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

Буланаш-Елкинский район и Челябинский бассейн сформировались в провалах, или «грабенах», которые возникли после двух разломов. В «провальной», или тектонической, депрессии сначала накапливался обло­ мочный материал — галечник и песок, а потом глина,

на которой отлагалось органическое вещество — исход­

ный материал торфа.

В озерах и болотах и происходило угленакопление. Таким образом, одной из основных предпосылок торфо-'

накопления и последующего образования угля нужно считать возникновение отрицательного рельефа земной

достигающие 250 м и более. Если учесть, что в процессе

углеобразования органическое вещество уплотняется в в 10—12 раз, то станет ясно, что для образования уголь­

да накапливается обыкновенно не более 1 см органиче­ ского вещества, значит, для накопления такой толщи растительного материала потребуется 25 000 лет! Таким

образом, накопление органического материала — это процесс сложный и длительный. Он может происходить

На Михневском месторождении насчитывается свыше 50 угольных пластов и маломощных прослоек, а на Волчан-

ском — две угольные свиты. На Полтавском месторож­

примерно 250 м.

Чем же объяснить такое неравномерное угленакоп­ ление? Причина этого — в различной подвижности зон земной коры, к которым угольные месторождения при­ урочены. В зависимости от подвижности земной коры

37

угольные месторождения подразделяются на геосинклинальные, платформенные и переходные.

Геосинклинальные области настолько подвижны, что темпы накопления растительного материала не могут угнаться за темпами погружения, и здесь могут образо­ ваться многочисленные, но маломощные угольные плас­

ты. В геосинклинальных условиях сформировались

угольные пласты Егоршинского, Полтавского и Бредин­ ского месторождений.

Области с малой подвижностью называются плат­ форменными. В них темпы накопления органического материала нередко соответствуют темпам погружения фундамента. При таком режиме колебательных движе­ ний определенной зоны земной коры могут образовать­ ся очень мощные или сверхмощные угольные залежи типа Коркинского района Челябинского бассейна (око­ ло 250 м) или Бабаевского (ПО лг) и Волчанского (до 230 At) месторождений. Но если органического мате­ риала произрастает много, а депрессия не испытывает погружения, то масса растительного вещества в резуль­ тате тления превращается не в торф и уголь, а в золу.

На месторождениях переходных (от геосинклиналей к

платформам) областей обыкновенно выявляется срав­ нительно небольшое количество довольно мощных

угольных пластов. В Кизеловском бассейне, например, известно 23 угольных пласта (из них рабочих, как пра­ вило, не более пяти) мощностью до 7 м.

Зная, к какой зоне «подвижности» приурочено уголь­ ное месторождение, можно примерно предсказать коли­ чество угольных пластов, их мощность и — больше то­ го — некоторые физико-химические свойства угля.

Учение о зональном строении Урала заложено в тру­

дах А. П. Карпинского. Еще в 1880 году он говорил о наличии на Урале более или менее широких полос, или

структурных зон. Это учение развил крупный ученый —

знаток уральских углей И. И. Горский.

МОЖЕТ ЛИ УГОЛЬ ПЕРЕХОДИТЬ ИЗ ОДНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕ?

Из растительного вещества образуется торф, а из

торфа — уголь. М. В. Ломоносов говорил: «Коль гор­

ное уголье с турфом сродно, значит оно из турфа роди­

38

лось». Торф образуется в болотах, а сапропель (гнилой ил) — в озерах. Для образования торфа 'необходимы высшие растения. Они произрастают на минеральной почве. Сапропель образуется за счет разложения низ­ ших растений и животных организмов, развивающихся

преимущественно в озерных условиях. Но иногда можно обнаружить в одном и том же торфянике залежи торфа и сапропеля. Это объясняется тем, что озера, зарастая,

превращаются в болота. Высшие растения развиваются

сначала в прибрежных частях водоема. Они превраща­ ются в торф, и на нем вырастают новые поколения рас­ тений. С течением времени они отвоевывают у водоема

вадьями и чарусами... это страшные, погибельные места для небывалого человека. Вот на несколько верст потя­ нулся мохом поросший кочкарник. Саженными пласта­

ми покрывает он глубокую, чуть не бездонную топь.

