Нове в геології та геохімії вугілля Анабарского району Східного Сибіру

А. В. Толстов, АК "АЛРОСА", Якутський науково-дослідне геолого предпріяіе ЦНІГРІ, Мирний, Республіка Саха

Вступ

Родовища і прояви вугілля на півночі Сибірської платформи відомі давно. У роки війни тут були розвідані та експлуатувалися більші за розмірами вугільні родовища Тігянское і Таймилирское. У 70-ті - 80-і роки геологами з'ясовувалися можливості та перспективи забезпечення вугіллям що народжуються промислових алмазодобивающих підприємств, у результаті чого були виявлені і розвідані середні за розмірами родовища Буолкалахское і Маянское.

В Останніми роками у зв'язку зі зростаючими проблемами північного завезення продовольства і ПММ у важкодоступні арктичні райони Якутії, пов'язані з районів Крайньої Півночі, дуже різко постало питання забезпечення кочового населення Анабарской тундри місцевим твердим паливом (вугіллям).

При цьому слід особливо відзначити, що необхідні запаси вугілля в родовищах і проявах принципово не грають суттєвої ролі, оскільки щорічна потреба у твердому паливі нечисленних народностей тундри становить перші тисячі тонн. Тому при пошуках основна увага приділялася відстані углепроявленій і родовищ від традиційних місць кочовищ мисливців і оленярів.

Пошуковими роботами, проведеними в зв'язку з цими завданнями, геологами Амакінской експедиції за останні 10 років на всьому північному сході Сибірської платформи в Лено-Анабарском прогині, за безпосередньої участі і під керівництвом автора, були виявлені, опоісковани і детально вивчені численні углепроявленія і дрібні родовища кам'яного вугілля крейдяного віку. Речовий склад і геохімія вугілля детально вивчалося углепетрографіческой і спектральної лабораторіях ГГГП «Южякутгеологія» (п.Чульман) Брикової Л.М.

Деякі із щойно виявлених, зокрема, углепроявленія і родовища кумів-Юрях і ВІД'ЄДНАТИ в басейні річки Уеле цілком придатні і рекомендовані автором для відпрацювання з метою забезпечення кочового та осілого населення анабарской тундри.

Геологічна будова і вугленосність району В геологічній будові району беруть участь комплекси порід, що включають Пермська, тріасовий, Юрський, крейдову, неогенового і четвертинного системи. Магматичні породи в межах вивченої частини району не зустрічаються.

Відкладення пермської системи представлені сероцветнимі вуглисті-глинисто-алеврит-піщаними утвореннями, переважаючими серед яких є пісковики, підпорядковане значення мають алевроліти, вугілля і вуглисті сланці. Останні складають лінзи і малопотужні пласти.

нерозчленованих Пермська-тріасовий системи представлені вулканогенно-осадовою товщею, складеної туфами і платобазальтамі потужністю до 70-80 м.

тріасові відклади представлені алевролітами, пісковиками, глинистими сланцями, гравелітамі, конгломератами, аргілітами загальною потужністю до 350 м.

Відкладення юрської системи представлені алевролітами, аргиллітами, меншою мірою, пісковиками, гравелітамі і конгломератами, серед яких зазначаються лінзи вапняків. Загальна потужність відкладів близько 200 м.

нерозчленованих верхньоюрські-нижньокрейдових відклади представлені змінюються знизу вгору темно-сірими дрібнозернистими пісковиками, алевролітами, аргиллітами і аргиллітоподібної глинами з прошарками гравелітов і конгломератів, конкреціями піриту і ізвестковістого алевроліти. Потужність перехідних Юрського-крейдяних відкладень до 57 метрів.

Крейдяні відклади поширені повсюдно і представлені морськими і континентальними вугленосних опадами нижньої крейди.

