Геологическое развитие территории Кузбасса

В качестве примера пермского угленакопления целесообразно рассмотреть геологическое развитие одного из крупнейших угольных бассейнов мира – Кузбасса. Первые сведения об углях Кузбасса сообщил крестьянин Михаил Волков в 1721 году. Геологические исследования впервые были проведены в 40-е годы XIX века П.А. Чихачевым, считавшим Кузбасс крупнейшим угольным бассейном мира. Социально-экономическую значимость угли Кузбасса приобрели на рубеже XIX-ХХ веков в связи с постройкой Транссибирской магистрали. К 2030 году планируется ежегодно добывать около 500 млн. тонн угля. Рост угледобычи будет достигнут за счет модернизации производства и усиления безопасности труда горняков.

На геологической карте Кузнецкий прогиб (Кузбасс) вырисовывается как область распространения угленосных палеозойских и мезозойских толщ, причем отложения девонской и каменноугольной систем обнажаются на окраинах прогиба, а пермские и мезозойские – в его центральной части. Прогиб характеризуется синклинальным строением и нередко описывается как синклинорий (длина 335 км, ширина 110 км, площадь 26,7 тыс. км²). Фундамент прогиба, сложенный породами палеозоя, и, возможно, докембрия, по геофизическим данным залегает в центральной части прогиба на глубине около 10 км.

Угленакопление в Кузбассе началось в раннем девоне и продолжалось с перерывами до середины юрского периода. Этот интервал геологического времени делится на три надэтапа, которые, в свою очередь, подразделяются на этапы и подэтапы. Девонско-раннекаменноугольный надэтап (продолжительность около 88 млн. лет) подразделяется на девонский и раннекаменноугольный этапы. Девонский этап (продолжительность 57 млн. лет) подразделяется на два подэтапа. В течение первого (раннедевонско-эйфельского) подэтапа территория Кузбасса входила в состав трех прогибов. В Салаирском прогибе накапливались известняковые толщи, близкие по составу и мощности платформенным отложениям. В Кузнецкоалатауском прогибе преобладал континентальный режим, и наблюдалась вулканическая деятельность. Кое-где отлагалась обогащенные летучими компонентами ископаемые углми – барзасситы. За счет их преобразования в центральной части Кузнецкого прогиба на глубине нескольких километров возможно залегание нефтегазоносных толщ. В Томь-Колыванском прогибе накапливались терригенно-вулканогенные отложения геосинклинального типа. Второй подэтап (вторая половина девонского периода) характеризовался сглаживанием различий между прогибами и мощной трансгрессией.

В течение раннекаменноугольного (турнейско-визейского) этапа Кузбасс являлся частью обширного палеобассейна, простиравшегося от долины Верхней Оби на западе до подножья Кузнецкого Алатау на востоке. На территории Кузбасса накапливались известняковые толщи мозжухинской серии. В конце раннекаменноугольной эпохи произошло заложение Кузнецкого прогиба (Кузбасса), существовавшего в качестве особой геоструктуры до конца пермского периода. Этот временной интервал рассматривается как раннекаменноугольно-пермский надэтап, характеризовавшийся накоплением угленосных терригенных отложений. Надэтап подразделяется на балахонский и кольчугинский этапы.

Балахонский этап (раннекаменноугольно-раннепермское время, 328-270 млн. лет назад), соответствующий балахонской серии, подразделялся на острогский, ранне- и позднебалахонский подэтапы.

Острогский подэтап характеризовался преобладанием морского режима. Реже устанавливались режимы приморской равнины с пышной растительностью или опресненной лагуны. Накопилась песчано-алевролитовая острогская подсерия. В её верхах появляются углистые сланцы и первые маломощные прослои каменного угля. Палеогеографическая обстановка в течение раннебалахонского подэтапа была примерно такой же, как и в острогское время, отличаясь несколько большей продолжительностью эпох осушения. Нижнебалахонская подсерия сходна с острогской, отличаясь несколько большей угленосностью. Граница между острогской и нижнебалахонской подсериями условно проводится по появлению первого пласта угля рабочей (более 1 м) мощности. На рубеже нижне- и верхнебалахонской подсерий произошло обновление видового состава биоты (увеличилось разнообразие кордаитов, появились новые виды двустворчатых моллюсков), что позволяет считать этот рубеж границей каменноугольной и пермской систем в Кузбассе.

Во время накопления верхнебалахонской подсерии преобладал режим приморской заболоченной равнины с пышной растительностью. Подсерия отличается от нижележащих отложений характером цикличности. Мощности циклитов, в том числе угольных пластов, существенно возросли. В составе верхнебалахонской подсерии снизу вверх выделяются промежуточная, ишановская, кемеровская и усятская свиты, причем две последние наиболее продуктивны. В кемеровской свите выделены алевролитовая толща с маломощными пластами угля и песчаниковая, содержащая мощные угольные пласты. В усятской свите, распространенной в южной части Кузбасса, содержится 8-10 пластов коксующихся углей, прослеживающихся на тысячи квадратных километров.

