big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Геология угля

Ископаемый уголь является одним из главных источников энергии в промышленности и на транспорте, важнейшим технологическим топливом в черной металлургии, все более и более повышается его роль в химической промышленности. В. И. Ленин называл уголь хлебом промышленности. Естественно поэтому, что поиски и изучение месторождений углей и самого вещества угля все более и более привлекали внимание государства по мере развития индустриализации страны.

В дореволюционной России вследствие слабого развития промышленности заниматься углем начали позже, чем за границей. В Англии, например, уголь применялся в качестве топлива с XVII в., а в царской России начало использования ископаемого угля относится к первой четверти XVIII в. Так, Донецкий бассейн был открыт в 1721 г., Подмосковный и Кузнецкий — в 1722 г. Уголь добывался главным образом в Донецком бассейне, где и проводилась подавляющая часть геологических исследований. Начало систематических исследований Донецкого бассейна относится к 60-м годам XIX в. Особый прогресс был достигнут с организацией в 1882 г. Геологического комитета. Одной из крупных его работ было составление геологической карты Донецкого бассейна в масштабе 1 : 42 000. В этой работе участвовали выдающиеся геологи под общим руководством вначале Ф. Н. Чернышева, а с 1898 г.— Л. И. Лутугина. Съемка была организована на строго научной основе. Был составлен полный геологический разрез угленосных отложений Донбасса, где каждый пласт угля, песчаника, известняка и других пород имел индекс и занимал свое место, давая в целом геологический разрез исключительной детальности. На карте были показаны все пласты разреза. Параллельно с картированием проводились работы по монографическому изучению ископаемой фауны и флоры каменноугольных отложений, изучалось поведение угольных пластов, их химический состав и технологические свойства, была разработана промышленная классификация углей.

На геологических разрезах показывалось залегание пород, а на геологических картах изображались тектонические разрывы.

Карта Донецкого бассейна вместе с ее описанием была выдающимся геологическим достижением и долгое время не имела равных в мире. Эта грандиозная работа — 65 планшетов — была закончена уже в советское время и стала методической основой для всех последующих геологических исследований и построений. Наши геологи считают Л. И. Лутугина основателем отрасли геологии угля, начавшей формироваться во время детальной съемки Донецкого бассейна. Следует отметить, что геология угля в дореволюционное время была в основном вооружена «умом и молотком» («mente et malleo») и еще не пользовалась точными методами других наук. Слабо было поставлено исследование вещественного состава осадочных горных пород (литология), почти совершенно отсутствовала углепетрография, не было изучения пыльцы и спор ископаемых растений (палинологии), отсутствовали геофизические методы исследований, крайне слабо применялась геохимия, почти не было палеогеографических построений и т. д. Все это пришло позднее в связи с общим ходом развития геологических наук и необходимостью форсировать работы по изучению угольных богатств нашей Родины.

В. И. Ленин уделял непосредственное внимание подъему угольной промышленности и ее дальнейшему развитию, что невозможно было сделать без широких геологических работ в существующих угольных бассейнах и без поисков новых бассейнов и месторождений.

Уже в годы первой пятилетки были усилены геологические работы на востоке и начата эксплуатация новых угольных бассейнов — Карагандинского в Казахстане, Тквибульского на Кавказе, Райчихинского на Дальнем Востоке, Букачачинского в Восточной Сибири и др. В течение дальнейших пятилеток все новые и новые угольные бассейны открывались и осваивались промышленностью.

Приводимые ниже цифры показывают быстрый рост добычи угля и тем самым характеризуют эффективность работ по геологии угля, обеспечивших рост угольной промышленности.

В чем же заключается то новое, что характеризует геологию угля (в широком понимании данного термина) за советский период?

Еще во время детальной геологической съемки Донецкого бассейна были заложены основы геологии угля, которая развивалась также и в других районах России. Можно указать на ряд славных имен геологов, с успехом работавших в рассматриваемой области. Это А. П. Карпинский, оставивший блестящие труды по изучению угольных месторождений восточного склона Урала, группа геологов Донбасса — Л. И. Лутугин, П. И. Степанов, Б. Ф. Мефферт, А. А. Гапеев, В. И. Яворский, С. В. Кумпан и др.