Морські відкладення берріасского і Валанжинський ярусів представлені темно-сірими, сірими і зеленувато-сірими осколкових аргілітами з включеннями глинисто-карбонатних конкрецій розміром до 0,2 метрів у поперечнику, а також щільними аркозовимі пісками і пісковиками з розсіяними караваеобразнимі конкреціями ізвестковістих пісковиків. Потужність їх близько 80 м.

Континентальні відкладення готерівского, барремского, аптского, низів альбского ярусів представленими пісковиками, алевролітами, аргиллітоподібної глинами з малопотужними лінзами і пластами вугілля і великою кількістю углефіцірованного детриту і вугільної крихти, завдяки чому породи свити мають чіткої шаруватість. Вугілля переважно напівматові, однорідні, за складом клареново-дюреновие і дюреново-клареновие з ліпоїдному компонентами.

Аптскій ярус представлений пісковиками з лінзами конгломератів, алевролітами, аргиллітоподібної глинами і пластами вугілля і має тричленної будова - два вугленосних горизонту і розділяє їх безугольний горизонт. Нижній вугленосних горизонт складається з пісковиків ясно-сірі і зеленувато-сірого кольору, перешаровуються з грубозернистими алевролітами. У складі горизонту містяться пласти (0.1-0.6 м) вугілля і аргиллітоподібної глин. Загальна потужність вугільних пластів 1.6 м, а загальна потужність вугленосної горизонту - 6-12 метрів.

Вугленосні горизонт перекривається пісковиками, а завершується аптскій ярус верхнім вугленосних горизонтом. Верхня частина розрізу представлена шаром вугілля потужністю до 2 м і слойка (0.3-0.1 м) вуглистих алевролітів. Потужність верхнього вугленосної горизонту 4-5 метрів. Вугілля аптского ярусу переважно блискучі ультраклареновие, а також напівматові Дюрен-клареновие і Кларі-дюреновие. Потужність відкладів ярусу становить 18-30 м.

Готерівскій-альбскій яруси представлені чергуються пісковиками, алевролітами і аргиллітами, згідно залягають на породах морського валанжіна. Загальна потужність крейдяних відкладень в районі перевищує 500 м.

Неогенові-четвертинні відклади складають лінзи алювіальних і озерно-алювіальних пісків, супісках, суглинків і глин, характерною рисою яких є постійне і відносно високий вміст галечного матеріалу.

Потужність відкладень досягає 18м.

четвертинна система представлена полігенні (морськими, алювіально-морськими, озерно-алювіальними, озерно-болотними, терасовий і алювіальними) відкладеннями, що мають покривний характер залягання і розвиненими спорадично. Складена вона іламі, пісками, супісками, галечником, суглинками, алевритами з лінзами торфу, містить щебінь і гальки як місцевих, так і екзотичних порід. Максимальна потужність відкладів 15-20 м.

В ході досліджень проведені пошукові маршрути з копушним випробуванням з метою виявлення і випробування углепроявленій, проходка канав і траншей для розтину, простежування і детального випробування вугільних пластів на виявлених углепроявленіях. У результаті проведених робіт опоісковани 6 ділянок: Тігян, ВІД'ЄДНАТИ, Уеле, Боронготолох, Витік і кумів-Юрях.

За всіх ділянках отримані нові дані щодо речовинного складу та геохімії вугілля. На трьох ділянках (Тігян, ВІД'ЄДНАТИ і кумів-Юрях) виявлені перспективні прояви вугілля із запасами, які дозволяють проектування їх відпрацювання відкритим способом, в метою забезпечення потреби в місцевому паливі кочового й осілого населення. При виробництві пошуково-ревізійних робіт проведені попутна напрацювання і аналітичні дослідження якості вугілля. За цих ділянок підраховані запаси вугілля, придатних для відкритої відпрацювання по категорії С2 в обсягах: Тігян - 701 тис. т., Берелех-I - 489 тис. т., Берелех-II - 637 тис.т., кумів-Юрях - 795 тис. т.