Чуть только путник не поберегся... ноги его начинает затягивать в жидкую трясину и, если ему не удается по­

спешно и осторожно выбраться назад, он погиб... Вог

светится маленькая полынья на грязно-зеленой трясине.

Это — «окно». Беда оступиться в это окно — там без­

донная пропасть. Не в пример опаснее окон «вадья».

Ее берега из тонкого торфяного слоя, едва прикрываю­ щего воду. Кто ступит на эту обманчивую почву, нет

тому спасения. Вадья засосет его в бездну. Но страшнее всего «чаруса». Выбравшись из глухого леса, путник вдруг, как бы по волшебному мановению, встречает пе­ ред собой цветущую поляну... Она густо заросла сочной, свежей зеленью и усеяна крупными бирюзовыми неза­

будками, благоуханными белыми кувшинчиками, поле­ выми одаленями и ярко-желтыми купавками. Луговина так и манит к себе путника: сладко на ней отдохнуть

усталому, притомленному, понежиться на душистой ос­ лепительно сверкающей изумрудной зелени... Но изум­

рудная чаруса...— тонкий травяной ковер, раскинутый на поверхности бездонного озера. По этому ковру даже

легконогий заяц не сиганет, тоненький, быстрый на бегу горностай не пробежит»... Болото при относительном по­

39

гружении земной коры может покрыться водой и пре­ вратиться в озеро. В озере начнет накапливаться (акку­

мулироваться) органический материал, состоящий из

низших растений и животных организмов. Так, при по­ следовательном чередовании болотных и озерных уело

вий могут образоваться сложные залежи сапропеля и торфа, которые потом превращаются в уголь. Пласты со слоями гумусового и сапропелевого угля встречаются на Богословском месторождении, в Тургайском и Кизеловском бассейнах. Если сапропелевые угли содержат слишком много золы (более 50%), то их относят к го­ рючим сланцам. На Урале они известны в Северо-Сось-

винском и Тургайском бассейнах.

Сапропель и торф с течением времени покрываются

осадками глины и песка. Порода, на которой лежит

угольный пласт, называется почвой, а та, которая пере­ крывает его,— кровлей. Совокупность угольных пластов

ивмещающих пород носит название угленосной толщи.

Породы угленосной толщи, так же как и породы почвы

икровли, по вещественному составу, по структуре и другим признакам бывают различны. Например, в север­ ной части Волчанского месторождения угли залегают

среди крупнообломочных пород — конгломератов, а в

Кизеловском бассейне — нередко среди песчаников. Обычно же угольные пласты залегают среди глинистых

пород (аргиллитов, глинистых сланцев). В этих породах-

континентального происхождения часто обнаруживают­ ся хорошо сохранившиеся растительные остатки. Это

говорит о том, что они после отмирания не претерпели значительной транспортировки, перемещения. Но встре­ чаются иногда, особенно среди крупнообломочных по­ род, мелкие остатки растительного материала, которые указывают на то, что они после своей смерти в течение

длительного времени перемещались вместе с обломка­ ми пород и поэтому оказались измельченными, перетер­ тыми....

На Махневском месторождении уголь некоторых пластов находится среди известняков морского проис­ хождения, включающих остатки животных организмов

(рис. 12). Больше того, такие остатки встречены даже в угле. Эти животные организмы могли развиваться в

мелкоморье, на глубине до 40—50 м. По-видимому, в данном случае исходный материал углей накапливался

40

принесенный) материала. Между прочим, заметим, что аллохтонные угли содержат очень много минеральных

примесей в виде песка и глины, которые поступают в торфяник вместе с растительными остатками. Угли, об-

Рис. 12. Среди угля с карбонатными прожилками (белое) заключены остатки животных организмов (криноидгй) — Сг. Махневское место­