За годы Советской власти геология угля количественно и качественно несоизмеримо выросла по сравнению с дореволюционным временем и вылилась в сложный комплекс знаний о происхождении угля, образовании угольных месторождений, их геологическом строении, о детальном изучении вещества угля и его примесей (редкие и другие элементы), наконец, о степени пригодности его к различным технологическим процессам. К исследованиям по геологии угля привлекаются геофизика, геохимия и многочисленные геологические методы — тектонический, палеогеографический, литологический, палеонтологический, углепетро-графический, углехимический и другие.

Изменился и подход к изучению угольных бассейнов и месторождений. Если в дореволюционное время (не считая Донецкого бассейна, где производилась государственная геологическая съемка) геологические исследования ограничивались пределами частновладельческих концессий, то в советское время, когда недра сделались собственностью государства, бассейны и месторождения изучаются в целом в их естественных геологических границах.

Наглядным примером может служить тот же Донецкий бассейн. Еще в дореволюционное время при геологических съемках были изучены угленосные отложения, обнажающиеся на поверхности на площади примерно в 23 тыс. км2. Но для геологов было ясно, что распространение угленосных отложений не ограничено площадью так называемого видимого Донбасса. На самом деле она много шире, уходя под покрывающие их более молодые отложения. Только с южной стороны видна естественная граница Донецкого бассейна в виде Украинского массива.

В 30-х годах возникла проблема Большого Донбасса, т. е. определение естественных границ бассейна, скрытых более молодыми отложениями. Она могла быть решена только при научном подходе с применением новейших геофизических методов и глубокого бурения. Была создана комиссия во главе с П. И. Степановым и разработана программа работ. К ее выполнению был привлечен крупный коллектив геологов различных специальностей, ибо, кроме геологов и геофизиков, в обработке материалов принимали участие палеонтологи, палеоботаники, стратиграфы, палеогеографы, литологи, углепетрографы, углехимики и др. Проблема была успешно решена на основе анализа геологического строения и истории геологического развития всей Русской платформы. В настоящее время Большой Донбасс оконтурен, его площадь составляет примерно 60 000 км2, т. е. в 2,5 раза больше площади старого Донбасса. Следует отметить, что в эти пределы включены лишь практически угленосные отложения, содержащие рабочие пласты угля на доступной для разработки глубине. Соответственно увеличились и подсчитанные запасы угля, о чем будет упомянуто ниже.

Стремление советских ученых, работающих в области геологии угля, решать вопросы своей науки на все более и более обширных территориях является весьма характерным. При обобщении материалов дли крупной территории представляется больше возможностей встретиться с новыми типами месторождений, с еще мало изученными или совсем не изученными факторами, а также проверить природные закономерности на большем материале. Это тем более важно, так как теперь установлено, что угленакопление в истории Земли протекало как необратимый геологический процесс в течение сотен миллионов лет, приобретая с течением времени все новые и новые особенности.

Отсюда проистекает основная задача геологии угля — изучить процесс угленакопления на Земле в его историческом развитии или, короче говоря, изучить историю угленакопления, происходившую в течение геологического развития Земли. Как мы увидим дальше, эта грандиозная задача все больше привлекает внимание исследователей, особенно в связи с тем, что накопилось много наблюдений по угленосным бассейнам СССР, требующих обобщения.

В связи с этим следует отметить появление прогнозных карт с изображением и оценкой угленосности на всей территории Советского Союза — важный этап в развитии геологии угля. Так, в 1940 г. Всесоюзным геологическим институтом (ВСЕГЕИ) была издана карта прогноза углей СССР в масштабе 1 : 5 000 000 под редакцией А. К. Матвеева, составленная геологами этого института — наиболее авторитетным коллективом геологов-угольщиков. Она давала не только представление о. географическом размещении угольных бассейнов и месторождений на территории СССР, но и качественную характеристику углей и, что являлось новым в то время, предположение о возможном распространении углей за пределами изученных площадей. Появление такой карты свидетельствует о том, что наши знания в этот период об угольных бассейнах СССР и о геологии окружающих их пространств уже достигли уровня, позволяющего делать предположения о перспективах расширения бассейнов и поисках новых угленосных площадей.

В 1944 г. под руководством проф. М. М. Пригоровского была составлена карта фактического и возможного распространения углей в СССР в масштабе 1 : 2 500 000. Эта карта, как и карта 1940 г., по существу также является картой прогноза, но более крупный масштаб ее позволил нанести материал с большей степенью детальности.

