
18. 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.: Наукова думка, 2004. – 232 с.
19. Углепородный массив Донбасса как гетерогенная среда / А. Ф. Бу-
лат, Е. Л. Звягильский, В. В. Лукинов, В. Г. Перепелица, Л. И. Тимо-
ненко, Г. А. Шевелев. – К.: Наукова думка, 2008. – 411 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18052 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1996-885X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:22:52Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Майборода, А.А. Иванов, Л.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. 2011-03-16T21:45:57Z 2011-03-16T21:45:57Z 2009 Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа / А.А. Майборода, Л.А. Иванов, В.А. Анциферов, А.А. Голубев // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2009. — № 5, ч. 1. — С. 285-305. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 1996-885X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18052 622.324.6550.8.01 Обгрунтовано концепцію і кількісні критерії розробки на базі фаціально-геотектонічного методу формаційного аналізу типової (універсальної) моделі газоносності вугленосних товщ для оцінки газогенераційного потенціалу вугленосних формацій Донбассу. The concept and quantitative criteria for the development based on facical-geotectonic method of formation analysis of the typical (universal) model of gas content of coal-bearing strata for the assessment of gas-generation potential of coal-bearing formations of Donbass are substantiated. ru Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа Article published earlier |
| spellingShingle | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа Майборода, А.А. Иванов, Л.А. Анциферов, В.А. Голубев, А.А. |
| title | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа |
| title_full | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа |
| title_fullStr | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа |
| title_full_unstemmed | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа |
| title_short | Оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ Донбасса на базе формационного анализа |
| title_sort | оценка газогенерационного потенциала угленосных толщ донбасса на базе формационного анализа |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18052 |
| work_keys_str_mv | AT maiborodaaa ocenkagazogeneracionnogopotencialauglenosnyhtolŝdonbassanabazeformacionnogoanaliza AT ivanovla ocenkagazogeneracionnogopotencialauglenosnyhtolŝdonbassanabazeformacionnogoanaliza AT anciferovva ocenkagazogeneracionnogopotencialauglenosnyhtolŝdonbassanabazeformacionnogoanaliza AT golubevaa ocenkagazogeneracionnogopotencialauglenosnyhtolŝdonbassanabazeformacionnogoanaliza |