ЛИТОЛОГИЯ И ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ, 2004, № 3, с. 298-303
УДК 553.947[552.574+550.42](477)
СОЛЕНЫЕ УГЛИ УКРАИНЫ
© 2004 г. А. В. Иванова
Институт геологических наук Национальной академии наук Украины 01054 Киев, ул. О. Гончара, 556 Поступила в редакцию 11.02.2002 г.
Привлечены новые материалы для обоснования ранее выдвинутой автором концепции о засолении углей на стадии развития торфяников. Выявлено более широкое, чем предполагалось ранее, распространение соленых углей в пределах угленосных и нефтегазоносных бассейнов. Отмечено, что уровень обогащения органического вещества углей связан с палеогеографическими условиями формирования торфяников, способствующими проникновению в них морских вод (в условиях пара-лических бассейнов) или обогащенных хлористым натрием растворов (из размывающихся галогенных образований). Начальный уровень засоления не остается постоянным, так как тесно связан с наложенными процессами, ведущими к обессоливанию углей. Процесс обессоливания контролируется степенью углефикации и реализуется при благоприятных тектонических и гидрогеологических условиях. Приведен обзор современного состояния исследований по разработке методов освоения соленых углей, которые должны отвечать требованиям экономичности, комплексности использования сырья и охраны окружающей среды.
Среди так называемого низкосортного топлива наиболее перспективными по качеству и запасам являются соленые угли. По основным качественным показателям они являются ценным энергетическим сырьем. Однако использование этих углей связано с большими трудностями, так как повышенное содержание натрия и хлора приводит при их сжигании к зашлаковыванию и коррозии поверхностей нагрева котлоагрегатов. По принятым критериям солености, обзор и анализ которых приведен автором [Иванова, Кривега, 1985], к соленым относят угли, содержащие более 0.5% Ка20 на сухую массу или более 2% на золу. В соответствии с более поздними исследованиями [Клер и др., 1988] к соленым относятся угли с соотношением К+/Ка+ меньше 1 независимо от их абсолютного содержания (справедливо для углей с зольностью до 25%).
Месторождения соленых углей известны во многих странах мира - Австрии, Великобритании, Германии, Польше, Чехии, России, США, Австралии и др. В Украине, по данным М.П. Зборщика с соавторами [1998], их разведанные запасы составляют более 25 млрд т. Они сосредоточены главным образом в пределах Западного, в меньшей мере Северного Донбасса (соответственно бурые угли Петриковского и длиннопламенные Новомосковского месторождений, Старобельской угленосной площади и Миллеровского угленосного района). Угли Новомосковского месторождения Западного Донбасса содержат около 1% Ка20 на сухой уголь при зольности 10%. Угли Северного Донбасса менее соленые и распространены локально. Но и те, и другие характеризуются очень
высокими шлакующими свойствами. Качественная характеристика углей Западного и Северного Донбасса, а также ряда месторождений России и стран дальнего зарубежья приведены A.B. Ивановой в монографии автора [Иванова, Кривега, 1985].
Дальнейшие исследования показали, что соленые угли распространены на территории Украины значительно шире, чем предполагалось ранее. Наличие соленых углей установлено в Днепров-ско-Донецкой впадине (ДДВ), в складчатом Донбассе, Львовско-Волынском бассейне (ЛВБ), Преддобруджинском прогибе (ПП). Однако объемы проведенных исследований не позволяют однозначно оценить действительные масштабы их распространения.
Что касается генезиса соленых углей, то вопреки господствующему мнению о постдиагене-тическом их засолении автором была предложена концепция обогащения углей хлористым натрием на стадиях седименто- и диагенеза. К такому выводу приводят результаты изучения геологических и гидрогеологических условий залегания и закономерностей распространения соленых углей, фациальных обстановок торфонакоп-ления, их геохимических и петрографических особенностей [Иванова, 1983а; Иванова, Кривега, 1985]. Тот или иной уровень обогащения органического вещества хлористым натрием связан с палеогеографическими условиями накопления торфа, определяющими возможность проникновения в него морских вод (паралические формации) или растворов, обогащенных хлористым натрием (размыв галогенных формаций, вулканическая
деятельность). Формирование соленых углей на стадии формирования торфяников подтверждается данными литолого-геохимического изучения углевмещающих пород ряда разрезов Западного Донбасса [Радзивилл и др., 1990], а также рентгеноструктурными исследованиями углей Новомосковского месторождения [Ковалев и др., 1989].
Начальный уровень засоления не остается постоянным и тесно связан с последующими наложенными процессами (метаморфизм, тектоническая и гидрогеологическая активность), которые ведут в той или иной степени к обессоливанию углей. Метаморфизм является основной причиной обессоливания, способствуя карбонизации органического вещества и выделению из него с поро-выми водами и отщепляющимися функциональными группами химических примесей. Специфика поведения соленых углей при региональном метаморфизме определяется зависимостью обессоливания от тектонического режима, который контролирует изменение физических и реологических свойств углей, образование в них пористости и трещиноватости - путей выведения продуктов метаморфизма. Важную роль при этом играют гидрогеологические условия, которые обеспечивают вынос продуктов метаморфизма в условиях открытых структур или провоцируют трудности при застойном режиме.