П. И. Степанов в 1937 г. к XVII сессии Международного геологического конгресса представил работу «Некоторые закономерности стратиграфического и палеогеографического распределения геологических запасов ископаемых углей на земном шаре». В ней была поставлена проблема угленакопления в планетарном масштабе. В 1947 г., к 30-летию Великой Октябрьской социалистической революции вышла вторая его работа — «Теория поясов и узлов угленакопления» — дальнейшее развитие и дополнение идей, изложенных в первой. Рассмотрим эти работы как особо важные в довоенном этапе развития науки об угле.

П. И. Степанов утверждал, что возникновение на поверхности Земли залежей угля не случайно, а подчинено вполне определенным закономерностям и является результатом сложного комплекса геологических, биологических, геохимических и других явлений, существовавших в истории Земли. Однако П. И. Степанов считал, что прежде всего необходимо обосновать свои предположения цифровыми данными о размерах угленакопления в различные эпохи в разных частях земного шара. По его мнению, это даст возможность охарактеризовать количественно проявление угленакопления во времени и пространстве. Им были предложены термины:

1) пояс угленакопления, т. е. площадь земной поверхности, в пределах которой в определенный геологический период или эпоху произошло наиболее обильное накопление угля;

2) узлы угленакопления — площади, наиболее насыщенные углем;

3) периферические зоны угленакопления данного пояса — площади, окружающие или прилегающие к узлам угленакопления и расположенные в пределах пояса угленакопления.

П. И. Степанов подсчитал запасы углей по геологическим периодам для всего земного шара и нанес на карту площади распространения углей, особо выделив пояса и узлы накопления и показав тем самым миграцию угленакопления во времени и пространстве. Идеи П. И. Степанова имели весьма большое значение для развития теоретических взглядов в области геологии угля. Появился ряд работ, развивавших и дополнявших взгляды П. И. Степанова относительно миграции угленакопления, приуроченности тех или иных месторождений к поясам, о границах поясов и т. д. Однако самое важное заключалось в том, что основная мысль П. И. Степанова о закономерности, а не случайности процесса угленакопления получила полное признание и утверждение. Внимание геологов все более приковывается к изучению закономерностей угленакопления.

Сам автор идеи поясов и узлов угленакопления конечной целью ставил прогноз возможности нахождения новых угленосных площадей в пределах выделенных им поясов и считал это важнейшим результатом работы. И на самом деле надлежащая разработка вопроса о закономерностях угленакопления может дать прочную научную базу для составления карт прогноза угленосности. Идеи П. И. Степанова стимулировали нашу научную мысль в области геологии угля й дали ей соответствующее направление. Появилось много исследований о связи угленакопления с колебательными движениями, с геотектоническими условиями, с некоторыми благоприятными палеогеографическими обстановками, стало все больше развиваться учение об угленосных формациях, все шире начали привлекать литологию и углепетрографию к выяснению условий угленакопления и т. д.

К этому времени геология угля имела уже немалые кадры. В горных и геологических институтах и на геологических факультетах университетов существовали соответствующие кафедры. Крупные коллективы геологов-угольщиков сложились в Министерстве геологии и в Министерстве угольной промышленности. Работали десятки лабораторий по литологии, углепетрографии и палеонтологии, развертывались исследования по тектонике угленосных формаций, но еще сравнительно слабо развивалось изучение палеогеографии угленосных бассейнов.

Среди вузов выделялся коллектив Ленинградского горного института. Профессор Ю. А. Жемчужников опубликовал книгу «Общая геология ископаемых углей», которая стала наиболее распространенным учебником. Он же, работая во ВСЕГЕИ, много труда вложил в развитие в Советском Союзе изучения угленосных отложений с точки зрения углепетрографии и литологии. Профессор того же института Е. О. Погребицкий, знаток Донецкого бассейна, внес большой вклад в решение проблемы Большого Донбасса и в разработку многих вопросов угольной геологии в применении к поискам и разведкам угольных месторождений. Профессор Г. А. Иванов разрабатывал вопросы тектоники угольных месторождений и классификации угольных бассейнов.

