1.2.2.2. Хемогенные породы

Хемогенные осадочные породы образуются из гидрохимических осадков минеральных растворов в результате испарения воды и последующего их уплотнения. Растворы могут быть конгруентными, когда минерал не меняет химического состава ( ). В этом случае растворение – осаждение, например, для галита проходит согласно уравнению .

В неконгруэнтных растворах (большинство силикатов металлов) происходит изменение химического состава исходного вещества при его осаждении. Например, для ортоклаза реакция образования гидрохимических осадков выглядит следующим образом

.

В приведенной реакции выпавшее в осадок глинистое вещество представляет собой минерал каолинит. В щелочной среде каолинит может инконгруэнтно растворяться с образованием минерала гидроаргиллита (гиббсита) - . В процессе выветривания и транспортировки растворимых компонент (кремнистой кислоты) от исходных пород образуются алюмосодержащие отложения – бокситы, являющиеся сырьем для производства алюминия. Кроме того, к хемогенным породам относятся ряд железистых пород (окисных, карбонатных, силикатных), марганцевых, фосфатных пород.

1.2.2.3. Органогенные породы. Ископаемые угли

Органогенные породы (каустобиолиты) являются продуктами биохимического и геохимического преобразования остатков наземной и подводной растительности. Из твердых пород к ним относятся торф, сапропель, ископаемые угли, горючие сланцы.

Среди каустобиолитов наибольшее значение имеет ископаемые угли. Характерная особенность строения углей заключается в том, что базовым компонентом углей является мацерал, а не минерал, как у неорганических пород. (ГОСТ 9414.1-94 «Уголь каменный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 1. Словарь терминов»).

Мацералы – различимые под микроскопом органические составляющие угля, аналогичные минералам неорганических пород, но не имеющие кристаллической решетки и постоянного химического состава. Мацералы образовались из остатков различных тканей растений. В процессе углефикации их физические и химические свойства меняются. Мацералы объединяют в группы по их показателям отражения, структуре и степени ее сохранности, размерам, микротвердости и микрорельефу.

Классификация углей по группам мацералов.

Различают следующие группы мацералов для каменных углей и антрацита (в скобках приведены их стандартизованные обозначения): витринит (Vt), семивитринит (Sv), липтинит (L) (экзинит) и инертинит (I). Семивитринит выделяют в самостоятельную группу, если его доля в угле превышает 3%.

Для бурых углей предшественником и аналогом группы витринита является группа гуминита (H) (ГОСТ 12112-78. «Угли бурые. Метод определения петрографического состава»). В отличие от витринита мацералы группы гуминита характеризуются большим разнообразием своего строения, так как на данном этапе углефикации органическое вещество претерпело меньшие преобразования.

Рассмотрим краткие петрографические особенности групп мацералов (ГОСТ 9414.1-94).

Группа витринита. Мацералы этой группы имеют серый цвет различных оттенков. Микрорельеф слабо выражен. Показатель отражения в иммерсионном масле изменяется в диапазоне от 0,4 до 4,5%. В группу входят следующие мацералы: телинит (Vt_t), коллинит (Vt_k), витродетринит (Vt_vd).

Группа семивитринита. Мацералы этой группы по своим физическим и химико-технологическим свойствам близки к витриниту, по цвету и показателю отражения являются переходными от витринита к инертиниту. Показатель отражения семивитринита всегда превышает значение показателя витринита. В группу входят следующие мацералы: семителинит (Sv_t) и семиколлинит (Sv_k).

Группа липтинита. Мацералы этой группы отличаются по морфологическим признакам, обусловленным функциональным назначением растительных останков (покровные ткани, органы размножения, секретационные выделения и др.) В зависимости от стадии метаморфизма цвет мацералов изменяется от темно-коричневого, черного до серого. Начиная с коксовых углей, их цвет становится подобным цвету витринита. Показатель отражения самый низкий от 0,2 до 1,5%. В группу входят следующие мацералы: споринит (L_sp), кутинит (L_kt), резинит (L_r), суберинит (L_s), альгинит (L_al) и липтодетринит (L_ld).

