Интенсификация добычи метана на метаноугольных месторождениях путем проведения горизонтальных скважин и вибросейсмического воздействи

Грамотеинская свита (P₃gr). Отложения свиты согласно перекрывают породы ленинской свиты и выделяется в следующих стратиграфических границах – от кровли пласта 60 до кровли пласта 78. На Нарыкско-Осташкинской площади отложения свиты, развиты на крыльях Нарыкской антиклинали и Кыргай-Осташкинской синклинали.

На южном  крыле Кыргай-Осташкинской синклинали грамотеинская свита, вскрыта на полную мощность. Мощность её изменяется от 348 до 430 м, средняя – 378 м и, в общем, несколько увеличивается с запада на восток.

Для грамотеинской свиты характерна большая продолжительность циклов осадконакопления. Наиболее крупные из них приурочены к верхней части разреза, где отдельные слои песчаников и алевролитов достигают мощности 70 м. Литологический состав вмещающих пород непостоянен, как в широтном, так и в меридиональном направлениях наблюдается фациальная изменчивость осадков. Наибольшим распространением в отложениях свиты пользуются мелкозернистые алевролиты – 38,8 %, затем песчаники - 35,2 %, на долю крупнозернистых алевролитов приходится 13,3 %. Аргиллиты, углистые породы и пачки переслаивания пород имеют подчинённое значение, а участие их не превышает 0,3 - 4,8 %.

Тайлуганская свита (P₃tl). Отложения свиты завершают стратиграфический разрез верхнепалеозойских отложений Кузбасса. Отложения свиты распространены как на флангах, так и в центральной части Нарыкско-Осташкинской площади. Свита включает толщу осадков от кровли пласта 78 до контакта с мезозойскими отложениями, проведенного по слою отбеленных пород залегающих в пределах от 10–12 до 20 м выше кровли пласта 103. В пределах Нарыкско-Осташкинской площади отложения свиты вскрыты на полную мощность на южном крыле Кыргай-Осташкинской синклинали (участки Новоказанские 1 и 2) и на южном крыле Нарыкской антиклинали на Жерновском и Большереченском поисковых профилях.

В литологическом составе отложений свиты преобладают  песчаники (20-42%) и алевролиты (25-38%), существенное значение имеют аргиллиты (17-19%) и угли (2,7-16%). Литологический состав вмещающих пород непостоянен, как в разрезе, так и на площади наблюдается фациальная изменчивость осадков. В целом, в нижней части разреза преобладают мощные слои песчаников, в верхней – алевролитов. Мощность отдельных слоев песчаников и алевролитов достигает 50 – 60 м. На западе площади в составе пород преобладают псаммитовые и пелитовые, а на востоке – алевритовые разности.

Триасовая система. Нижний-средний отделы.

Абинская серия (T_1-2 ab)

Верхнепалеозойские  отложения без видимого несогласия перекрываются осадками абинской серии ранне-среднетриасового возраста. Эти отложения наиболее полно изучены на Жерновском поисковом профиле в месте максимального погружения Кыргай-Осташкинской синклинали. Граница с палеозойскими отложениями условно проводится по слою отбеленных пород, в 5-20 м выше последнего угольного пласта 103. В пределах района углового несогласия между мезозойскими и палеозойскими отложениями не установлено. Разрез абинской серии представлен чередованием зеленовато-серых и бурых песчаников и алевролитов, часто с примесью туфогенного материала. Алевролиты имеют в разрезе толщи преобладающее значение. Характерным для пород триаса является повсеместное включение цеолита. В нижней части разреза встречаются пластовые тела базальтов, мощностью более 20 м. Максимальная мощность вскрытой части разреза отложений триаса около 600 м.

Юрская система. Нижний-средний отделы.

Тарбаганская серия. (J_1-2 tb).

