GEOLOGIA BAZINULUI CARBONIFER VALEA JIULUI

1. Introducere

Complexul sedimentar al depresiunii Petrosani este format din depozite ce apartin cretacicului superior, paleogenului, neogenului si cuaternarului.

Cretacicul superior - formeaza depozitele sedimentare cele mai vechi din bazin si care au fost intalnite pe rama nordestica a bazinului (intre paraul Taia si gura Banitei). Depozitele cretacice sunt formate din conglomerate, gresii cenusii-verzui, marne rosii si calcare fosilifere.

Paleogenul - este format din rupelian si chattian. Rupelianul, cunoscut sub denumirea de orizont bazal este dispus discordant peste formatiunile metamorfice din fundament si depozitele cretacicului superior. Afloreaza pe ambele rame ale bazinului sub forma unor fasii discontinue. Grosimea depozitelor este cuprinsa intre 200m si 600m si cuprinde gresii si conglomerate de culoare rosie sau verzuie cu frecvente concretiuni feruginoase si calcaroase.

Chattianul, denumit si orizontul productiv, formeaza orizontul in care sunt cantonate stratele de carbune. Afloreaza pe intreaga rama sudica a bazinului, in partea estica a ramei nordice, in zona centrala respectiv vestica a bazinului.

Litologic, depozitele chattiene sunt reprezentate prin gresii argiloase, marne silicioase de culoare cenusiu-negricioasa. Stratele au frecvente urme de flora si fauna si numeroase concretiuni calcaroase si sideritice.

Neogenul - denumit si orizontul superior, este cel mai raspandit in bazin, avand grosimi cuprinse intre 300-550m. Litologic, este format din gresii cenusii, marne, argile, pietrisuri, nisipuri si cinerite.

Cuaternarul - este format din depozite aluviale, deluviale si proluviale. Cele mai importante sunt traseele Jiului de Est si de Vest si ale Jietului, alunecarile de teren si conurile de dejectie.

Depozitele neozoice de cuvertura au fost divizate in cinci orizonturi litostratigrafice:

Orizontul 1, inferior sau bazal (Rupelian) este constituit din conglomerate rosii la partea inferioara si din conglomerate, gresii si argile vinetii verzui la partea superioara. Are o grosime de 300 - 600 m, iar depozitele acestui orizont sunt lipsite de flora si fauna fosila.

Orizontul 2, productiv inferior (Chattian - Eggerian inferior ), are grosime variabila, in medie de 400 m , mai mare in sinclinalul principal si mai redusa in zona anticlinalului central si in extremitatea vestica a bazinului.

Litologic se caracterizeaza prin predominatia rocilor psamo-pelitice de culoare cenusie - negricioasa, stratificate, prezenta faunei si florei fosile si a stratelor de carbune. Carbunii reprezinta in medie 5,5 % din volumul orizontului 2, cu valori mai mari in zona estica si mai mici in zona vestica, formand 21 de strate a caror extinderi, grosime si calitate sunt variabile.

Orizontul 3, mijlociu (Aquitanian - Eggerian superior) are o grosime de 530 m in vest si 250 m in estul bazinului (dar uneori depaseste 900 m). Depozitele acestuia sunt reprezentate prin microconglomerate, gresii cu ciment argilos sau marnos si argile. Rar, in foraje s-au intalnit intercalatii subtiri carbunoase. Este sarac in continutul paleontologic.

Orizontul 4, productiv superior (Eggerian superior - Egemburgian) are arie de sedimentare restransa, cu grosime apreciata la 450 m. Este alcatuit din argile, argile grezoase, gresii si conglomerate slab consolidate si 7 - 9 strate subtiri de carbune cu grosime neuniforma si necorelabile. Depozitele sunt bogat fosilifere.

Orizontul 5, terminal (Badenian), format din pietrisuri, nisipuri, argile tufuri (la partea superioara ), are o grosime de aproximativ 400 m si este nefosilifer.

Caracteristicile carbunilor din Valea Jiului

1. Caracteristicile petrografice ale carbunilor

Din studiile petrografice executate pe un numar mare de esantioane colectate din forajele de explorare si din lucrarile miniere, au rezultat elementele petrografice principale care caracterizeaza carbunii din Valea Jiului.

Macroscopic, huile de Valea Jiului ar culoare neagra, luciu de smoala sau semimat, si prezinta frecvent stratificatii datorita alternantei de benzi lucioase sau semilucioase sau intercalatii impure.

Este compacta, uneori sfaramicioasa, cu spartura concoidala, neregulata sau paralela cu stratificatia. La carbunii din extremitatea estica a bazinului sa observat ca pastreaza urme foarte slabe ale structurii initiale ale materialului vegetal din care au proveni, iar la carbunii din zona vestica se remarca o structura oculara cu numeroase suprafete de desfacere.