Группа инертинита. Мацералы этой группы характеризуются резко выраженным микрорельефом вследствие высокой сохранности ботанического строения растений и показателем отражения больше, чем у семивитринита. Цвет изменяется от белого до желтого. Показатель отражения для разных мацералов группы находится в диапазоне от 0,7 до 5,5%. В группу входят следующие мацералы: микринит (I_mi), макринит (I_ma), семифюзинит (I_sf), фюзинит (I_f), склеротинит (I_sk) и инертодетринит (I_id).

Классификация углей по литотипам. Установить петрографический состав углей можно не только с помощью оптического микроскопа, но и визуальным способом, базируясь на понятии «литотип». Обычно к такому способу прибегают шахтные геологи, анализируя угли разрабатываемых пластов. Литотипом называются видимые невооруженным взглядом составные части угля, различающиеся по цвету, блеску, структуре, текстуре, трещиноватости (см. ниже), излому (ГОСТ 17070-87). Выделяют следующие литотипы: витрен, фюзен, кларен, дюрен.

Витрен представлен мацералами группы витринита и обнаруживается в пластах угля в виде линз и прослоев по характерному блеску и однородности структуры. Витрен является хрупким, на изломе видны раковины.

Фюзен представлен мацералами группы инертинита и обнаруживается в пластах угля, так же как и витрен, в виде линз и прослоев, но имеет волокнистую структуру, матовый цвет, шелковистый блеск. Фюзен чрезвычайно хрупок и выделяет на изломе очень мелкие частички типа сажи.

Кларен представлен свыше 75% мацералами группы витринита и обнаруживается в пластах угля в виде прослоев и пачек, имеющих однородную и полосчатую структуру. По блеску кларен похож на витрен, однако, блеск кларена выражен в меньшей степени. В отличие от витрена, кларен менее хрупок, на изломе угловатонеровный.

Дюрен представлен свыше 75% мацералами групп инертинита и липтинита и обнаруживается в пластах угля, так же как и кларен, в виде прослоев и пачек матового цвета с шероховатой поверхностью. Дюрен имеет однородную структуру, является твердым и плотным, поверхность излома неровная и зернистая.

Кроме органического вещества в углях содержатся минеральные вещества в виде минералов или их ассоциаций с органическим веществом угля, образовавшихся во время его генезиса, последующей геологической истории, в процессе добычи и обогащения. Минеральные вещества представлены наиболее распространенными включениями: глинистые минералы (M_gl), сульфиды железа (M_s), карбонаты (M_k), окислы кремния (M_kr) и прочими минеральными включениями (M_pr). Причем доля глинистых минералов колеблется в пределах 40…70% от всех включений. Остальные минералы, более или менее, одинаково представлены в угольных пластах (от единиц процентов до 10…20%). Изображения некоторых мацералов и минеральных включений приведены на рис. 1.5.

Физико-механические и химико-технологические свойства углей помимо вещественного состава в значительной степени еще определяются степенью их метаморфизма. Так в ряду бурый уголь – каменный уголь - антрацит степень метаморфизма возрастает. Наиболее надежным признаком степени метаморфизма является показатель отражения витринита, который растет при переходе от бурого угля к антрациту. Методика определения показателя отражения углей и углистых материалов подробно изложена в ГОСТ 12113-94. Более полная классификация углей по степени метаморфизма, а также по генетическим и технологическим параметрам приведена в ГОСТ 25543-88 и рассмотрена в главе 6.

К лассификация по размеру кусков бурого, каменного углей и антрацита приведена в ГОСТ 19242-73. Согласно стандарту существует 7 классов (в скобках приведены условное обозначение класса и соответствующий размер кусков в мм): плитный («П», 100…200), крупный («К», 50…100), орех («О», 25…50), мелкий («М», 13…25), семечко («С», 6…13), штыб («Ш», 0…6) и рядовой («Р», 0…200).