Отложения тарбаганской серии юрского возраста, трансгрессивно залегающие на осадках абинской серии, вскрыты в ядре и крыльях Кыргай-Осташкинской синклинали на Жерновском поисковом профиле. Мощность её здесь не превышает 270 м. В основании юрских отложений залегает базальный конгломерат мощностью до 2,0 м, представленный хорошо окатанной галькой изверженных пород. По литологическому составу юрские отложения представлены светло-серыми песчаниками различного гранулометрического состава с прослоями и линзами гравеллитов и конгломератов.

Четвертичная система.

Современные осадки распространены повсеместно. По генетическим признакам они подразделяются на аллювиальные отложения современных речных долин и покровные отложения водоразделов и склонов. Аллювиальные отложения выполняют долины современных рек, образуя русловые осадки, пойменные и надпойменные террасы и представлены галечником, гравием, песком, супесями, суглинками, илами.

Покровные отложения  междуречий обычно представлены лессовидными суглинками, глинами, супесями. Мощность их изменяется от 2-5 м в поймах и  долинах рек, до 40-60 м на водоразделах.

 

1.2.2 Тектоника

 

Тектоника как  локальный фактор отражает условия  залегания продуктивных свит и продуктивных групп угольных пластов на участках и площадях метаноугольных месторождений, углы падения, интенсивность разрывных нарушений, трещиноватость пластов, геодинамическое состояние угленосных массивов (наличие или отсутствие зон повышенной проницаемости пластов). Тектоника участков и  площадей оказывает влияние на выбор местоположения промысловых полигонов и их конфигурацию, выбор мест заложения тестовых и промысловых скважин, дебиты и масштабы добычи метана из угольных пластов [3].

Тектоническое строение Нарыкско-Осташкинской площади определяется её расположением в Центральной части Кузнецкого бассейна на границе с Присалаирской зоной линейной складчатости. Основные складчатые структуры – Нарыкская антиклиналь, Кыргай-Осташкинская синклиналь имеют субширотное направление. С запада и юга складчатые структуры осложнены крупными разрывными нарушениями – Воробьевским взбросом и нарушением I.

Пликативные структуры.

Кыргай-Осташкинская синклиналь расположена в центральной части района, от Жерновской антиклинали отделена взбросом I. Кыргай-Осташкинская синклиналь это крупная структура, размеры которой в Ерунаковском районе по длинной оси (ориентированной в субширотном направлении) составляют 19 км, а по короткой - 10 км. Падения пластов в южном крыле 15-20 град., в северном-30-40 град. Синклиналь выполнена полным разрезом угленосных отложений кольчугинской серии, мощность которых составляет около 2000м, перекрытыми (в ядре синклинали) триасовыми и юрскими отложениями общей мощностью около 600-650 м.

Нарыкская антиклиналь – крупная брахиформная структура, ориентирована параллельно Кыргай-Осташкинской синклинали, имеет субширотную ориентировку осевой поверхности расположенная в северо-восточной части Ерунаковского района. Антиклиналь имеет длину 35 км и ширину 10 км, амплитуда по кровле ерунаковской подсерии составляет более 1500 м. Простирание длинной оси складки – субширотное. Северное крыло пологое (18-30°), южное - более крутое (30-75°), участками флексурообразное и осложнённое разрывным нарушением, которое сопровождается рядом апофиз.

Дизъюнктивные структуры

Нарушение I – это крупное разрывное нарушение, протягивающееся по южному крылу Кыргай-Осташкинской синклинали и далее на восток и юго-восток через Маркино-Никольскую антиклиналь, установленное по зоне трещиноватых раздробленных пород. Мощность зоны дробления около 350 м, а амплитуда смещения колеблется в пределах 150-500 м. Как правило, этот дизъюнктив сопровождается зеркалами скольжения с преобладающими углами падения сместителя (порядка 60–85⁰). Характерным для этого нарушения является его северо-восточное падение и изменчивость простирания. Здесь, очевидно, сказывается разнонаправленность тектонических напряжений, приведших к образованию в этой части района пересекающейся складчатости и соответственно разнонаправленных разрывных нарушений.

