РАЗДЕЛ 2
АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРЕДШЕСТВОВАВШИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Обзор петрофизических исследований угленосных формаций
Зарождение угольной петрофизики связано с использованием в углеразведке геофизических методов. В 1932 г. в Донецком бассейне начала работать первая каротажная установка с точечными замерами кажущегося сопротивления градиент-зондами. Бурное развитие методик ГИС углеразведочных скважин получили после 1945 г. В тот же период для поисков угольных месторождений начали применять и полевые геофизические методы: грави-, магнито-, а позднее и сейсморазведку.
В конце 30-х годов вопрос о переходе на бескерновое бурение углеразведочных скважин не стоял на повестке дня, но уже тогда передовые геологи и геофизики подчеркивали необходимость широкого изучения физических свойств пород угленосных отложений для повышения эффективности геофизических методов. Так, академик П.И. Степанов в 1939 году писал: "Говоря о процессах изменения, необходимо еще раз остановиться на метаморфизме тех пород, которым подчинены угольные залежи. Всестороннее и планомерное изучение физических свойств этих пород составляет очередную задачу угольной геологии". Спустя четыре года П.И Степанов подчеркивал, что "важное значение имеет изучение метаморфизма углей и вмещающих их пород и установление рациональных комплексов геофизических методов для различных генетических типов бассейнов" [42].
Высказывания П.И. Степанова имеют прямую связь с исследованиями физических свойств пород Донецкого бассейна, проводимых в то время Н.Н. Самсоновым и А.Т. Донабедовым.
Выводы А.Т. Донабедова открыли новую область в изучении угольной геологии. Отличаясь оригинальностью и представляя собой первый этап зарождения угольной петрофизики, работа А.Т. Донабедова не смогла охватить всех аспектов рассматриваемой проблемы. Схематическая карта средних значений пористости, плотности, скорости распространения упругих волн и удельного электрического сопротивления были построены для угленосных отложений верхнего палеозоя Донбасса, мощность которых колеблется от 2 до 10 км. При этом не учитывались изменения физических параметров пород по стратиграфической глубине, которые в то время А.Т. Донабедову не удалось выяснить. Не учитывалось также влияние на физические свойства литолого-петрографического состава пород. Невыясненным остался вопрос о причине региональных петрофизических закономерностей угленосных отложений. В качестве причины региональных изменений физических свойств угленосных пород А.Т. Донабедов назвал процессы метаморфизма, в свою очередь связанные с геотектоническими особенностями бассейна [43].
Дальнейшее развитие угольной петрофизики нашло свое отражение в работах В.В. Гречухина [44 - 61].
Широкомасштабные и фундаментальные исследования В.В. Гречухина, базирующиеся на огромном количестве фактического материала и накопленного опыта, позволили оформиться петрофизике угленосных формаций как самостоятельной, отдельной науке, обладающей мощной теоретической базой и принципиально новым, универсальным методическим подходом.
Группой исследователей, под руководством В.В. Гречухина были выявлены и прослежены основные закономерности изменения и взаимные связи физических свойств пород по разрезам и простиранию в различных угольных бассейнах СССР (Донецком, Кузнецком, Печорском и Воркутинском месторождении) [44 - 50].
По результатам исследований углеразведочных, параметрических и картировочных скважин были составлены сводные петрофизические разрезы и карты угленосных отложений различных угольных бассейнов. Петрофизические разрезы отражают закономерности изменения физических свойств (пористости, объемной плотности, скорости распространения упругих волн и удельного электрического сопротивления) основных литологических типов (аргиллитов, алевролитов, песчаников и углей) под воздействием эпигенетических преобразований (прил. Б) [51].
Результатом данных исследований явился сформулированный В.В. Гречухиным принцип универсальности физических свойств угленосных отложений: при одинаковых степенях регионального метаморфизма углей и эпигенеза пород (при одинаковом палеогеотермическом градиенте) наблюдаются одинаковые изменения физических свойств (пористости, объемной плотности, скорости распространения упругих волн и удельного электрического сопротивления) однотипных пород (аргиллитов, алевролитов, глинистых песчаников) и углей различных угольных бассейнов независимо от их геологического возраста [52 - 55].
На его основе сформулирован принцип новых физических основ угольной промысловой геофизики и разработана новая методика геолого-геофизического изучения физических свойств пород угольных месторождений [52 - 55].
Физические свойства пород зависят от двух групп факторов: первичных (генетических) и вторичных (эпигенетических).
Генетические (первичные) факторы изменения свойств угленосных пород обусловлены вещественным и гранулометрическим составами, фациальной принадлежностью, типом и составом цемента, количеством и составом органических примесей. Эти факторы вызывают различия в физических свойствах горных пород в период седиментации и в последующие стадии литификации отложений [52 - 58].
Эпигенетические (вторичные) факторы обусловлены процессами преобразования пород (диагенезом, эпигенезом и метагенезом) [52 - 58].
Первоначально сформировавшиеся различия в физических свойствах пород, образовавшиеся в процессе седиментогенеза при последующих процессах диагенеза и эпигенеза отложений претерпевают значительные изменения, однако полностью не исчезают. Под влиянием эпигенеза происходит уплотнение пород. Это влечет за собой необратимые изменения абсолютных значений их физических свойств и соотношений этих свойств по стадиям преобразования. Исключением является минералогическая плотность и интенсивность естественного гамма-излучения, которые практически не изменяются под влиянием процессов диагенеза и эпигенеза пород.
Таким обра