Статья: Новое в геологии и геохимии углей Анабарского района Восточной Сибири
Статья: Новое в геологии и геохимии углей Анабарского района Восточной Сибири
А.В.Толстов, АК "АЛРОСА", Якутское
научно-исследовательское геологоразведочное предприяие ЦНИГРИ, Мирный,
Республика Саха
Введение
Месторождения
и проявления углей на Севере Сибирской платформы известны давно. В годы войны
здесь были разведаны и эксплуатировались большие по размерам угольные
месторождения Тигянское и Таймылырское. В 70-е - 80-е годы геологами выяснялись
возможности и перспективы обеспечения углем нарождающихся промышленных
алмазодобывающих предприятий, в результате чего были выявлены и разведаны
средние по размерам месторождения Буолкалахское и Маянское.
В
последние годы в связи с возрастающими проблемами северного завоза
продовольствия и ГСМ в труднодоступные арктические районы Якутии, относящиеся к
районам Крайнего Севера, очень резко встал вопрос обеспечения кочевого
населения Анабарской тундры местным твердым топливом (углем).
При
этом следует особо отметить, что требуемые запасы углей в месторождениях и
проявлениях принципиально не играют существенной роли, поскольку ежегодная
потребность в твердом топливе малочисленных народностей тундры составляет
первые тысячи тонн. Поэтому при поисках основное внимание уделялось расстоянию
углепроявлений и месторождений от традиционных мест кочевий охотников и
оленеводов.
Поисковыми
работами, проведенными в связи с этими задачами, геологами Амакинской
экспедиции за последние 10 лет на всем северо-востоке Сибирской платформы в
Лено-Анабарском прогибе, при непосредственном участии и под руководством
автора, были выявлены, опоискованы и детально изучены многочисленные
углепроявления и мелкие месторождения каменных углей мелового возраста.
Вещественный состав и геохимия углей детально изучался в углепетрографической и
спектральной лабораториях ГГГП «Южякутгеология» (п.Чульман) Брыковой Л.М.
Некоторые
из вновь выявленных, в частности, углепроявления и месторождения Кумах-Юрях и
Салга в бассейне реки Уэле вполне пригодны и рекомендованы автором для
отработки с целью обеспечения кочевого и оседлого населения анабарской тундры.
Геологическое
строение и угленосность района В геологическом строении района принимают
участие комплексы пород, включающие пермскую, триасовую, юрскую, меловую,
неогеновую и четвертичную системы. Магматические породы в пределах изученной
части района не встречаются.
Отложения
пермской системы представлены сероцветными углисто-глинисто-алевро-песчаными
образованиями, преобладающими среди которых являются песчаники, подчиненное
значение имеют алевролиты, угли и углистые сланцы. Последние слагают линзы и
маломощные пласты.
Нерасчлененные
пермская-триасовая системы представлены вулканогенно-осадочной толщей, сложенной
туфами и платобазальтами мощностью до 70-80 м.
Триасовые
отложения представлены алевролитами, песчаниками, глинистыми сланцами,
гравелитами, конгломератами, аргиллитами общей мощностью до 350 м.
Отложения
юрской системы представлены алевролитами, аргиллитами, в меньшей степени,
песчаниками, гравелитами и конгломератами, среди которых отмечаются линзы
известняков. Общая мощность отложений около 200 м.
Нерасчлененные
верхнеюрские-нижнемеловые отложения представлены сменяющимися снизу вверх
темно-серыми мелкозернистыми песчаниками, алевролитами, аргиллитами и
аргиллитоподобными глинами с прослоями гравелитов и конгломератов, конкрециями
пирита и известковистого алевролита. Мощность переходных юрско-меловых отложений
до 57 метров.
Меловые
отложения распространены повсеместно и представлены морскими и континентальными
угленосными осадками нижнего мела.
Морские
отложения берриасского и валанжинского ярусов представлены тёмно-серыми, серыми
и зеленовато-серыми оскольчатыми аргиллитами с включениями глинисто-карбонатных
конкреций размером до 0,2 метров в поперечнике, а также плотными аркозовыми
песками и песчаниками с рассеянными караваеобразными конкрециями известковистых
песчаников. Мощность их около 80 м.
Континентальные
отложения готеривского, барремского, аптского, низов альбского ярусов
представленными песчаниками, алевролитами, аргиллитоподобными глинами с
маломощными линзами и пластами углей и обилием углефицированного детрита и
угольной крошки, благодаря чему породы свиты обладают четкой слоистостью. Угли
преимущественно полуматовые, однородные, по составу клареново-дюреновые и
дюреново-клареновые с липоидными компонентами.
