Мультимасштабна картина структурного успадкування систем тріщин у вугленосних товщах Лотаринзько-Саарського вугільного басейну

Автор(и)

  • В.О. Привалов Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України, Україна
  • Ж. Піронон Лотаринзький університет, CNRS, лабораторія GeoRessources, Франція
  • Ф. де Донато Лотаринзький університет, CNRS, лабораторія GeoRessources, Франція
  • Р. Мішель Лотаринзький університет, CNRS, лабораторія GeoRessources, Франція
  • А. Ізар Лотаринзький університет, CNRS, лабораторія GeoRessources, Франція
  • C. Morlot Лотаринзький університет, CNRS, лабораторія GeoRessources, Франція
  • О.А. Панова Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення ім. М.П. Семененка НАН України, Україна

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.v44i1.253710

Ключові слова:

Лотаринзько-Саарський вугільний басейн, метан вугільних пластів, екологічні проблеми, зменшення викидів метану, геологічна структура, тріщинуватість, мультимасштабний аналіз, рентгенівська комп'ютерна томографія, системи кліважу

Анотація

Лотаринзько-Саарський басейн (ЛСБ) — один з головних палеозойських вугільних басейнів Західної Європи, котрий протягом двох століть виконував роль важливого осередку підземного видобутку вугілля та пов'язаних з ним багатопрофільних видів промислової діяльності у транскордонному районі Франції та Німеччини. Басейн має значні запаси вугілля, зосереджені в численних латерально витриманих вугільних пластах, в яких під впливом процесів вуглефікації під в процесі занурення кам’яновугільних відкладів генерувалися газоподібні вуглеводні. ЛСБ виділяється потужним осадовим чохлом до глибини 6 км, який зазнав інверсійних рухів, що призвели до палеозойської денудації близько 750 м у французькій частині басейну та домезозойської (пермської) денудації в діапазоні 1800—3000 м у німецькій частині басейну. Історично вуглевидобуток у районах Лотарингії та Саару був пов'язаний зі значними ризиками безпеки підземних робіт через високий вміст метану у вугільних пластах. ЛСБ має величезний потенціал щодо видобутку нетрадиційної вуглеводневої сировини, включаючи метан вугільних пластів. Вугільні шахти тут більше не експлуатують для видобутку вугілля; однак метан, що утворився на глибоких горизонтах унаслідок термогенних перетворень органічної речовини, мігрує по тріщинах до земної поверхні. Скорочення природних викидів метану за рахунок видобування метану вугільних пластів є винятково важливою можливістю для уповільнення темпів глобального потепління. Практично всі відомі родовища вугільного метану в світовому масштабі так чи інакше порушені системами природних різномасштабних тектонічних розривних дислокацій — від великих зон розломів до близько розташованих мікрозсувів і тріщин кліважу у вугільних пластах. З огляду на багаторічний досвід геологічних досліджень під час видобутку вугілля в минулому, ЛСБ не є винятком з цієї тенденції. Характеристика структурних закономірностей розподілу тріщинуватості у різних масштабах є прагматичним процесом, що підсилює адекватне сприйняття продуктивності покладів вугільного метану. Основна мета статті — отримати уявлення про стиль і кінематичні характеристики мультимасштабних систем тріщин у вугленосних товщах на підставі аналізу результатів геологічного довивчення площ ЛСБ, підземної геологічної документації гірничих виробок, а також рентгенівської комп'ютерної томографії зразків вугілля. Це допоможе вибрати правильну стратегію забезпечення належних технічних рішень для ефективної розвідки та видобутку метану вугільних пластів у басейні.

Посилання

Alsaab, D., Elie, M., Izart, A., Sachsenhofer, R.F., & Privalov, V.A. (2008). Predicting Methane Accumulations Generated from Humic Carboniferous Coals in the Donbas Fold Belt (Ukraine). AAPG Bulletin, 92(8), 1029—1053. https://doi.org/10.1306/03250807053.

Arthaud, F., & Matte, P. (1977). Late Paleozoic Strike-Slip Faulting in Southern Europe and Northern Africa: Result of a Right-Lateral Shear Zone between the Appalachians and the Urals. GSA Bulletin, 88(9), 1305—1320. https://doi.org/10.1130/0016-7606(1977)88<1305:LPSFIS>2.0.CO,2.

Badham, J.P.N., & Halls, C. (1975). Microplate Tectonics, Oblique Collisions, and Evolution of the Hercynian Orogenic Systems. Geology, 3(7), 373—376. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1975)3<373:MTOCAE>2.0.CO,2.

Beccaletto, L., Averbuch, O., & Izart, A. (2019). The Sarro-Lorraine Basin (SLB) in the frame of the Variscan orogeny: structure and tecto-sedimentary schedule. 19th International Congress on the Carboniferous and Permian, Jul 2019, Cologne, Germa-ny.

Bles, J.L., & Lozes, J. (1980). Gazéification in situ du Charbon Site de Faulquemont, l’étude struc¬turale. BRGM rapport No 80 SGN 427 GEO.