Громадная работа была выполнена крупным коллективом геологов ВСЕГЕИ, в который входили товарищи и ученики П. И. Степанова — Л. И. Лутугин, А. А. Гапеев, Б. Ф. Мефферт, М. М. Пригоровский, 3. П. Ергольская, а также В. И. Яворский, Н. В. Шабаров, В. В. Мокринский и многие другие. Во ВСЕГЕИ было составлено много геологических карт угольных бассейнов и месторождений, уже упоминавшаяся карта прогноза, сводные описания угольных бассейнов, исследовано большое число вновь открытых бассейнов и разработаны многие вопросы их геологии — по литологии, палеонтологии, палеоботанике, углехимии, по распространению редких элементов в ископаемых углях, по подсчету запасов углей и т. д.

В 1950 г. в системе АН СССР была создана Лаборатория геологии угля для разработки научно-теоретической базы этой науки. На II Всесоюзном совещании по геологии угля, организованном Лабораторией геологии угля в 1955 г., директором Лаборатории И. И. Горским была выдвинута проблема «История угленакопления на территории СССР». Эта проблема являлась научным обоснованием и дальнейшим развитием идей П. И. Степанова, показавшего, что угленакопление на земном шаре происходило закономерно. Однако особый и большой вопрос — каковы эти закономерности, им не решался. П. И. Степанов завещал выполнить эту работу своим ученикам. Началу исследований по истории угленакопления благоприятствовало и то, что наши знания об угле-накоплении к 50-м годам значительно обогатились и что общее развитие комплекса наук, связанных с изучением истории угленакопления, далеко продвинулось вперед. С 1955 г. Лабораторией геологии угля АН СССР были организованы исследования истории угленакопления в нескольких районах СССР: в Казахстане, на Кавказе, в Южно-Якутском бассейне и на Дальнем Востоке. Работа выполнялась группами работников, в состав которых входили геологи, литологи, стратиграфы, палинологи, углепетрографы, углехимики и др.

Выяснение истории угленакопления — большая и сложная работа, весьма интересная и важная, ибо только она дает нам более или менее полное представление о причинах географического размещения угленосных отложений и условиях их сохранения от возможного последующего размыва. При этом можно судить как о количественных, так и о качественных характеристиках прогнозируемых углей. Короче говоря, мы получаем значительное количество фактов для научного прогноза перспектив угленосности территории СССР. В изучение истории угленакопления на территории СССР, кроме Лаборатории геологии угля АН СССР (ныне — Министерства геологии СССР), включились и некоторые другие организации.

Для советских исследований по геологии угля характерно преобладание работ двух типов. Одни ставили перед собой решение основных проблем науки и базировались на большом материале, как, например, история угленакопления на территории СССР, карты прогноза для территории СССР, издание трудов по геологии угольных месторождений СССР, оценки запасов углей и горючих сланцев СССР. Для некоторых бассейнов составлена (Донецкий бассейн) и составляются (Караганда) углехимические карты, дающие качественную характеристику угольных пластов по бассейну. Такие работы выполнялись крупными научными коллективами.

Другие работы были посвящены детальному исследованию частных вопросов, хотя и весьма важных для геологии угля. Таковы, например, палеонтолого-стратиграфические работы в угольных бассейнах СССР (Донецком, Кузнецком, Печорском и др.), литологические исследования угленосных толщ бассейнов, углепетрографические исследования, касающиеся не только характеристики углей и выяснения их генезиса, но и более конкретных практических вопросов (обогатимости угля, применения углепетрографии для расчета шихты, основы для классификации

Павел Иванович Степанов

углей и др.). С помощью рентгеноскопии, электронной микроскопии, инфракрасной спектрометрии изучается структура углей и ее изменений в процессе метаморфизма и т. д.

Остановимся вкратце на важнейших из перечисленных работ. В 1953 г. была издана новая карта прогноза углей на территории СССР в масштабе 1:5 000 000 с объяснительной запиской. Карта была составлена работниками Лаборатории геологии угля АН СССР, Министерства угольной промышленности СССР и Министерства геологии СССР.

На карте показаны все угольные бассейны и месторождения страны, а также площади, освоенные промышленностью, разведанные, перспективные, слабо изученные и бесперспективные. Показано разделение углей по качеству на три группы. Карта дает наглядное изображение направления поисковых работ, основу для планирования развития угольной промышленности и перспективные возможности разных районов. Министерством геологии СССР было начато издание многотомного труда «Геология угольных месторождений СССР». В нем дано достаточно детальное, основанное на новейших сведениях, описание угольных месторождений с оценкой условий эксплуатации и с анализом их угольных ресурсов.

