Норильский угленосный район

Планомерное изучение норильских углей началось по указание В.И. Ленина с 1919 г. Экспедицией Н.Н. Урванцева были обнаружены огромные богатства каменного угля. В 1921 г. были заложены первые угольные штольни, впоследствии образовавшие первую промышленную шахту Норильска.

Норильский угленосный район (рис. 73), охватывающий площадь более 40000 км2, находится более чем на 300 км севернее Полярного круга и является наиболее освоенной частью Тунгусской угленосной площади. Общая территория развития угленосных отложений равна около 20000 км2.

Общие геологические запасы углей (коксующихся и энергетических) составляют около 1 млрд. т.

Характерным для Норильского района является распространение многолетней мерзлоты. Мощность ее изменяется от 10 м в долинах рек до 375 м на возвышенностях.

Стратиграфия. В геологическом отношении Норильский угленосный район представляет собой часть северо-западной окраины огромного Тунгусской угленосной площади и расположен на северо-западной окраине Сибирской платформы.

Самыми древними породами района являются морские отложения среднего и верхнего кембрия, представленные известняками, иногда битуминозными мергелями с прослоями известковистых сланцев и т. п. Выше залегают доломиты и известняки ордовика. Широким распространением пользуются силурийские породы морского происхождения: мергели, известняки, доломиты, сланцы. Довольно ограниченное распространение имеют аргиллиты, известняки и доломиты девона,

Верхнепалеозойские отложения представлены известняками нижнего карбона и отложениями тунгусской серии.

Известняки нижнего карбона имеют небольшую мощность 55—180 м. На поверхность выходят в виде узких полос шириной обычно 1—8 км, иногда до 20 км, окаймляющих современные горные плато. По площади они занимают около 50% всей территории района.

Отложения тунгусской серии представлены аркозовыми и полимиктовыми песчаниками, глинистыми, углисто-глинистыми, песчано-глинистыми и песчаными сланцами и аргиллитами. Без заметного углового несогласия залегают на размытой поверхности отложений нижнего карбона или более древних осадочных пород палеозойского возраста. С отложениями тунгусской серии связаны все месторождения каменных углей. Верхняя часть серии включает в себя от 3 до 30 пластов и пропластков угля, приуроченных к сланцевым горизонтам.

Общая мощность отложений тунгусской серии изменяется от 130 до 500 м. Малая мощность отложений тунгусской серии объясняется малым сносом обломочного материала в связи с замедленным общим опусканием площади и внутриформационными размывами, обусловленными перераспределением бассейнов при неравномерных поднятиях и опусканиях серии. Эти условия обусловили и выпадения из разреза значительных толщ.

На основании палеоботанических исследований в отложениях тунгусской серии профессором В.А. Хахловым выделено 5 свит. Из них четыре верхние являются угленосными. Общая мощность их колеблется в пределах 130—280 м. Вопрос о возрасте этих отложений в Норильском угленосном районе до настоящего времени остается спорным. По мнению П.И. Савенко, ocaдки тунгуской серии более правильно относить к пермскому периоду. B разрезе тунгусской серии установлено существование толщ, отвечающих по возрасту балахонской, кузнецкой, ильинской и возможно ерунаковской свитам Кузбасса (табл. 60).

Геологический разрез коренных пород заканчивается мезозойскими отложениями, представленными эффузивным комплексом пород.

Начало вулканической деятельности относится к пермскому периоду накопления угленосной серии. Эффузивные породы пермского цикла сложены спилитами, базальтами, туфами, толеитовыми диабазами с титан-авгитом.

Интрузивная фация, приуроченная к пермскому циклу, представлена силлами и дайками диабазов и диабазовых порфиритов.

Триасовые эффузивные породы представлены двуполевошпатовыми базальтами, Телешовыми диабазами, пикритовыми порфиритами. Имеет место приуроченность нормальных осадочных пород, нередко содержащих уголь, к туффитовым горизонтам.

В северо-западной части района у г. Дудинки залегают мощные нижнемеловые отложения, представленные песчаниками и глинами с тонкими прослоями бурого угля.

Четвертичные отложения слагаются ледниковыми образованиями, элювием, делювием, пролювием, аллювием. Мощность их изменяется от 0 до 174 л. Наибольшие мощности четвертичных отложений приурочены к западной части района, ближе к р. Енисей.