Аптский
ярус представлен песчаниками с линзами конгломератов, алевролитами,
аргиллитоподобными глинами и пластами углей и имеет трехчленное строение — два
угленосных горизонта и разделяющий их безугольный горизонт. Нижний угленосный
горизонт состоит из песчаников светлосерого и зеленовато-серого цвета,
переслаивающихся с крупнозернистыми алевролитами. В составе горизонта
содержатся пласты (0.1-0.6 м) углей и аргиллитоподобных глин. Общая мощность
угольных пластов 1.6 м, а общая мощность угленосного горизонта — 6-12 метров.
Угленосный
горизонт перекрывается песчаниками, а завершается аптский ярус верхним
угленосным горизонтом. Верхняя часть разреза представлена пластом угля
мощностью до 2 м и слойками (0.3-0.1 м) углистых алевролитов. Мощность верхнего
угленосного горизонта 4-5 метров. Угли аптского яруса преимущественно блестящие
ультраклареновые, а также полуматовые дюрен-клареновые и кларен-дюреновые.
Мощность отложений яруса составляет 18-30 м.
Готеривский-альбский
ярусы представлены чередующимися песчаниками, алевролитами и аргиллитами,
согласно залегающими на породах морского валанжина. Общая мощность меловых
отложений в районе превышает 500 м.
Неогеновые-четвертичные
отложения слагают линзы аллювиальных и озерно-аллювиальных песков, супесей,
суглинков и глин, характерной особенностью которых является постоянное и
относительно высокое содержание галечного материала.
Мощность
отложений достигает 18м.
Четвертичная
система представлена полигенными (морскими, аллювиально-морскими,
озерно-аллювиальными, озерно-болотными, террасовыми и аллювиальными)
отложениями, имеющими покровный характер залегания и развитыми спорадически.
Сложена она илами, песками, супесями, галечниками, суглинками, алевритами с
линзами торфа, содержит щебень и гальки как местных, так и экзотических пород.
Максимальная мощность отложений 15-20 м.
В
ходе исследований произведены поисковые маршруты с копушным опробованием с
целью выявления и опробования углепроявлений, проходка канав и траншей для
вскрытия, прослеживания и детального опробования угольных пластов на выявленных
углепроявлениях. В результате проведенных работ опоискованы 6 участков: Тигян,
Салга, Уэле, Боронготолох, Исток и Кумах-Юрях.
По
всем участкам получены новые данные по вещественному составу и геохимии углей.
На трех участках (Тигян, Салга и Кумах-Юрях) выявлены перспективные проявления
угля с запасами, позволяющими проектирование их отработки открытым способом, в
целях обеспечения потребности в местном топливе кочевого и оседлого населения.
При производстве поисково-ревизионных работ проведены попутная наработка и
аналитические исследования качества углей. По этим участкам подсчитаны запасы
углей, пригодных для открытой отработки по категории С2 в объемах: Тигян - 701
тыс. т., Берелех-I - 489 тыс. т., Берелех-II - 637 тыс.т., Кумах-Юрях - 795
тыс. т.
Из
этих участков только три (Берелех-1, Берелех-П и Кумах-Юрях) рекомендованы для
первоочередной отработки в целях использования для обеспечения нужд местного
населения в незначительных объемах (порядка 200-2000 тонн в год), в
соответствии с чем 2000 года руководством Анабарского улуса проведена
организация ежегодной наработка углей на участках Берелех -I и Кумах-Юрях.
Петрографический
состав углей Преимущественные типы углей изученных участков Тигян, Салга, Уэле,
Исток, Боронготолох и Кумах-Юрях фюзито-гелитит, гелито-фюзитит, гелит,
гелито-липоидо-фюзитит, липоидо-фюзито-гелит или липоидо-гелито-фюзитит.
Микроструктура
углей - фрагментарная, волокнисто-фрагментарная, аттритово-фрагментарная.
Самыми характерными для углей Анабарского района являются дюрено-клареновые,
реже кларено-дюреновые и клареновые угли с липоидными компонентами и тонкими
пропластками углей фюзеносемифюзенового состава.
Наиболее
распространено фрагментарное строение углей, при котором в витринитовой
бесструктурной массе располагаются фрагменты и аттриты витринитовых,
инертинитовых и липоидных тканей и минеральных включений. Микротекстура
линзовидно-слоистая, неравномерно-линзовидно-слоистая.
В
межпластовых линзах и тонких слоях верхнего горизонта отмечены фюзеновые и
ксиленофюзеновые угли.
