Fractal-wave nature of the geological environment of coal formation at Donbas

The structure investigation of the fault and folded deformations of sedimentary deposits at Donbas on various scale levels: from microdislocations to large amplitude ones is carried out. It is established that on all scale levels, the lateral frequency of the folds resulting from the wave processes caused by pulsed horizontal tectonic forces in the post-inversion period is seen. According to the parameters of natural and technogenic fault dislocations of Donbas, the authors calculated fractal dimensions for dependencies of lengths, the number of deformations, the surface area of shifters, the distance between the cracks from the scale of maps for individual mines and workings, coal beds and sandstones. The measurements were carried out on micrographs of coal particles, in mining workings, according to the geological maps of Donbas and individual districts. The distributions of fault deformations in the coalrock massif are described by lognormal and power laws, which indicates the fractality of the fault deformation of sedimentary deposits at Donbas, and the differences of fractal dimensions at various scale levels point at its multifractality. The accuracy of the obtained results is confirmed by the similarity of fractal dimensions calculated by various methods. The discrepancy between the values of fractal dimensions at the different scale levels reflects the impact of additional local or regional factors affecting the formation of the basin framework. The obtained data attest to the action of fractal-wave processes, which, being superpositioned on the resulting deposits, formed a complex structure of the sedimentary thickness of Donbas.
Проведено дослідження структури розривних і складчастих порушень осадових відкладів Донбасу на різних масштабних рівнях: від мікродислокацій до крупноамплітудних дислокацій. На всіх масштабних рівнях визначено латеральна повторюваність складок, зумовлена хвильовими процесами, викликаними імпульсними горизонтальними тектонічними силами в постінверсійний період. За параметрами природних і техногенних розривних дислокацій Донбасу розрахована фрактальна розмірність для залежностей довжин, кількості порушень, площі поверхні зміщувачів, відстані між тріщинами від масштабу карт для окремих шахт і виробок, вугільних пластів і пісковиків. Виміри проводили по мікрофотографіях вугільних частинок, у гірничих виробках, по геологічних картах Донбасу та окремих районів. Установлено, що розподіли розривних порушень у вуглепородному масиві описуються логнормальними та степеневими законами. Це засвідчує фрактальність розривної порушеності осадових відкладів Донбасу, а відмінності фрактальної розмірності на різних масштабних рівнях вказують на її мультіфрактальність. Достовірність отриманих результатів підтверджується подібністю фрактальної розмірності, розрахованої різними методами. Розбіжність значень фрактальної розмірності на різних масштабних рівнях відображає наявність додаткових локальних або регіональних чинників, що впливають на формування структури басейну. Отримані дані засвідчують дію фрактально-хвильових процесів, які, накладаючись на відклади, що утворилися, сформували складну структуру осадової товщі Донбасу.