Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы геологии угля и горючих сланцев. Учебное пособие
.pdf
21
Таблица 5 – Стратиграфическое распределения ресурсов горючих ископаемых
Возраст
Уголь
Нефть
Газ
Горючие сланцы
Кайнозой
16
25
10
55
Мезозой
37
65
62
9
Палеозой
47
10
28
36
в мире, %
По времени образования П.И. Степанов выделил три минимума и три максимума скопления углей промышленного масштаба:
1 максимум – верхний карбон и пермь (38,1 % мировых запасов);
2 максимум – юрский возраст (4 % мировых запасов);
3 максимум – верхнемеловый и третичный период (54,4 %);
1 минимум – нижний карбон;
2 минимум – триас;
3 минимум – нижний мел.
С начала 80-х годов исследователи вновь вернулись к этим проблемам, отдав
предпочтение, прежде всего, климатическому фактору.
В результате анализа размещения угольных бассейнов в структурах земной
коры Н.И. Погребнов установил, что генетические и структурные особенности
угольных бассейнов и промышленная оценка месторождений зависят от тектониче-
ского положения бассейна.
Современное классифицирование основывается на следующих принципах:
1. Эндогенный тектонический режим развития площади во время торфонакопле-
ния.
2. Принадлежность этой площади к конкретной геотектонической структуре (че-
3. Положение площади в этой структуре (внешнее, внутреннее).
хол, фундамент платформы, массив, складчатая область и т.д.).
22
В настоящее время известно более 40 вариаций классификации угольных объ-
ектов, в основу большинства которых положен тектонический признак, наиболее
полно отражающий самые существенные признаки угленосных отложений.
3 Гумолиты
К гумолитам относятся такие твердые горючие ископаемые как торф, бурый
уголь, каменный уголь.
3.1 Торф
Торф – это горючее полезное ископаемое растительного происхождения,
предшественник генетического ряда углей, образовавшееся в результате неполного
распада растений. Современный торф не является полностью сформировавшейся
горной породой и представляет собой рыхлый осадок, в незначительной части под-
вергшийся диагенезу (преобразованию). Из торфяников современной геологической
эпохи в ископаемое состояние с образованием в будущем угольных месторождений
могут перейти лишь торфяники, располагающиеся в зоне отрицательных движений
земной коры.
Предпосылками торфообразования, кроме развития растительности, служат:
1. Коэффициент увлажнения больше единицы, то есть отношение выпадающих
осадков к количеству испаряющихся.
2. Отрицательные формы рельефа, обеспечивающие развитие водоемов.
3. Преобладание фотосинтеза над процессом распада (рождаемость флоры пре-
вышает отмирание).
По приуроченности к рельефу местности в торфяной геологии выделяют тор-
фяники трех типов: верховой – на водоразделах, переходный – на террасах склона
23
водораздела и низинный – в поймах. Каждому типу свойственен особенный спектр
растений – торфообразователей.
В торфяниках верхового типа преобладают мхи и лишайники, в переходном и
низинном – травянистые растения, кустарниковые и древесные торфообразователи.
По внешнему виду торф в естественном состоянии представляет собой более или
менее однородную по составу и окраске массу черного или коричневого цвета раз-
личных оттенков. Его естественная влажность достигает 86 - 95 %. Сухое вещество
торфа, в основном, состоит из не полностью разложившихся растительных остатков,
потерявшего клеточную структуру аморфного вещества (гумуса) и минеральных
веществ.
Элементный состав взаимосвязан с его типом, ботаническим составом и сте-
пенью разложения. Средний элементный состав (% на органическую массу): С 48 65, О 25 - 45, Н 4,7 - 7, N 0,6 - 3,8, S до 1,2, реже до 2,5.
Пояса торфонакопления показаны на рисунке 1, карта районирования торфяного фонда бывшего СССР – на рисунке 2.
Общие мировые запасы торфа составляют – 260 млрд. т, по 25 млрд. т в Финляндии и Канаде, 14 млрд.т – в США. Максимальная добыча торфа в СССР (что
практически соответствуют России) составила в 1975 г. 90 млн.т.
Торф используется в самых различных направлениях: в качестве энергетиче-
ского топлива, химического сырья для получения из него ценных продуктов – смол,
торфяного воска, парафина, как агроудобрение и подстилочный материал в сель-
ском хозяйстве, для изготовления плотных звукоизоляционных плит в промышлен-
ности и т.д. В связи с тем, что повышенная добыча торфа в некоторых районах России нарушила экологическое равновесие, особенно по гидрогеологическому режиму, добыча торфа значительно сокращается.
