Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Распределение некоторых элементов-примесей в углях Восточного Донбасса

ВАК РФ 04.00.16, Геология, поиски и разведка месторождений твердых горючих ископаемых

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Вялов, Владимир Ильич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ОБЪЕКТ ИЗУЧЕНИЯ, ФАКТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ, МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Объект изучения

1.2. Фактический материал.

1.3. Методы исследования.

1.3.1. Рентгеноспектральный флюоресцентный анализ и его метрологическая характеристика

1.3.2. Рентгеноспектралъный микроанализ

1.3.3. Количественный спектральный анализ

1.3.4. Технический анализ.

1.3.5. Петрографические исследования

1.3.6. Обработка информации на ЭВМ ВС.

ГЛАВА 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ В УГОЛЬНОМ ВЕЩнСТВи;

2.1. Распределение элементов-примесей по данным рентгено-спектрального микроанализа

2.2. Минеральные компоненты углей.

2.3. Распределение элементов-примесей в зависимости от зольности.

ГЛАВА 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЖМЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ

3.1. Методы реконструкции обстановки древнего торфона-копления.

3.1.1. Мощность, строение, зольность

3.1.2. Распределение некоторых химических элементов и неорганических соединений

3.1.3. Петрографический состав

3.2. Реконструкция условий торфонакошгения угольных пластов.

3.2.1. Пласт

3.2.2. Пласт I®.

3.2.3. Пласт 1®.

3.3. Закономерности распределения элементов-примесей в угольных пластах.

ГЛАВА 4. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ СОДЕРЖАНИЙ ЭДЕМЕНТОВ

ПРИМЕСЕЙ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ.

ГЛАВА 5. ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ УГЛЕЙ В КАЧЕСТВЕ ТОКСИЧНЫХ И

ЦЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ.

5.1. Краткая характеристика Новочеркасской ГРЭС

5.2. Распределение элементов-примесей в товарном угле, шлаке, летучей золе, дымовых выбросах

5.3. Элементы-примеси - токсичные элементы

5.3.1. Влияние токсичных элементов-примесей на человеческий организм.

5.3.2. Распределение элементов-примесей в районе ГРЭС . . ЮЗ

5.3.3. Рекомендации по снижению вредного влияния токсичных элементов-примесей на природную среду

5.4. Элементы-примеси - ценные компоненты

Введение Диссертация по геологии, на тему "Распределение некоторых элементов-примесей в углях Восточного Донбасса"

Основным источником энергии продолжает оставаться органическое топливо. В мире используется 2,6 мярд.т угля в год, а нефти, прогнозные (включая предположительные) запасы которой оцениваются в 250-450 мярд.т - около 3 мярд.т /64 /. Для расширения объема использования углей, на долю которых приходится 85% известных геологических запасов минерального топлива, осуществляется изучение состава угольного вещества, в том числе - элементов-примесей, которых обнаружено в углях более 50. Это многочисленные редкие и рассеянные элементы и элементы, представленные благородными, цветными и радиоактивными металлами; основные минералообразующие элементы и другие. В понятие "элементы-примеси" автор вкладывает все химические элементы, встреченные в углях, за исключением С, 0, Н, и, образующих, главным образом, состав органической массы угля.

Известно, что энергетическое использование углей в СССР составляет около 73% от общего потребления углей /56 /.В этой связи важной проблемой, возникающей при топливном использовании углей, является защита окружающей среды.

Тепловые электростанции (ТЭС), работающие на угле, выбрасывают в атмосферу в составе продуктов сгорания сернистый газ, окислы азота, окись углерода, бензопирен и широкий комплекс других соединений элементов в составе механических частиц и газообразных соединений.

Если соединения серы, азота и углерода достаточно хорошо изучены /60,83 / ,то данные по другим элементам в продуктах сжигания до настоящего времени малочисленны ¿7,36,8^ Между тем, исследование этого вопроса актуально не только в связи с экологическими проблемами, но и в связи с проблемами комплексного использования утлей и продуктов их переработки.

Ранее в программе глобального мониторинга, принятого ООН, среди наиболее опасных загрязнителей фигурировали три металла -свинец, кадмий и ртуть. Б докладе исполнительного директора программы ООН по окружающей среде (ЮНЕЛ) за 1980 г. к ним добавились медь, олово, ванадий, молибден, марганец, кобальт, никель, сурьма, мышьяк и селен /14 /. Изучение влияния многих других химических элементов также показало, что практически все они оказывают неблагоприятное влияние на живой организм, приводя к тяжелым болезням легких, сердца и раковым заболеваниям /9 /.

