Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОДНОГО ПРОСЛОЯ УГЛЯ НА КАА-ХЕМСКОМ КАМЕННОУГОЛЬНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

Янчат Н.Н. 1 Тас-оол Л.Х. 1
1 Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН
Описана геохимическая особенность внутрипородного прослоя (партинг) угольного пласта Улуг на территории Каа-Хемского месторождения Улуг-Хемского каменноугольного бассейна. Средняя зольность пласта Улуг Ad 8.4 %. По составу основных компонентов тип золы среднепластового угля железисто(20 %Fe2O3)-кальциево(22 %CaO)-кремнистый(29 %SiO2). В сравнении с местным геохимическим фоном (вмещающие уголь породы: кровля + подошва) в золе угольного пласта повышены содержания CaO, MgO и Fe2O3, соответственно в 32, 12 и 9 раз, что указывает на высокую углефильность Ca, Mg, Fe. Углефицированный партинг пласта Улуг существенно карбонатный. Структурный, вещественный и химический состав породного слоя угля, отобранного в двух точках разреза Каа-Хемский, свидетельствует о его существенно карбонатной природе. По внешнему виду углефицированный карбонатный партинг практически неотличим от углефицированного алевролита. Очевидно, что карбонатный состав внутрипластового породного прослоя обусловлен геохимическими условиями древнего торфонакопления. Можно полагать, что водно-минеральное питание углеобразующего торфяника с обрамляющих месторождение кембрийских карбонатных толщ (Ондумские известняки) определяло не только диагенетическую карбонатную минерализацию золы углей (по кальцию, железу, магнию), но и способствовало сингенетической и эпигенетической карбонатной минерализации партинга. На электронных снимках известняк тонкозернистый, с углистым веществом; уголь катаклазирован и сцементирован, витринит переотложен в трещинах породы. В составе партинга идентифицирован минерал ларнит (2CaO·SiO2) с высоким рельефом белого цвета. Микроэлементный состав породного прослоя сформирован по типу Sr, Sb, Mn, Ba-содержащих карбонатов.
каа-хемский уголь
внутрипородный прослой угля
химический состав
1. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1 000 000 (третье поколение). Серия Алтае-Саянская Лист М-46. Кызыл. Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2008. 349 с.
2. Угольная база России. Том III. Угольные бассейны и месторождения Восточной Сибири. Южная часть. M.: ООО «Геоинформцентр», 2002. 488 с.
3. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Ценные элементы-примеси в углях. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. 538 с.
4. Руднев С.Н., Серов П.А., Киселева В.Ю. Венд-раннепалеозойский гранитоидный магматизм восточной Тувы // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 9. С. 1572–1600. DOI: 10.15372/GiG20150902.
5. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимия марганца в карбонатных конкрециях. Обзор // Вестник института геологии Коми научного центра Уральского отделения РАН. 2013. № 4 (220). С. 7–14.

Каа-Хемское каменноугольное месторождение (S ≈ 180 км2) расположено в восточной части Улуг-Хемского угольного бассейна, с восточной стороны месторождение обрамляют гранитоиды таннуольского комплекса, с севера – кембрийские карбонатные толщи (Ондумские известняки) [1]. Угленосная толща представлена породами эрбекской (J2er) свиты, разделенной на верхнюю и нижнюю подсвиты. Отложения нижней (J2er1) эрбекской подсвиты (мощность 90–160 м) сложены чередованиями из разнозернистых песчаников и гравелитов, мелкогалечных конгломератов, алевролитов с пластами и пропластками угля и завершается выдержанным мощным угольным пластом Улуг с преобладающей мощностью 3–6 м. Верхняя (J2er2) эрбекская подсвита (мощность ~360 м) сложена из чередующихся разнозернистых песчаников, алевролитов, редких прослоев гравелитов и угольных пластов; последние не выдержаны по мощности и площади распространения, их строение как простое, так и сложное. Нижняя граница подсвиты четкая и проводится по подошве горизонта песчаников, залегающих непосредственно над угольным пластом Улуг [2, с. 325].

Целью работы явилось исследование вещественного и химического состава породного прослоя (партинг) угольного пласта Улуг на разрабатываемых участках разреза «Каа-Хемский», расположенного в северной части месторождения. Изучение химического состава партинга актуально для выяснения ряда вопросов, в их числе уточнение геохимических условий торфонакопления на угленосной территории, влияние партинга на качество и технологические свойства угля, на состав выбросов углесжигания и др. Распределение породообразующих элементов в угле рассмотрено с привлечением данных из материалов Геологического фонда Тувинской ГРЭ. Впервые представлены результаты количественных масс-спектрометрических определений элементов-примесей (ЭП) в двух пробах партинга каа-хемских углей и, для сопоставления, статистические данные по их полуколичественным спектральным анализам из геологических отчетов.