Christie-Blick, N., Biddle, K.T. (1985). Deformation and basin formation along strike-slip faults. In K.T. Biddle, N. Christie-Blick (Eds.), Strike-slip deformation, basin formation, and sedimentation (pp. 1—34). Soc. Econ. Paleontol.

Mineral., Tulsa.

Corbel, S., Kaiser, J., & Vicentin, S. (2017). Coal mine flooding in the Lorraine-Saar basin: experience from the French mines. In C. Wolkersdorfer, L. Sartz, M. Sillanpää, A. Häkkinen (Eds.), Mine Water and Circular Economy (pp. 161—166). IMWA 2017, Jun 2017, Lappeenranta, Finland.

Cunningham, W.D., & Mann, P. (Eds.). (2007). Tectonics of Strike-Slip Restraining and Releasing Bends. Vol. 290. Geol. Soc., London, Spec. Publ. https://doi.org/10.1144/SP290.1.

Donsimoni, M. (1981). Le bassin houiller Lorrain: synthèse géologique. Mémoire BRGM no 117. Orléans: Editions BRGM, p. 102.

Frodsham, K., & Gayer, R.A. (1999). The Impact of Tectonic Deformation upon Coal Seams in the South Wales Coalfield, UK. International Journal of Coal Geology, 38(3), 297—332. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(98)00028-7.

García-Moreno, D., Verbeeck, K., Camelbeeck, T., De Batist, M., Oggioni, F., Zurita Hurtado, O., Versteeg, W., Jomard, H., Col-lier, J.S., Gupta, S., Trentesaux, A., & Vanneste, K. (2015). Fault Activity in the Epicentral Area of the 1580 Dover Strait (Pas-de-Calais) Earthquake (Northwestern Europe). Geophysical Journal International, 201(2), 528—542. https://doi.org/10.1093/gji/ggv041.

Guillocheau, F., Robin, C., Allemand, P., Bourqu¬in, S., Brault, N., Dromart, G., Friedenberg, R., Garcia, J.-P., Gaulier, J.-M., Gaumet, F., Grosdoy, B., Hanot, F., Le Strat, P., Met¬traux, M., Nalpas, T., Prijac, C., Rigollet, C., Ser¬ra¬no, O., & Grandjean, G. (2000). Meso-Ce¬no¬zo¬ic Geodynamic Evolution of the Paris Basin: 3D Stra¬ti¬graphic Constraints. Geodinamica Acta, 13(4), 189—245. https://doi.org/10.1016/S0985-3111 (00)00118-2.

Henk, A. (1993). Late Orogenic Basin Evolution in the Variscan Internides: The Saar-Nahe Basin, Southwest Germany. Tectono-physics, 223(3), 273—290. https://doi.org/10.1016/0040-1951 (93)90141-6.

Hertle, M., & Littke, R. (2000). Coalification Pattern and Thermal Modelling of the Permo-Carboniferous Saar Basin (SW-Germany). International Journal of Coal Geology, 42(4), 273—296. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(99)00043-9.

Izart, A., Barbarand, J., Michels, R., & Privalov, V.A. (2016). Modelling of the Thermal History of the Carboniferous Lorraine Coal Basin: Consequences for Coal Bed Methane. International Journal of Coal Geology, 168, 253—274. https://doi.org/10.1016/j.coal.2016.11.008.

Izart, A., Palain, C., Malartre, F., Fleck, S., & Michels, R. (2005). Paleoenvironments, Paleoclimates and Sequences of Westphali-an Deposits of Lorraine Coal Basin (Upper Carboniferous, NE France). Bulletin de la Société Géologique de France, 176(3), 301—315. https://doi.org/ 10.2113/176.3.301.

Jing, Y., Armstrong, R.T., Ramandi, H.L., & Mostaghimi, P. (2017). Topological Characterization of Fractured Coal. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 122(12), 9849—9861. https://doi.org/10.1002/2017JB014667.

Korsch, R.J., & Schäfer, A. (1995). The Permo-Carboniferous Saar-Nahe Basin, South-West Germany and North-East France: Basin Formation and Deformation in a Strike-Slip Regime. Geologische Rundschau, 84(2), 293—318. https://doi.org/10.1007/BF00260442.

Krause, E., & Pokryszka, Z. (2013). Investigations on Methane Emission from Flooded Workings of Closed Coal Mines. Journal of Sustainable Mining, 12(2), 40—45. https://doi.org/10.7424/jsm130206.

Laubach, S.E., Marrett, R.A., Olson, J.E., & Scott, A.R. (1998). Characteristics and Origins of Coal Cleat: A Review. International Journal of Coal Geology, 35(1), 175—207. https://doi.org/10.1016/S0166-5162(97)00012-8.

Nisbet, E.G., Manning, M.R., Dlugokencky, E.J., Fisher, R.E., Lowry, D., Michel, S.E., et al. (2019). Very strong atmospheric methane growth in the 4years 2014—2017: Implications for the Paris Agreement. Global Biogeochemical Cycles, 33, 318—342. https://doi.org/10.1029/ 2018GB006009.

