книги из ГПНТБ / Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов

залежи, равной 2—2,5 м. С помощью ископаемых пней в редких случаях возможно определение усадки вмещающих пород [238].

По конкрециям н другим включениям в пластах. Общая схема определения сводится к следующему. Сравниваются два соседних разреза угольного пласта (или его отдельной пачки). Один разрез полностью сложен углем, второй включает конкрецию. При этом важно, чтобы сравнивались синхронные части разреза, которые «маркируются» слойками определенного типа угля, минеральными прослойками и т. п. Предполагается что верхняя и нижняя гра­ ницы изучаемой пачки (слоя) первоначально были параллельны. Позднее, в процессе уплотнения залежи рассматриваемые разрезы

Рис. о. Определение сте­ пени сокращения мощности торфяного пласта по иско­ паемым ппям (по Ф. Глокнеру)

подвергались неодинаковой усадке: большей в первом случае и мень­ шей — во втором (конкреции можно практически считать несжимае­ мыми). В результате слон угля огибают конкрецию и по отношению мощностей синхронных частей разреза можно определить величину степени сокращения. При этом выделяется два варианта схемы, разница между которыми .состоит лишь в том, что ближайший к конк­ реции маркирующий слой, относительно которого делаются замеры, в первом случае непосредственно соприкасается с конкрецией, а во втором -— располагается на некотором удалении от нее (рис. 6).

Фактические данные по применению этого способа довольно многочисленны [231, 238, 212, 56, 124]. П. В. Зарицкий приводит результаты 24 определений усадки с помощью конкреций разного типа для условий Донбасса (табл. 1). Определяемые им значения соответствуют усадке от состояния плотного зрелого торфа.

Степень сокращения для кремнистых конкреций связана с более поздним, по мнению П. В. Зарицкого, их образованием, когда тор­ фяная масса была уплотнена в сравнительно большей степени, чем во время образования карбонатных конкреций. Интересно отметить, что от кровли к почве наблюдается снижение коэффициента усадки (4,8—4,4—3,5), что свидетельствует о большем уплотнении вещества в нижних слоях залежи к моменту появления конкреций.

20

* Ц п ф р ы у с а д к и от начала п р о ц е с с а .

Укажем еще пример определения усадки по минеральным вклю­ чениям в углях. В шлифе газового угля Черемховского месторожде­ ния обнаружено зерно кварца размером 112,5 ц, залегающее в тон­ ком прослойке углистой глины, который в свою очередь заключен в обрывке гелифицированной ткани (рис. 7). Полоска гелнфицпрованной ткани огибает с двух сторон зерно кварца. Можно полагать, что размер кварцевого зерна отвечает средней мощности прослойка углистой глины по обе стороны от зерна. Первоначально полоски гелифицированного вещества располагались, видимо, горизонтально.

Используя конкреции, можно определять степень уплотнения вмещающих угли пород [238, 123, 141].

По сплющенным стволам древесины. В торфяниках и угольных пластах встречаются стволы ископаемых деревьев, которые вслед­ ствие проявления сил сдавливания сплющены и имеют эллиптиче­ скую форму в поперечном сечении. Степень сплющенности стволов по сравнению сих первоначальным круглым сечением может служить некоторой мерой усадки торфяной залежи [208]. Для расчетов используют горизонтально залегающие стволы. При этом предпола­ гается, что в процессе сплющивания объем ствола остается постоян­ ным. Усадка принимается равной корню квадратному из отношения длинной и короткой осей эллипса, замеряемых в сечении сплюсну­ того ствола (рис. 8). Так, например, при отношении осей 4 : 1 усадка ствола равна 2.

22

По данным С. Кэя н Е. Баргхорна, фактические замеры отноше­ ния осей стволов в двух торфяниках составили ряд значений от 2 до 5,5 что отвечает усадке от 1,4 до 2,3, в среднем 2,0. Однако полу­ чаемые таким образом величины усадки торфяных залежей являются минимальными, ибо сжимаемость торфяной массы явно больше, чем древесных стволов. На основе использования радиоуглеродного метода на тех же торфяниках была установлена первоначальная мощность исходной залежи. Зная начальную и современную мощ­ ность торфяного пласта, С. Кэй и Е. Баргхорн непосредственно определили его общую усадку, которая составила 4. Таким образом, было выяснено раз­ личие между усадкой торфа

(4 : 1) и древесины (2 : 1). Из этого следует, что сокращение зале­ жей торфа можно определять по усадке стволов деревьев, увели­ чивая полученные значения вдвое.