В перспективе масштабы добычи торфа будут определяться, главным образом,
его потребностью в качестве сырья для приготовления удобрений.
24
1- интенсивного, 2 – слабого умеренных широт, 3 – слабого тропиков и субтропиков, 4 – слабого горных областей,
5 – слабого полярных областей, 6 – ничтожного
Рисунок 1 – Пояса торфонакопления (по М.Н. Никонову и В.П. Слука)
25
Области торфяных месторождений разных типов: 1 – полярных реликтовых, 2 – верхового типа, 3 – низинного ти-
па, 4 – центральносибирских, 5 – горнодолинных, 6 – приамурских низинных маломощных, 7 – привулканических, 8 –
«карельского» типа, 9 – субтропических, 10 – локальных топогенных низинного типа
Рисунок 2 – Карта районирования торфяного фонда СССР (по А.С. Оленеву)
26
3.2 Угли
3.2.1 Стадийность превращения углей (гумолитов)
Первая стадия превращения углей – это преобразование торфа в бурый уголь.
Такое превращение происходит под воздействием увеличения нагрузки на торф за
счет постепенного погружения территории торфяника и образования над ними песчано-глинистых осадков. Отличие бурых углей от торфа заключается в более высо-
кой степени превращения остатков отмерших растений и в большом обогащении их
углеродом. Для бурых углей характерна бурая, реже черна окраска, рыхлое сложе-
ние – они легко выветриваются и обладают невысокой плотностью от 0,8 до 1,3 т/м3,
повышенное содержание гуминовых кислот, элементный состав – С – до 65 %, Н –
5,5 %, О+N+S – 30 %.
По степени уплотненности, содержанию гуминовых кислот и приближению
по внешнему виду к каменным углям бурые угли разделяют на 3 группы: землистые
– Б1, матовые – Б2 и блестящие – Б3.
На многих месторождениях среди бурого угля землистой группы Б
со слабой
1
степенью углефикации встречаются залежи слаборазложившейся, сохранившей
свою структуру древесины – так называемого «лигнита», иногда образующего в
толще бурого угля самостоятельные пласты.
Для бурых углей характерна высокая влажность – до 58 %, в результате ин-
тенсивной отдачи пластовой влаги на поверхности происходит растрескивание и
разрушение кусков угля с превращением его в мелочь.
Органическая масса бурых углей содержит сравнительно не высокое количе-
ство углерода (65 - 68 %), повышенное содержание кислорода (18 - 24 %), содержание водорода колеблется в пределах 4,5 - 5,9 %, азота – 0,5 - 1,5 %. При термическом
разложении бурые угли дают высокий выход летучих веществ (42 - 63 %). Теплота
сгорания составляет менее 24 МДж/кг.
27
Разложение растительного вещества под действием повышающих температу-
Уголь
Марка
V
daf
, масс.%
C
daf
, масс.%
Длиннопламенный
Д
> 35
76
Газовый
Г
35
83
Газовый жирный
ГЖ
27-35
86
Жирный
Ж
27-35
88
Коксовый
К
18-27
88
Отощенно-спекающийся
ОС
14-22
89
Тощий
Т
8-17
90
Антрацит
А
<8
91-96
ры и давления под тяжестью перекрывающих отложений обуславливают переходы
бурых углей от землистых к все более плотным и, в конечном итоге, к каменным уг-
лям.
Каменные угли, в отличие от бурых, имеют черный цвет, более сильный
блеск, большую плотность. Они содержат больше углерода (76 - 92 %), меньше кислорода (16 - 1,5 %), количество водорода остается на уровне бурого угля – 4,5 – 6 %.
Теплота сгорания более высокая – 32 - 36 МДж/кг.
Процесс углефикации охватывает широкий диапазон изменения свойств углей.
Выделяется до 6 стадий углефикации, каждая из которых характеризуется от-
личными от других параметрами: влажностью, выходом летучих веществ, содержа-
нием углерода, водорода, кислорода, теплотой сгорания. Некоторые перчисленные
параметры для различных марок углей Донбасса приведены ниже (таблица 6).