Кроме нарушения  I, в пределах Нарыкско-Осташкинской площади, геологоразведочными работами на Жерновском поисковом профиле установлено крупное разрывное нарушение типа согласного взброса поражающее северное крыло Нарыкской антиклинали. Стратиграфическая амплитуда смещения колеблется в пределах 120 – 150 м. Данный дизъюнктив сопровождается рядом апофиз и зоной дробления мощностью около 130 м.

 

        1.2.3 Гидрогеологическая характеристика

 

Гидрогеологические  условия Нарыкско-Осташкинской площади изучались главным образом при разведке месторождений каменного угля, начиная с 1949 г (Яганов Н.М.1952 ф, Макаров В.Г. 1965 ф, Щербаков Н.И.1970 ф, Лоншаков В.И., 1985 ф и др). В настоящее время гидрогеологические работы ведутся в связи со строительством угледобывающих предприятий, созданием наблюдательных сетей для ведения мониторинга геологической среды, бурением гидрогеологических скважин для водоснабжения населения, а также в связи с оценкой газоносности угольных пластов для выявления метаноугольных месторождений.

Согласно  гидрогеологической стратификации  Кузбасса, в пределах Ерунаковского района выделяются воды четвертичных аллювиальных отложений, воды спорадического распространения верхнечетвертичных-современных проблематических отложений, водоносный комплекс мезозойских отложений и водоносный комплекс верхнепермских отложений ерунаковской подсерии .

Воды четвертичных алювиальных отложений

Грунтовые воды приурочены к алювиальным отложениям в долинах речек Кыргай, Черневой Нарык, Берёзовая, Осиновка, Большая Речка и др. Водовмещающие отложения представлены песком, гравием, галькой с примесью глинистого материала. Мощность их изменяется от 0,5 до 8 м. Уровень воды в долинах речек залегает на глубинах 0,5 - 1,5 м. Удельные дебиты скважин изменяются от 0,004 до 0,04 л/с, водопроводимость пород до 43 м³/сут.

Воды спорадического распространения  верхнечетвертичных – современных проблематических отложений

Грунтовые воды проблематических отложений распространены в бассейнах рек Еланного и Чернового Нарыков.

Водовмещающие отложения представлены легкими  разностями суглинков на контакте с  более тяжелыми, а также супесями и прослойками песков. Мощность пород колеблется от 0,2 до 2 м. Воды безнапорные и слабонапорные, напоры не превышают 1 – 2 м. Водообильность пород незначительная, дебиты родников изменяются от 0,03 до 0,1 - 0,2 л/с. По химическому составу воды гидрокарбонатные кальциевые, реже гидрокарбонатные магниевые, кальциево-натриевые, натриевые с минерализацией  0,1 - 0,4  г/дм³. Содержание аммония довольно часто выше нормы (до 0,2 мг/л), рН 5,5 – 7,5. Практического значения эти воды не имеют.

Водоносный комплекс мезозойских  отложений

Водоносный  комплекс связан с осадками тарбаганской серии юры (J_1-2) и абинской серии триаса (Т_ab).

Юрские осадки, занимают небольшую площадь в  ядре Кыргай-Осташкинской синклинали, обладают повышенными фильтрационными свойствами. Водовмещающие породы - трещиноватые, фациально невыдержанные по площади и в разрезе слабосцементированные песчаники, алевролиты, конгломераты, реже аргиллиты.

Характеристика  подземных вод юрских отложений  дается, главным образом, до глубины 100-150 м и основывается на результатах  гидрогеологической съёмки масштаба 1:200 000.