Сплющенность обломков древесины можно использовать и для определения усадки вмещающих уголь пород [123, 141]. Но здесь возникают те же затруднения, связанные, с неодинаковым уплотне­ нием древесины и осадка.

Отметим еще два интересных и редких примера определения усадки, которые, правда, относятся не к углям, а к осадочным породам, но в принципе могут быть использованы и при чизучении усадки угольных пластов.

В нескольких образцах алевролитов из нижнепермской угленос­

Одни перышки растений располагались по напластованию (их длина не подверглась укороченпю при усадке), а другие были ориентиро­ ваны под углом примерно 45° к напластованию (их длина оказалась

23

уменьшенной вследствие усадкп). Подобное расположение перышек растений позволило определить степень сокращения мощности слоя осадка, в котором были захоронены эти растительные остатки (рис. 9). Полученные значения равны 1,45—1,54.

Пример Л. Фергюссоиа [195] касается определения усадки гли­ нистых сланцев с помощью замеров сплющенности раковинок бра: хнопод Crurithyris urei ( F l e m i n g ) . Сплющенность раковины определяется отношением ее длинной ы короткой осей (рис. 10). Помимо этого учитывается еще уплотнение самого осадка (аналогично

способу по конкрециям). Общая усадка слоя находится как произ­ ведение полученных двух величин и в конкретном случае равна 3 X X 2 = 6. Однако в эту цифру надо внести поправку. Судя по при­ веденным выше данным С. Кэя и Е. Боргхорна, отношение длинной и короткой осей раковины не есть величина усадки. В действитель­

в какой-либо его пачке) сравниваются два соседних разреза: один сложенный полностью углем, второй — углем и породным прослоем (рис. 11). В процессе уплотнения часть пласта (пачки), сложенная углем, сокращается в большей степени, чем соседний участок, содер­ жащий прослой породы вследствие неодинаковой усадки торфа и песчано-глинистых осадков. В результате угольные слои огибают породную линзу. Предполагая, что первоначально нижняя и верхняя границы исследуемой пачки были параллельны, можно определить

24

усадку. Расчет аналогичен примерам с конкрециями (см. рис. 6). Только в этом случае учитывается дополнительно усадка породного прослоя.

Рис. 11. Определение степени сокращения мощности торфяной залежи по пород­ ным прослоям (по 10. І-І. Приходько)

Фактических данных по использованию этого способа сравни­ тельно немного [181, 7, 123, 141]. Наиболее подробные результаты получены Ю. Н. Приходько для пластов длиннопламенных углей Интинского месторождения Печорского бассейна. Средняя величина степени сокращения мощности залежей составила здесь 5,9.

Величины усадки, опреде­ ляемые данным способом, от­ вечают, скорей всего, исход­ ным условиям уплотненного торфа, начиная с момента его захоронения, и сравнимы с ре­ зультатами расчетов по кон­ крециям.

По локальным изменениям мощности пласта и его соотно­ шениям с вмещающпші осад­ ками. Определение усадки по этому способу ограничено рядом условий, связанных с конкрет­

ными соотношениями в изменении мощности пласта, а также мощ­ ности и состава вмещающих его пород. Из имеющихся немногих данных [181, 241] укажем пример Г. Уанлесса, изучавшего камен­ ноугольные пласты западного Иллинойса.

25

На участке одного нз месторождений пласт угля подстилается пачкой песчаников (рис. 12). Мощность пласта в центральной части участка равна 1,8 м и постепенно уменьшается к бортам бассейна, вплоть до выклинивания. Пласт перекрывается глинистыми сланцами л известняками, которые имеют наибольшую мощность также в цент­ ральной части бассейна и выклиниваются к его краям. Выше зале­ гают глинистые и песчаные породы, имеющие одинаковую мощность над центральной и краевой частями бассейна. Формирование место­ рождения происходило следующим образом: 1) накопление подсти­ лающей толщи песчаников в дельтовых условиях, 2) образование вытянутого узкого канала или долины вследствие действия потоков

5,02

(1175) (1059) Д 4 5 ^ § ^

или течений с глубиной размыва 4,5—6 м, 3) торфонакопление в пре­ делах образовавшейся долины, максимальное в ее центральной части, где мощность торфяника могла достигать величин 4,5—6 м, 4) поднятие уровня вод, затопление торфяника, образование слан­ цев и известняков в пределах долины в результате уплотнения торфа, 5) формирование вышележащих осадков.