З цих ділянок тільки три (Берелех-1, Берелех-П і кумів-Юрях) рекомендовані для першочерговим відпрацювання з метою використання для забезпечення потреб місцевого населення в незначних обсягах (близько 200-2000 тонн на рік), у Відповідно до ніж 2000 року керівництвом Анабарского улусу проведена організація щорічної напрацювання вугілля на ділянках Берелех-I і кумів-Юрях.

петрографічні склад вугілля Переважні типи вугілля вивчених ділянок Тігян, ВІД'ЄДНАТИ, Уеле, Витік, Боронготолох і кумів-Юрях фюзіто-гелітіт, геліто-фюзітіт, геліт, геліто-ліпоїдами-фюзітіт, ліпоїдами-фюзіто-геліт або ліпоїдами-геліто-фюзітіт.

Мікроструктура вугілля - фрагментарна, волокнисто-фрагментарна, аттрітово-фрагментарна. Найбільш характерними для вугілля Анабарского району є дюрено-клареновие, рідше Кларі-дюреновие і клареновие вугілля з ліпоїдному компонентами і тонкими пропласткамі вугілля фюзеносеміфюзенового складу.

Найбільш поширене фрагментарне будову вугілля, при якому в вітрінітовой безструктурної масі розташовуються фрагменти і аттріти вітрінітових, інертінітових і ліпоїдному тканин і мінеральних включень. Мікротекстура лінзовідно-шарувата, нерівномірно-лінзовідно-шарувата.

В межпластовых лінзах і тонких шарах верхнього горизонту відзначені фюзеновие і ксіленофюзеновие вугілля.

Клареновие вугілля містять до 98% вітрініта, який зустрічається у вигляді коллініта (Vtk) -- безструктурної геліфіцірованной маси, цементуючою всі інші мацерали і мінеральні речовини та структурного вітрініта-теллініта (Vtt), що складається, в основному, з фрагментів погано зберегли структуру вихідних рослинних тканин. Ширина фрагментів від 0.02 -0.07 мм до 0.20-0.25мм, довжина 0.43-1.00мм до 1.65мм.

Дюрено-клареновие і Кларі-дюреновие вугілля з ліпоїдному компонентами, основна маса яких вітреновая (однорідна), містить значну кількість компонентів групи семівітрініта, які мають клітинну структуру різного ступеня збереження. Група інертеніта представлена фюзенітом (Jf) до 35%, семіфюзенітом (Jsf), склеротінітом (Jskr) і безструктурними мацералом - макрінітом (Jma).

Семіфюзеніт має мікрорельєф, колір його від сіро-білого до білого. Клітинні порожнини, основному, дрібні, іноді заповнені інфільтраціонньші мінералами і геліфіцірованним або ліпоїдному речовиною, але частіше порожні. Ширина фрагментів коливається від 0.05 до.0.20мм, довжина 0.30-0.75мм. Окремі різниці мають і великі розміри.

Фюзініт характеризується добре вираженим рельєфом і наявністю як добре збереглася, так і погано збереглася клітинної структури. Колір фюзініта від жовтувато-білого до яркожелтого. Клітинні порожнини зустрічаються як дрібні, так і великі, клітинні стінки частіше тонкі, іноді спостерігаються фрагменти з товстими клітинними стінками. Фрагменти фюзініта шириною від 0.10-0.30 мм до 0.60-0.75 мм, окремі сягають 0.50 мм і більше, довжина - 0.90 мм і більше. Клітинні порожнини іноді заповнені кальцитом, каолінітом або коллінітом.

Склеротініт має дуже високий мікрорельєфом, форма тел овальна з різко окресленими краями, поверхня покрита поглибленнями або порожніми отворами, має яскраво-жовтий колір. Розміри тел коливаються від 0.05 мм до 0.10 мм по ширині і від 0.06 мм до 0.16 мм по довжині.