По типу движения эти подземные воды преимущественно  трещинные, трещинно–пластовые, приурочены к отдельным зонам повышенной трещиноватости, которые разделены между собой менее трещинноватыми и даже монолитными породами. Количество трещиноватых зон по данным резистивиметрии и расходометрии колеблется от 1-2 до 5-7, мощности зон изменяются от 2-3 до 30-40 м. Воды, как правило, напорные. Величина напора изменяется от 1-9 м до 120-170 м и больше, в зависимости от положения трещиноватой зоны в разрезе. Как правило, наибольшими напорами обладают более глубокие зоны. Пьезометрическая поверхность подземных вод в сглаженном виде повторяет рельеф местности и фиксируется на водоразделах и склонах на глубине от 3,6-10 м до 40 м, в долинах и логах на глубине 0-14 м, нередко на 3-5 м выше поверхности земли. Как правило, в депрессиях рельефа скважины фонтанируют.

Водообильность юрских отложений довольно высокая и обусловлена, прежде всего, наличием и интенсивностью открытой трещиноватости и степенью выветрелости пород. Удельные дебиты скважин колеблются в долинах от 0,1 до 9,5 л/сек, на водоразделах от 0,01 до 0,06 до 0,3 л/сек. Питание подземных вод осуществляется путём инфильтрации атмосферных осадков на склонах и водоразделах, разгрузка происходит в местную гидросеть.

По химическому  составу подземные воды гидрокарбонатные с пестрым катионным составом, минерализация в основном в пределах 0,3-0,8 мг/л, реакция водной среды от нейтральной до слабощелочной (рН = 7-8), жесткость составляет 2-5 мг/экв. Воды не агрессивные по отношению к бетону. Микроэлементы представлены медью, марганцем, титаном, ванадием, галлием, бромом, стронцием, редко цирконом, цинком, кадмием, никелем. Содержания микроэлементов незначительны и равны в основном тысячным и десятитысячным, реже сотым долям мг/л.

Эффузивно–осадочные отложения триаса распространены в ядре и на крыльях Кыргай-Осташкинской синклинали. Они представлены в большинстве своём туфогенными алевролитами, песчаниками, алевролитами и песчаниками обычного вида.

Все породы разбиты  густой сетью трещин в самых разнообразных  направлениях. Доминируют вертикальные трещины. Зона интенсивной трещиноватости распространяется до глубины 100–150 м.

По характеру  движения подземные воды, приуроченные к отложениям триаса, являются трещинными, трещино–пластовыми и приурочены к интервалам повышенной трещиноватости, мощность и количество которых непостоянны. Подземные воды безнапорны на водоразделах, слабонапорны в нижней части склонов и в долинах. Отмечается тенденция к увеличению напоров (вплоть до фонтанирования) при вскрытии глубоких зон. В долинах и нижних частях склонов иногда отмечается самоизлив. Уровенная поверхность подземных вод устанавливается в долинах вблизи поверхности земли на глубинах от 1,3 м или выше её на 1 – 3 м. На водоразделах и склонах глубина залегания уровня подземных вод увеличивается до 10 м. и более.

Водообильность подземных вод отложений триаса неравномерна, как по площади, так и по разрезу. Удельные дебиты скважин изменяются в пределах от 1,0 л/сек. до 0,008 л/сек.

Питание подземных  вод преимущественно местное  за счет инфильтрации атмосферных осадков  на водоразделах и склонах, имеющих  маломощный покров рыхлых водопроницаемых отложений, разгрузка осуществляется в местную гидросеть.

Уровенный режим подземных вод характеризуется непостоянством и целиком зависит от режима атмосферных осадков.

По химическому  составу подземные воды гидрокарбонатные, с пестрым катионным составом – кальциевые, натриево–кальциевые, кальциево–натриевые и натриевые. По данным, полученным при опробовании разведочных скважин, минерализация подземных вод изменяется от 389 мг/л до 778 мг/л, что нехарактерно для подземных вод зоны умеренного увлажнения. По показателю жесткости воды мягкие, по величине pH – от нейтральных до щелочных. По данным гидрогеологической съёмки масштаба 1:200 000, среди микрокомпонентов в незначительных концентрациях присутствуют медь, марганец, барий, цинк, титан, ванадий, галлий, стронций и кадмий, аномальные содержания дают только барий и никель.