53

Угленосные бассейны снг

В земной коре на различных этапах ее развития при определенных условиях сформировались месторождения различных полезных ископаемых, в том числе и горючих: угля, нефти, газа .

В отличие от нефти и природных газов о происхождении которых до сих пор нет единого мнения, растительное происхождение углей подтверждается нахождением в них фрагментов растений

Свойства и качество углей определяются: принадлежностью исходного вещества к высшим или низшим растениям и характером последующих условий, при которых происходило преобразование исходного вещества.

Исходное для твердых горючих ископаемых вещество разделяется на две группы: высшие и низшие растения.

Высшие растения имеют отчество выраженную корневую систему, ствол, стебель, листья. Они приспособлены к наземным условиям.

Низшие растения не имеют дифференцированных вегетативных органов, роль которых выполняет нерасчлененное слоевище (таллом). Они сложены преимущественно одинаковыми клетками и обитают в водной среде.

Высшие растения состоят главным образом из целлюлозы (клетчатки) лигнина, белков, жиров, восков и смол, а также гемицеллюлозы. Кроме этого растительные клетки содержат минеральные примеси. Эти составляющие растений различаются по соотношению углерода, водорода и кислорода. По мере перехода от целлюлозы к воскам убывает содержание кислорода и растет роль углерода и водорода.

Исходное вещество накапливается двумя путями-автохтонным, если горючие ископаемые залегают на месте обитания растений и аллохтонным, если растения после гибели транспортируются с этого места. Главными признаками автохтонного накопления служат корневые остатки или пни в почве угольного пласта, хорошая сохранность мелких частей растений, немного минеральных примесей. Для аллохтонного накопления характерны плохая сохранность и измельченность растительных остатков и высокая минерализация ископаемого, наличие окатанных кусочков угля (вторичная аллохтония).

Если в образовании углей главную роль играют высшие растения (целлюлоза и лигнин) то угли относят к гумолитам (гумусовым углям), а если ведущее положение занимают белки, жиры, воски, смолы, то угли называются сапропелитами. Если в углях присутствуют и те и другие (остатки высших и низших растений) они называются гумито-сапропелитами.

Характер разложения растительных остатков зависит от среды, в которую они попадают после гибели. Здесь могут идти 4 различных процесса разложения: тление, перегнивание, оторфение и гниение.

Тление – происходит при полном доступе кислорода, органическая часть растений окисляется и уходит в форме газов в атмосферу. Из минеральной части образуются твердые остатки.

Перегнивание – при затрудненным доступе кислорода, при наличии влаги, в результате гумификации образуется перегной.

Оторфение происходит сначала при свободном доступе кислорода, затем без доступа кислорода, сначала при наличии влаги затем в убывающей застойной среде. В результате вначале гумификация, затем восстановительные процессы и в итоге образуется торф. Из торфа и перегноя образуются гумолиты. Гниение – процесс идет в восстановительной среде, при изоляции от воздуха в илах и застойных водах и приводит к образованию сапропеля, а затем сапропелитов.

Дальнейшее преобразование исходного вещества включает несколько стадий.

На 1-ой стадии – биогенной или биохимической агентами разложения являются грибки, микробы и бактерии. Главную роль в этом процессе на поверхности играют грибки, в водной среде сначала аэробные, затем анаэробные бактерии (до глубины 1.5 – 2 м).

2-я химическая стадия преобразования происходит в весьма длительный срок и включает огромное число цепных хим. реакций, идущих в направлении создания коллоидной массы. В условиях обводненности без доступа воздуха исходное вещество проходит процесс гелификации с образованием аморфной коллоидной массы; при спородическом доступе кислорода происходит процесс фюзенизации, при котором лигнин и целлюлоза превращаются в твердый коллоид – фюзен.

3-я стадия – геологическая начинается с захоронения осадка под минеральной кровлей, когда он вовлекается в литосферу, становится горной породой, а исходное ОВ претерпевает изменения под воздействием повышенной Т и давления (Р).Изменения эти называются углефикацией. При этом осадок обезвоживается, в 5-6 раз уплотняется, полимеризуется, его жидкие вещества привращаются в твердые гуминовые вещества, которые слагают так называемую «сновную» массу угля.

Эти изменения по мере погружения на большую глубину усиливаются при метаморфизме, приводящем к образованию сначала каменных углей, антрацитов и наконец к конечному продукту – графиту – продукту обладающему кристаллическим строением.

