Угольное месторождение — это часть земной коры, сложенная угленосными отложениями, содержащими пласты угля, пригодные для экономически эффективной разработки. Месторождение может быть либо частью бассейна (например, Байдаевское или Прокопьевско-Киселевское месторождения Кузбасса), либо представлять собой обособленно залегающую угленосную толщу, небольшую по площади распространения и запасам угля (например, месторождения углей Средней Азии и Забайкалья).
Угольным бассейном называются обширные площади часто непрерывного развития угленосных отложений (как правило, с запасами угля миллиарды тонн), образовавшиеся в результате единого геологического процесса.
Среди угольных бассейнов различают открытые, полузакрытые и закрытые. В открытых вся площадь, занятая угленосными отложениями, выходит на дневную поверхность и залегает под маломощным чехлом четвертичных отложений. При этом видимые границы и площадь бассейна будут его действительными границами и площадью. Если на дневной поверхности обнажается только одна часть угленосных отложений, а другая перекрыта более молодыми (дочетвертичными) отложениями, маскирующими действительные границы и площадь развития угленосных отложений, то такие бассейны называются полузакрытыми (например, Донецкий). В закрытых бассейнах угленосные отложения полностью перекрыты более молодыми отложениями, а их действительные границы могут быть установлены только горными и буровыми разведочными работами.
В геологической литературе, кроме понятия угольный бассейн, иногда применяется термин угленосная площадь. К угленосной площади обычно относят менее изученные, нередко разобщенные в пространстве угленосные массивы, объединенные по геологическому строению или другим признакам. В пределах бассейнов и угленосных площадей выделяются геолого-промышленные районы.
В зависимости от места накопления древних торфяников — в прибрежно-морских или озерных условиях — различают пародические (от греч. паралос — близкие к морю) и лимнические (от греч. лимнос — озеро) угольные бассейны. Например, к бассейнам паралического типа относятся Донецкий, Рурский (Германия), Иллинойс (США), к лимническим — Челябинский, Нижнесилезский (Польша) и Саарский (Германия, Франция).
В начале 30-х гг. XX в. Г.А. Иванов на основании главным образом геотектонических признаков выделил среди угленосных формаций три типа: геосинклинальный, промежуточный (переходный) и платформенный.
Разработкой различных схем классификации угленосных отложений угольных бассейнов и месторождений в разное время занимались выдающиеся геологи-угольщики: П.В. Васильев, Ю.А. Жемчужников, М.К. Коровин, Г.Ф. Крашенинников и др. В тектонической классификации Г.Ф. Крашенинникова угленосные формации разделены только на геосинклинальные и платформенные. При этом среди геосинклинальных формаций выделены три зоны угленакопления, существенно отличающиеся по угленосности, складчатости и качеству углей: внутренние, самые подвижные; краевые и стабилизированные; краевые и внутренние, а среди угленосных формаций платформенного типа — две зоны угленакопления: молодые и подвижные; древние и устойчивые.
В связи с развитием учения о геосинклинальных и платформенных зонах земной коры классификация угленосных бассейнов уточнялась и детализировалась. В 1959 г. Г.А. Иванов предложил более детализированную генетическую классификацию угленосных формаций и бассейнов по геотектоническим режимам и палеогеографическим обстановкам (табл. 1.5).
Выделенные Г.А. Ивановым типы бассейнов отличаются по мощности угленосных толщ, числу угольных пластов, метаморфизму углей, степени измененности вмещающих пород, развитию пликативных и дизъюнктивных форм нарушений угольных пластов и ряду других признаков. Особенности образования угленосных формаций в различных типах прогибов показаны на рис. 1.1.
В бассейнах геосинклинального типа мощность угленосных отложений составляет 2—10 км и более, а в бассейнах платформенного типа — десятки, реже сотни метров. В угленосных толщах бассейнов геосинклинального типа залегают сотни угольных пластов, преимущественно тонких, но достаточно выдержанных по площади (рис. 1.2) и более или менее равномерно распределенных по всему разрезу. В платформенных бассейнах число угольных пластов невелико — единицы, редко десятки. Отдельные из них характеризуются большой мощностью, но недостаточной выдержанностью (рис. 1.3). Пласты обычно приурочены к нижним частям угленосной толщи.
Угли геосинклинальных и платформенных бассейнов отличаются по метаморфизму углей и степени вторичной изменчивости вмещающих пород. В геосинклинальных бассейнах обычно залегают угли всего метаморфического ряда — от I до X стадии метаморфизма, а по марочному составу — от длиннопламенных до антрацитов (см. рис. 1.1).