Например, угли Донецкого бассейна делятся по степени метаморфизма на:
1. Длиннопламенные, Д
2. Газовые, Г
3. Жирные, Ж
4. Коксовые, К
5. Отощенно-спекающиеся, ОС
6. Тощие, Т
Таблица 6 – Марки углей Донбасса
28
При этом от первой до 6 стадии метаморфизма влага углей убывает от 7 % до
Элемент
Древесина
Торф
Бурый
уголь
Каменный
уголь
Антрацит
C
50
55
70
85
96 H 6 6 5 6 2
O+S+N
44
39
25 9 2
0,6 %, выход летучих веществ от 40 % до 10 %, также снижается содержание водо-
рода и кислорода, теплота сгорания увеличивается от 32 до 36 МДж/кг.
Завершается процесс углефикации образованием антрацита. Антрацит – это
высоко метаморфизованный уголь. Он характеризуется повышенной плотностью
(1,4 – 1,7 т/м
3
), черным, с металлическим оттенком, цветом, высоким содержанием
углерода (не менее 95 %, таблица 7).
Таблица 7 – Средний элементный состав горючих ископаемых, мас. %
Дальнейший процесс метаморфизации углей приводит к образованию шунги-
та и, затем, графита органического.
Шунгит – высоко обуглероженное органическое вещество, занимающее место
между антрацитом и органическим графитом. Характеризуется пониженным содер-
жанием углерода (60 % - 70 %), остальная составляющая его часть приходится на
минеральные примеси. В шунгите обнаружены растительные остатки, что свидетельствует о существовании высокоорганизованной растительности даже в протерозойскую эру.
Графит органического происхождения является продуктом наиболее высокой
стадии преобразования углей. Графиты образуются при контактном воздействии ин-
трузий на угольный пласт, то есть при внедрении магмы в осадочные породы. Графит, в отличие от угля, имеет кристаллическое строение, содержит до 99 % углерода. Графит широко используется в промышленности.
29
3.2.2 Предпосылки, необходимые для углеобразования
Основными предпосылками благоприятно сказывающимися на углеобразовании являются: фитологические (т.е. развитие растительности); климатические, обес-
печивающие масштабы жизнедеятельности и характер растительного сообщества;
геоморфологические, обуславливающие обстановку для сохранения накопившегося
массива органического вещества; тектонические, создающие медленными верти-
кальными отрицательными движениями условия для захоронения массивов органи-
ческого вещества.
Климатические условия и фитологические предпосылки
Для образования угольных месторождений необходимо накопление огромной
массы остатков древнего растительного материала. Основным условием для интен-
сивного развития растительности является благоприятный климат. Изучение иско-
паемых растений показывает их приспособленность к климатическим условиям.
Так, например, растения каменноугольного периода, давшие значительные накопле-
ния, имели высокий рост, толстые стволы и большие листья, слаборазвитую корне-
вую систему. Эти данные свидетельствуют, что они произрастали в условиях тепло-
го, влажного климата. Примерно таким же был климат в юрский период и в начале
палеогенового времени, что способствовало образованию крупных угольных место-
рождений.
Климатические условия отражаются на анатомическом строении и морфоло-
гии растений. Например, сезонность климата в ископаемых древесных остатках от-
четливо выражается наличие годовых колец. Листья растительности в условиях теп-
лого и влажного климата – мягкие, нежные, с большим количеством выделяющих
влагу пор, в засушливых условиях листья жесткие, плотные.
30
Происходящие в климате изменения создают в анатомии и морфологии расте-
ний различия в петрографическом составе углей, образовавшихся в различных кли-
матических условиях.
Геотектонические предпосылки
Большое значение в начальный период торфо- и углеобразование оказывает
геоморфилогические особенности рельефа. Накопление органического вещества по-
сле гибели растительности происходит в областях пониженного рельефа, с заболо-
ченными площадями.
В последующий период важным звеном в процессе углеобразования являются
геотектонические предпосылки. Главную роль в торфоуглеобразовании играют мед-
ленные эпейрогенические вековые колебания земной коры, то есть чередование
поднятия площади углеобразования с преобладающими опусканиями без изменения
ее структуры.
Этими движениями обеспечивается наращивание массива органического ма-
териала, компенсирующего амплитуду погружения и его захоронение отложениями
минерального состава – глинами, песками и др. Эти движения создают условия для
образования угленосной толщи, состоящей из значительного числа пластов угля.
Так в Донецком угольном бассейне их насчитывается около 330, в Кузнецком – 340,
в Верхнеселезском – до 560 пластов.
Такие области с очень глубоким погружением угленосных отложений до 10 20 км в угольной геологии называют «геосинклинальными».
Области углеобразования с малой величиной погружения (1-2 км) например,
Подмосковный, Камско-Ачинский и другие бассейны – называются «платформенными».
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]