Процесс разложения остатков низших растений приводит к образованию веществ, близких к УВ и наз. битуминизацией.

Накопление же исходного вещества сапропелитов происходит автохтонным путем. Составляющие их водоросли, плактон в том числе и зооплактон после отмирания опускаются на месте их обитания на дно, где, смешиваясь с минеральными частицами, образуют осадок – сапропель. Разложение ОВ происходит в водной среде в восстановительных условиях, при которых главную роль играют анаэробные бактерии, в ходе этого процесса ОВ подвергается битуминизации, при которой происходит обеднение его кислородом, обогащение углеродом и водородом.

Для образования месторождений твердых горючих ископаемых (торфа, сланцев, угля) необходимы определенные условия. К ним относят следующие благоприятствующие углеобразованию предпосылки: фитологические (т.е. развитие растительности), создающие возможность накопления исходного вещества; климатические, обеспечивающие масштабы жизнедеятельности и характер растительного сообщества; геоморфологические, обусловливающие обстановку для сохранения накопившегося массива исходного вещества; тектонические, создающие условия благоприятные для захоронения таких массивов.

Каждая из этих предпосылок играет одинаково важную роль в углеобразовании. Лишь редкие месторождения угля формировались без тектонического фактора.

Фитологические предпосылки обуславливают возможность накопления исходного вещества. Уже в раннем архее (3.7 – 3.5 млрд. лет назад) установлено наличие биогенных формаций. Органическое вещество вначале было представлено одноклеточными водорослями, в процессе эволюции появились многоклеточные, в том числе зеленые и бурые водоросли, занимавшие океанские и морские пространства и внутренние водоемы.

Позже (по одним данным в силуре, по другим в среднем девоне) растительность выходит на сушу. Весь отрезок времени от кембрия до современного периода подразделяется на 4 эры развития растений: талассофит (кембрий-силур), палеофит (девон-нижняя пермь), мезофит (верхняя пермь-мел) и кайнофит (верхний мел-антропоген). В каждой из этих эр свойственный ей комплекс растительных сообществ достигает максимального развития и затем уступает место появившемуся к его концу новому комплексу, достигающему максимума в следующей эре.

Климатические предпосылки определяют не только масштабы накопления исходного материала, но и влияют на строение и состав растений. Согласно существующим представлениям благоприятными для угленакопления считаются условия гумидного (влажного), не обязательно тропического, но и тепло-умеренного климата. Сравнительно менее благоприятны семигумидные условия с некоторым дефицитом влаги. Аридый жаркий климат и арктический рассматриваются как исключающие возможность заметного развития процесса торфо- и угленакопления. Внутри гумидных зон угли возникают при весьма разных климатических разновидностях: при тропическом влажном, субтропическом влажном, умеренном и даже при бореальном. В разные периоды истории Земли роль каждого из названных климатических поясов в угленакоплении резко менялось. Тропический влажный был главным в Д ₂ , С ₁, С ₂₊₃. Умеренный становится главным в Р, I ₁₊₂, I ₃, К ₁. При этом главная масса учтенных углей в мире в прошлом накопилась на территориях умеренного климата.

Тектонические предпосылки – важное звено в серии предпосылок углеобразования в сочетании с другими благоприятствующими этому процессу факторами.

Из всех тектонических процессов главную роль в торфоуглеобразовании играют медленные вековые колебательные движения – чередование поднятий и опусканий. Этими движениями обеспечивается наращивание мощности массива исходного материала, компенсирующего амплитуду погружения и его захоронение под минеральными осадками – глинами, песками и т. д. Эти малоамплитудные движения, с которыми связано образование пластов углей, совершаются на общем фоне крупных движений; суммируясь, они создают условия для образования угленосной толщи, в целом иногда достигающей мощности 10-19 км. и содержащей много пластов угля. Так, в Донецком бассейне их насчитывается около 330, в Кузбассе – 340, в Верхне Силезском – 560. Иначе говоря в бассейне столько раз происходило погружение земной коры. Такого рода области с очень глубоким погружением угленосных отложений (10 – 20 км) условно наз. в угольной геологии «геосинклинальными». Областям углеобразования с малой величиной погружения (1-2 км) свойственно почти неизменное первоначальное залегание (Подмосковный, Канско – Ачинский б-ны). Углеобразование такого типа называется платформенным.