При этом отражение витринита углей варьирует от 0,4 до 6 %. Характерна отчетливая зональность в распределении углей отдельных стадий метаморфизма в разрезе и по площади распространения угленосных отложений (рис. 1.4). Вмещающие породы — сильно уплотненные и сцементированные, нередко метаморфизованные. Степень изменчивости их соответствует стадии метаморфизма заключенных в них углей. Например, в угленосной толще Донбасса временное сопротивление раздавливанию песчаников изменяется от 5—10 МПа в районах развития углей марки Д до 150—200 МПа в районах распространения антрацитов.
Для бассейнов платформенного типа характерны угли слабоизмененные, низкой степени углефикации, в основном буро-землистые и плотные матовые, реже уплотненные и сцементированные.
Геосинклинальные бассейны резко отличаются от платформенных по характеру складчатости и разрывных нарушений. В геосинклинальных бассейнах угленосные отложения обычно смяты в складки и разбиты разнообразными дизъюнктивными нарушениями. Интенсивность складчатости и проявления разрывной тектоники могут существенно варьировать в пределах отдельных бассейнов и месторождений. Так, в присалаирской части Кузбасса и со стороны Колывань-Томской складчатой области протягивается зона интенсивной складчатости с линейными узкими и очень крутыми складками, местами опрокинутыми и нарушенными (рис. 1.5), тогда как в центральной части бассейна расположена зона брахискладчатых структур, разделенных линейными нарушениями северо-западного простирания (рис. 1.6).
Аналогичные различия в особенностях нарушенности залегания угленосных отложений наблюдаются в Карагандинском (рис. 1.7, 1.8) и других бассейнах геосинклинального типа.
Для платформенных бассейнов типично почти горизонтальное или очень пологое залегание угольных пластов с редкими разрывами, в основном сбросами.
В бассейнах промежуточного типа совмещены отдельные черты геосинклинальных и платформенных бассейнов. Им свойственно большое разнообразие мощностей угленосных толщ, угленосности и фациального состава пород; для угленосных толщ характерны угли марок Д, Г, а иногда и Ж.
По составу материнского вещества угли подразделяются на гумусовые, сапропелевые и гумусо-сапропелевые. Гумусовые угли возникли из торфа, а сапропелевые — из сапропеля. Наибольшим развитием пользуются гумусовые угли, меньшим — сапропелевые. Гумусо-сапропелевые угли также встречаются достаточно редко и поэтому имеют, как и сапропелевые, весьма ограниченное промышленное значение.
Для образования углей необходимо благоприятное сочетание палеогеографических и геотектонических факторов, наличие растительного материала, определенных климатических условий, равнинного заболоченного рельефа и таких тектонических движений земной коры, которые способствовали бы накоплению и сохранению растительных остатков.
Все эти факторы в геологической истории нашей планеты не оставались постоянными. Изменялись в пространстве положение отдельных структурных зон земной коры с присущим им характером тектонических движений, а также положение границ морей и континентов, гумидный климат приходил на смену аридному и наоборот, эволюционировал растительный и животный мир.
В докембрии, кембрии и ордовике господствовали простейшие растительные организмы — водоросли, которые мало изменились до наших дней. Лишь в позднем силуре появились первые простейшие наземные растения — псилофиты. В девоне из остатков наземных растений начали формироваться настоящие торфяники. Процессы торфообразования при благоприятных условиях интенсивно развивались в последующие геологические периоды; при этом исходным материалом служили все более разнообразные и высокоорганизованные растительные сообщества.
Для карбона характерно обилие семенных папоротников, плауновых, а для конца периода — кордаитов и коламитов. Kopдаиты, предшественники хвойных, особенно широко были распространены в пермском периоде. В мезозойское время в растительном мире преобладали хвойные, саговиковые и гинкговые, а в кайнозойское — хвойные и лиственные (покрытосеменные).
В начальные эпохи углеобразования превалировали прибрежно-морские фациальные обстановки с многократным чередованием морских и континентальных отложений (пародическое углеобразование). Эволюция растительности обусловила продвижение областей углеобразования в глубь континентов и большее разнообразие фациальных обстановок формирования угленосных толщ, в частности, приобрело широкое развитие лимническое (озерное) углеобразование. Отрицательные движения земной коры, соизмеримые по скорости со скоростью накопления на заболоченных равнинах (приморских или внутриконтинентальных) растительных остатков, следует рассматривать как главное условие возникновения торфяных залежей и превращения их в угольные пласты.
