Метаморфизм углей и вмещающих пород

07.11.2020

Процесс превращения торфа в бурый уголь называется диагенезом углей, процесс дальнейшего перехода бурого угля в каменные и далее в антрациты — метаморфизмом углей. Совокупность вторичных процессов, наложенных на дифференцированное в торфяном болоте вещество, приводящих к превращению этого вещества в торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит, носит название обуглероживания или углефикации.

В результате метаморфизма изменяются физико-химические свойства углей. Это изменение выражается в уменьшении в них влажности и летучих компонентов органической массы. Количество кислорода при этом закономерно уменьшается, а содержание углерода возрастает, в связи с чем такой процесс изменения угля называется углефикацией или обуглероживанием. Переход бурых углей в каменные связан с изменением их физических свойств. Они приобретают черный цвет, блеск и большую плотность. При дальнейшем обуглероживании каменные угли в свою очередь переходят в тощие, а затем в антрацит.

Причины изменения степени углефикации углей до настоящего времени еще не выяснены и остаются спорными вопросами, разрешаемыми в самых противоположных направлениях. Одни авторы все различия качества углей приписывают первоначальному составу исходного материнского вещества, другие видят причины этого различия в результатах биохимической деятельности; третьи относят их к геологическим факторам. К последней точке зрения склоняется большинство геологов.

Однако при дальнейшем изучении эта точка зрения была оставлена. Так. например, угли Подмосковного бассейна нмжнекаменноугольного возраста оказались типичными бурыми углями, а среди углей Донецкого бассейна среднекаменноугольного возраста имеется вея гамма каменные углей до чистейших антрацитов Шахтянского, Должанского или Чистяковского районов. Позднее оказалось, что на северном продолжении этого бассейна в Курской области, в толще нижнекаменноугольных осадков были обнаружены и типичные бурые угли. Такие же угли были обнаружены и на Западе Донецкого бассейна в среднем карбоне.

Большое значение при метаморфизме углей имеет температура и давление.

Физические и химические свойства и отличительные признаки бурых углей и каменных углей указаны в табл. 16.

Различают три вида метаморфизма; региональный, или глубинный, связанный с погружением осадков на значительную глубину в область повышенных температур и давлений; контактовый, связанный с тепловым влиянием интрузивных или эффузивных масс; динамометаморфизм, или дислокационный.

Региональный метаморфизм. За последнее время среди большинства исследователей установилось мнение, что наибольшее значение в процессе изменения ископаемых углей принадлежит региональному метаморфизму, связанному с опусканием угольных пластов в зоны более высоких температур преимущественно еще во время образования геосинклинали.

Еще Мефферт (начало XX в.) говорил о статическом метаморфизме, происходившем в Донецком бассейне до дислокаций каменноугольных отложении. Угольная масса пластов, находившихся в условиях почти горизонтального залегания угленосной толщи, параллельно и непрерывно опускавшейся, подвергалась значительному вертикальному давлению накоплявшихся выше осадков и воздействию температуры глубин Земли, что повышало карбонизацию углей и в большей степени для нижележащих пластов. Сущность регионального метаморфизма сводится к повышению степени метаморфизма с возрастанием стратиграфической глубины залегания угольных пластов.

Для многих бассейнов (Донбасс, Кузбасс, Караганда и др.) правило Хильта соблюдается: в одном и том же бассейне угли, находящиеся в одинаковых тектонических условиях с увеличением стратиграфической глубины обедняются от пласта к пласту летучими веществами и обогащаются углеродом. Иногда изменение выхода летучих настолько закономерно, что можно установить градиент этого изменения: на 100 м он колеблется в пределах от 1% (Острау) до 2,3% (Рурский бассейн) и даже 3,1% (Северная Франция). В Донецком бассейне установлено падение выхода летучих веществ от 0,5 до 1,4%, для Кузбасса — 1,45%.

Изменение выхода летучих по правилу Хильта иногда нарушается различными факторами (большей или меньшей зольностью угля, петрографическим его составом, близостью тектонических нарушений и возможным выветриванием угля на неглубоких горизонтах).

Степень метаморфизма повышается постепенно. В ряде случаев кривая повышения степени метаморфизма, выраженная показателем выхода летучих веществ, принимает ломаный характер. Отклонение от правила Хильта обусловливается, во-первых, исходным веществом угля и петрографическим составом; во-вторых, различной зольностью, повышение которой влечет за собой увеличение выхода летучих веществ; в-третьих, степенью восстановленности или окисленности углей.

Угли с различной степенью метаморфизма распространяются по площади бассейнов, при региональном метаморфизме, зонально. Это связано с различной амплитудой погружения бассейна в отдельных его частях: ничтожной по периферии и очень большой в центральной части прогиба.

Степень метаморфизма углей по простиранию изменяется медленнее, чем по падению. При этом, чем ниже стратиграфически располагаются пласты на борту крупной складчатой структуры, тем быстрее с глубиной (наклонной) происходит возрастание морфизма углей.

Метаморфизм углей в крупных складчатых структурах (первичным, заложенных в процессе накопления угленосной толщи и общего ее погружения, проявляется а разной степени для разных частей структуры. Данное явление было изучено в Кузбассе И.И. Молчановым и сформулировано им следующим образом: «Степень метаморфизма возрастает в замках крупных синклиналей, что связано с погружением их на большие глубины в первичных складчатые структурах».

