Материал: Engineering Geology of MD

распределение основных типов горных пород в кровле н почве угольных пластов Донбасса, как отмечал Е. О. Погребицкпй, сильно изменяется по площади. В пределах одного шахтного поля породы кровли и почвы могут изменяться от песчаников до аргиллитов и известняков, причем известняки в почве углей встречаются исключительно редко.

Из приведенных данных видно, что песчаники и алевролиты составляют основную массу обломочных пород угленосной формации. Они обычно имеют светло-серый цвет, весьма разнообразны по гранулометрическому составу — от грубо- и крупнозернистых до мелко- и тонкозернистых, переходящих в типичные алевролиты. Степень окатанности слагающих их зерен различная: угловатые, угловато-окатанные, округлые.

В минеральном составе песчаников и алевролитов как морских, так и континентальных всегда преобладает кварц (до 60— 90 %), присутствуют полевые шпаты и слюды, а также частицы эффузивных пород. В алевролитах слюды всегда больше, чем в песчаниках. С глубиной, с повышением степени литификации обломочных пород, наблюдается увеличение содержания в них кварца и уменьшение нестойких компонентов — частиц эффузивных пород, биотита и полевых шпатов. На малых глубинах, при малой степени литификации, вторичные изменения проявляются слабо. Присутствуют вторичные каемки и наросты вторичного кварца, новообразования сидерита по глинистым минералам. С повышением степени литификации вторичные изменения проявляются в большей степени. Наблюдаются увеличение каемок и наростов вторичного кварца, большая серицитизация, хлоритизация нолевых шпатов, регенерация зерен кварца.

Состав цемента в обломочных породах сложный: в верхних горизонтах главным образом глинистый, в нижних — карбонатный и кремнистый. Типы цементации обломочного материала также разнообразны: от базального до порового и контактового, В составе глинистого цемента верхних горизонтов встречается монтмориллонит, с глубиной он исчезает и остаются. гидрослюды, хлорит, а затем начинают преобладать карбонаты и кремнезем.

В соответствии с большим разнообразием гранулометрического состава рассматриваемых пород, их псаммитовая структура изменяется от грубо- и крупнозернистой до тонкозернистой и алевритовой, причем в отдельных толщах и слоях нередко наблюдаются постепенные ее изменения. Текстура пород, проявляющаяся в различных типах слоистости, в соответствии с различными фациальными условиями их образования достаточно разнообразна: толстослоистая, средне- и тонкослоистая, горизонтальнослоистая, волнистослоистая и косослоистая, правильнослоистая, неправильнослоистая и др. Это обусловило наличие в породах зон и поверхностей ослабления, их расслаиваемость, формирование в горных выработках ложной кровли, зависания кровли и другие явления. Из-за слоистости мелко- и тонкозер-

9 6

нистых песчаников и алевролитов некоторые исследователи называли их сланцами песчаными, алевритовыми и др.

Среди собственно глинистых пород в угленосной формации Донбасса наиболее распространены аргиллиты, а на больших глубинах глинистые сланцы. Это породы светло-серого, темносерого или зеленоватого цвета; реже встречаются серые и зелег вые сланцы и, как исключение, пестрые и красные, В выветрелом состоянии глинистые породы приобретают пеструю окраску, белую, желто-бурую, зеленоватую и др. Из внешних признаков для аргиллитов и сланцев характерны плитчатая или оскольчатая отдельности.

По петрографическому составу среди глинистых пород преобладают собственно глинистые, слюдисто-глинистые и карбо- натно-глинистые. В этих породах встречаются слои и линзы гипса, бурого железняка и много карбонатных и глинистых конкреций. В тонкодисперсной их части преобладают гидрослюды, имеются примеси каолинита и хлорита и обугленные растительные остатки. Монтмориллонитовые разности глинистых пород встречаются в виде прослоев и линз на отдельных участках. С повышением степени литификации с глубиной наблюдается больше вторичных изменений: серицитизация глинистых минералов, большее развитие вторичного кварца и др.

Структура. пород преимущественно пелитовая, алевропелитовая или микрозернистая. У аргиллитов и особенно у глинистых сланцев в шлифах всегда ясно видна микрослоистая или микросланцеватая текстура, которая у пород морских фаций выражена сильнее, чем у континентальных и более литифицированных. Все это обусловливает склонность пород раскалываться, расщепляться по слоистости.

Известняки угленосной формации достаточно разнообразны. Повсеместно встречаются разности микрозернистые и пелитоморфные, органогенно-детритусовые, имеющие различное содержание примесей алевритового и пелитового материала; оолитовые и оолито-шламовые и др. В зависимости от состава и степени литификации известняки существенно различаются по строению, плотности, однородности и свойствам.

В угленосной формации Донбасса известен особый тип пород — «кучерявикн». Петрографически они довольно разнообразны: от аргиллитов до мелкозернистых песчаников. Главная особенность этих пород состоит в том, что они содержат много растительных остатков, которые переплетаясь ' между собой придают своеобразный «;кучерявый» вид их текстурам.