Макрін має світло-сірий, желтоватосерий колір; складний фюзенізірованной основний масою і округло-кутастими тілами різного розміру: 0.05-0.12 мм в поперечнику, довжиною 0.10-0.35мм. Округло-кутасті тіла мають підвищений мікрорельєфом.

Група ліптініта становить від слідів до 21%, представлена досить широким набором мацералов: кутінітом (Lk), спорінітом (Lsp), резінітом (Lr) і альгінітом (Lal). Ця група мацералов володіє більш темним кольором: від темно-сірого, до чорного.

Резіни представлений різноманітними смоляними включеннями у вигляді окремих тілець. Включення резініта відрізняються як за формою, так і за величиною: у вигляді округлих зерен, овальних тел неправильних обрисів, витягнутих паличок. Ширина зерен від 0.02-0.07 мм до 0.20 мм; довжина їх від 0.10-0.15 мм до 0.46 мм. Резіни володіє добре помітним мікрорельєфом. Колір його чорно-сірий.

Кутін - Кутінізірованний шар епідермісу листя і молодих пагонів. Зустрічається Кутін у вигляді добре помітних смуг різної ширини, одна сторона яких більш рівна, а інша зубчаста. Ширина смуг 0.01 - 0.03 мм при довжині 0.20 -- 0.40 мм, рідше ширина 0.02 мм при довжині 1.12 мм. Найчастіше зустрічається у вигляді хвилястих смуг, довжина в цьому випадку набагато перевищує ширину. Колір їх темно-сірий.

Спорініт - Оболонки екзін мікро-і макроспор, що складаються з воскоподібна речовини, і мають вигляд сплющених кілець, в поперечнику мікроспорія, в основному, до 0.65 мм, макроспори 0.10 - 0.16 мм. Колір чорний, чорно-сірий.

альгин - Це колонії водоростей овальної форми, невизначених обрисів, темно-сірого кольору і безструктурної сапропелевой основної маси, цементуючою у вугіллі елементи з добре освіченими певними формами і разноформенние мінеральні речовини.

Мінеральна частина у вивчених зразках вугілля становить від 6% до 50%. Представлена вона піритом (Мs), кварцом (Мkr), кальцитом (МK), каолінітом (Мgl).

Пірит володіє дуже високим рельєфом, колір яскраво-жовтий, зустрічається епізодично у вигляді тонкої вкрапленнями.

Кварц володіє високим мікрорельєфом, тому зерна мають темну облямівкою. Зерна окатанниє і незграбні, окремі прошарки, заповнює тріщини. Колір темно-сірий.

Кальцит позначений мікрорельєфом, зустрічається у вигляді прошарків, лінзочек, в тріщинах, іноді заповнює клітинні порожнини рослинних тканин.

Колір сірий, трохи темніше, ніж у кварцу.

Каолініт присутній у кількостях від 5 до

20%. У аншліфах це глинистий мінерал темно-сірі кольори, з негативним рельєфом. Найчастіше каолініт заміщає окремі ділянки органічної речовини.

Елементний склад вугілля елементний склад органічної маси вугілля (кількісне вміст в ній вуглецю, водню, кисню та азоту) дозволяє судити про природному типі вугілля, його якісних показниках і ступеня його метаморфізму.

Вуглець у вугіллі характеризується змістами на суху беззольную масу від 64.27% до 73.58%, має незначний розкид в змісті, в середньому, за основним пласту ділянки Тігян становить 64.27%, по ділянці кумів-Юрях - 68.30%, за ділянці Уеле - 67.84%.

Водень у вивчених вугіллі варіює в незначних межах (від 4.28% до 5.72%), зниження його змісту пов'язане зі збільшенням фюзеніта в кутах пласта і в межпластовых пропластках і лінзах. Середній вміст водню у вивчених вугіллі ділянки Уеле становить 5.3%, ділянки кумів-Юрях -4.77%.

Кисень + Азот у вугіллі є балластовой частиною. На величину їх істотний вплив надає окислення вугілля. Вміст кисню та азоту в сумі на суху бездольних масу в середньому по ділянці Уеле становить 26.87%, по ділянці Кумів-Юрях - 26.92%.

