Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геологии угля и горючих сланцев. Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Г.А. Пономарева
ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ УГЛЯ И
ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ
Рекомендовано Ученым советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский
государственный университет» в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по программам высшего профессионального образования по специальности
21.05.22 Прикладная геология
Оренбург
2015
2
УДК 553.93/96(075.3)
ISBN 978-5-7410-1264-2
© Пономарева Г.А., 2015
© ОГУ, 2015
ББК 26.343я73
П56
Рецензенты
доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Я. Гаев
кандидат геолого-минералогических наук, доцент В.Б.Черняхов
Пономарева, Г.А.
П 56Основы геологии угля и горючих сланцев: учебное пособие / Г.А.
Пономарева; Оренбургский гос. ун-т. – Оренбург: ОГУ, 2015. – 120 с.
ISBN 978-5-7410-1264-2
В учебном пособии рассмотрены вопросы происхождения и классифика-
ции угля и горючих сланцев, их вещественный состав, свойства, состав и строение угленосных формаций, угленосные бассейны различного возраста, геология
угольных месторождений, технические средства разведки, классификация запа-
сов угольных месторождений, подсчет запасов углей и промышленное их ис-
пользование.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 21.05.22 –
Прикладная геология
УДК 553.93/96(075.3)
ББК 26.343я73
3
с
Введение
6
1
Виды твердых горючих ископаемых, их применение, энергетическая
характеристика, доля в общем балансе источников энергии
8
2
Происхождение твердых горючих полезных ископаемых
11
2.1
Классификация горючих полезных ископаемых
11
2.2
Круговорот органического углерода в природе
15
2.3
Исходное углеобразующее вещество
16
2.4
Стадии преобразования органического вещества
17
2.5
Пространственно-временные закономерности углеобразования
20
3
Гумолиты
22
3.1
Торф
22
3.2
Угли
26
3.2.1
Стадийность превращения углей (гумолитов)
26
3.2.2
Предпосылки, необходимые для углеобразования
29
4
Сапропелиты
31
5
Метаморфизм углей и вмещающих пород
32
6
Свойства углей
34
6.1
Макроскопические свойства
35
6.2
Химические свойства
38
6.3
Физические свойства
45
6.4
Петрографические свойства
47
6.5
Вопросы и упражнения
51
7
Угленосные формации
53
7.1
Состав и строение угленосных формаций
54
7.2
Угольные пласты
56
7.3
Сопутствующие полезные ископаемые угленосных формаций
59
Содержание
4
8
Угленосные провинции, бассейны, месторождения. Классификация
угольных бассейнов
60
8.1
Классификация угольных бассейнов
61
8.2
Угольные бассейны и месторождения палеозойского возраста (ка-
менноугольная система)
63
8.3
Угольные бассейны и месторождения мезозойского возраста
66
8.4
Угольные бассейны и месторождения кайнозойского возраста
67
9
Изучение геологического строения угольных месторождений
72
9.1
Общие задачи и принципы геологического изучения месторождений
72
9.2
Вопросы и упражнения
76
10
Технические средства разведки угольных месторождений
77
10.1
Детальное геологическое картирование
77
10.2
Геофизические методы
78
10.3
Горно-разведочные выработки и опробование
80
10.4
Промыслово-геофизические методы исследования
82
10.5
Вопросы и упражнения
85
11
Запасы угольных месторождений
85
12
Подсчет запасов углей
90
12.1
Общие положения
90
12.2
Методы подсчета запасов
91
12.3
Вопросы и упражнения
94
13
Горно-геологические особенности угольных месторождений
95
13.1
Литологический и состав и физико-механические свойства пород
95
14
Промышленное использование углей
102
15
Промышленная классификация углей
105
16
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и проме-
жуточной аттестации
111
16.1
Образцы тестов для проведения текущего контроля
111
16.2
Контрольные вопросы для зачета по дисциплине
115
5
16.3
План характеристики угольного бассейна
117
Список использованных источников
118
6
Введение
Горючие полезные ископаемые – нефть, газ, уголь, горючие сланцы – являют-
ся основными источниками энергии. В настоящее время они так же являются важ-
ным химическим сырьем. Сведения о них известны с древних времен, использова-
лись они для примитивных бытовых нужд.