П од действием атмосферного кислорода и влаги угли изменяют свои свойства (окисляются) подобно горным породам, залегающим в коре выветривания. Глубина проникновения свободного кислорода может составлять сотни метров. Поэтому окисленные угли встречаются при открытом способе разработки, а также при разработке подземным способом на верхних горизонтах. На рис. 1.6 показаны стадии окисления угля, которые проявляются в виде выветрелых участков, наблюдаемых в отраженном свете с помощью микроскопа. Величиной степени выветрелости угля служит показатель окисленности (ГОСТ 8930-94. «Угли каменные. Метод определения окисленности»), вычисляемый по формуле

, (1.1)

где и - число точек выветрелых и невыветрелых площадей аншлиф-брикета, соответственно.

Угли как геологические тела представляют собой пласты, которые различаются по геометрическим признакам: мощность и угол падения (табл. 1.2); по сложности строения. Угольный пласт, неорганические вещества которого выделяются в самостоятельные прослои мощностью менее 1% мощности пласта или прослои мощностью менее 1 см, называется угольной пачкой.

По сложности строения угольные пласты подразделяют:

• На пласты, имеющие простое строение. Такие пласты в основной массе представлены углем и небольшим количеством (по объему) минеральных включений (пирит, железный колчедан, кварцит, кальцит и др.) с линейными размерами, как правило, не превышающими несколько сантиметров. Обычно по простиранию пласта среднее расстояние между крупными включениями составляет единицы метров. На отдельных месторождениях в пластах, а также во вмещающих породах встречаются валуны (Челябинский угольный бассейн);

• На пласты, имеющие сложное строение. Такие пласты перемежаются углем и одним или несколькими породными прослоями, обогащенными нередко углистым веществом, а также пиритизированными прослоями. Пласты, имеющие сложное строение, могут содержать значительное количество включений. Породные прослои обычно сложены глинистым сланцем, углистым сланцем, песчаником, алевролитом, реже известняком;

• На пласты, имеющие очень сложное строение в виде чередующихся слоев угля, угольных пачек и породы в виде включений и/или прослоев.

Таблица 1.2

Классификация угольных пластов по геометрическим признакам

Мощность		Угол падения
Значение, м	Наименование	Значение, градус	Наименование
> 15	Весьма мощные	56…90	Крутые
3,51…15	Мощные	36…55	Круто - наклонные
1,21…3,5	Средней мощности	19…35	Наклонные
0,71…1,2	Тонкие	1…18	Пологие
< 0,7	Весьма тонкие	0	Горизонтальные

По выдержанности строения пласты подразделяют следующим образом:

• пласты морфологически выдержанные и имеющие компактное строение;

• пласты, которые расщепляются или выклиниваются;

• пласты, часть которых замещена пустыми породами в результате размыва;

• пласты, в которые внедрились вмещающие породы;

• пласты, подвергшиеся тектоническим нарушениям.

Угольные пласты залегают, как правило, в сцементированных обломочных породах с размерами обломков менее 1 мм (табл. 1.1). Основные вмещающие породы представлены сланцевым песчаником, глинистым сланцем, песчаником, песчано-глинистым сланцем, аргиллитом, алевролитом, известняком. В табл. 1.3 приведена классификация вмещающих пород по слоистости и отдельности.

Таблица 1.3

Классификация вмещающих пород по слоистости и отдельности

Интервалы мощности, см	Характеристика слоистости		Отдельность
	По величине серий слойков для косо – и волнисто – слоистых пород	По мощности отдельных слойков для горизонтально – слоистых пород
100	Очень крупная	Очень мощная	Глыбовая
50…100	Крупная	Мощная	Крупноплитчатая
25…50	Средняя	Очень толстая	Плитчатая
10…25	Мелкая	Толстая	Мелкоплитчатая
1…10	Тонкая	Средняя	Тонкоплитчатая
0,1…1	Очень тонкая	Тонкая	Листоватая