Материалы и методы исследования

Опробование пород проведено в зоне залегания неокисленных углей действующего разреза Каа-Хемский в двух точках (участки «Север» и «Юг»), удаленных на расстояние 20 км. В каждой из них отобрано по одной пробе угля (среднепластовый), партинга, кровли и подошвы согласно ГОСТ 10742-71 (СТ СЭВ 752-77). Пробы породы песчаника (кровля) отобраны со слоя (h = 5 см), залегающего непосредственно на угольном пласте Улуг; пробы углефицированного алевролита (подошва) отобраны с приугольного слоя (h = 10 см), сложенного непосредственно под пластом Улуг. На северном и южном забоях мощность песчаника соответственно (30–35) и (45–50) м, угольного пласта 2 и 6 м, партинга 3 и 5 см. Линия контакта между угольным пластом и кровлей (и подошвой) резкая и четкая. Зольность проб определяли при (815 ± 10) °С согласно ГОСТ 11022-95 (ИСО 1171-97).

Содержание макроэлементов в золе угля, партинге и углевмещающих породах анализировали методом рентгенофлуоресцентного анализа (РФА) на приборе СРМ-25, пробоподготовку осуществляли путем сплавления с тетраборатом лития. Содержание общей серы определяли на спектрометре Bruker S4 Pioneer. Содержание элементов-примесей (микроэлементы) определено на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Структурный и вещественный состав пород изучен на поляризационном микроскопе ПОЛАМ Л-213М.

Содержание породообразующего элемента (макроэлемент) в партинге сравнивали с его распределением в золе среднепластового угля, вмещающих породах и породах обрамления. Усредненный состав макроэлементов в золе угля рассчитан для выборки n = 16 с привлечением данных геологических отчетов по химическим анализам пласта Улуг в 14 скважинах месторождения. Углефильность элемента (в оксидной форме) определяли по коэффициенту концентрации КК = Сiзола/Сiвм. пор., где Сiзола – среднее содержание оксида элемента в золе среднепластовых проб угля, Сiвм.пор. – среднее содержание элемента во вмещающих породах месторождения. Степень углефильности элемента оценивали как в [3, с. 492], по группам: высокоуглефильные (КК > 5), углефильные (КК = 2–5), умеренно углефильные (КК = 1–2), неуглефильные (КК < 1).

Результаты исследования и их обсуждение

Распределение макроэлементов в угольном пласте Улуг и партинге. Содержание макроэлемента в пробах породного прослоя угля, кровли и подошвы, среднее содержание элемента в золе среднепластовых проб углей каахемского месторождения и их коэффициенты концентрации приведены в табл. 1. Для оценки сравнительных накоплений породообразующих окислов с их содержанием в породах обрамления в таблицу внесены данные по химическому составу плагиогранита из [4], для Ондумских известняков использованы данные из Отчета о геолого-разведочных работ, проведенного в месторождении в 1954 г. А.Г. Китаевым (г. Свердловск).

Зольность угольного пласта Улуг. Средняя зольность пласта Улуг Ad 8.4 %. По составу основных компонентов тип золы железисто(20 %Fe2O3)-кальциево(22 %CaO)-кремнистый(29 %SiO2). Сравнение среднего содержания макроэлемента в золе угля с его средним содержанием во вмещающих породах (кровля + подошва) показывает на бoльшее накопление в углях (относительно местного геохимического фона) кальция, магния, железа, алюминия и фосфора (в оксидной форме): CaO(32.1) > MgO(12.2) > > Fe2O3(8.9) > Al2O3(1.1) > P2O5(1.0), в скобках нижнего индекса приведены их коэффициенты концентрации КК = Сiзола/Сiвм.пор.. На основе этих данных можно сделать вывод, что в угольном пласте Улуг каа-хемского месторождения высокоуглефильны Ca, Mg, Fe, умеренно углефильны Al, P.

В сравнении с породами плагиогранита (обрамление) [4, с. 1587] в золе угля отмечается концентрирование оксидов кальция, железа, магния, алюминия: CaO(6.6) > Fe2O3(6.4) > > MgO(6.2) > TiO2(1.7) > Al2O3(1.1).

Зольность углефицированного партинга. Зольность проб партинга с северного и южного участков угольного разреза, определенная в форме потери при прокаливании (п.п.п.) при температуре до 1000 °С, cоставила 50 % и 57 % соответственно. Обе пробы партинга углефицированы в пределах от 43 до 50 %.

По химическому составу образец партинга на северном участке магниево(3 %MgO)-железисто(5 %Fe2O3)-кремниево(15 %SiO2)-кальциевый(25 %CaO), на южном участке магниево(3 %MgO)-железисто(3 %Fe2O3)-кальциевый(36 %CaO).