Pashin, J.C., Carroll, R.E., Hatch, J.R., & Goldhaber, M.B. (1999). Mechanical and Thermal Control of Cleating and Shearing in Coal: Examples from the Alabama Coalbed Methane Fields, USA. In M. Mastalerz, M. Glikson, S.D. Golding (Eds.), Coalbed Methane: Scientific, Environmental and Economic Evaluation. Springer, Dordrecht. https://doi.org/10.1007/ 978-94-017-1062-6_19.

Pitman, J.K., Pashin, J.C., Hatch, J.R., & Goldhaber, M.B. (2003). Origin of Minerals in Joint and Cleat Systems of the Pottsville Formation, Black Warrior Basin, Alabama: Implications for Coalbed Methane Generation and Production. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 87(5), 713—731. https://doi.org/10.1306/01140301055.

Pryvalov, V.O., Panova, O.A., & Pryvalov, A.V. (2020). Geology in environmental management issues of the Donbas within the context of its forthcoming restoration. Mineralogical Journal, 42, 76—85. https://doi.org/10.15407/mineraljournal.42.01.076.

Pryvalov, V.A., Panova, O.A., & Sachsenhofer, R.F. (2013).Natural Fracture and Cleat Patterns in Coalbed and Shale Gas Reser-voirs of the Donets Basin (Ukraine). Conference Proceedings, 75th EAGE Conference & Exhibition incorporating SPE EU-ROPEC 2013, Jun 2013. https://doi.org/10.3997/2214-4609.20130809.

Pryvalov, V., Pironon, J., Izart, A., Michels, R., & Panova, O. (2016). A new tectonic model for the late Paleozoic evolution of the Lorraine-Saar coal-bearing basin (France/Germany). Tectonics and Stratigraphy, 42, 40—50. https://doi.org/10.30836/igs.0375-7773.2015.94684.

Pryvalov, V.A., Pironon, J., Izart, A., & Morlot, C. (2017). Exploration of architecture and connectivity of cleat arrays in coals of the Lorraine CBM play by the means of X- ray computer tomography. 79th EAGE Conference and Exhibition 2017, Paris (pp. 1388—1392). https://doi.org/10.3997/2214-4609.201700758.

Privalov, V., Randi, A., Sterpenich, J., Pironon, J., & Morlot, C. (2019). Structural Control of a Dissolution Network in a Limestone Reservoir Forced by Radial Injection of CO2 Saturated Solution: Experimental Results Coupled with X-Ray Computed Tomography. Geosciences, 9(1). https://doi.org/10.3390/geosciences 9010033.

Rodrigues, C.F., Laiginhas, C., Fernandes, M., Lemos de Sousa, M.J., & Dinis, M.A.P. (2014). The Coal Cleat System: A New Approach to Its Study. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 6(3), 208—218. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2014.03.005.

Schäfer, A. (2011). Tectonics and Sedimentation in the Continental Strike-Slip Saar-Nahe Basin (Carboniferous-Permian, West Germany). Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, 162(2), 127—155. https://doi.org/10.1127/1860-1804/2011/0162-0127.

Stollhofen, H. (1998). Facies Architecture Variations and Seismogenic Structures in the Carboniferous—Permian Saar—Nahe Basin (SW Germany): Evidence for Extension-Related Transfer Fault Activity. Sedimentary Geology, 119(1), 47—83. https://doi.org/10.1016/S0037-0738(98)00040-2.

Villemin, T. (1987). Comparison between Two Scales of Fracturation in the Lorraine Coal Field (NE-France). Geodinamica Acta, 1(2), 147—157. https://doi.org/10.1080/09853111.1987.11105133.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-04-03

Як цитувати

Привалов, В. ., Піронон , Ж., Донато, Ф. д., Мішель, Р. ., Ізар, А. ., Morlot, C., & Панова, О. . (2022). Мультимасштабна картина структурного успадкування систем тріщин у вугленосних товщах Лотаринзько-Саарського вугільного басейну. Геофізичний журнал, 44(1), 40–54. https://doi.org/10.24028/gzh.v44i1.253710

Номер

Том 44 № 1 (2022)

Розділ

Статті

Ліцензія

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

1. Автори зберігають за собою авторські права на роботу і передають журналу право першої публікації разом з роботою, одночасно ліцензуючи її на умовах Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим поширювати дану роботу з обов'язковим зазначенням авторства даної роботи і посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі .

 2. Автори зберігають право укладати окремі, додаткові контрактні угоди на не ексклюзивне поширення версії роботи, опублікованої цим журналом (наприклад, розмістити її в університетському сховищі або опублікувати її в книзі), з посиланням на оригінальну публікацію в цьому журналі.

 3. Авторам дозволяється розміщувати їх роботу в мережі Інтернет (наприклад, в університетському сховище або на їх персональному веб-сайті) до і під час процесу розгляду її даними журналом, так як це може привести до продуктивної обговоренню, а також до більшої кількості посилань на дану опубліковану роботу (Дивись The Effect of Open Access).