Componentii petrografici in ordinea predominantei sunt: cloritul, vitritul, fuzitul, micrinitul si substantele minerale.

Insusirile de cocsificare si aglutinare ale carbunilor sunt in mare masura strans legate de compozitia lor petrografica.

Astfel vitritul cocsifica cel mai bine si aglutineaza puternic dand nastere unui cocs spongios si lucios.

Cloritul cocsifica mai slab, iar fuzitul influenteaza negativ aceasta proprietate.

Substantele minerale frecvente in carbune sunt pirita, carbonatul de calciu, sferosiderita si substantele argiloase.

Analizele spectrale efectuate pe probe de carbuni recoltate din toate stratele au indicat prezenta unor elemente rare cum ar fi: Ti, Ge, Cd, W, Be, dar fara importanta economica.

Caracteristicile fizico-chimice ale carbunilor

Proprietatile fizico-chimice ale carbunilor sunt destul de variate, atat de la un strat la altul cat si in cadrul aceluiasi strat.

Umiditatea de inhibitie are valoarea medie de 3,55% iar umiditatea higroscopica de 2,47%.

Cenusa reprezinta masa anorganica din carbune si anume; substantele argiloase, carbonati, sulfati, cuart s.a.

Valoarea medie a cenusii argiloase, raportata la proba initiala este de 25,80% iar masa combustibila de 38,02%.

Materiile volatile reprezinta un procent mediu de 34,80% raportat la proba initiala si 47,03% pentru masa combustibila, incadrandu-se in grupa huilelor cu indice ridicat de materii volatile.

Sulful combustibil prezent in carbuni sub forma de pirita are o valoare medie de 2,83% raportat la proba initiala si de 4,02% raportat la masa combustibila.

Puterea calorifica interioara este in functie de continutul de cenusa si de umiditatea carbunilor, valoarea medie raportata la masa combustibila fiind de 7596 kcal/kg.

3. Caracteristicile industriale ale carbunilor

Carbunii din Valea Jiului se utilizeaza in scopuri energetice si siderurgice. Gradul de incarbonizare al carbunilor, de care sunt legate insusirile de cocsificare si aglutinare, creste de la est spre vest, remarcandu-se o trecere transanta de la o huila energetica in perimetrele miniere din zona estica, la huila cu cele mai pronuntate insusiri de cocsificare in zona Lupeni-Uricani si scade in zona vestica.

3. Conditiile geologo-miniere ale zacamantului

3.1. Structura si tectonica zacamantului

In structura de ansamblu a bazinului putem remarca un sinclinal asimetric, faliat, orientat aproximativ Vest-Est, care incepand din zona campului minier Vulcan spre Est se bifurca in doua sinclinale separate de un anticlinal avand directia SV-NE. Configuratia anticlinalului este data mai mult de ridicarea zonei centrale a zacamantului, cauzate de felii longitudinale dispuse in trepte si mai putin de cutarea formatiunilor sedimentare.

In partea vestica, bazinul pastreaza caracterul de sinclinal asimetric, avand flancul sudic mai dezvoltat si flancul nordic incalecat de sisturi cristaline.

Faliile intalnite in lucrarile miniere au inclinarea cuprins intre 40° si 70° afecteaza in general complexul sedimentar. Faliile predominante sunt cele normale; cele inverse sau de incalecare se intalnesc rar in apropierea ramei nordice a bazinului.

Elementele tectonice majore care afecteaza zacamantul sunt falia marginala nordica si falia Jiului.

falia marginala nordica - separa domeniul sedimentar al bazinului de cel metamorfic al ramei nordice, este o falie de incalecare cu directia VSV - ENE si inclinarea de aproximat 70° spre NV;

falia Jiului - este o linie de dislocatie longitudinala care poate fi urmarita de la extremitatea vestica a bazinului pana la paraul Salatruc. Amplitudinea ei creste de la est spre vest, evidentiindu-se ridicarea flancului sudic cu 200 - 700 m.

Intre aceste doua elemente tectonice majore care contureaza in parte bazinul, zacamantul este fragmentat de o multime de falii transversale orientate NNV - SSE sau diagonale orientate NS sau NE - SV, cu amplitudini in general, cuprinse intre 30 si 250 m, care compartimenteaza intregul bazin in aproximativ 300 de blocuri tectonice de forme, marimi si orientari destul de diferite.

Evolutia structurii depresiunii Petrosani, dupa depunerea complexului sedimentar neogen a avut loc in mai multe faze tectonice, care au dus la configuratia actuala a bazinului.

Pe baza factorilor naturali, zacamantul a fost incadrat in clasa a III-a de complexitate geologica, avand in vedere gradul de tectonizare si neuniformitate in dezvoltarea stratelor.

