СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА
Основан в январе
1960
Периодичность
12 раз в год
Том 55, № 9
Сентябрь
2014
СОДЕРЖАНИЕ
ГЕОЛОГИЯ И НЕОТЕКТОНИКА
Сокол Э.В., Новикова С.А., Алексеев Д.В., Травин А.В. Природные угольные пожары
Кузбасса: геологические предпосылки, климатические обстановки, возраст............... 1319
Агатова А.Р., Непоп Р.К., Баринов В.В., Назаров А.Н., Мыглан В.C. Первый опыт
датирования сильных голоценовых землетрясений Горного Алтая с использованием
длительных древесно-кольцевых хронологий .................................................................. 1344
ПЕТРОЛОГИЯ, ГЕОХИМИЯ И МИНЕРАЛОГИЯ
Гребенников А.В. Гранитоиды А-типа: проблемы диагностики, формирования
и систематики ...................................................................................................................... 1356
Хамлоет П., Писута-Арнонд В., Суттират С. Минеральные включения в сапфирах
месторождения Бо Флой (Канчанабури, Западный Таиланд), ассоциированного
с базальтами: особенности их генезиса ............................................................................ 1374
Рафик М., Хан А.Р., Джаббар А., Рахман С.Ю., Казми С.Д.А., Назир Т., Аршед В.,
Матиулла. Оценка дозы излучения, генерируемого природными радионуклидами,
в образцах пород различного происхождения (Азад Кашмир, Пакистан) .................... 1392
СТРАТИГРАФИЯ И ПАЛЕОНТОЛОГИЯ
Хафаева С.Н. Особенности фациальной дифференциации сообществ фораминифер
раннего мела (берриас—готерив) Усть-Енисейского бассейна ....................................... 1404
ГЕОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Хлыстов О.М., Нишио Ш., Манаков А.Ю., Сугияма Х., Хабуев А.В., Белоусов О.В.,
Грачев М.А. Опыт картирования кровли приповерхностных газовых гидратов
озера Байкал и извлечение газа из них .............................................................................. 1415
ГЕОФИЗИКА
Голованова И.В., Сальманова Р.Ю., Тагирова Ч.Д. Методика расчета глубинных
температур с учетом исправленных на влияние палеоклимата значений
теплового потока ................................................................................................................. 1426
Плоткин В.В., Дядьков П.Г., Овчинников С.Г. Выявление фазового перехода
магнезиовюстита в нижней мантии: инверсия геомагнитных данных .......................... 1436
Ребецкий Ю.Л. О неустойчивости слоистых сред в условиях гравитационного
напряженного состояния ..................................................................................................... 1446
СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИйСКОй АКАДЕМИИ НАУК
НОВОСИБИРСК
Стр.1
Siberian branCh
ruSSian aCademy of SCienCeS
SCientifiC journal
GeoloGiya i GeofiZiKa
Founded in
January 1960
Monthly
Vol. 55, № 9
September
2014
ContentS
GEOLOGY AND NEOTECTONICS
Sokol e.V., novikova S.a., alekseev d.V., and travin a.V. Natural coal fires in the Kuznetsk
coal basin: geologic causes, climate, and age ....................................................................... 1319
agatova a.r., nepop r.K., barinov V.V., nazarov a.n., and myglan V.S. The first dating
of strong Holocene earthquakes in Gorny Altai using long-term tree-ring chronologies ..... 1344
PETROLOGY, GEOCHEMISTRY, AND MINERALOGY
Grebennikov a.V. A-type granites and related rocks: problems of identification, petrogenesis,
and classification ................................................................................................................... 1356
Khamloet P., Pisutha-arnond V., and Sutthirat C. Mineral inclusions in sapphire from
the basalt-related deposit in Bo Phloi (Kanchanaburi, Western Thailand): indication
of their genesis....................................................................................................................... 1374
rafique m., Khan a.r., jabbar a., rahman S.u., Kazmi S.j.a., nasir t., arshed W.,
and matiullah. Evaluation of radiation dose due to naturally occurring radionuclides
in rock samples of different origins collected from Azad Kashmir (Pakistan) ..................... 1392