жившийся, слабо разложившийся, весьма сильно разло­ жившийся... Что же касается ископаемого угля, то он претерпевает буроугольную, каменноугольную и антра­ цитовую стадии. В буроугольной стадии угли тоже име­ ют неодинаковую физико-химическую зрелость. Есть уг­ ли торфоподобные, в которых остатки растительного материала сравнительно хорошо сохранились и

41

видны невооруженным глазом (без микроскопа). Они

содержат влаги до 50—60% и существенно не отличают­ ся от торфа. Такие угли известны в Южно-Уральском

бассейне. Широко распространены здесь также лигни­

ты — угли с отчетливо выраженным строением древе­ сины. В Северо-Сосьвинском бассейне, в береговом об­ рыве, как в музее, выставлены угольные пласты, состоя-

Рис. 13. Выветривающийся бурый уголь раскалывается на мелкие обломки. Коркинский район Челябинского бассейна.

щие из обломков деревьев бурого цвета. Это — бурые угли древесной структуры, или лигниты.

На многих месторождениях (на Атюсском, Тольин-

ском, Бабаевском) встречаются землистые угли. Они на­ зываются так не потому, что содержат много «земли»

или золы. Они внешне похожи на коричневую или бу­ рую землю. В них можно обнаружить остатки неразло-

жившихся растений. Плотные бурые угли имеют сравни­ тельно высокую физико-химическую зрелость, или сте­ пень метаморфизма. Это — блестящие, полублестящие, полуматовые и матовые плотные угли. При извлечении из шахты бурый уголь начинает растрескиваться, (рис. 13), а потом рассыпаться... Плотные угли распростране­

42

ны на Богословском и Волчанском месторождениях и в Челябинском бассейне.

Каменные угли также имеют различную степень ме­ таморфизма. Так, например, в Печорском бассейне рас­

пространены длинно-пламенные, газовые, паровично-

жирные, . коксовые, паровично-спекающиеся и тощие уг­ ли. Угли антрацитовой стадии тоже подразделяются на

ряд разновидностей: полуантрациты, собственно антра­ циты и ографиченные антрациты...

От чего зависит физико-химическая зрелость, или

степень метаморфизма угля? Во-первых, от геологиче­ ского возраста, во-вторых, от среды, в-третьих, от соста­

ва растительного материала углей.

Возраст углей измеряется в миллионолетиях. В тече­

ние миллионолетий уголь уплотняется, зреет, превра­ щается из одного состояния в другое. На Богословском месторождении встречены две залежи торфа: одна— на поверхности, другая погребена под пластамивпеска и

вышележащего торфа. Погребенный торф более уплот­ нен, остатки растений сильно разложились. Он при­

надлежит к сильно разложившемуся торфу. Более моло­ дой торф, залегающий на поверхности, состоит из нераз-

Но возраст, оказывается, не основная причина повы­ шения метаморфизма угля. Угли Богословского и Волчанского месторождений, Буланаш-Елкинского угленос­ ного района и Челябинского бассейна имеют примерно одинаковый возраст. Им около 185 млн. лет. Но уголь

Богословского и Волчанского месторождений типично

бурый, в Челябинском бассейне он находится на гра­

нице между бурым и каменным, а в Буланаш-Елкинском районе — каменный. Значит, дело не только в возрасте.

Возраст следует рассматривать во взаимосвязи с други­

ми причинами. Одной из них является среда. Она оказывает более сильное воздействие на уголь. Здесь

прежде всего нужно иметь в виду условия разложения,

давления и температуру. Доказано, что условия разло­

жения влияют на податливость угля к метаморфизму. Если органический материал подвергался разложению в восстановительных условиях, то уголь, образовавшийся из него, является более восстановленным и более чувст­

43

вительным к метаморфизму. Но если исходный материал углей подвергался разложению в окислительных усло­ виях, то уголь, образовавшийся из него, мало чувствите­

лен к метаморфизму. Угли Челябинского бассейна обра­

зовались из органического материала, разлагавшегося в

существенно окислительных условиях. Угли же Була-

наш-Елкинского района произошли в основном из того же исходного вещества, но подвергавшегося разло­

Большое влияние на метаморфизм углей оказывает вертикальное и боковое давления. Вертикальному давле­ нию вышележащих пород еще М. В. Ломоносов прида­ вал очень большое значение в метаморфизме углей. В «Слове о рождении металлов» он писал: «Легко пред­ ставить можно, что должно воспоследствовать с турфом.