Сегодня топливо, наряду с металлом является фундаментом современной
промышленности, поэтому поиски и разведка месторождений горючих полезных
ископаемых, в том числе твердых, является важнейшей задачей.
В деле развития топливно-энергетического комплекса большая ответствен-
ность ложится на геологов, занимающихся поисками, разведкой, научным обосно-
ванием направлений и методики работ. Необходимо на основе совершенствования
теоретической основы прогнозирования, разработки новых методов поисков и раз-
ведки месторождений повышать эффективность геологоразведочных работ.
Этим целям и служит геология горючих ископаемых – теоретическая основа
разведки, рационального использования при сохранении окружающей среды и бо-
гатств нашей страны.
Представляемое пособие составлено с учетом Федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования по специаль-
ности 21.05.22 «Прикладная геология», утвержденного приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от "17" января 2011 г № 62.
Настоящее пособие посвящено общим вопросам геологии угля и горючих
сланцев. Оно разработано для проведения занятий по дисциплине «Геология угля и
горючих сланцев» при подготовке студентов по специальности 21.05.22 Прикладная геология и в соответствии с рабочей программой дисциплины. Также оно может
быть использовано для проведения занятий по дисциплинам «Лабораторные методы
изучения минерального сырья» и «Геология твердых горючих полезных ископаемых».
7
Целью данного пособия является помощь студентам в изучении широкого
круга вопросов, касающихся происхождения, состава, свойств, качества, геологии и
использования угля и горючих сланцев. Во многом данное пособие поможет аспи-
рантам, молодым специалистам, занимающихся изучением месторождений угля и
горючих сланцев.
Пособие состоит из теоретических разделов логично связанных между собой.
Наиболее важные разделы содержат контрольные вопросы и упражнения. К расчет-
ным заданиям приведены ответы для самоконтроля. Также приведены образцы те-
стовых заданий. Список литературы охватывает только основные фундаментальные
и обобщающие работы. Рисунки, фотографии, таблицы и другие графические мате-
риалы взяты из источников, приведенных в списке литературы.
В пособие включены результаты авторских геохимических исследований ме-
сторождений горючих полезных ископаемых Оренбургской области, полученных с
использованием собственных патентованных разработок.
В настоящее время внимание исследователей привлекает содержание метал-
лов в горючих полезных ископаемых: нефтях, природных битумах, асфальтитах,
углях. Благородные и цветные металлы также представляют интерес в связи с про-
ведением работ по изучению металлоносности углеродсодержащих формаций
Уральской металлогенической провинции, которые охватывают одноименную
складчатую область Восточного Оренбуржья [21 – 24 и др.]. Содержание металлов,
в том числе и благородных, в месторождениях горючих полезных ископаемых
Оренбургской области доказано методами количественного анализа с применением
способа разложения углеродистых пород (Патент РФ № 2409810) [20]. Более подробно с этими вопросами можно познакомиться в работах [16, 21 – 24 и др.].
Для студентов геологических специальностей, геологов, минералогов, техно-
логов и работников геологоразведочных организаций.
Автор
8
1 Виды твердых горючих ископаемых, их применение,
Вид энергии
Мир в целом, %
Россия, %
Нефть
46
34
Газ
19
37
Уголь
29
22
Прочие
6
7
энергетическая характеристика, доля в общем балансе источников
энергии
В настоящее время горючие ископаемые, в том числе и твердые, являются ос-
новой экономики, а их добыча составляет важнейший элемент промышленного
комплекса мира. Состояние топливно-энергетического баланса, потребление всех
видов топлива и энергии в целом и на душу населения служит важнейшим показате-
лем уровня развития страны, прочности ее экономики и политической самостоя-
тельности.