STRATIGRAPHY AND PALEONTOLOGY
Khafaeva S.n. Specific facies differentiation of Early Cretaceous (Berriasian–Hauterivian)
foraminifer communities in the Ust’-Yenisei basin ............................................................... 1404
OIL AND GAS GEOLOGY
Khlystov o.m., nishio Sh., manakov a.yu., Sugiyama h., Khabuev a.V., belousov o.V.,
and Grachev m.a. The experience of mapping of Baikal subsurface gas hydrates
and gas recovery .................................................................................................................... 1415
GEOPHYSICS
Golovanova i.V., Sal’manova r.yu., and tagirova Ch.d. Method for deep-temperature
estimation with regard to the paleoclimate influence on the heat flow ................................ 1426
PlotkinV.V., dyad’kov P.G., and ovchinnikov S.G. Detecting a magnesiowüstite phase
transition in the lower mantle by inversion of geomagnetic data.......................................... 1436
rebetsky yu.l. Instability of layered media under gravity stress .................................................. 1446
SIBErIAN BrANCH oF THE rUSSIAN ACADEMY oF SCIENCES
NoVoSIBIrSK
© Сибирское отделение РАН, 2014
© ИГМ СО РАН, 2014
© ИНГГ СО РАН, 2014
Стр.2
СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
ГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКА
Геология и геофизика, 2014, т. 55, № 9, с. 1319—1343
ГЕОЛОГИЯ И НЕОТЕКТОНИКА
УДК 550.93: 553.9: 552:551.583.7
ПРИРОДНЫЕ УГОЛЬНЫЕ ПОЖАРЫ КУЗБАССА: ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ,
КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ, ВОЗРАСТ
Э.В. Сокол1, С.А. Новикова1, Д.В. Алексеев1, А.В. Травин1,2,3
1Институт геологи и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН,
630090, Новосибирск, просп. Академика Коптюга, 3, Россия
2 Новосибирский государственный университет, 630090, Новосибирск, ул. Пирогова, 2, Россия
3 Томский государственный университет, 634050, Томск, просп. Ленина, 36, Россия
Статья суммирует результаты исследований плейстоценовых пирогенных комплексов Кузбасса.
Методом ступенчатого прогрева выполнено 40Ar/39Ar датирование паралав и клинкеров. На этой основе
реконструирована последовательность реактивации древних разломов в Присалаирской зоне и получены
оценки временных рубежей развития современной гидросети. Сопоставлены разрезы горельников с
западной окраины и из центра Кузнецкой впадины. Дан анализ геологических факторов риска природных
возгораний углей. Показано, что на западной окраине Кузбасса палеопожары возникали на мощных
крутопадающих пластах, на участках с преобладанием мятых витрено-клареновых углей, обладающих
высокой сорбционной емкостью в отношении метана и кислорода. Поля глубоко денудированных высокотемпературных
горельников приурочены к сводам слабонарушенных антиклиналей. Доступ воздуха
к углям был обеспечен в ходе позднекайнозойской реактивации разломов, и последующего эрозионного
расчленения осадочных толщ. Их воспламенение от внешнего источника зажигания представляется более
вероятным, нежели самовозгорание. Глубины распространения палеопожаров, достигающие 200 м,
указывают на их возникновение в теплом и сухом климате. В центре Кузбасса разрозненные очаги пожаров
возникали на пластах самовозгорающихся углей в ходе проработки современной гидросети. Горельники
здесь слабо эродированы и преимущественно сложены породами начальной степени обжига. Геологические
наблюдения и результаты 40Ar/39Ar-датирования пирогенных пород свидетельствуют, что по
западной окраине Кузбасса первая волна массовых возгораний прошла в эоплейстоцене (1.3—0.9 млн
лет). За верхний возрастной рубеж начала высотной дифференциации рельефа этого района, связанной с
реактивацией Тырганского взбросонадвига и Афонино-Киселевского взброса, можно принять наиболее
древнюю 40Ar/39Ar-датировку — 1.7 ± 0.3 млн лет. Времена повторных возгораний на западной окраине
(0.2 ± 0.1 млн лет) и в центре бассейна (0.13—0.02 млн лет) близки. Эти пожары с высокой вероятностью
произошли в казанцевское межледниковье, когда закладывалась современная гидросеть.