Кольчугинский этап представлен кольчугинской серией позднепермского возраста. Балахонско-кольчугинский рубеж, отмеченный изменениями видового состава «семенных папоротников» и двустворчатых моллюсков, считается границей ранне- и позднепермской эпох. Кольчугинская серия, согласно залегающая на балахонской, подразделяется на кузнецкую, ильинскую и ерунаковскую подсерии.

В течение кузнецкого подэтапа территория Кузбасса представляла собой низменную сушу с многочисленными озерами. Накопилась кузнецкая подсерия, сложенная песчаниками и алевролитами с прослоями пелитолитов, близких к угольным сланцам. Ильинский подэтап характеризовался сокращением площади акваторий. Ильинская подсерия – отложения неглубокого пресноводного, периодически заболачивающегося палеобассейна. Обычно подсерия сложена маломощными циклитами, состоящими из пластов песчаника, алевролита, аргиллита и прослоев каменного угля мощностью от 0,5 до 1-2 м. Ерунаковская подсерия, отличается высокой угленосностью (до 41 угольного пласта рабочей мощности). Снизу вверх в её составе выделяются ленинская, грамотеинская и тайлуганская свиты. В составе ленинской свиты коксующиеся угли слагают около 4% её мощности. Грамотеинская свита близка по вещественному составу и суммарной мощности угольных пластов к ленинской, однако мощность её в 1,5 раза меньше, чем ленинской, в силу чего угленасыщенность оказывается большей. Тайлуганская свита, отличающаяся от нижележащих свит ерунаковской подсерии большей грубостью обломочного материала, по суммарной мощности угольных пластов превосходит остальные продуктивные свиты Кузбасса.

Динамика палеогеографического режима в течение кольчугинского этапа была примерно такой же, как и в балахонское время: в начале преобладал субаквальный режим, в конце – режим низменной равнины, занятой торфяными болотами. Значительные территории были заняты кордаитовыми лесами. Важнейшей особенностью кольчугинского времени явилось увеличение скорости осадконакопления: по сравнению с балахонским временем она возросла в 5-7 раз. Экваториальный климат балахонского времени сменился в течение кольчугинского этапа субтропическим с четко выраженной сезонностью. Состав органических остатков указывает на принадлежность Кузбасса к Ангарской биогеографической области; однако встречаются и представители органического мира Вестфальской области. В течение каменноугольно-пермского надэтапа, продолжавшегося около 77 млн. лет, Кузнецкий прогиб оставался областью устойчивого опускания, компенсируемого осадконакоплением. Границы прогиба в течение надэтапа оставались более или менее постоянными.

Пермо-триасовая (тайлуганско-мальцевская) граница имеет весьма высокий стратиграфический ранг, поскольку разделяет отложения двух систем, принадлежащих к разным эратемам. На этом уровне исчезают кордаиты, на смену которым появились мезозойские папоротники, птеридоспермы и хвойные.

В состав мезозойского надэтапа входят три этапа: раннетриасовый, фиксированный мальцевской серией, средне-позднетриасовый, соответствующий перерыву в осадконакоплении, и раннеюрский, являющийся временем накопления тарбаганской серии. Раннетриасовый этап соответствует мальцевской серии (первая половина триасового периода – 251-237 млн. лет). Она характеризуется сравнительно небольшой площадью распространения и значительной ролью вулканитов средне-основного состава. Вследствие значительной расчлененности палеорельефа в мальцевское время не наблюдалось заболоченности и, соответственно, не происходило угленакопление. Кузнецкий прогиб оставался межгорной впадиной, изобилующей небольшими озерами. Климат, судя по находкам бокситов, был жарким и влажным.

Вторая половина триасового периода – средне-позднетриасовый этап – явилась для территории Кузнецкого прогиба эпохой тектонической стабилизации, фиксированной гумидной корой выветривания (возраст 237-200 млн. лет). Ранне-среднеюрский этап продолжительностью около 36 млн. лет соответствует эпохе накопления угленосной тарбаганской серии мощностью до 1880 м, несогласно перекрывающей позднетриасовый пенеплен. Накопление бурых углей происходило за счет гинкговых, хвойных, папоротников, хвощей, цикадофитов. В настоящее время бурые угли Кузбасса не используются.

На протяжении позднеюрско-палеогенового времени (продолжительность около 150 млн. лет) Кузнецкий прогиб, Салаир и Кузнецкое нагорье представляли собой возвышенную равнину, характеризовавшуюся мощной корой выветривания (5-50 м). В неоген-четвертичное время (продолжительность около 23 млн. лет) произошло поднятие Салаира и Кузнецкого Алатау. Сформировалась Кузнецкая котловина, территориально соответствующая Кузнецкому прогибу.