Все породы Норильского района повсеместно пронизаны многочисленными интрузиями. Они выражены пластовыми и секущими силлами и дайками. Чаще всего они приурочены к угленосной серии и реже к эффузивной толще и нижележащим осадкам палеозоя. Все интрузивные тела оказывают на угли отрицательное воздействие как местного, так и регионального характера.

Тектоника. Норильский район с запада, от р. Енисей, окаймляется Енисейской складчатой зоной герцианского возраста. Район приурочен к переходной зоне между податливыми областями геосинклинали и жестким фундаментом платформы, испытавшей в палеозое сложные тектонические воздействия. В результате последи возник целый ряд тектонических структур, из которых главнейшей является Хантайско-Рыбнинский вал, окаймленный с запада пр енисейским краевым прогибом и с востока Путоранской синеклизой, представляющей краевую часть Тунгусской синеклизы.

С запада к Хантайско-Рыбнинскому валу примыкает Норильская брахисинклиналь, к которой приурочено Норильское Длина брахисинклинали 120—130 км, ширина 80 км. К северу от Норильска располагается синклиналь Караелаха, а на восток вала — пологая синклиналь Сыверма.

Хантайско-Рыбиннский вал проходит в северо-восточном направлении от р. Хантайки через р. Рыбную и продолжается в бассейн р. Микчанды. Протяженность вала, прослеживающегося до г. Игарка, определяется в 300—350 км при ширине не более 70 км. Углы наклона крыльев составляют 7—10°, не считая отдельных местных нарушений, связанных со сбросовыми явлениями.

Мелкие структуры, осложняющие основные структуры района, вытянуты главным образом в северо-восточном и почти широтном направлении. Как правило, они неясно выражены и только на западной окраине Норильского района небольшие антиклинальные и синклинальные складки становятся резко выраженными.

Дизъюнктивные нарушения в районе имеют значительное распространение с простиранием на северо-северо-восток, т. е. совпадают с направлением основных тектонических структур. Амплитуды смещений измеряются сотнями метров, а отдельные из них превышают 1500 м. Таковым является сброс, установленный в восточной части Норильского плато, к востоку от верховий ручья Tyпoланди.

Помимо крупных дизъюнктивных нарушений, в районе широко развита сеть мелких смещений с амплитудами от долей метра до 60—70 м и имеющих другие простирания, чем основные разломы.

Угленосность, качество и запасы углей. Угленосность отложений тунгусской серия, как и ее изученность в разных частях Норильского района, различна. В районе обнаружено свыше 70 месторождений каменных углей. Наиболее изученной частью является Норильское плато, где из многочисленных месторождений шахтами Норильского комбината разрабатываются только два — месторождение Кайерканское и горы Шмидта и Надежда.

Мощность пластов угля, как правило, 1—6 м, реже она достигает 14—15,5 м и в исключительном случае (р. Таити) — 28 м.

Пласты имеют простое и сложное строение. В некоторых случаях количество прослоев пород достигает 10 м и более. Все пласты района, за немногим исключением, имеют невыдержанную мощность. Наблюдается выклинивание и расщепление пластов. Некоторые пласты выражены неправильной выклинивающейся залежью, замещаемой на больших площадях глинистыми и песчаными породами. Эти замещения несут как эпигенетический, так и сингенетический характер. На значительных по величине участках многие пласты уничтожены интрузиями траппов. Наиболее сложными по строению являются нижние угольные пласты.

Норильском плато наиболее выдержанными являются верхние пласты. Без существенных изменений они прослеживаются по простиранию более чем на 15 км.

По петрографическому составу наблюдается следующая закономерность: нижние пласты представлены матовым фюзеновым углем, средние пласты полосчатые с преобладанием матовой разности.

Все угли Норильского района гумусовые, образовавшиеся в основном из древесины. Образование их происходило в континентальных и лагунных условиях.

Значительная протяженность угольных пластов и наличие фюзенизированных обломков и листьев растений в самих пластах угля и в некоторых случаях обугленных корешков растений в почве пластов является неоспоримым доказательством их автохтонного происхождения.

Угли, не измененные интрузиями, характеризуются выходом летучих веществ от 2,2 до 6,3% на горючую массу в западной части Норильского района, а в восточной части — до 18—34%. Наибольшим распространением пользуются угли с выходом летучих веществ от 18 до 32%. Наблюдается уменьшение выхода летучи веществ от верхних пластов к нижним.