Ибо излишняя влажность первою теплотою сквозь тон­ кую крышку должна выступить и так турф заготовить к

обращению в уголь. Потом верхнею тягостию от кровли сжатая материя от умножившегося жару перегорает и будучи в глухом огне, без вольного воздуха, без пламе­ ни углем становится». С возрастанием вертикального давления растет и температура. Чем больше глубина, тем выше температура (примерно 3° на каждые 100 мет­

ров). Автор был в одной из самых глубоких угольных шахт мира, на месторождении каменных углей в районе

Цвикау (Германская Демократическая Республика); глубина шахты превышает 1200 м. Температура в ней

более 40°. Чем глубже залегают угольные пласты, тем вы­ ше физико-химическая зрелость угля. Эта закономер­ ность проявляется на многих угольных месторождениях

и бассейнах Урала, например в Буланаш-Елкинском районе и в Печорском бассейне. Такой вид метаморфиз­ ма углей, когда он повышается по мере возрастания глубины залегания угольных пластов, геологи называют региональным, или глубинным.

Большое значение имеет боковое давление. Здесь ме­ таморфизм связан со сложным характером складок земной коры. Сопоставим одновозрастные Подмосковный и Кизеловский бассейны и Егоршинское месторождение.

Все они имеют угли нижнекаменноугольного возраста.

44

Но Подмосковный бассейн в структурном отношении представляет собой мульду (прогиб) с пологими углами

падения крыльев (обыкновенно не более 4—6°). В Кизеловском бассейне распространены сложные складки с крутыми крыльями, нарушенными разрывами. В Егор-

шинском месторождении складки необычайно сложны.

Здесь угольные пласты перемяты и разорваны. И ока­ зывается, что в Подмосковном бассейне угли типично бурые, в Кизеловском бассейне — каменные (марки газо­

вых и паровично-жирных), в Егоршинском— антрациты.

Такой вид метаморфизма, когда физико-химическая зре­ лость углей повышается в зависимости от сложности

складчатости, называется динамометаморфизмом. При этом «действует» преимущественно боковое давление,

которое сопровождается повышением температуры. Региональный метаморфизм и динамометаморфизм

проявляются на больших площадях и глубинах. Но иног­ да уголь изменяется и под влиянием других условий. На Махневском месторождении антрациты в ряде мест соприкасаются с изверженными породами — порфирита­

ми. Более того, порфириты внедрились в угольные пла­ сты и даже захватили в себя обломки угля (рис. 14). В местах соприкосновения уголь оказался оплавленным и превращенным в кокс. На Полтавском месторождении угольные пласты пересекаются другими изверженными породами — гранитами. И здесь уголь тоже в ряде мест превращен в естественный кокс. По-видимому, изверже­ ния происходили тогда, когда уголь был еще в состоя­ нии каменного, так как антрацит не коксуется. На этом же Полтавском месторождении очень развиты жилы бе­ лого «молочного» кварца (рис. 15). Академик А. Е. Фер­ сман указывал, что образование такого кварца может протекать за счет горячих растворов—гидротерм — при температуре около 450°. В непосредственной близости от жил кварца прослеживаются оторочки графита тол­ щиной до трех-пяти сантиметров. По-видимому, темпе­ ратуры 450° было достаточно для того, чтобы антрацит

мог превратиться в графит. На повышение степени ме­ таморфизма, несомненно, влияют пары и газы, выделя­ ющиеся при развитии изверженных пород.

Такой вид метаморфизма называют контактовым (от

слова контакт — соприкосновение). Он выражен в ви­ де небольших ореолов, обыкновенно не более 20 cai, и

45