Клареновые
угли содержат до 98% витринита, который встречается в виде коллинита (Vtk)-
бесструктурной гелифицированной массы, цементирующей все другие мацералы и
минеральные вещества и структурного витринита-теллинита (Vtt), состоящего, в
основном, из фрагментов плохо сохранивших структуру исходных растительных тканей.
Ширина фрагментов от 0.02 -0.07 мм до 0.20-0.25мм, длина 0.43-1.00мм до 1.65мм.
Дюрено-клареновые
и кларено-дюреновые угли с липоидными компонентами, основная масса которых
витреновая (однородная), содержит значительное количество компонентов группы семивитринита,
имеющих клеточную структуру различной степени сохранности. Группа инертенита
представлена фюзенитом (Jf) до 35%, семифюзенитом (Jsf), склеротинитом (Jskr) и
бесструктурным мацералом - макринитом (Jma).
Семифюзенит
имеет микрорельеф, цвет его от серо-белого до белого. Клеточные полости, в
основном, мелкие, иногда заполнены инфильтрационньши минералами и
гелифицированным или липоидным веществом, но чаще пустые. Ширина фрагментов
колеблется от 0.05 до.0.20мм, длина 0.30-0.75мм. Отдельные разности имеют и
большие размеры.
Фюзинит
характеризуется хорошо выраженным рельефом и наличием как хорошо сохранившейся,
так и плохо сохранившейся клеточной структуры. Цвет фюзинита от
желтовато-белого до яркожелтого. Клеточные полости встречаются как мелкие, так и
крупные, клеточные стенки чаще тонкие, иногда наблюдаются фрагменты с толстыми
клеточными стенками. Фрагменты фюзинита шириною от 0.10-0.30 мм до 0.60-0.75
мм, отдельные достигают 0.50 мм и более, длина - 0.90 мм и более. Клеточные
полости иногда заполнены кальцитом, каолинитом или коллинитом.
Склеротинит
обладает очень высоким микрорельефом, форма тел овальная с резко очерченными
краями, поверхность покрыта углублениями или полыми отверстиями, имеет
ярко-жёлтый цвет. Размеры тел колеблются от 0.05 мм до 0.10 мм по ширине и от
0.06 мм до 0.16 мм по длине.
Макринит
имеет светло-серый, желтоватосерый цвет; сложен фюзенизированной основной
массой и округло-угловатыми телами различного размера: 0.05-0.12 мм в
поперечнике, длиной 0.10-0.35мм. Округло-угловатые тела обладают повышенным
микрорельефом.
Группа
липтинита составляет от следов до 21%, представлена довольно широким набором
мацералов: кутинитом (Lk), споринитом (Lsp), резинитом (Lr) и альгинитом (Lal).
Эта группа мацералов обладает более тёмным цветом: от тёмно-серого, до чёрного.
Резинит
представлен разнообразными смоляными включениями в виде отдельных телец.
Включения резинита отличаются как по форме, так и по величине: в виде округлых
зёрен, овальных тел неправильных очертаний, вытянутых палочек. Ширина зерен от
0.02-0.07 мм до 0.20 мм; длина их от 0.10-0.15 мм до 0.46 мм. Резинит обладает
хорошо заметным микрорельефом. Цвет его черно-серый.
Кутинит
- кутинизированный слой эпидермиса листьев и молодых побегов. Встречается
кутинит в виде хорошо заметных полос различной ширины, одна сторона которых
более ровная, а другая зубчатая. Ширина полос 0.01 - 0.03 мм при длине 0.20 -
0.40 мм, реже ширина 0.02 мм при длине 1.12 мм. Чаще встречается в виде
волнистых полос, длина в этом случае намного превышает ширину. Цвет их
тёмно-серый.
Споринит
- оболочки экзин микро- и макроспор, состоящих из воскоподобного вещества, и
имеют вид сплющенных колец, в поперечнике микроспоры, в основном, до 0.65 мм,
макроспоры 0.10 - 0.16 мм. Цвет чёрный, черно-серый.
Альгинит
- это колонии водорослей овальной формы, неопределённых очертаний, тёмно-серого
цвета и бесструктурной сапропелевой основной массы, цементирующей в углях
элементы с хорошо образованными определенными формами и разноформенные
минеральные вещества.
Минеральная
часть в изученных образцах углей составляет от 6% до 50%. Представлена она
пиритом (Мs), кварцем (Мkr), кальцитом (Мk), каолинитом (Мgl).
Пирит
обладает очень высоким рельефом, цвет ярко-жёлтый, встречается эпизодически в
виде тонкой вкрапленности.