В углях Норильского угленосного района содержание за обычно 8—30%. Редко оно снижается ниже 8% или превышает 30%. Несмотря на резкие изменения зольности в пределах одного месторождения, вызванные условиями формирования угольных залежей и минерализацией угля в процессе вулканизма, намечается понижение зольности с запада на восток.

Содержание серы колеблется от 0,20 до 1,5%. Повышенное содержание серы приурочено к верхним пластам, где местами оно достигает 6,5%. Теплота сгорания углей колеблется от 6500 до 8900 ккал/кг на горючую массу.

На участках, где угли не испытали теплового воздействия траппов, коксующими свойствами обладают лишь те угли, которые характеризуются выходом летучих веществ больше 20—22% и достаточным содержанием витрена, кларена и витренообразной массы. Там, где угли подверглись прогреву при внедрении траппов, произошла потеря коксующихся свойств углей.

В основном угли Норильского района относятся к энергетическим, неспекающимся и лишь некоторые разности спекаются. Качество углей по месторождениям представлено в табл. 61.

Присутствие интрузивных тел вызывает скачкообразное изменение качества угля. Содержание летучих веществ уменьшается сверху вниз и увеличивается в направлении с запада на восток. В этом же направлении (с запада на восток) в углях появляются споры, кутикулы и водоросли, улучшаются спекающиеся свойства, увеличивается выход дегтя.

В Норильском угленосном районе наблюдается некоторая закономерность в метаморфизме углей. Вдоль реки Енисей широкой полосой (до 100 км) тянутся с юга на север антрациты и графиты. В западной части района распространяются в основной угли марок OС и Т. В средней части района располагаются угли со значительным выходом летучих марок Ж и К. В восточной части, на западном склоне плато Сыверма, залегают угли марок Д и Г, еще восточнее встречаются преимущественно бурые угли. Отмечается, что по мере движения с востока на запад независимо от наличия траппов уменьшается выход летучих. Это объясняется тем, что в восточной части угленосные отложения создавались в платформенных условиях и не погружались на большую глубину, поэтому углефикация здесь самая низкая. В переходных условиях от платформы и геосинклинали степень углефикации повышается. На западе в Приенисейской мульде были почти геосинклинальные условия, о чем говорит мощность угленосных отложений и их литологический состав.

Существенное влияние на метаморфизм углей оказало температурное воздействие массы трапповой магмы до ее излияния на поверхность.

Контактный метаморфизм угля выражен в изменении цвета от черного до стального, жирный блеск изменяется до металлического, уголь становится массивным, удельный вес сильно увеличивается, повышается минерализация угля за счет кальцита, развитого во трещинам. Полосчатый уголь у контакта теряет различие между ингредиентами.

Газоносность угольных месторождений Норильского района. В Норильском районе, подобно другим месторождениям, установлены закономерности в распределении основных компонентов газов — метана, азота и углекислого газа. Наблюдается повышение содержания метана с глубиной и соответственно понижение содержания азота и углекислого газа.

В Норильском районе выделяются следующие газовые зоны: азотно-углекислых газов, углекислотно-азотных, метаново-азотных, азотно-метановых и метановых. Основная роль в распределении газовых зон принадлежит геологическим, геоморфологическим и мерзлотным факторам.

Зоны азотно-углекислых и углекисло-азотных газов на каменноугольных месторождениях приурочены к выходам угольных пластов на дневную поверхность и распространяются на 100—150 м по падению. На г. Шмидта ширина этой зоны по пласту местами достигает 400—450 м.

Нижележащая зона метаново-азотных газов достигает глубины 200—300 м. В этой зоне в составе газов в виде незначительной примеси появляется метан.

В следующей, азотно-метановой, зоне содержание метана в составе газов колеблется от 20 до 80%. Ширина азотно-метановой зоны обычно 250—300 м, иногда достигает 500 м. Нижняя граница зоны приурочивается к глубинам 200—250 %.

Самой нижней газовой зоной является метановая. Содержание метана в ней не падает ниже 80%. Азот и углекислый газ являются второстепенными компонентами.

Уголь при добыче, особенно вблизи нарушений, дает большое количество взрывоопасной пыли.