40Ar/39Ar-датирование, угольные пожары, пирометаморфические комплексы, климат, паралавы,
клинкеры, Кузбасс.
NATURAL COAL FIRES IN THE KUZNETSK COAL BASIN:
GEOLOGIC CAUSES, CLIMATE, AND AGE
E.V. Sokol, S.A. Novikova, D.V. Alekseev, and A.V. Travin
The paper summarizes data on the Pleistocene combustion metamorphic complexes of the Kuznetsk
Coal Basin. Paralava and clinker samples are dated by 40Ar/39Ar incremental heating. The 40Ar/39Ar ages of the
combustion metamorphic rocks permit reconstructions of the succession of renewed activity of ancient faults in
the Salair zone and age estimates for the evolution of the present-day drainage network. Cross sections of burned
rocks from the western margin and center of the Kuznetsk Basin are compared. The geologic factors of coal
ignition risks are analyzed. On the western margin of the Kuznetsk Basin, paleofi res occurred in steeply dipping
thick seams with predominant crushed vitrain–clarain coal, which has a high oxygen and methane adsorption
capacity. Highly denuded high-temperature combustion metamorphic complexes are most often localized in the
arches of slightly broken anticlines. Oxygen was supplied to the coals during the Late Cenozoic renewed fault
activity and the subsequent erosion of the sediments. The natural fi res in the area were a result of external rather
than spontaneous ignition. The paleofi re depths (up to 200 m) indicate that they occurred in a warm and dry
climate. In the center of the Kuznetsk Basin, dispersed fi re foci appeared in seams of self-igniting coals with the
erosion propagation of the current drainage network. The combustion metamorphic complexes here are partly
© Э.В. Сокол, С.А. Новикова, Д.В. Алексеев, А.В. Травин, 2014
1319
Стр.3
eroded and consist mostly of clinkers with a low degree of alteration. The 40Ar/39Ar ages and geological data
indicate that the earliest large-scale combustion events on the western periphery of the basin occurred in the Eopleistocene
(1.3–0.9 Ma). The oldest 40Ar/39Ar age of a coal fi re episode (1.7 ± 0.3 Ma) might be the upper age
boundary of the altitude differentiation of topography, which corresponds to the renewed activity of the Tyrgan
and Afonino–Kiselevsk faults. The later coeval combustion events on the western margin (0.2 ± 0.1 Ma) and
in the center of the basin (0.13–0.02 Ma), most probably, occurred during the Kazantsevian interglacial, which
gave rise to the present-day drainage network.
40Ar/39Ar dating, coal fi res, combustion metamorphic complexes, climate, paralavas, clinkers, Kuznetsk
Basin
ВВЕДЕНИЕ
В эпохи массового захоронения органического вещества обеспечивалась изоляция каустобиолитов
от кислорода атмосферы. В ходе неотектонической активизации, выразившейся в блоковых перемещениях
фундамента дна осадочных бассейнов, особенно в их прибортовых частях, колоссальные объемы
ископаемого органического топлива оказались выведенными на дневную поверхность [Пирогенный…,
2005; Coal…, 2010]. Усилившееся эрозионное расчленение территории обеспечило непосредственный
контакт окислителя и топлива, создав главные предпосылки пожаров. Уголь, попав в зону аэрации, адсорбирует
кислород и либо возгорается, либо вследствие окислительной дезактивации, быстро утрачивает
способность к воспламенению [Кухаренко, 1960; Coal…, 2010]. Поэтому естественные угольные
пожары возникают как «немедленный отклик» на тектоническую активизацию и интенси фикацию эрозионных
процессов. Следовательно, абсолютное датирование эпизодов пирогенного метаморфизма дает
возможность реконструировать на численной основе позднекайнозойскую геологическую историю осадочных
бассейнов [Heffern et al., 2007; Новиков и др., 2008]. Поскольку угольные пожары обычно возникают
в теплых и засушливых обстановках [Яворский, Радугина, 1932; Усов, 1935; Heffern et al., 2007],
их климатическая обусловленность открывает перспективы использования пирогенных пород в качестве
новых климатических индикаторов.
