книги из ГПНТБ / Черноусов Я.М. Уголь на Урале

уголь подобно зерну может под влиянием давления пе­ ремещаться при складкообразовании из зон пласта с высоким давлением в зоны меньшего давления. Пере­ распределение угля в пласте сопровождается перетира­ нием одних кусков угля и полированием, окатыванием или обдавливанием других. Поэтому одновременно с из­

мельченным углем широко распространены «обдавыши»,

которые необычайно разнообразны на Брединском ме­ сторождении антрацита. Развитие тех или иных форм кусков угля раскрывает, таким образом, не только усло­

вия преобразования углей, но и те процессы складкооб­ разования, которые протекали при формировании уголь-, ного месторождения.

Так, путями изучения внешних свойств, выясняются исходный материал углей, условия их образования, ка­

чественные свойства и пути промышленного использова­ ния. Метод изучения внешних свойств углей — самый простой и наиболее распространенный. Он предшествует

каждому более сложному методу.

Для микроскопического изучения углей требуется изготовление тонких шлифов или шлифов полирован­

ных. Последние называются полировками, или аншли-

фами. Тонкие шлифы изучаются под микроскопом в проходящем свете, аншлифы — в отраженном. Что же

видно под микроскопом? Допустим, мы задались целью изучить уголь Кизеловского бассейна. Внешне он чер­ ного цвета, полуматовый или матовый. Но вот мы по­ ложили под объектив микроскопа тонкий шлиф и уви­ дели совершенно неожиданную картину. Оказывается,

уголь под микроскопом при дневном освещении вовсе не черный. Его вид резко меняется — появляется неожи­ данное богатство красок: красная, желтая, оранжевая, бурая, коричневая и лишь иногда-черная. При мик­ роскопическом исследовании можно «открыть» и все те остатки растений, за счет которых образовался уголь. Например, в угле Богословского месторождения скры­ та древесина с годичными кольцами разной толщины

(рис. 7), говорящими о смене климата при развитии

растения. Иногда можно увидеть большие и маленькие

споры (большие — женские — называются макроспора­ ми, маленькие — мужские — принято называть микро­

спорами) (рис. 8). Если в угле много тех или других — значит, он образовался из споровых растений. На Обма-

29

нковском месторождении есть угли, почти целиком состоя­ щие из спор. A-в некоторых шлифах без труда выде­ ляется нитеподобное вещество желтого цвета, с внутрен­ ними зубцами (рис. 9). Это кутикула, поверхностный

слой листьев и побегов, который при жизни растения предохранял, как береста, его ткани. Он регулировал

также «водоотдачу» растения. На теле кутикулы были устьица—«щели». Если растение получало много влаги,

«щель» раскрывалась, а во время засухи она плотно за­ крывалась и сохраняла в растении влагу... В углях об­

низших растений. Такие угли есть в Тургайском бас­ сейне.

Есть в углях и смола (рис. 11). Она встречается в молодых месторождениях — Бабаевском, Богословском, Тольинском и др. Смоляные тела являются реликтами (остатками) смоляных ходов растений, главным обра­ зом хвойных.

Так под микроскопом при увеличении до 2000 раз изучаются растительные остатки, из которых образовал­ ся уголь. Метод микроскопического исследования позво­ ляет определить геологический возраст углей, условия их образования, качественные свойства, возможность обога­

пыльцы устанавливать возраст углей. Он же позволяет,

как говорят геологи, увязать угольные пласты, то есть

определить, один или разные пласты подсекли буровые скважины.

Различные угли имеют и различные показатели пре­ ломления. Путем применения этого метода распознает­ ся физико-химическая зрелость угля и определяются способы его использования в тех или иных целях.

30

Очень важно изучение химического состава углей. Техническим анализом определяется содержание в уг­ лях балласта: влаги и золы,— а также выход летучих веществ и содержание общей серы. С помощью элемен­ тарного анализа устанавливают содержание углерода, водорода, кислорода и азота. Проводится также ряд технологических исследований угля: перегонка для вы­ яснения выхода смолы, коксуемость, определение тем­ пературы самовозгорания и т. д.

Применяется и метод рентгеновского исследования. Путем просвечивания определяют закономерность рас­ пространения минеральных включений в углях, а по­ средством рентгено-структурного анализа — их внут­ реннее строение. Эти методы раскрывают исходный ма­ териал углей, условия накопления и разложения орга­ нического материала, степень физико-химической зре­

лости, помогают выяснить направление использования углей и установить закономерности распространения угольных пластов.

Методов исследования углей очень много. И всеми должен владеть геолог-угольщик.

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ УГЛЕЙ

Для образования углей необходимы растительный материал, пониженный рельеф земной поверхности, бла­ гоприятные биохимические условия разложения орга­ нического вещества и, наконец, движения земной коры, соответствующие накоплению растительного мате­ риала.