На підставі результатів елементного аналізу, а також за кількісним вмісту в вугіллі С, Н, O + N і, з огляду на петрографічні склад і теплоту згоряння (QSdaf), згідно з відповідним ГОСТам вугілля вивчених ділянок можуть бути віднесені до щільним бурим вугіллям перехідним до кам'яних довгополуменевого.

Слід відзначити також, що вивчені вугілля частково окислені, тому використані результати досліджень речовинного складу можуть бути частково спотвореними, а вугілля, найбільш імовірно, є довгополуменевого.

Технічні характеристики вугілля Вологість (W) - основний показник бурого вугілля для підрозділи їх на технологічні групи. При виробництві робіт визначалася максимальна вологоємність (Wmax), яка може бути прирівняна до робочої вологи (Wr).

Середнє зміст Wmах по вугіллю 7.25%. За результатами змісту робочої вологи вугілля досліджених ділянок відносяться до марки БЗ і характеризуються як вугілля з низькою вологоємністю. Зольність (А) також є основним показником якості вугілля для всіх напрямків промислового використання. Середній вміст золи на сухе стан вугілля (Ас) по ділянках склало 15.54%. За середнім вмістом золи (Ас), згідно ГОСТам -76 02-55 і 7603-55 для вугілля Східного Сибіру і Далекого Сходу досліджені вугілля віднесені до п'ятої групи.

Вихід летких речовин (V), відображаючи речовий склад вугілля і ступінь його углефікаціі, є одним з основних класифікаційних показників марочної приналежності вугілля. Середні параметри виходу летких речовин вивчених вугілля по аналітичних проб складають 36.9%, на горючу масу -46.67%. За характеристиці нелетких залишку (порошкоподібний) і виходу летких речовин, вугілля віднесені до щільним бурим, перехідним до довгополуменевого за ГОСТом 7027-54 для вугілля Східного Сибіру і Далекого Сходу.

За змістом сірки загальною вугілля характеризуються, як малосірчисту.

Фосфор (Р) у вугіллі ділянки міститься в незначних кількостях і при енергетичному використанні значення не має.

Питома теплота згоряння - найважливіший показник вугілля для зіставлення їх теплотехнічних властивостей і з іншими видами палива, а також классіфікаціонний показник - слабкометаморфізованого і окислених вугілля.

Для вугілля ділянки Тігян теплота згоряння (у перерахунку на суху беззольное стан) в середньому становить 5900ккал/кг, для вугілля ділянки кумів-Юрях -5963 ккал/кг, для вугілля ділянки ВІД'ЄДНАТИ 6885 ккал/кг.

На підставі результатів аналізів досліджень вугілля і з урахуванням вмісту вуглецю вугілля віднесені до кам'яних (марка довгополуменевого). Питома вага вугілля варіює від 1.2 до 1.5 т/мЗ складаючи в середньому 1.30 т/мЗ.

Геохімія вугілля За результатами спектрального аналізу в попільного залишок вугілля виявлені наступні елементи:

Германій зустрінутий практично у всіх пробах, при коливанні змістів по ділянках від 1 до 50 г/т. Максимальні концентрації його (в середньому 27 г/т) відзначаються у вугіллі ділянки Уеле. Галій відзначений у більшості проб при розкид його змістів від 1 до 30 г/т. Максимальні концентрації також відзначені на ділянці Уеле. Берилій також присутній у більшості проб у кількостях від 2 до 100 г/т, причому більш високі змісту, складові, у середньому, 29 г/т зазначаються у верхньому вугленосному горизонті ділянок ВІД'ЄДНАТИ і Тігян. Максимальні ж його концентрації (100 г/т), наводиться у вугіллі ділянки Уеле. Срібло є менш ніж у половині проб в мізерно малих кількостях від 0.05 до 0.15 г/т, складаючи в середньому 0.06 г/т.

