Тема 5.8.2. Умови утворення твердих горючих копалин

При розгляді умов утворення гумітів найбільший інтерес становлять процеси торфоутворення й вуглеутворення. За даними Ю.А. Жемчужникова, весь процес вуг-леутворення варто поділити, у свою чергу, на дві послідовні стадії:

а) діагенез;

б)метаморфізм.

Відповідно до цього, найпоширеніший у природі процес утворення гумітів мо­же бути представлений наступною схемою:

1. Торфоутворення - відбувається в основному на базі болотної рослинності.

2. Вуглеутворення:

а) діагенез, тобто перетворення торфу на щільне буре вугілля,

б) метаморфізм, тобто еволюція бурого вугілля, перехід його у кам'яне вугілля, еволюція кам'яного вугілля і перетворення його на антрацит.

Про характер і напрямок процесів, які протікають при діагенезі, можна судити на підставі порівняння властивостей типових зразків торфів і бурого вугілля. Найбільш помітно ці розходження виявляються в груповому хімічному складі. Так, у той час, як у торфі містяться складові частини рослин (вуглеводи, лігнін й ін.), у бурому вугіллі вони вже майже відсутні.

Гумінові кислоти виявляються як у торфі, так і в бурому вугіллі, але при торфоут­воренні відбувається нагромадження гумінових кислот, а в бурому вугіллі коли його зрі­лість збільшується, кількість гумінових кислот зменшується. Вміст вуглецю в органічній масі бурого вугілля більший, ніж у торфах, а кисню - відповідно, менший. Буре вугілля завжди більш щільне, ніж торф, і відрізняється помітно меншою вологістю.

Все це дозволяє зрозуміти особливості процесів діагенезу, які повинні бути роз­глянуті в прямому зв'язку з умовами, що мали місце в торфовищах.

Після того, як набряклу у воді торф'яну масу покриють мінеральні породи, по­ховане торфовище починає поступово зневоднюватися й ущільнюватися під тиском покрівлі. Поряд із цим, у торф'яній масі протікають хімічні процеси дегідратації й декарбоксилування за рахунок відщеплення карбоксильних груп з гумінових кислот з утворенням води й вуглекислоти. Це свідчить про те, що при діагенезі переважали хі­мічні реакції відновного характеру, на відміну від умов при торфоутворенні, коли мали місце головним чином окисні процеси. Одночасно з дегідратацією й декарбоксилуванням, при діагенезі мали місце також процеси дегідрогенізації з утворенням, зокре­ма, метану й сірководню. Виняткове значення мали також інші фактори, що впливали на процеси торфоутворення й діагенезу. У той час як при процесах торфоутворення головна роль належала дії мікроорганізмів, при діагенезі бактеріальна діяльність по­ступово припинялася внаслідок настання асептичних умов, і головного значення набу­вали такі фізико-хімічні фактори, як тиск, підвищення температури в результаті дії термофільних бактерій, каталітична дія мінеральних домішок і хімічні особливості на­вколишнього середовища (сольовий склад вод, наявність газів й ін.). Подальший пере­біг процесів вуглеутворення - метаморфізм - зумовлював поступове перетворення бу­рого вугілля на кам'яне, а кам'яного вугілля - на антрацити, причому проміжними продуктами цих перетворень є різноманітні види бурого і кам'яного вугілля (тобто ме­таморфічні й генетичні ряди).

Говорячи про суть процесів метаморфізму, не можна не відзначити труднощі їх вивчення - головним чином через неможливість спостереження за ними в природних умовах і моделювання цих процесів у лабораторіях. Тому доводиться обмежуватися порівнянням наявних властивостей бурого і кам'яного вугілля при метаморфічних пе­ретвореннях.

Насамперед, необхідно відзначити, що в кам'яному вугіллі уже не виявляються характерні для бурого вугілля речовини, наділені кислотними функціями (гумінові кислоти), і воно стає хімічно нейтральним в результаті перетворення гумінових кислот на нейтральні гумінові речовини. Крім цього, бітумні компоненти кам'яного вугілля також втрачають подібність (кількісну і якісну) з бітумами бурого вугілля. Спостеріга­ються також інші розходження властивостей бурого і кам'яного вугілля, що свідчать про закономірну спрямованість метаморфічних перетворень зі зрілістю, що збільшу­ється: зменшується вологість і підвищується щільність та густина вугілля, бурі кольори переходять у чорний, збільшується також вміст вуглецю й знижується вміст водню й кисню.

Все це дозволяє припускати, що перетворення при метаморфізмі відбуваються в тому ж напрямку, що й при діагенезі, тобто продовжують розвиватися в основному відновні процеси - реакції дегідратації й декарбоксилування.

Щодо причин різного протікання процесів при метаморфізмі й ролі тих або ін­ших факторів, то з цих питань висловлювалися різні припущення. У першу чергу, вар­то розглянути вплив геологічних факторів на протікання процесів метаморфізму. До таких факторів зазвичай відносять тривалість процесів за часом, температуру, а також тиск гірських порід.

Що стосується тривалості процесів, тобто геологічного віку вугілля, то вже від­значалося, що цей фактор має лише другорядне значення. Тому при розгляді головних причин метаморфізму вугілля геологічний вік порівняно мало береться до уваги, бі­льшого значення надають впливу підвищеного тиску й температури, які найчастіше тісно пов'язані між собою й супроводжують одне одного, у зв'язку з чим виділити роль кожного зокрема виявляється не завжди можливим. Ю.А. Жемчужников розглядає не безпосередньо самі ці фактори (тиск, температуру), а пов'язані з ними окремі види ме­таморфізму: а) контактовий, або термічний; б) тектонічний, або динамометаморфізм; в) регіональний, або глибинний, метаморфізм.

Підвищення ступеня метаморфізму вугілля могло відбуватися при контакті з виверженими вулканічними масами, що несуть звичайно величезні кількості тепла: так, наприклад, температура лави при виливі досягає 1300°С.

Підводячи загальні підсумки розглянутих вище положень про метаморфізм ву­гілля зауважимо, що не можна надавати вирішального значення дії тільки одного з фа­кторів вуглеутворення, ігноруючи інші. На напрямок і кінцевий результат процесів торфо- і вуглеутворення впливала сукупність багатьох разом узятих факторів. Залежно від варіювання дії тих або інших факторів й умов, утворилося різне вугілля, що відріз­няється за складом і властивостями. Необхідно лише виділити із цих факторів й умов найбільш істотні для утворення кожного класу твердих горючих копалин.

Що стосується гумітів, то цілком обґрунтованими є припущення про стадій­ність їх утворення. Перша стадія - торфоутворення, при якому головна роль належить біохімічним факторам. До другої стадії можна віднести діагенез, при якому ще продо­вжують діяти біохімічні фактори, але, поряд з ними, стає усе більш помітним вплив факторів геологічного характеру (відносно невисокі температури й тиск). Нарешті, третьою стадією є метаморфізм, при якому хімічні перетворення вугілля зумовлені впливом переважно фізико-хімічних або геологічних факторів, що діють на глибині, тобто високих тисків і підвищених температур.