Развитие растительного материала — од­ на из основных предпосылок углеобразования. Расти­ тельность начала развиваться примерно 300 млн. лет назад. С того времени появилась и возможность угленакопления. Но растительность развивалась во времени и

в пространстве неравномерно. Различные ее виды сме­ нялись в зависимости от смены геологических эпох, от изменения климата, как показано в таблице 1.

О чем же говорит эта таблица?

Около 300 миллионов лет назад появились псилофи-

ты, то есть голые, или простейшие, растения. К концу

31

девона стали развиваться кустарники и небольшие де­ ревья папоротников, хвощей и плаунов. Угольные про­ слойки, встреченные по реке Калье (правому притоку Северной Сосьвы) в 5 км выше ее устья, образовались из кутикулы (поверхностного слоя листьев и побегов)

псилофитовых наземных растений, подобных мхам и бу­ рым водорослям.

Своего пышного расцвета растительный мир достиг в так называемый каменноугольный период. Примерно 275 миллионов лет назад на Урале был теплый влаж­ ный климат. В приморских равнинах росли огромные каламиты (каламус — камыш, тростник), гигантские ле­ пидодендроны (чешуйчатые деревья) высотой до 40 м, си­ гиллярии (печатники) толщиной до 2 м, кордаиты, вы­ сотой более 40 м, с линейными листьями длиной до 1 м

32

(они названы по имени палеоботаника Корда). Из этих растений образовались угли Кизеловского бассейна,

Егоршинского, Махневского, Полтавского, Брединского,

Домбаровского месторождений. В пермское время (око­ ло 225 миллионов лет назад) уже появились хвойные, предшественниками которых служили кордаиты. Широ­

кого распространения достигла так называемая глос-

соптериевая флора (растения с ланцевидными листьями со срединным нервом). Гиганты каменноугольных лесов к этому времени почти полностью вымерли. Начали рас­ пространяться саговниковые деревья, похожие на паль­ мы. Все эти кордаитовые, хвойные и саговниковые рас­ тения относятся к голосеменным, которые называются так, потому что их семена открыты. Уголь Печорского

бассейна образовался преимущественно из таких расте­ ний.

Новая эпоха развития растительного мира относится к триасу (около 185 миллионов лет назад). В это время широко распространились папоротники, хвойные и дру­ гие растения. Из них образовались угли Богословского и Волчанского месторождений, Буланаш-Елкинского уг­

леносного района и Челябинского бассейна. В юрский период (примерно 150 миллионов лет назад) развитию растений способствовал влажный климат. Из растений нджне- и среднеюрского времени образовался уголь Тургайского и Восточно-Уральского бассейнов, из верх­ неюрских растений произошел уголь Северо-Сось- винского бассейна. Углями мелового возраста Урал осо­ бенно беден: известны лишь маломощные линзовидные залежи. В этот период (около НО миллионов лет на­ зад) во многих районах Урала бушевало море и, следо­ вательно, наземная растительность не могла развивать­ ся. В третичное время (более 1 миллиона лет) уже по­ явились растения, близкие к современным: пальма, ли­ лия, ива, береза, тополь, дуб, клен, платан, лавр, фикус, виноградник и др. Некоторые из них после своей гибели превратились в новое горючее вещество — ископаемый

уголь Южно-Уральского угленосного бассейна.

Без растений не может образоваться уголь, но не только они определяют его происхождение. Имеются и

другие предпосылки, прежде всего — биохимические. В Свердловске, на улице Толмачева, 24, на кирпичной стене приютилась береза. Она корнями вцепилась в про­

странство между кирпичами и черпает живительные со­ ки всем своим существом. Почва, на которой она рас­ тет, почти бесплодна, но борьба березы за жизнь про­

должается... А разве мало у растений таких врагов, как насекомые и бактерии? Кто не видел берез, листья ко­

торых в летнее время полностью уничтожены прожорли­

выми насекомыми? Но деревья растут. К осени они вы­ пускают изумрудные, бархатистые новые листья. Расте­ ния очень жизнеспособны. Лишь после их гибели начи­ нается разложение.

Известны различные процессы • разложения: тление, перегнивание, оторфенение и гниение. Тление протекает во влажных условиях при свободном доступе воздуха. Кто не наблюдал осеннего листопада? Кто не бороздил ногами шуршащую осеннюю листву? Но пройдет немно­ го времени, и от листьев останется только наиболее стой­ кое вещество — кутикула, а затем разлагается и она.

Что за вещества производят столь энергичную разруши­ тельную работу? Таких агентов-разрушителей очень много. Солнце и воздух подсушивают и окисляют. Вода

выносит накапливающиеся гуминовые кислоты и рассе­ ивает их. Свою лепту в дело разрушения вносят и мик­ роорганизмы. Они удивительно живучи и встречаются везде: в снегах Арктики и в гейзерах с кипящей водой на Камчатке. Аэробные бактерии «работают» в окисли­ тельной среде, анаэробные — в восстановительной. Ар­ мия микроорганизмов неисчислима. Известно, например, что в одном кубическом сантиметре болотной воды их содержится более 1200 миллионов. Эти невидимки пос­ ле физической смерти растения с невероятной алч­ ностью набрасываются на него и «поглощают» его ве­ щество.