По мнению сторонников концепции постдиа-генетического засоления углей [Клер и др., 1987; Пожидаев и др., 1988 и др.], хлористым натрием обогащается уже сформированный уголь при проникновении соленых растворов в угольные пласты по трещинам. Поэтому солеными могут быть только низкометаморфизованные угли (бурые и длиннопламенные), обладающие высокими сорбционными свойствами и проницаемые для растворов. Однако это не отвечает действительности: соленые высокометаморфизованные угли встречаются на ряде зарубежных месторождений, обзор которых приведен в вышеупомянутой монографии [Иванова, Кривега, 1985], а также в угленосных бассейнах Украины. Об этом свидетельствуют приведенные ниже данные.
В ДДВ и Донбассе источником засоления торфа могли служить морская вода и обогащенные хлористым натрием растворы из размывающихся галогенных формаций фамена. В среднекаменно-угольную эпоху, начиная с позднебашкирского времени, засоление торфяников за счет морской воды могло происходить, по-видимому, лишь в юго-восточной части ДДВ и в Донбассе. На остальной территории засоление носило скорее локальный характер вследствие размыва соляноку-польных структур. В ДДВ соленые угли выявлены в отложениях нижнего и среднего карбона на территории, граничащей с Западным Донбассом,
в том числе в пределах Ливенско-Михайловской площади, где, по данным Новомосковской ГРЭ, содержание Ка2О в золе превышает несколько процентов, достигая иногда 12.4-13.5%. Кроме того, как и предполагалось ранее [Иванова, 1983а; Иванова, Кривега, 1985], они выявлены не только в прибортовых частях впадины (Голиковская, Марковская, Нарижнянская структуры в северной, Блудшинская, Малодевицкая, Монасты-рищенская, Остаповская в южной), но и в пределах осевой зоны грабена (Абазовская, Гужевская, Западно-Крестищенская, Мильковская, Николаевская, Побыванская, Талалаевская и другие структуры). Необходимо отметить, что повышенное содержание Ка20 зафиксировано как в буром (Б) и длиннопламенном (Д) углях, так и в газовом (Г), жирном (Ж) и даже коксовом (К) (рис.). В частности, признаки засоления выявлены в коксовых углях в пределах Рудовской структуры на глубине 5593 м (К+/Ка+ = 0.34). То есть, несмотря на достигнутый уровень зрелости, здесь, в приосевой зоне впадины, отсутствовали условия, в том числе активный водообмен, которые содействовали бы выносу продуктов метаморфизма.
Геологическая обстановка формирования соленых углей Западного Донбасса, факторы их засоления и обессоливания подробно рассмотрены ранее [Иванова, 1983а; Иванова, Кривега, 1985]. Показано, что бурые угли Петриковского месторождения и длиннопламенные Новомосковского характеризуются повышенным содержанием окислов натрия. Наибольшее их количество наблюдается в углях Новомосковского месторождения, которое по сравнению с другими районами Западного Донбасса находится в наиболее неблагоприятных с точки зрения возможности обессоливания органического вещества условиях. В Западном Донбассе солеными также являются не только бурые и длиннопламенные угли [Иванова, Кривега, 1985], но и газовые. В пределах Павло-градско-Петропавловского района газовые угли в результате действия обессоливающих факторов в основном несоленые. В то же время на отдельных участках (Успеновский, Вязовский) газовые угли содержат от нескольких до 15.3% Ка20 на золу при соотношении К+/№+ - от 0.09 до 1.0.
Данные, полученные по открытому Донбассу, подтверждают мнение автора, что в среднекамен-ноугольную эпоху, которая характеризовалась накоплением на всей территории Донбасса морских и лагунно-континентальных отложений, торфы при определенных ландшафтных условиях могли засоляться, что привело к формированию большого массива соленых углей [Иванова, 1983а; Иванова, Кривега, 1985]. На северо-восточной и юго-западной бортовых частях бассейна (Северный и Западный Донбасс) соленые угли в той или иной мере сохранили свои свойства. В от-
Площадь, скважина, шахта
Днепропетровско-Донецкая впадина
5 н
СЗ о
а s
« н
о в m
s - s
й * Ö м
н Й U ф
Л U
Глубина, м
Na2O
K/Na
о о о
о о о
о о о
CD
о
Абазовская, 15 C2m Г
Блудшинская, 101 Civ2 Г
Голиковская, 3 Civ2 Г
Гужевская, 305 Cit Г-Ж
Гужевская, 305 Cit Г-Ж
Западно-Крестищенская, 70 C2b Ж
Западно-Крестищенская, 70 C2b Ж
Западно-Крестищенская, 70 C2b Ж
Зорьковская, 370 C2b Д-Г
Малодевицкая, 8 Civ2 Д 1
Марковская, 5 Civ2 Ж
Мильковская, 3 Civ2 Д
Мильковская, 59 C2b Д 1,
Мильковская, 87 Civ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.