В заключение весьма краткой характеристики пород угленосной формации Донецкого бассейна важно отметить, что для этой формации в целом характерен ритмично-циклический характер строения, обусловленный закономерным чередованием в геологическом разрезе пород различных фаций. Каждый седиментационный цикл включает снизу вверх: песчаники грубозернистые, кое-где гравелистые, или конгломераты, затем песча-

'таробвльск

Ьрошиловерад

-Гopjwe^l

Донецк

Шампы

Рис. 1V-6. Схематическая карта средней плотности пород (г/см^) верхнего палеозоя на территории Донбасса (по А. М. Доиабедову).

НИКИ средне-, мелко- и тонкозернистые, алевролиты, аргиллиты, углистые породы, угли и известняки. Такая смена пород отражает смену условий накопления материала вследствие колебательных движений земной коры. В инженерно-геологическом отношении такое строение толщ характеризует неоднородность их состава и свойств и сложность условий строительства.

При изучении толщ пород огромной мощности, распространенных на больших площадях, описание и оценка их физикомеханических свойств возможны только в самом общем виде, отражающем главные, наиболее существенные особенности, так как на каждом конкретном участке свойства горных пород определяются их составом, строением, степенью литификации, глубиной залегания и положением в той или иной геологической структуре, напряженным состоянием, степенью трещиноватости, выветрелости и др. Кроме того, их свойства изменяются в связи, с воздействием искусственных факторов при разгрузке и разуплотнении, увлажнении и изменении напряженного состояния, появления искусственных трещин и т. д. при проходке горных выработок.

По физическому состоянию и физико-механическим свойствам породы угленосной формации Донецкого бассейна являются преимущественно полускальными, переходящими с глубиной (с повышением степени литификации) в типичные скальные. На рис. IV-6 показано изменение плотности пород верхнего палеозоя на территории Донбасса. Центральная часть обнаженного Донбасса выделяется как область максимальной плотности пород, где она достигает 2,73—2,76 г/см^. Во всех направлениях к периферии от центра Донбасса плотность пород карбона уменьшается и в районе Ворошиловграда не превышает 2,30 г/см®. Как отмечает автор этих исследований А. М. Донабедов [1940 г.], среди вмещающих пород наибольшему региональному изменению подвержены сланцы, а наименьшему — известняки. Промежуточное положение занимают песчаники. Сле-

98

довательно, закономерное общее региональное изменение свойств пород, обусловленное степенью их литификации под влиянием гравитационного, геохимического и тектонического уплотнения и преобразования, в пределах Донецкого бассейна проявляется четко.

В табл. IV-1 приведены средние данные, характеризующие физическое состояние пород по трем участкам, расположенным в различных геологических условиях, н соответственно имеющих различную степень литификации. Из этой таблицы видно, что как для песчаников, так и для аргиллитов заметна тенденция повышения плотности и уменьшения пористости с глубиной

и четко прослеживается изменение физического состояния пород

сизменением степени их дитифйкацйи от средней к повышенной н высокой. Такие же изменения на рассматриваемых участках характерны и для алевролитов. Так, например, при увеличении глубины залегания пород от 100 до 1.500 м плотность их

повышается от 2,33 до 2,56 г/см®, а пористость снижается от

Идо 6—8%.

Всоответствии с изменениями физического состояния пород наблюдается вполне закономерное изменение и их прочности.

Повсеместно сохраняется тенденция повышения прочности пород с глубиной как на сжатие, так и на разрыв, и особенно четко она проявляется в связи с изменениями степени их литификации (табл. IV-2). В зонах повышенной и высокой степени литификации песчаники, как и алевролиты, являются типичными скальными породами, а аргиллиты — полускальными повышенной прочности. Характерно, что при насыщении аргиллитов водой во многих случаях они расслаивались и испытать их на прочность не представлялось возможным, т. е. их прочность снижалась до нуля. Прочность пород параллельно слоистости всегда выше, чем нормально к ней.

На прочность обломочных пород существенно влияют состав цемента, тип цементации, количество карбонатов и их распределение в цементирующей массе. Так, например, в песчаниках средней степени литификации с поровым и базально-поровым слюдисто-глинистым цементом с примесью карбонатов проч-

ставе цемента до 10—20 % прочность в среднем равна 65 МПа, а у песчаников со слюдисто-глиннстым карбонатным цементом (содержание карбонатов до 30 %) она в среднем равна 80 МПа. Примерно такие же закономерности наблюдаются и у алевролитов. На прочность аргиллитов существенное влияние оказывают наряду с их уплотнением вторичные изменения. Повышение серицитизации снижает их прочность, а повышение содержания карбонатов и кремнезема заметно повышает.

Т А Б Л И Ц А IV-1

Физические свойства освовных разностей горных лород различной степени литифнкации Донецкого бассейна

(по Н. В. Сонину)

Песчанвкн

100