В современном мире потребности в топливе и энергии почти полностью удо-
влетворяются за счет горючих полезных ископаемых. Доля в общем балансе энергии
твердых горючих полезных ископаемых (ТГПИ) показана в таблице 1.
Таблица 1 – Доля в общем балансе энергии твердых горючих ископаемых
Определяющим свойством горючих ископаемых является способность давать
тепловую энергию, поэтому основной их характеристикой служит удельная теплота
сгорания (таблица 2).
К твердым горючим полезные ископаемым относятся торф, бурый и каменный
угли, горючие сланцы.
Торф. Это органическая горная порода, образовавшаяся в результате отмира-
ния и полного распада болотных растений в условиях высокой влажности и затруд-
ненного доступа воздуха, без воздействия высоких температур и давлений.
9
Таблица 2 – Удельная теплота сгорания основных видов топлива
Вид топлива
Удельная теплота сгорания, МДж/кг.
Нефть, газ горючий
44 - 46
Метан
50
Антрацит
33 - 36
Каменный уголь
31 - 36
Бурый уголь
26 - 30
Торф
6 - 21
Горючие сланцы
7 - 11
П р и м е ч а н и е – 1 МДж = 239 ккал
Представляет собой уплотненную массу коричневого цвета, содержит до 55 %
углерода. Торф используется, в основном, в качестве топлива и в виде удобрения.
Влажность торфа достигает 95 %.
Уголь подразделяется на степени метаморфизации на бурый уголь, каменный
уголь и антрацит.
Бурый уголь. Отличие бурого угля от торфа заключается в более высокой сте-
пени превращения в горную породу за счет воздействия температуры и давления в
процессе осадконакопления. Для бурого угля характерна окраска бурого или черно-
го цвета, содержание углерода, по сравнению с торфом более высокое – до 58 –
70 %, влажность – 60 %.
Каменный уголь. Следующей стадией преобразования органического веще-
ства бурого угля, вследствие увеличения температуры и давления залегающих выше
осадочных пород, является образование каменного угля. Каменный уголь характе-
ризуется повышенной плотностью, черным цветом, содержание углерода достигает
80 - 90 %, влажность не превышает 15 %.
Одной из разновидностей каменного угля является антрацит – уголь, под-
вергшийся наиболее высокому воздействию температуры и давления, что способ-
ствует резкому снижению в угле кислорода, азота и серы.
10
Следует назвать также продукты более сильного преобразования угля – алмаз,
шунгит и графит, но они не являются горючими полезными ископаемыми.
Горючие сланцы – глинистые породы, обычно слоистые, обладающие способ-
ностью легко загораться от спички и горящие коптящим пламенем. Эти свойства
обусловлены нахождением в сланцах углеводородных веществ – битумов. В зависимости от вида и свойств битума сланцы разделяют на две группы:
1) на пропитанные готовым битумом, который легко извлекается органиче-
скими растворителями (бензолом);
2) на пиробитуминозные, или собственно горючие сланцы, не включающие
готовых битумов, но выделяющие их при сухой перегонке.
Первая группа сланцев подразделяются на асфальтоподобные сланцы (их мно-
го в Канаде) и сланцы типа калифорнийских, битумы которых связаны с органиче-
скими остатками; последние иногда рассматривают как материнские породы для об-
разования нефти. Вторая группа является преимущественно сапропелевыми образо-
ваниями (отложениями биогенного органического ила).
Кероген – органическое вещество сланцев отличается от угля тем, что содер-
жит мало мацералов группы витринита, инертинита и липтинита. Оно состоит пре-
имущественно из структурных и бесструктурных микрокомпонентов, образовав-
шихся из планктонных организмов, а также сложной сорбционной смеси бесструк-
турного гумуса и сапропеля и тел неясной природы.
Резкой границы между углями и горючими сланцами нет, в зависимости от
зольности и состава органического вещества существуют переходы от гумусового
угля к углистым сланцам. Поэтому методы исследования этих продуктов практиче-
ски одинаковы.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]