Поэтому при процессе тления, несмотря на распро­

странение огромных масс растительного материала, го­ рючих пород образоваться не может. В результате раз­ ложения растений остается лишь минеральное вещест­ во — зола.

Иное дело при процессе перегнивания. Здесь органи­ ческий материал подвергается разложению при ограни­ ченном доступе кислорода, но также во влажных усло­ виях. При этом и образуется перегной, или, как его иначе называют, гумус. Вслед за перегниванием начинает­

ся торфообразование. Оно протекает сначала при дос­

34

тупе кислорода, во влажных условиях, а затем без до­ ступа воздуха. После смерти растение попадает как бы в сложную химическую лабораторию болота. Воздуш­ ные — аэробные — микроорганизмы начинают энергич­ но производить разрушительную работу. Но вот остатки растения погружаются в воду, и здесь разрушение — разложение принимают на себя анаэробные микробы.

Работают они менее продуктивно, и их меньше, чем

«воздушных» микроорганизмов, потому что уже своим

возникновением анаэробные бактерии «подписывают» себе смертный приговор. Разлагая растения, они выде­ ляют токсины—яд для микроорганизмов. А накопив­ шиеся токсины не только понижают работоспособность маленьких тружеников, но и умерщвляют их. Однако маленькие химики-невидимки все же разлагают сравни­ тельно устойчивые остатки растений и создают горючую породу — торф.

Гниение — это процесс разложения низших расте­ ний, в частности водорослей, в водной среде. Низшие растения — это зеленые, сине-зеленые, бурые и другого

цвета водоросли. Они находятся во взвешенном состоя­ нии и называются в общем планктоном. Погибая, они вместе с минеральным веществом, приносимым возду­ хом и течением воды, падают на дно. На дне они ча­ стично или полностью «перерабатываются» анаэробны­ ми микроорганизмами и превращаются в гнилой ил — сапропель, из которого потом может образоваться уголь. Поэтому для образования углей благоприятны болот­ ные и озерные условия.

Этим определяется значение рельефа поверхности земной коры: угли могут образоваться только в ее пони­ женных частях, в депрессиях (депрессио — вдавливаю), там, где могут происходить процессы перегнивания, отор-

они могут образоваться близ моря, и тогда их называ­ ют прибрежно-морскими, или паралическими (парал-

лос— близ моря), во-вторых, они могут иметь континен­ тальное происхождение и в таком случае называются, правда не совсем правильно, лимническими (лимнос — озеро).

На Урале известно довольно много депрессий при­ брежно-морского происхождения. С ними связаны Пе­

чорский и Кизеловский бассейны, Егоршинское и Мах-

невское месторождения и Северо-Сосьвинский угленос­

ный бассейн. Угленакопление (точнее торфонакопление)

в них началось вслед за отступлением (или, как говорят

геологи, регрессией) моря. Тогда образовалась обшир­ ная прибрежно-морская депрессия, в которой и проис­

ходило угленакопление. Особенностью такого накопле­ ния является то, что угленосные отложения в этих усло­ виях обыкновенно имеют более широкое (площадное) распространение, чем в месторождениях, связанных своим происхождением с континентальными депрессия­

ми. Так, например, длина Северо-Сосьвинской депрес­ сии, по-видимому, превышает 150 км.

В континентальных депрессиях образовались на Ура­ ле Богословское и Волчанское месторождения, Була-

наш-Елкинский район, Челябинский, Тургайский бас­

сейны и некоторые другие. Континентальные депрессии в зависимости от причин образования разделяются на эрозионные, эрозионно-тектонические, тектонические.

Эрозионных депрессий (эрозио — вымываю) на Ура­ ле не особенно много. На восточном склоне Северного Урала известно Атюсское месторождение. Угленосные

отложения его начали накапливаться вслед за разруше­ нием и вымыванием горных пород, которые наиболее ин­ тенсивно протекали в местах соединения изверженных пород с осадочными. В Южно-Уральском угленосном

бассейне известны угольные месторождения, образовав­

шиеся в карстовых депрессиях (карст — это пустота, ко­

торая возникает в породах, легко поддающихся выщела­ чиванию).

Угольные месторождения Тургайского бассейна сле­ дует отнести к типу эрозионно-тектонических. Около 150 млн. лет тому назад здесь произошли разломы в зем­

ной коре и образовалась огромная континентальная де­ прессия. В ней протекали процессы разрушения горных

пород, и после выноса обломочного материала возникли новые депрессии.

Ряд угленосных депрессий Урала имеет тектониче­

ское происхождение. На Богословском месторождении накопление органического материала началось после

того, как произошел разлом и близ него образовался

врдеем типа озера. С течением времени озеро превра­ щалось в торфяное болото. Волчанское месторождение,

36