Кварц
обладает высоким микрорельефом, поэтому зёрна имеют тёмную оторочку. Зёрна
окатанные и угловатые, отдельные прослойки, заполняет трещинки. Цвет
тёмно-серый.
Кальцит
обозначен микрорельефом, встречается в виде прослоек, линзочек, в трещинах,
иногда заполняет клеточные полости растительных тканей.
Цвет
серый, чуть темнее, чем у кварца.
Каолинит
присутствует в количествах от 5 до
20%.
В аншлифах это глинистый минерал темносерого цвета, с отрицательным рельефом.
Зачастую каолинит замещает отдельные участки органического вещества.
Элементный
состав углей Элементный состав органической массы угля (количественное
содержание в ней углерода, водорода, кислорода и азота) позволяет судить о
природном типе угля, его качественных показателях и степени его метаморфизма.
Углерод
в углях характеризуется содержаниями на сухую беззольную массу от 64.27% до
73.58%, имеет незначительный разброс в содержании, в среднем, по основному
пласту участка Тигян составляет 64.27%, по участку Кумах-Юрях - 68.30%, по
участку Уэле - 67.84%.
Водород
в изученных углях варьирует в незначительных пределах (от 4.28% до 5.72%),
понижение его содержания связано с увеличением фюзенита в углах пласта и в
межпластовых пропластках и линзах. Среднее содержание водорода в изученных
углях участка Уэле составляет 5.3%, участка Кумах-Юрях -4.77%.
Кислород
+ азот в углях являются балластовой частью. На величину их существенное влияние
оказывает окисленность углей. Содержание кислорода и азота в сумме на сухую
бездольную массу в среднем по участку Уэле составляет 26.87%, по участку
Кумах-Юрях - 26.92%.
На
основании результатов элементного анализа, а также по количественному
содержанию в углях С, Н, O+N и, учитывая петрографический состав и теплоту
сгорания (QSdaf), согласно соответствующим ГОСТам угли изученных участков могут
быть отнесены к плотным бурым углям переходным к каменным длиннопламенным.
Следует
отметить также, что изученные угли частично окисленные, поэтому использованные
результаты исследований вещественного состава могут быть частично искаженными,
а угли, наиболее вероятно, являются длиннопламенными.
Технические
характеристики углей Влажность (W) - основной показатель бурых углей для
подразделения их на технологические группы. При производстве работ определялась
максимальная влагоёмкость (Wmax), которая может быть приравнена к рабочей влаге
(Wr).
Среднее
содержание Wmах по углям 7.25%. По результатам содержания рабочей влаги угли
исследованных участков относятся к марке БЗ и характеризуются как угли с низкой
влагоёмкостью. Зольность (А) также является основным показателем качества углей
для всех направлений промышленного использования. Среднее содержание золы на
сухое состояние угля (Ас) по участкам составило 15.54%. По среднему содержанию
золы (Ас), согласно ГОСТам -76 02-55 и 7603-55 для углей Восточной Сибири и
Дальнего Востока исследованные угли отнесены к пятой группе.
Выход
летучих веществ (V) , отражая вещественный состав угля и степень его
углефикации, является одним из основных классификационных показателей марочной
принадлежности углей. Средние параметры выхода летучих веществ изученных углей
по аналитическим пробам составляют 36.9%, на горючую массу -46.67%. По
характеристике нелетучего остатка (порошкообразный) и выходу летучих веществ,
угли отнесены к плотным бурым, переходным к длиннопламенным по ГОСТу 7027-54
для углей Восточной Сибири и Дальнего Востока.
По
содержанию серы общей угли характеризуются, как малосернистые.
Фосфор
(Р) в углях участка содержится в незначительных количествах и при
энергетическом использовании значения не имеет.
Удельная
теплота сгорания - важнейший показатель углей для сопоставления их
теплотехнических свойств и с другими видами топлива, а также классификационный
показатель - слабометаморфизованных и окисленных углей.
Для
углей участка Тигян теплота сгорания (в пересчёте на сухое беззольное
состояние) в среднем составляет 5900ккал/кг, для углей участка Кумах-Юрях -5963
ккал/кг, для углей участка Салга 6885 ккал/кг.
На
основании результатов анализов исследований углей и с учётом содержания
углерода угли отнесены к каменным (марка длиннопламенные). Объёмный вес углей
варьирует от 1.2 до 1.5 т/мЗ составляя в среднем 1.30 т/мЗ.