В 1957 г. был закончен и в 1958 г. опубликован подсчет геологических запасов углей и горючих сланцев СССР по состоянию их в недрах на 1 января 1955 г. Подсчет произведен по нормам, принятым при подсчетах к XII и XVII сессиям Международного геологического конгресса,— до глубины в 1800 м от поверхности Земли. Запасы подразделены по глубинам: 0 — 300; 300 — 600; 600 — 1200; 1200 — 1800 м. Для каменных углей за рабочие принимались пласты мощностью от 0,4 м и выше, для бурых — от 0,5 м. Подсчитывались угли с зольностью не свыше 50%, а для Подмосковного бассейна — не свыше 60%. Проведено разделение углей по качеству на шесть категорий. Общие геологические запасы углей в СССР определены были в 8670 млрд. г, из них действительные и вероятные запасы составляют 1183 млрд. г, или 13,67%. Общие мировые запасы угля оцениваются в 15 000 млрд. т. Таким образом, СССР по запасам занимает первое место (53%).

В СССР были не только установлены новые угленосные площади в старых бассейнах (Донецкий, Кузнецкий, Канско-Ачинский), но и открыты новые, ранее неизвестные угольные бассейны — Печорский, Львовско-Волынский, Южно-Уральский, Тургайский, Восточно-Ферганский, Улухемский, Таймырский, Усть-Енисейский, Южно-Якутский и многие другие. Все это позволило создать новые районы угольной промышленности.

По теме «История угленакопления на территории СССР» были выполнены работы по нижнемезозойским угольным месторождениям Казахстана, по юрским угольным месторождениям Кавказа, по меловым месторождениям Приморского края, по пермским угольным месторождениям Печорского бассейна, частично по карбоновым месторождениям Казахстана, по мезозойским месторождениям Забайкалья и др.

Изданы сводные карты в масштабе 1 : 5 000 000: «Карта угленосных провинций СССР», карты карбонового, пермского и нижнемезозойского угленакопления на территории СССР. В 1962 г. издан «Атлас карт угленакопления на территории СССР» на 17 листах в масштабе 1 : 10 000 000 с объяснительной запиской, дающей наглядную картину последовательного хода процесса угленакопления. Карты показывают и объясняют закономерности размещения угленакопления, характеризуют угленосность отдельных угольных провинций СССР, отображают распространение различных петрографических типов углей, показывают роль исходного растительного материала, условия метаморфизма углей, размещение коксующихся углей и участков, пригодных для открытия разработок, и т. д. Все эти сведения изображены на фоне палеогеографических и палеотектонических условий, существовавших в соответствующую эпоху угленакопления.

Подчеркнем, что обилие геологических наблюдений, полученных при поисково-разведочных и эксплуатационных работах в угольных бассейнах, притом хорошо задокументированных, необходимость исследований по ряду вопросов и разделов науки об угле и общий громадный объем работ вызвали большой рост многих отраслей геологии, некоторые из которых развиваются даже преимущественно на основе исследований по угольным бассейнам. К числу таких отраслей относятся, например, литология и учение о формациях.

Палеонтология и стратиграфия, особенно применительно к континентальным отложениям, дали весьма ценные исследования, в которых была показана крупная роль некоторых наземных животных — насекомых, ракообразных, пресноводных моллюсков, позвоночных — в определении возраста и в разработке стратиграфии континентальных угленосных отложений. Не требует упоминания, что палеоботаника, в том числе палинология, главным образом основываются на изучении растительных остатков из угленосных отложений.

Тектоника, получая точные данные разведки и эксплуатации, имеет возможность изучать историю тектонического формирования бассейнов и выводить закономерности общего порядка. При выяснении истории угленакопления на фоне палеогеографических изменений применяются геохимические исследования, в частности изучение распространения редких элементов в углях, а само изучение палеогеографических обстановок угленакопления с составлением палеогеографических карт содействует развитию палеогеографии.

Широкое применение в геологии угля находит прикладная геофизика, особенно при изучении так называемых закрытых бассейнов, т. е. таких, в которых угленосные отложения прикрыты более молодыми отложениями. Применение электропрофилирования, гравиметрии и, особенно, сейсмики сильно облегчает задачу поисков, а при разведке каротаж позволяет обнаружить угольные пласты при бескерновом бурении.

Словом, геология угля развивается в содружестве с науками геологического цикла, питая их и в свою очередь на них опираясь. Развитие геологии угля проходит также в тесной связи теории и практики, что идет на пользу и той и другой.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.