Сегодня эта точка зрения подтверждена результатами датирования пирогенных комплексов Великих
Равнин США [Heffern et al., 2007]. Оно было выполнено (U-Th)/He и трековым методами по
отожженным в ходе угольных пожаров детритовым цирконам из клинкеров. Этими методами удалось
датировать пожары, возраст которых не превышал 1 млн лет, и реконструировать этапы развития современной
гидросети. По результатам датирования был сделан вывод о приуроченности палеопожаров к
межледниковым периодам плейстоцена. Этот подход к датированию пирогенных событий мог бы быть
признан наилучшим, однако его применимость резко ограничивают палеогеографические условия формирования
угленосных отложений, — цирконы накапливаются только в осадках прибрежной зоны. Таким
образом, существует потребность в разработке иных методик датирования пирогенных пород, применимых
к более широкому спектру осадочных протолитов.
Принципиально иная методика датирования пирогенных плавленых пород, основанная на традиционном
40Ar/39Ar-методе ступенчатого прогрева, была отработана нами на материале плейстоценовых
горельников Кузбасса. Наиболее древние датировки (~1.2 млн лет) были получены для горельников из
зоны сочленения Кузнецкой впадины и Салаирского кряжа [Новиков и др., 2008]. Наряду с K/Ar-методом
40Ar/39Ar-метод широко применяется для датирования кайнотипных базитовых пород [Karlstrom et
al., 2007; Перепелов и др., 2010].
Данная работа ставит своими целями: 1) реконструировать детали геологического строения разновозрастных
горельников; 2) установить главные факторы риска (тектонические, структурные, вещественные)
возникновения природных угольных пожаров в Кузбассе; 3) датировать пирогенные породы и
реконструировать возрастные интервалы массовых возгораний угля на западной окраине и в центре
Кузбасса.
ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ УГЛЕНОСНЫХ ТОЛЩ И ПИРОГЕННЫЕ КОМПЛЕКСЫ КУЗБАССА
Кузбасс — крупнейший угледобывающий бассейн России — рассматривается также и как наиболее
перспективный для добычи сорбированного метана из угольных пластов [Карасевич и др., 2001].
Структурно он приурочен к Кузнецкой впадине, выполненной мощными (до 10 км) осадками, относящимися
к возрастному интервалу D2—J2 (табл. 1). По периферии впадины верхнепалеозойско-мезозойские
осадочные комплексы были нарушены в результате реактивации древних разломов в позднекайнозойское
время. Максимально деформированы толщи на северо-западной и юго-западной окраинах
впадины [Геология…, 1969; Угольная база…, 2003]. Следы древних угольных пожаров встречаются в
1320
Стр.4
Таблица 1. Стратиграфия и угленосность верхнего палеозоя Кузбасса [Угольная база…, 2003; Кудинов, 2007]
Серия Подсерия
Свита
Тайлуганская (P2tl)
Ерунаковская (P2er)
Ильинская (P2il)
Кузнецкая (P2kz)
Верхнебалахонская
(P1bl)
Нижнебалахонская
(C2-3bl)
Грамотеинская (P2gr)
Ленинская (P2ln)
Ускатская (P2usk)
Казанково-Маркинская (P2k-m)
Митинская (P2mt)
Старокузнецкая (P2skz)
Кемеровская (P1km)
Ишановская (P1is)
Промежуточная (P1pr)
Алыкаевская (C3al)
Мазуровская (С2mz)
Острогская (C1-2os) Каезовская (С2ks)
Евсеевская (C1ev)
825—1275
290—1045
68
3
100—600 —
98.6
2.1
—
4.0 (1.3—21)
1.8
< 1
Кузбассе повсеместно. Однако большинство палеовозгораний сосредоточено на четырех площадях: Кемеровской,
Прокопьевско-Киселевской, Кондомской и Ерунаковской. В 2005—2009 гг. нами были изучены
пирогенные комплексы интенсивно деформированной западной окраины (Прокопьевско-Киселевская
площадь, присалаирский комплекс) и слабодеформированной центральной части Кузнецкого
бассейна (Ерунаковская площадь, комплексы соколовский, камушек, инской, караканский) (см. рис. 1).