Геохимия
углей По результатам спектрального анализа в зольном остатке углей выявлены
следующие элементы:
Германий
встречен практически во всех пробах, при колебании содержаний по участкам от 1
до 50 г/т. Максимальные концентрации его (в среднем 27 г/т) отмечаются в углях
участка Уэле. Галлий отмечен в большинстве проб при разбросе его содержаний от
1 до 30 г/т. Максимальные концентрации также отмечены на участке Уэле. Бериллий
также присутствует в большинстве проб в количествах от 2 до 100 г/т, причем
более высокие содержания, составляющие, в среднем, 29 г/т отмечаются в верхнем
угленосном горизонте участков Салга и Тигян. Максимальные же его концентрации
(100 г/т) отмечены в углях участка Уэле. Серебро присутствует менее чем в
половине проб в ничтожно малых количествах от 0.05 до 0.15 г/т, составляя в
среднем 0.06 г/т.
Скандий
варьирует по пробам в количествах от 1 до 100 г/т. Максимальное его содержание
(100 г/т) зафиксировано в верхнем угленосном горизонте участков Салга и Тигян.
Стронций
присутствует во всех пробах в количествах от 150 до 500 г/т.
Содержание
циркония колеблется от 10 до 100 г/т, изредка достигает 0.3% (участки Салга и
Тигян).
Уран
во всех проанализированных пробах отсутствует.
Вопреки
ожиданиям, спектральный анализ, выполненный по большинству проб углей Севера
Сибирской платформы, выявил невысокие, в целом, концентрации традиционных для
углей полезных компонентов, и в первую очередь редких и рассеянных, таких, как
германий, галлий, скандий и др.
Однако,
несмотря на невысокие средние содержания их, следует отметить, что в некоторых
пробах участков Уэле, Салга и Тигян отмечены довольно высокие концентрации
германия (до 50 г/т), галлия (до 30 г/т), бериллия (до 100 г/т) и скандия (до
100 г/т), что позволяет высказать предположение о зональном распределении
элементов-примесей в углях Анабарского района.
Это
позволяет рассчитывать, что в результате последующих работ возможно выделение
участков распространения угольных пластов с повышенными концентрациями редких и
рассеянных компонентов, позволяющими рассчитывать на то, что они могут являться
самостоятельными попутными полезными ископаемыми. При этом реальной становится
возможность извлечения их из золы на условиях рентабельности.
Заключение
и выводы В результате проведенных работ установлено, что выявленные проявления
углей Анабарского района, слагающие пласты рабочей мощности, приурочены к
меловым отложениям (аптский ярус) и залегают в благоприятных для добычи
геологических и горнотехнических условиях. При незначительной потребности углей
(до 10 тыс. тонн в год) и объемах предполагаемой добычи в целях удовлетворения
нужд местного населения выявленные запасы углей, только подсчитанных и утвержденных
в ТКЗ Республики Саха, позволят эксплуатировать эти месторождения и
углепроявления многие сотни лет.
По
петрографическому составу угли клареновые, дюрено-клареновые и
кларено-дюреновые с переменным составом дюренового и кларенового компонентов и
преобладанием в минеральной части каолинита, кварца, кальцита и пирита.
Элементный
состав углей: углерод - 64-73%, водород - 4.2-5.7%, кислород+азот составляют
26.7-27%. Угли малосернистые и малофосфористые. По элементному составу,
содержанию рабочей влаги (7.25%), зольности (15.24%) и выходу летучих веществ
(46.67%) угли могут быть отнесены к плотным бурым, переходным к
длиннопламенным, однако с учетом удельной теплоты сгорания (5900-6885 ккал/кг),
они отнесены к каменным длиннопламенным.
Геохимия
углей несколько необычна. Содержания германия, бериллия, скандия, циркония и
галлия - на уровне 30 г/т, серебра 0.06 г/т, стронция 100-500 г/т. Вопреки
ожиданиям, угли Северного окончания Ленского угольного бассейна содержат
невысокие концентрации традиционных для углей полезных компонентов, и в первую
очередь редких и рассеянных, таких, как германий, галлий, скандий и др.
Однако,
при этом следует отметить, что в некоторых пробах углей отмечаются довольно
высокие концентрации германия (до 50 г/т), галлия (до 30 г/т), бериллия (до 100
г/т) и скандия (до 100 г/т), что позволяет предположить зональное распределение
элементов-примесей в углях Анабарского района и наметить участки с повышенными
концентрациями редких и рассеянных компонентов, которые могут быть самостоятельными
попутными полезными ископаемыми и извлекаться из золы на условиях
рентабельности.
|