Скандій варіює по пробах в кількостях від 1 до 100 г/т. Максимальне його зміст (100 г/т) зафіксовано у верхньому горизонті вугленосному ділянок ВІД'ЄДНАТИ і Тігян.

Стронцій присутня у всіх пробах в кількостях від 150 до 500 г/т.

Зміст цирконію коливається від 10 до 100 г/т, зрідка досягає 0.3% (ділянки ВІД'ЄДНАТИ і Тігян).

Уран у всіх проаналізованих пробах відсутній.

Всупереч очікуванням, спектральний аналіз, виконаний по більшості проб вугілля Півночі Сибірської платформи, виявив невисокі, в цілому, концентрації традиційних для вугілля корисних компонентів, і в першу чергу рідкісних і розсіяних, таких, як германій, галій, скандій та ін

Однак, незважаючи на невисокі середні змісту їх, слід зазначити, що в деяких пробах ділянок Уеле, ВІД'ЄДНАТИ і Тігян відзначені досить високі концентрації германію (до 50 г/т), галію (до 30 г/т), берилію (до 100 г/т) і скандію (до 100 г/т), що дозволяє висловити припущення про зональному розподіл елементів-домішок у вугіллі Анабарского району.

Це дозволяє розраховувати, що в результаті подальших робіт можливе виділення ділянок розповсюдження вугільних пластів з підвищеними концентраціями рідкісних і розсіяних компонентів, що дозволяють розраховувати на те, що вони можуть бути самостійними попутними корисними копалинами. При цьому реальною стає можливість вилучення їх із золи на умовах рентабельності.

Висновок і висновки У результаті проведених робіт встановлено, що виявлені прояви вугілля Анабарского району, що складають пласти робочої потужності, приурочені до крейдяним відкладів (аптскій ярус) та залягають в сприятливих для видобутку геологічних і гірничотехнічних умовах. При незначній потреби вугілля (до 10 тис. тонн на рік) та обсяги передбачуваної видобутку з метою задоволення потреб місцевого населення виявлені запаси вугілля, тільки підрахованих та затверджених в ТКЗ Республіки Саха, дозволять експлуатувати ці родовища і углепроявленія багато сотень років.

За петрографічного складу вугілля клареновие, дюрено-клареновие і Кларі-дюреновие зі змінним складом дюренового і кларенового компонентів і перевагою в мінеральній частині каолініту, кварцу, кальциту і піриту.

Елементний склад вугілля: вуглець - 64-73%, водень - 4.2-5.7%, кисень + азот складають 26.7-27%. Вугілля малосірчисту і малофосфорістие. За елементного складу, змісту робочої вологи (7.25%), зольності (15.24%) і виходу летких речовин (46.67%) вугілля можуть бути віднесені до щільним бурим, перехідним до довгополуменевого, однак з урахуванням питомої теплоти згоряння (5900-6885 ккал/кг), вони віднесені до кам'яних довгополуменевого.

Геохімія вугілля дещо незвична. Вмісту германію, берилію, скандію, цирконію та галію - на рівні 30 г/т, срібла 0.06 г/т, стронцію 100-500 г/т. Всупереч очікуванням, вугілля Північного закінчення Ленського вугільного басейну містять невисокі концентрації традиційних для вугілля корисних компонентів, і в першу чергу рідкісних і розсіяних, таких, як германій, галій, скандій та ін

Однак, при цьому слід зазначити, що в деяких пробах вугілля відзначаються досить високі концентрації германію (до 50 г/т), галію (до 30 г/т), берилію (до 100 г/т) і скандію (до 100 г/т), що дозволяє припустити зональний розподіл елементів-домішок у вугіллі Анабарского району і намітити ділянки з підвищеними концентраціями рідкісних і розсіяних компонентів, які можуть бути самостійними попутними корисними копалинами і вилучатись з золи на умовах рентабельності.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.vestnik.vsu.ru