Структурно-вещественный состав партинга. Электронные снимки породы партинга показаны на рисунке. По вещественному составу партинг существенно карбонатный, с прослоями углистого вещества.

На участке «Север» партинг трещиноват и деформирован, окраска в разных частях шлифа изменяется от бесцветной до жёлто-бурой, что обусловлено присутствием в составе породы окисла железа. Прерывисто-линзовидные ветвящиеся образования черного углистого вещества сосредоточены в прослое размером около 6 мм (рисунок, а). Около 90 % светлых кристаллов кальцита имеют размеры 0,1–0,2 мм, заметно присутствие и крупных кристаллов размером до 3–4 мм.

На участке «Южный» известняк тонкозернистый, с углистым веществом; уголь катаклазирован и сцементирован в трещинах (рисунок, б). Витринит, переотложенный в трещинах, просвечивается в шлифе (без анализатора) красным цветом (рисунок, в). В составе партинга определяется зерно минерала ларнита (2CaO·SiO2) с высоким рельефом белого цвета (рисунок, г).

Согласно обобщенным данным геологоразведочных изысканий [2, с. 291] угольный пласт Улуг в Улуг-Хемском бассейне в подавляющем большинстве пластопересечений (общее количество исследованных 758) характеризуется простым строением, и лишь в 80 из них (~11 %) встречаются породные прослои из алевролитов, углистых алевролитов, иногда песчаников, мощностью от 10 до 60 см, которые быстро выклиниваются по мере перемещения к внутренним частям бассейна на расстояние 0,5–2 км; породные прослои пласта Улуг на Каа-Хемском месторождении из высокозольного угля или углистых алевролитов имеют мощность от 5 до 40 см [2, с. 325].

Таблица 1

Содержание породообразующих окислов в осадочных породах Каа-Хемского каменноугольного месторождения (мас., %)

Окись

Наименование осадочной породы

Обрамление

КК = Сiзола/Сiвм.пор.

Партинг

Зола Улуг

Подо-шва

Кровля

Известняк Ондумский

Плагио-гранит [4]

север

(n = 1)

юг

(n = 1)

(n = 16)

ст. откл, s

(n = 2)

(n = 2)

(n = 7)

(n = 7)

SiO2

15,4

0,3

28,8 (7,1–44,0)

11,2

54,6

72,5

6,5

69,2

0,5

Al2O3

1,8

0,3

12,6 (6,2–19,2)

4,3

10,2

12,5

0,3

16,0

1,1

Fe2O3

4,7

3,1

20,4 (12,0–32,0)

7,2

1,1

3,5

1,5

3,2

8,9

CaO

24,5

36,2

21,9 (11,2–38,4)

8,2

0,1

1,3

53,2

3,3

32,1

MgO

2,5

2,7

5,6 (3,1–8,2)

1,3

0,4

0,5

3,0

0,9

12,4

TiO2

0,3

0,01

0,5 (0,2–0,7)

0,1

1,0

0,4

 

0,3

0,7

MnO

0,1

0,2

0,3 (для n = 2)

 

0,01

0,08

 

0,05

6,7

Na2O

0,1

0,1

1,1 (0,4–1,9)

0,4

0,1

2,4

 

4,4

0,9

K2O

0,3

0,01

0,9 (0,6–1,3)

0,3

1,7

2,1

 

1,7

0,5

P2O5

0,02

0,01

0,05 (для n = 2)

 

0,02

0,08

 

0,1

1,0

SO3

0,08

0,10

5,9 (3,2–10,6)

2,0

0,1

0,0

 

0,0

 

п.п.п.

49,9

56,7

1,4 (0,2–6,2)

1,5

30,4

4,6

36,1

0,8

 

Ad

50,8

52,0

8,4 (3,5–13,7)

11,8

72,2

       

 

jn1a.tif jn1b.tif

а) в)

jn1c.tif jn1d.tif

б) г)

Микроснимки шлифов партинга каа-хемского угольного пласта Улуг в проходящем свете (режим обыкновенный), увеличение: а, б – 25х, ник.+; в – 100х; г – 100х, ник.+

Результаты представленных в данной работе исследований структурно-вещественно-химического состава партинга угольного пласта Улуг в двух точках разреза «Каа-Хемский» впервые свидетельствуют о его существенно карбонатной природе (по внешнему виду углефицированный карбонатный партинг практически неотличим от углефицированного алевролита). Можно предположить, что карбонатный состав внутрипластового породного прослоя является одной из геохимических особенностей, связанных с условиями древнего торфонакопления на угленосной площади. Очевидно, что водно-минеральное питание углеобразующего торфяника с обрамляющих месторождение кембрийских карбонатных толщ (Ондумские известняки) определяло не только диагенетическую карбонатную минерализацию золы углей (по кальцию, железу, магнию), но и способствовало сингенетической и эпигенетической карбонатной минерализации партинга.