Контактный метаморфизм. Наиболее четко проявляется влияние температуры на изменение углей при соприкосновении с ними расплавленных масс. Многочисленные измерения температуры лав при излиянии дают в среднем около 1100°C при колебаниях от 1050 до 1300°С. До выхода их на дневную поверхность температура магмы еще выше.

Под воздействием интрузий каменный уголь, как и вся осадочная толща, претерпевает ту или иную степень контактового метаморфизма, в зависимости от характера интузивного тела и от близости пласта к контакту. При крайней степени метаморфизма уголь переходит в графит, причем это наблюдается при непосредственном контакте угля с интрузивным телом, на расстоянии не более 5—10 м. Несколько дальше от контакта уголь теряет лишь некоторое количество летучих и переходит в тощие и антрацитовые угли. Возрастание выхода летучих веществ обычно идет постепенно по мере удаления от интрузивного тела.

Характерными примерами изменения углей под воздействием магматических образований могут служить некоторые месторождения Тунгусской угленосной площади, где каменные угли на расстоянии 5—10 м от интрузивного тела превращены в кокс или графит, а а отдельных местах на расстоянии 200 м они переходят в тощий уголь и антрацит с выходом летучих до 18%. Контактный метаморфизм имеет очень важное практическое значение для некоторых угленосных районов бывш. Советского Союза. Поэтому изучению его должно быть уделено большое внимание.

Динамометаморфизм. При динамометаморфизме (дислокационном, или тектоническом, метаморфизме) гораздо большую роль, чем температура, играет давление и его влияние на изменение ископаемых углей в сторону большего их обуглероживания. Однако следует заметить, что здесь на уголь действует и повышение температуры. вызванное большим тектоническим давлением. Кроме того, складкообразовательные процессы, развивая огромное давление и создавая колоссальное передвижение масс горных пород, вызывали благодаря трению повышение температуры.

Рассматривая роль динамометаморфизма в преобразовании углей на Урале. И.И. Горский указывает, что в условиях Западно-Уральского бассейна динамометаморфизм в чистом виде, при отсутствии контактового метаморфизма и при сравнительно невысокой степени регионального метаморфизма окраинной переходной зоны геосинклинали, не оказывает ощутительного влиянии на марочный состав углей или, вернее, влияние его совершенно не сказывается.

В качестве вывода И.И. Горский высказывает общее положение, что в многофазных (в тектоническом отношении) бассейнах степень метаморфизма углей является суммарным результатом всех фаз диастрофизма и, следовательно, здесь имеется больше шансов встретить высоко метаморфизованные угли, чем в однофазных. Чем больше число фаз, тем выше может быть (при средних условиях) степень метаморфизма углей бассейна.

При метаморфизме происходят изменения пород, среди которых залегают угли: пески переходят в песчаники, а глины в глинистые сланцы и аргиллиты.

Правильные прогнозы отыскания углей нужного качества можно ставить только совершенно отчетливо, представляя законы метаморфизма углей под влиянием различных геологических факторов, Следует заметить, что метаморфизующие факторы в пределах угольных бассейнов не накладывают на породы того глубокого отпечатка, которым характеризуются типичные метаморфические породы, ибо метаморфизм проявляется здесь в совершенно ничтожной степени.

При геофизическом исследовании Большого Донбасса методами разведочной геофизики были с несомненностью показаны закономерное зональное изменение некоторых физических свойств горных пород, вмещающих уголь (плотность, скорость распространения продольных упругих воли, электрическое сопротивление, частично пористость) и тождественность характера зонального изменения физических свойств вмещающих пород и физических свойств углей в зависимости от характера зонального изменения степени метаморфизма углей.

В районах с повышенной пористостью вмещающих пород встречаются угли с высоким выходом летучих (марки Г и Д), тогда как в районах с пониженной пористостью вмещающих пород должны быть угли с низким выходом летучих. Точно такие же результаты показало изучение плотностей вмещающих пород Карагандинского бассейна: более метаморфизованным углям Чурубай-Нуринского района соответствует возрастание средних плотностей пород в пределах южной и юго-западной частей периферии бассейна.

Приблизительно аналогичного характера материал получен исследователями при изучении уральских нижнекаменноугольных и мезозойских угольных месторождений.

Поданным А.Т. Донабедова следует, что угли бурые, длинно-пламенные и газовые встречаются во вмещающих породах, средняя плотность которых 2,15—2,35. Угли более высоких степеней метаморфизма (в пределах марок Ж, К и ОС) встречаются в породах со средней плотностью 2,35—2,60, угли тощие марки T и антрациты марки А — в породах со средней плотностью от 2,60 до 2,75.

Что касается скоростей распространения упругих волн, то можно наметить пока лишь следующие грубые соотношения: угли от бурых до каменных углей марки ПЖ включительно наблюдаются в таких осадочных породах, в которых скорость распространения упругих волн колеблется от 600 до 3500 м/сек. Угли марок T и А встречаются в таких породах, в которых скорость распространения упругих волн от 4000 до 5000 м/сек.

На основании изложенного можно утверждать, что комплексное изучение физических свойств вмещающих пород в угленосных районах дает нам новый и пока не вполне совершенный метод прогноза качества углей в этих районах.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна