книги из ГПНТБ / Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов

в. н. в о л к о в

ГЕ Н Е Т И Ч Е С К И Е ОСНОВЫ М О Р Ф О Л О Г И И

УГ О Л Ь Н Ы Х ПЛАСТОВ

ИЗДАТЕЛЬСТВО « Н ' Е Д Р А »

МОСКВА 1973

УДК 552.571

© ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА», 1973

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Понятие морфологии природных тел, введенное почти 200 лет назад ученым-естествоиспытателем И. В. Гёте, включало как изуче­ ние собственно формы, так и исследование генетической стороны проблемы: «...морфология должна содержать учение о форме, об обра­ зовании и преобразовании природных тел» [37]. В наши дни приме-- нительно к рудным залежам полезных ископаемых Д. А. Зенков [60] совершенно определенно говорит о широком понимании морфологии,- выделяя три ее составных элемента: морфологию, морфометрию и морфогенезис.

Изучение морфологии угольных пластов в указанном понимании имеет большое научное и практическое значение. Научная ценность подобных исследований состоит в выяснении геологических и гене­ тических условий формирования пластов, закономерностей их строе­ ния и изменчивости. В свою очередь данные о генезисе и закономер' ностях поведения угольных залежей дают важные сведения для познания условий образования угленосных формаций. Практическая ценность указанных исследований также очевидна, ибо особенности и закономерности строения и поведения пластов, в частности измен­ чивость их основных морфологических параметров, непосредственно связаны с вопросами разведки и эксплуатации месторождений, их геолого-промышленной оценки и прогнозов.

Основные вопросы, рассматриваемые в работе, и соответственно ее задачи можно сформулировать следующим образом.

1. Собственно морфология (геометрия) пласта и ее особенности,

2. Геологические (генетические) условия проявления выявлен­ ных особенностей морфологии. Типы изменчивости пластов. Общие закономерности морфологии залежей и условия их формирования.

Г Л А В А I

НАКОПЛЕНИЕ ИСХОДНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ (ПРИЗНАКИ АВТОХТОНИИ И АЛЛОХТОНИІІ)

Угольный пласт, подчиняясь общим геологическим законам обра­ зования осадочных залежей, тем не менее обладает многими суще­ ственными особенностями генезиса, что прежде всего связано с расти­ тельной природой и способом накопления исходного материала углей. При этом если с растительной природой угольного вещества вопрос можно считать решенным, то в отношении способов накопле­ ния исходной растительной массы (проблема автохтонии — аллохтонии) ответы неоднозначны и являются предметом споров на про­ тяжении более двух столетий.

Сущность автохтонной гипотезы состоит в том, что накопление исходного материала наиболее распространенных гумусовых углей происходит па месте произрастания самих растений в торфяных болотах-торфяниках, занимающих низменные побережья морей, заливов, лагун, пресноводных бассейнов, озер и рек. Согласно аллохтонной гипотезе накопление растительного вещества гумусовых углей происходит в мелководных бассейнах, лагунах, дельтах, озе­ рах путем его сноса с прилегающих или более удаленных участков суши.

Сторонниками принципиальной автохтонии при образовании основной массы промышленных пластов допускается возможность так называемой местной аллохтонии (в пределах торфяника). В таком понимании автохтонная гипотеза признается большинством исследо­ вателей [2, 54, 55, 63, 82, 92,102,122,151,189, 222, 229, 232, 233, 237].

В рамках аллохтонной гипотезы существует достаточно широкий диапазон представлений, сохраняющих, однако, принцип переноса растительного материала [52, 122, 182, 113]. Основные авторы аллохтонных гипотез относятся к французской школе геологов (Файоль, Дюпарк и др.).

Можно выделить ряд исследов.аний, где допускается возможность формирования промышленных залежей угля автохтонным и аллохтонным способами [55, 97, 1, 52, 45, 182, 33, 162].

Перейдем к характеристике и оценке признаков, которые могут быть использованы при решении данного вопроса.

Аналогии между угольными пластами и современными торфя­ никами. В настоящее время автохтонные торфяники являются основной формой концентрации гумусового растительного материала,

5

что несомненно дает основание рассматривать пх в качестве аналогов областей древнего углеобразования [229, 122, 71, 106, 107, 108, 155, 157, 232, 233, 234, 235, 237, 188, 196, 198, 225, 11, 19, 101, 92]. Между тем сравнение морфологических признаков ископаемых угольных пластов с современными и погребенными торфяными за­ лежами показывает достаточно резкое их различие. Так, площадь распространения угольных пластов, имеющих промышленное зна­ чение, в большинстве случаев измеряется тысячами, а нередко (пара-

километров и сравнительно редко достигают первых тысяч квадрат­ ных километров. Площадь распространения погребенных торфяни­ ков обычно еще меньше, за исключением залежи на Голландском

и еще реже 5—10 м и более. Мощность торфяников 10—20 м весьма редка и характеризует обычно не всю залежь, а ее отдельные участки [210, 219, 237]. Мощность погребенных залежей, судя по имеющимся данным, не превышает нескольких метров, а чаще меньше метра. Мощность же ископаемых угольных пластов и в том числе пластов бурого угля, стоящих ближе в генетическом ряду к торфяникам, составляет 1—10—50—100 м и более. Даже не учитывая усадки тор­ фяной массы, совершенно очевидно несовпадение порядков величин мощности. >•

Существенно различна и интенсивность процессов современного и древнего торфо- и углеобразования. Если предположить, что весь запас современного торфа (около 300 млрд. т)сохранится в ископа­ емом состоянии и представить его в виде единой залежи мощностью 10 м, то площадь ее распространения составит 30 тыс. квадратных километров. Если же учесть обязательную усадку объемов торфяной залежи, то получим, что весь мировой запас торфа отвечает запасам каменного угля в одном пласте мощностью 2—2,5 м в пределах той же площади.

В действительности, несоответствия масштабов еще более резкие, ибо значительная часть современных торфяников не перейдет в иско­ паемое состояние. Исследования M. Н. Никонова и других свидетель­ ствуют, что масштабы современного угленакопления чрезвычайно, ограничены и современным торфяникам не суждено быть отмечен­ ными в геологической летописи Земли.

Сопоставление фактических данных показывает, что современные (и тем более, погребенные древнечетвертичные) автохтонные торфя­ ники могут сопоставляться при самых благоприятных условиях их сохранения — с наиболее бедными, непромышленными углепроявлениями прошлого. Различия в морфологии и масштабах залежей настолько существенны, что ставят под сомнение возможность про-

6

ведения аналогий между условиями древнего угленакопления и со­ временными торфяниками.

Кроме того, надо отметить, что до сих пор в мировой литературе нет сведений о существовании переходных образований между тор­ фом и бурым углем, которые были бы изучены в одном непрерывном разрезе и свидетельствовали, таким образом, о возможности указан­ ных аналогий. Чтобы показать сложность этого вопроса, сошлемся на редкий пример из работы М. Тейхмюллер [235].

Врайоне торфяного месторождения в межгорном бассейне Драма,

ввосточной Македонии тремя скважинами была вскрыта толща чет­ вертичного возраста мощностью 196 м, содержащая несколько погре­ бенных торфяных залежей. Из данных петрографического и химиче­ ского изучения 30 образцов следует, что даже наиболее глубоко погребенные залежи мало чем отличаются от торфа. В то же время ниже залегают поздненеогеновые осадки, содержащие настоящие бурые угли со всеми характерными для них признаками.

Соотношения угольного пласта с породами-почвы. Характер кон­ такта пласта и наличие остатков корневых систем в почве обычно используются в качестве главных признаков автохтонного способа накопления углей.

Породы почвы угольных пластов имеют сложную двойственную природу и отражают как первичные условия формирования, так и в большинстве случаев следы наложенных вторичных процессов. Чаще всего эти породы представлены глинисто-алевритовыми глини­ стыми, реже песчаными осадками, как правило, без фаунистических остатков, иногда с редкими включениями мелких пресноводных форм, что свидетельствует о несомненном накоплении этих пород в водной среде.

Однако не эти особенности характеризуют почву угольного пласта как таковую. Гораздо более важными являются вторичные признаки, наложенные на первоначальный облик пород. Они несут следы или собственно континентальных, или субаэральных условий, и, таким образом, связаны с понижением уровня водоема относительно поверх­ ности накопления осадков. Как правило, для пород почвы характерно почти полное отсутствие слоистости и в целом неоднородное комко­ ватое сложение, светло-серый и серый цвет с бурым или зеленоватым оттенком, часто хорошо.выраженные признаки каолинизации и, на­ конец, во многих случаях остатки и следы корневых систем, включая ископаемые пни, среди которых наибольший интерес представляют остатки, ориентированные перпендикулярно плоскостям напластова­ ния пород [97, 168, 82, 54, 142, 206]. •

Степень выраженности признаков почвы различна; можно наме­ тить непрерывный ряд, начиная от пород, почти не изменивших пер­ воначальный вид (слоистые породы без корневых остатков), до клас­ сических лесных почв. Отсутствие в породах почвы корневых остат­ ков может быть связано в ряде случаев с последующим размывом верхних слоев почвы или с процессами разложения в период формиро­ вания торфяника.

7

Наличие корневых остатков в породах почвы свидетельствует лишь о существовании растительности в период континентальной жизни этих осадков и без анализа контакта между почвой и углем может говорить только о том, что угольный пласт связан с нею тер­ риториально. Характер же контактов угольного пласта с почвой

(отчетливо слоистые глинистые, глинисто-алевритовые, реже песча­

V

V

У

лены от угольного пласта тонкой пачкой слоистых глинистых или углисто-глинистых осадков, с четкими границами поверхностей раз­ дела.

I I I . Резкий непосредственный контакт пород почвы с угольным пластом без каких-либо переходов, с ровной и четкой поверхностью раздела.

IV. Постепенный контакт, при котором породы почвы переходят в угольный пласт через промежуточную пачку углистых пород и глинистых зольных углей.

По наличию корневых остатков и характеру их распространения намечается также четыре типа соотношений пласта с почвой (см. рис. 1):

a)корневые остатки в породах почвы и прилегающих слоях угольного пласта отсутствуют;

b)корневые остатки присутствуют только в породах почвы;

S

c) корневые остатки присутствуют в породах почвы и распростра­ нены в нижних переходных слоях угольного пласта;

d) корневые остатки присутствуют в породах почвы и в угольном пласте, охватывая значительную часть его разреза.

Различные взаимные сочетания указанных подразделений обра­ зуют большое число типов соотношений почвы с угольным пластом,

IVa). Сюда относятся резкие и постепенные контакты угольного пласта с породами, отвечающими признакам почвы I l i a , IVa, резкие контакты с обычными слоистыми осадками, вплоть до песчаников и известняков la, а промежуточным является тип соотношений IIa

Контакты типов la, IIa отражают аллохтонные способы накопле­ ния. Типы l i l a , ІѴа отвечают автохтонно-аллохтонным условиям, ибо такие контакты свидетельствуют лишь о факте почвообразования (континентальные условия) перед началом формирования угольного пласта.

Типы резких контактов угля с породами, содержащими корневые остатки, которые распространены только в пределах почвы (IIb,

ІІІЪ). Сюда относится прежде всего тип соотношений Ulfe, который является одним из наиболее распространенных. В частности, для Донбасса этот тип можно считать характерным для большей части пластов в пределах основной площади их распространения. Об этом свидетельствуют и исследования Б. Ф. Мефферта, и многочисленные данные разведочных и особенно эксплуатационных работ. Так, на­ пример, при изучении в горных выработках пластов ls и ms и ряда других наблюдались главным образом такого типа контакты, харак­ теризующиеся резкой, четкой поверхностью раздела между «кучерявчиком» и углем. При этом сама поверхность раздела, которую лучше всего можно наблюдать в лавах, нередко представляет собой ровную и гладкую плоскость без признаков хотя бы частичного распростра­ нения корневых остатков в пласте *. Такая картина большей частью сохраняется и в тех случаях, когда у самого контакта с почвой зале­ гает тонкий слой матового зольного угля или углистого аргиллита.

Тип соотношений 116 является сравнительно редким и менее рас­ пространен, чем тип ІІІЬ.

Соотношение типа I I I Ъ свидетельствует о начальном автохтонном почвообразовательном процессе. В то же время такие признаки, как отсутствие корневых остатков в угольном пласте, срезание их на одном уровне, резкий контакт угля с почвой, говорят о явном проявлении аллохтонии, наложенной на первоначально возникшие

* В ряде случаев эффект резкости контакта может быть усилен в резуль­ тате последующей усадки растительной массы и глинистых осадков, а также тектоническими послойными подвижками.