Масштабы углеобразования и пространственное размещение зон угленакопления тесно связаны с тектонической эволюцией отдельных областей земной коры. Это такие области, где на фоне медленного длительного погружения при соответствующих амплитудах и периодах колебательных движений создавались благоприятные палеогеографические и фациальные условия для торфонакопления и сохранения торфяников от эрозии. В них и происходило погружение торфяных пластов в глубь земной коры, где термобарические условия приводили к превращению торфа в уголь и определяли его последующий метаморфизм.
Стратиграфическое и географическое распределение угольных ресурсов. В результате анализа стратиграфического и географического распространения угленосных отложений по всему земному шару и заключенных в них запасов углей П.И. Степанов еще в 1937 г. сделал вывод о существовании максимумов и минимумов угленакопления в определенные геологические этапы развития Земли. По его заключению, первый максимум отмечался в позднекаменноугольное — пермское время, второй — в позднеюрское — раннемеловое, а третий — в позднемеловое — третичное (палеоген и неоген). В ходе дальнейших исследований эти данные были уточнены (см. рис. 1.9).
Изучение географического распределения бассейнов позволило П.И. Степанову разработать гипотезу о поясах угленакопления. На поверхности Земного шара он выделил площади с преобладанием угленакопления следующих возрастов: 1) каменноугольного; 2) пермского и юрского; 3) верхнемелового и палеоген-неогенового.
Площади с преобладанием угленакопления в каменноугольном периоде протягиваются в широтном направлении из восточных штатов США в Великобританию, а далее через север Франции, Бельгию, Германию, Чехию, Польшу, СНГ (Донбасс, Подмосковный, Кизеловский, Карагандинский бассейны. Северный Казахстан). Максимум угленакопления относится к среднему и верхнему карбону.
Пояс с преобладанием пермского угленакопления прослеживается в направлении, близком к меридиональному: от Печорского бассейна к Таймырскому и Тунгусскому, затем через Кузнецкий и Минусинский — к бассейнам Монголии (Тован-Толгой), КНР (Шэньси и др.), Индии и Восточной Австралии (Новый Южный Уэльс).
Юрские пояса угленакопления снова начинают приобретать широтное направление. Площади с максимальным проявлением позднемелового, палеогенового и неогенового угленакопления охватывают восточное побережье Азии и Австралии, архипелаги Океании, западное побережье Северной и Южной Америки.
На территории СНГ древнейшие угольные бассейны каменноугольного возраста расположены в основном в пределах европейской части (Донецкий, Подмосковный, Кизеловский, Львовско-Волынский), а также в Центральном Казахстане (Карагандинский), пермские бассейны (за исключением Печорского) — в Западной (Кузнецкий, Минусинский) и Восточной Сибири (Таймырский и Тунгусский), юрские и меловые — в Восточной Сибири, Забайкалье и частично на Дальнем Востоке (Канско-Ачинский, Иркутский, Ленский, Южно-Якутский, Буреинский, Партизанский и др.). Наиболее молодые бассейны (меловые, палеогеновые и неогеновые) известны на Дальнем Востоке и Сахалине.
По масштабам запасов (млрд т) основные бассейны и месторождения углей СНГ распределены следующим образом:
Кроме этого, около 500 млрд т запасов находится в небольших по размерам угольных месторождениях, размещенных по всей территории СНГ. Количество запасов угля, пригодных к освоению, т.е. разведанных до промышленных категорий, в разных бассейнах далеко не одинаково — в одних (Донецкий, Минусинский, Экибастузский, Днепровский) оно превышает 50 %, в других (Кузнецкий, Канско-Ачинский, Иркутский, Подмосковный) составляет 25—35 %, а в-третьих (Ленский, Тунгусский, Таймырский, Зырянский) — исчисляется сотыми долями процента.
- Сырьевая база твердых горючих ископаемых
- Платформенные формации развития Земли
- Формации орогенной стадии развития Земли
- Формации собственно геосинклинальной стадии развития Земли
- Геосинклинальные формации развития Земли
- Формации протоплатформенно-протогеосинклинального этапа развития Земли
- Формации протогеологическо-догеосинклинального этапа развития Земли
- О понятии «эндогенная геологическая формация»
- Динамометаморфиты
- Гранат-кордиерит-гиперстен-гнейсовая (гранулитовая) фациальная серия