При анализе геологической ситуации и особенностей строения горельников наряду с собственными
полевыми наблюдениями были использованы фондовые материалы (Медникова, Жданова, 1967 г.; Жданова
и др., 1970 г.) и крупномасштабные карты [Луппов, 1964, 1965; Фотьева, 1984; Юзвицкий, 1998,
2000].
Присалаирский комплекс
Краткий очерк геологического строения района. Западная окраина Кузнецкого прогиба интенсивно
деформирована в результате надвигания Салаирского блока в условиях субгоризонтального сжатия
[Яворский, 1970; Угольная база…, 2003; Кудинов, 2007]. Блочное строение района задает серия
субпараллельных разломов взбросонадвигового типа с общей амплитудой вертикальных смещений до
2000 м. Крупнейшие из них — Тырганский, Тайбинский, Афонино-Киселевский и Киселевский —
взбросы и взбросонадвиги ограничивают в рельефе три высотных ступени. Абсолютные отметки верхней
ступени — 440—460 м; средней — 380—400 м, нижней — 320—370 м (рис. 2). В пределах средней
высотной ступени выделяются Западная и Центральная тектонические зоны [Кудинов, 2007]. В Западной
зоне преобладают сжатые линейные складки с крутонаклонными, часто опрокинутыми крыльями;
в Центральной зоне — брахиформные складки. В Восточной зоне, пространственно совпадающей с
нижней ступенью, преобладают открытые складки.
В районе распространены угленосные отложения кемеровской и ишановской свит (P1is, P1km)
верхнебалахонской подсерии (табл. 2). Мощность рабочих пластов колеблется от 0.8 до 24 м. Коэффициент
угленосности близок к максимальному в Кузбассе (до 21 %). В Западной зоне преобладают слабометаморфизованные
матовые и полуматовые дюрено-фюзеновые угли марок ДГ, Г, ГЖ (Rо < 1.1 %).
Угли средних (КЖ, КС, СС, ОС; Rо = 0.8—1.5 %) и высоких степеней метаморфизма (К, Т; Rо = 1.0—
1.75 %) с преобладанием полублестящих витрено-клареновых литотипов распространены в Центральной
и на юге Восточной зоны. На участках крутого залегания обычны раздувы и пережимы пластов, где
уголь интенсивно перемят. Для главных рабочих пластов Внутреннего III, IV, V доля мятых углей превышает
30 %; для пластов Характерного, Горелого и Внутреннего II, VI составляет 20—30 %; для Мощного
— 15—20 %.
Природная метаноносность в Прокопьевско-Киселевском районе колеблется от 10—45 м3/т в
угольных пластах и до 1—3 м3/т — во вмещающих породах [Карасевич и др., 2001; Кудинов, 2007].
Основной объем (90—95 %) метана находится в сорбированном состоянии. Наибольшей газоносностью
(до 32—34 м3/т сухой беззольной массы угля) обладают витреновые и клареновые угли марок К и ГЖ
1321
1900—2580 105
1000—1600
500—1200
64
6
101.5
12.6
0.5
3.6 (0.7—16)
1.4
2.5
Мощность
отложений, м
Число
угольных
пластов
Суммарная
мощность
угольных
пластов, м
Угленосность, %
(диапазон угленосности,
%)
Балахонская (С1-P1bl)
Кольчугинская (P2kl)
Стр.5