3. Proprietatile fizico-mecanice ale rocilor

Depozitele sedimentare in care sunt cantonate stratele de carbuni sunt constituite din alternante de roci cum sunt: argilele, marnele, argilele grezoase, marnele grezoase, gresiile si mai putin microconglomeratele. Ponderea acestor roci este diferita, in functie de orizontul in care se afla.

Proprietatile fizico-mecanice ale rocilor au fost determinate de catre I.C.P.M. Petrosani si Universitatea din Petrosani pe probe obtinute din foraje si sunt:

Caracteristicile carbunilor - sunt redate in tabelul 1.

Tabel 1.

Caracteristicile rocilor sterile

Rocile psamitice, sunt reprezentate printr-o gama larga de gresii, in functie de cimentul de legatura care poate fi: calcaros, silicios, argilos, marnos, feruginos, carbunos, bituminos sau in functie de componentii mineralogici diferiti.

In majoritatea gresiilor, cuartul este predominant 45 - 60%, urmat de monovit si hidromonovit, feldspati si glauconit. In gresiile argiloase si marne-argiloase sunt frecvente mineralele argiloase, carbonatul de calciu, substantele carbunoase si bituminoase.

In tabelul este redata compozitia in elemente de baza a celor mai reprezentative roci psamo-pelitice:

Tabel 2

Caracteristicile mecanice si de tarie a rocilor sunt redate in tabelul 3.

Tabel 3.

3.3. Descrierea stratelor de carbune din Valea Jiului

In bazinul carbonifer Valea Jiului au fost puse in evidenta un numar de 21 de strate de carbune caracterizate prin calitate si grosimi variabile de la o zona la alta, dezvoltate neuniform de la vest la est (Figura 1.).

Cele mai importante din punct de vedere economic sunt stratele 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15, 17 si 18 cu grosimi mai mari de 1m, arie de raspandire mai mare si dezvoltare mai uniforma. Celelalte strate au o dezvoltare sporadica, lenticulara si grosime mica neavand importanta economica.

Stratele de carbune au culcusul format din gresii si gresii argiloase cu frecvente urme de plante, iar acoperisul este predominant pelitic, argilo - marnos cu fauna, exceptand stratele 3, 16, 17 si 19 care au flora fosila.

Principalele strate exploatate in bazin sunt stratul 3 si 5, care detin ponderea cea mai mare din totalul rezervelor de huila dar importante sunt si stratele 7, 13, 15 si 18.

Stratul 3 - este principalul strat al bazinului aflandu-se sedimentat in toate campurile miniere, mai bine dezvoltat in partea estica; unde are grosimi de 10 - 48 m, iar in partea vestica are grosimi mai mici, care scad la o medie de 5,5-6m. Este format din 5-20 intercalatii carbunoase separate prin argile cenusii - negricioase.

Se remarca de asemenea faptul ca, partea superioara a stratului este uniforma, cu mai putine bancuri sterile, iar spre culcus bancurile sterile cresc ca numar si grosime.

Acoperisul stratului 3 este alcatuit din gresii argiloase sau calcaroase, bine cimentate cu alternante de argile grezoase si cu urme de plante. Culcusul este format din gresii cu frecvente concretiuni sideritice. Rezervele acestui strat reprezinta aproximativ 48 % din volumul total de carbune pe bazin.

Stratul 5 - cu grosimea cuprinsa intre 2,5 si 7,5 m, este constituit din 3 - 7 bancuri de carbune. In zona central-estica prezinta la acoperis un banc de carbune de 0,30 - 0,50 m denumit "paprica", cu tendinte de autoaprindere. Din rezervele totale de carbune ale bazinului, acest strat reprezinta 12 % si se extinde in aproape toate minele (exceptie fiind Iscroni si Valea de Brazi).

Stratul 7 - raspandit relativ uniform in jumatatea estica a bazinului, are grosimi de 0,50 - 1,40 m si este constituit din 1 - 2 bancuri de carbune.

Stratul 13 are o grosime inegala in perimetrele estice, este format din 2 - 4 bancuri de carbune totalizand 2 - 5 m, iar in cele vestice este format din doua complexe cu grosime totala de 7 - 13 m.

Stratul 15 prezinta grosimi exploatabile numai in zona central vestica a bazinului. Este format din 3 bancuri de carbune separate de intercalatii argiloase, grosimea totala fiind de 1,2 - 2,4 m.

Stratul 18 mai bine dezvoltat in partea vestica, este format din 2 - 3 bancuri de carbune cu grosimea totala de 1,4 - 2,5 m. in perimetrele Uricani, Valea de Brazi si Campu lui Neag. Se exploateaza impreuna cu stratul 17, grosimea intregului pachet fiind de 3,8 - 4,6 m.