Микроэлементный состав партинга угольного пласта Улуг. В табл. 2 представлены результаты количественных анализов элементов-примесей в двух пробах партинга на масс-спектрометре, а также (для сравнения) диапазон значений по их полуколичественным содержаниям из геологических отчетов (определенные на дифракционном спектрографе ДФС-8).

По значениям кларков концентраций КК = Сiпартинг/СiОП (нижний индекс) можно выделить элементы, у которых содержания в партинге кратно превышают кларки в осадочных породах земной коры, к ним относятся: Sr11.3 > Sb8.7 > Mn2.4 > Ba2.0. Эти четыре микроэлемента являются геохимическими спутниками карбонатных минералов [5]. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что породный прослой пласта Улуг на Каа-Хемском месторождении формировался по типу Sr, Sb, Mn, Ba-содержащих карбонатов.

В существенно карбонатном партинге каа-хемских углей среднее содержание высокоуглефильного Sr (0,30 %) существенно выше (~8 раз) кларка в безугольных карбонатных породах (0,03–0,04 %).

Таблица 2

Содержание элементов-примесей в партинге пласта Улуг на Каа-Хемском месторождении и Улуг-Хемском бассейне, г/т

Элемент

Ci на Каа-Хемском месторождении, (n = 2)

Среднеее Ci в Улуг-Хемском бассейне, (n = … до 16)

Элемент

Ci на Каа-Хемском месторождении, (n = 2)

Среднеее Ci в Улуг-Хемском бассейне, (n = … до 16)

уч. Север

уч. Юг

число проб, n

Ci

s

уч. Север

уч. Юг

число проб, n

Ci

s

Be

0,3

0,03

     

La

3,9

3,2

9

97 (60–150)

28

Sc

6,7

0,5

1

1

 

Ce

7,2

5,5

     

Ti

2959

104

16

4263 (100–8000)

2087

Pr

0,8

0,6

     

V

27,0

2,0

16

67

(5–120)

37

Nd

3,3

2,3

     

Cr

23,0

5,4

14

71

(30–150)

35

Sm

0,6

0,4

     

Mn

1108

2882

16

828

(30–5000)

1472

Eu

0,1

0,05

     

Co

2,0

1,0

15

5

(1–15)

4

Gd

0,6

0,3

     

Ni

<ПО

<ПО

16

12

(2–30)

9

Tb

0,1

0,04

     

Cu

46,0

13,5

16

56

(10–100)

28

Dy

0,8

0,3

     

Zn

23,0

15,0

16

82

(20–400)

97

Ho

0,2

0,05

     

Ga

5,9

0,8

16

15

(1–30)

9

Er

0,8

0,1

     

Ge

<ПО

<ПО

13

2

(1–5)

1

Tm

0,1

0,02

     

Rb

15,0

<ПО

     

Yb

0,8

0,1

     

Sr

2563

3538

11

564

(100–2000)

724

Lu

0,1

0,02

     

Y

5,7

1,1

8

14 (10–20)

5

Hf

0,8

0,3

     

Zr

73,0

10,4

16

112

(30–250)

69

Ta

0,6

0,02

     

Nb

5,4

0,4

3

2

(1–3)

1

W

0,6

0,1

     

Mo

1,0

1,1

16

2

(1–4)

1

Tl

0,01

0,1

     

Ag

   

15

11

(0,1–50)

16

Pb

5,5

2,7

16

20

(1–80)

 

Sn

1,6

0,3

16

3

(1–5)

1

Bi

0,4

0,2

     

Sb

15,0

5,8

     

Th

2,4

0,6

     

Cs

0,8

<ПО

     

U

2,3

0,3

     

Ba

900

760

15

460

(200–3000)

713

           

Примечание. В скобках показано содержание элемента в диапазоне значений «от – до»; s – стандартное отклонение; <ПО – содержание элемента ниже предела обнаружения.

Выводы

1. Впервые показано, что углефицированный партинг пласта Улуг на Каа-Хемском месторождении является существенно карбонатным. По химическому составу образец партинга с участка «Север» магниево(3 %MgO)-железисто(5 %Fe2O3)-кремниево(15 %SiO2)-кальциевый(25 %CaO), с участка «Юг» магниево(3 %MgO)-железисто(3 %Fe2O3)-кальциевый(36 %CaO).

2. Микроэлементный состав породного прослоя пласта Улуг на Каа-Хемском месторождении сформирован по типу Sr, Sb, Mn, Ba-содержащих карбонатов.


Библиографическая ссылка

Янчат Н.Н., Тас-оол Л.Х. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОРОДНОГО ПРОСЛОЯ УГЛЯ НА КАА-ХЕМСКОМ КАМЕННОУГОЛЬНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 11-1. – С. 179-184;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36924 (дата обращения: 08.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074