В конкретном случае глубина размыва подстилающих песчани­ ков может соответствовать первоначальной мощности древнего тор­ фяника в центральной части бассейна. Исходя из современной мощ­ ности пласта в этом месте, равной 1,8 м, усадка составляет 3 : 1.

выясняется первоначальная высота уровня вод (поверхности торфя­ ника) в пределах изучаемой площади относительно современного положения этого уровня. Имея эту величину и зная современную глубину залегания и мощность торфяной залежи, можно определить первоначальную мощность залежи и степень ее сокращения.

26

Так, в работе С. Кэя и Е. Баргхорна [208] была определена первоначальная высота уровня одного из североамериканских торфя­

моряна протяжении последних 7000 лет. Таким образом, было устано­ влено положение уровня торфяного болота в момент его формирова­ ния. На том же графике (см. рис. 14) показано положение образцов, взятых из кровли торфяника и испытавших перемещение вследствие усадки. Зная положение образцов из кровли залежи относительно современной поверхности и положение уровня вод в каждый момент

27

формирования торфяника по отношению к современной поверхности (кривая на графике), можно определить абсолютную величину сокращения залежи по разности глубин. Имея же величину усадки и данные о современной мощности торфяника, получаем его перво­ начальную мощность. Отношение первоначальной и современной мощности дает степень сокращения (табл. 3).

Полученные величины усадки, равные в среднем 4,2, аналогично предыдущему примеру отражают усадку исходной торфяной массы от момента окончания формирования торфяника до состояния плот­ ного зрелого погребенного торфа.

А. Блюм указывает, что окончатель­ ная мощность пласта в геологическом будущем составит, видимо, 10—20% от мощности залежи перед ее по­ гребением. Это дает величину степе­ ни сокращения в ряду торф — ка­ менный уголь, равную 5—10.

1) чисто механическое уплотнение торфяной (угольной) массы вслед­ ствие потери воды и уменьшения пористости под действием соб­ ственной нагрузки (самоуплотнение) и веса вышележащих пород; 2) сокращение объема залежей вследствие потерь твердого (горю­ чего) вещества и изменения его внутренней структуры, которые происходят в процессе торфо- и углеобразования.

Степень сокращения объема залежи определяется из выражения:

* = . d )

28

Как видно, можно говорить о сокращении и объема, и веса ве­ щества. Нас больше интересует усадка объема. Однако поскольку содержание воды в торфе и углях дается обычно в процентах к весу

странения и сравнительно малой мощности, и, кроме того, при условии равномерной нагрузки на пласт можно считать, что пло­ щадь остается практически той же, т. е. уменьшение объема залежей происходит за счет сокращения одной мощности. Только образова­ ние трещин эидокливажа вызывает уменьшение объема по горизон­ тали, так как они обладают известным зиянпем, а их частота не остается одинаковой в углях разной степени метаморфизма. Однако величины этого сокращения очень небольшие.

Из замеров, выполненных Г. А. Ивановым [62] в Донецком и Подмосковном бассейнах, следует, что расстояния между верти­ кальными трещинами эндоклпважа составляют: у бурых углей (Б) — до 10 см, у длиннопламенных и газовых (Д—Г) — 2—3 см, коксо­ вых (К) —0,1—0,3 см. антрацитов (А) — 2 см и более. Если при­ нять эти расстояния в среднем равными соответственно 5—2,5—0,2—

Б —0,001 м, пли 0,1%; Д—Г —0,002 м, или 0,2%; К —0,025 м, или 2,5%; А —0,0025 м, или 0,25%. Из этого следует, что у наибо­ лее трещиноватых коксовых углей сокращение объема по горизон­ тали составляет 2,5%. При толщине же трещин 0,01 мм эта вели­ чина равна 0,5%. Подобные значения заведомо лежат вне пределов точности расчетов усадки и ими можно пренебречь. Соответственно уменьшение объема торфяных и угольных залежей можно принимать происходящими практически полностью за счет сокращения мощности.

29