Углеобразование осуществлялось в прошлом на базе весьма различных тектонических режимов: и очень вялого – на участках удаленных от зон складкообразования и достаточно активного (в геосинклинальных и складчатых зонах). Однако подавляющая масса углей локализована на участках активных тектонических движений (особенно в зонах сочленения краевых частей платформ и геосинклиналей). Тяготея к областям активного тектонического режима, угленакопление в то же время было процессом ритмичным, прерывистым, оно многократно то возникало, то прекращалось. Как следует из строения угленосных толщ прекращение углеобразования происходило в моменты, когда тектоническая подвижность территории достигала максимальной силы, в эпохи же ее ослабления угленакопление бурно развивалось. Т.е. тяготея к регионам тектонически активным, угли возникали на них в моменты когда эта активность была умеренной.

Палеогеографические предпосылки углеобразования по существу действуют в стадию торфообразования вплоть до перекрытия торфяного массива осадками. Благоприятными для торфообразования являются понижения в рельефе, которые могут быть развиты в прибрежно – морских или внутриконтинетальных условиях. Чаще всего они связаны с приморскими или континентальными равнинами, предгорными равнинами, межгорными котловинами. Многие исследователи благоприятными для углеобразования считают дельтовые обстановки, с долинами рек, поймами, старицами.

В угольной геологии часто используются понятия: угленосная толща, формация. Вообще термин – толща в геологии термин свободного пользования. Под толщей принято понимать совокупность отложений для которых характерны общий генезис, состав, цвет, возраст и т.п. в том числе и содержащей полезное ископаемое, например, уголь, в этом случае толща наз. угленосная. Иногда в качестве синонима угленосной толщи используется термин угленосная формация. Угленосная формация – это зонально построенное геологическое тело определенной мощности и протяженности, сложенное парагенетически связанными полифациальными комплексами угленосных пород. По типу прогибов, в которых накапливаются угленосные формации различают 3 основные группы угленосных формаций: геосинклинальную, промежуточную и платформенную.

Состав угленосных толщ весьма разнообразен, но в большинстве случаев они сложены терригенными породами: песчаниками, алевролитами, глинами. Реже встречаются гравелиты, конгломераты, известняки. Встречаются разнообразные конкреции.

Угли в разрезе угленосной толщи занимают обычно около 1% или менее ее мощности. Редко угли составляют до половины разреза угленосной толщи.

Угли образуют угольные пласты. Угольнай пласт – это скопление угля любой мощности. Маломощные скопления (10-15 см) называются прослоями. Если форма пласта на небольшом расстоянии вогнутая или выпуклая, такое скопление называется угольной линзой.

Почва угольных пластов чаще всего сложена глинами и алевролитами. Кровля угольных пластов при отсутствии размывов сложена глинистыми породами реже песчаными.

Пласты угля по строению разделяются на простые, т.е. сложенные углем без прослоев породы и сложные, в которых уголь чередуется с прослоями пород. Простые пласты как правило имеют мощность 0.5 – 1м, хотя встречаются пласты мощностью в 10 м (Кузнецкий бассейн). Сложные пласты иногда имеют мощность до 300 м (Австралия) – 450 м (Канада). В России наиболее мощные пласты в Кузбассе – 60 – 90 м, в Канско – Ачинском бассейне 80 – 100 м.

По типу угленакопления выделяют параллические толщи – образовавшиеся в прибрежно – морской обстановке и лимнические – образовавшиеся в условиях континентальной седиментации.

В угольной геологии основной таксонометрической единицей является месторождение. Понятиям более высоких рангов отвечают названия: бассейны, провинции, более низкого – углепроявления.

Углепроявление – небольшая угленосная площадь и разрозненные выходы пластов угля малой или неустановленной мощности.

Угольное месторождение – естественное скопление угленосных отложений с пластами угля, занимающее определенное стратиграфическое положение в осадочной толще. Площадь – десятки, редко сотни км². По местоположению они разделяются на подчиненные – находящиеся в контере угленосного бассейна и самостоятельные, располагающиеся за пределами такого контура.

Угленосный (угольный) бассейн – это крупная (от сотен до миллиона и более км²) площадь непрерывного или прерывистого залегания угленосных отложений, связанных единством процессов образования и последующих изменений. В пределах бассейна обычно находится то или иное число подчиненных месторождений.

Угленосная провинция – обширная площадь углеобразования, включающая ряд угленосных бассейнов и месторождений, сходных по стратиграфическому положению, условиям образования, угленосности и закономерностям их изменения. Угленосной провинции обычно дается географическое название с указанием геологического возраста угленосности: например карбоновая Московско – Уральская, юрская Забайкальская и т. д.