Поскольку именно сжигание угля представляет собой главный источник поступления многих металлов в биосферу /4 /, элементы -примеси углей играют основную роль в процессе, который можно охарактеризовать как "металлический пресс на биосферу". Серьезность этого явления заключается не только в том, что биосфера (и в том числе человек) должна "пропустить" через себя большие количества тяжелых металлов, могущик оказывать неблагоприятное воздействие на живое вещество, но и в том, что металлы будут захвачены биосферой, удержаны ею, надолго войду? в кругооборот органического вещества, изменят его геохимические константы, усилят или ликвидируют естественные геохимические аномалии и в тех или иных ландшафтах создадут новые геохимические аномалии (техногенные).

Фактором, также ограничивающим использование углей в качестве топлива, является влияние некоторых элементов-примесей ( в! , ах , На , б и др.) на плавкость золы, определяющую способность к шлакообразованию $4,90/. Известно, что при сжигании углей с повышенным содержанием щелочей происходит зашлакование топочных устройств вследствие пониженной плавкости золы, и, кроме того, активная коррозия поверхностей котло-агрегатов /26 /.

Элементы-примеси оказывают влияние в определении перспектив пригодности углей для технологического использования. Так, относительно низкое содержание в составе минеральной части углей и А1 и повышенное - , Ре ведет к повышению спекаемости углей / 58 /. Высокая концентрация в коксующихся углях галогенов, серы, фосфора снижает качество выплавляемых чугуна и стали. При производстве электродов, электрокорунда, карбида кальция и др. из антрацитов лимитируется содержание б , Р, СаО /56 /. Значительная часть элементов-примесей является ценными компонентами /38 /, в которых нуждается электроника, атомная промышленность и металлургия ( ое , с , ко , \ч , ап , ръ, не, се, а^ V и др.)

Все вышесказанное определяет актуальность изучения элементов-примесей в углях.

Осуществление природоохранных мероприятий, возможности топливного и технологического использования углей, определение экономического значения элементов-примесей, целесообразности их извлечения из углей и продуктов их переработки прежде всего требуют знания закономерностей распределения элементов в угольных пластах, решения ряда принципиальных генетических вопросов концентрации элементов-примесей в угольном веществе, распределения их в продуктах сжигания ТЭС и в природной среде. Прогнозирование концентраций элементов должно осуществляться еще на стадии геологоразведочных работ с тем, чтобы заблаговременно могли быть запланированы природоохранные мероприятия, в том числе предложены рекомендации по снижению токсичного влияния элементов-примесей на окружающую среду и население и приняты решения по оптимальной системе утилизации ценных компонентов.

Необходимость детального и оперативного изучения состава элементов-примесей в углях требует применения точных высокоинформативных и производительных аналитических методов. Освоение существующих и разработка новых прогрессивных методов массового количественного определения элементов-примесей в углях - одна из основннх задач изучения и оценки сопутствующих полезных ископаемых в СССР на ближайшие годы /38 /.В этой связи, для проведения настоящей работы, использовались такие современные аналитические методы, как рентгеноспектральный флюоресцентный анализ и рентгеноспектральный микроанализ.

Цель и задачи настоящей работы: исследование закономерностей распределения ряда элементов-примесей - представителей нескольких геохимических групп /62 / (в основном, А1, та. , V , Сг , мп , Си , РЬ ) Б углях пластов 11 , 1д . свиты с| Шахтинско -Несветаевской синклинали Восточного Донбасса, изучение токсичных элементов в продуктах сжигания углей на Новочеркасской ГРЗС и почвах прилегающего к ГРЭС района для установления связи элементов с микрокомпонентами углей и условиями древнего торфонакопления, определения пространственных особенностей их распределения в угольных пластах, прогнозирования концентраций элементов-примесей и построения прогнозных геохимических карт элементов по площади развития угольных пластов, осуществления возможных мероприятий по снижению вредного влияния токсичных элементов на природную среду при энергетическом использовании углей, использования продуктов сжигания как сырья для извлечения ценных компонентов.

Автор благодарен старшему инженеру ШО "Атомкотломаш" А.Р.Сте-паносову за помощь в проведении рентгеноспектрального флюоресцентного анализа, а также старшим научным сотрудникам НИЧ РГУ С.Г.Тяг-лову и П.П.Мостовому (соответственно, обработка информации на ЭВМ ЕС и рекомендации по снижению вредного влияния токсичных элементов ■ на природную средуОсобую признательность за внимание к работе, критические замечания и указания, автор выражает научному руководителю, доктору геолого-минералогических наук, профессору Л.Я.Кизиль-штейну .

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка месторождений твердых горючих ископаемых", Вялов, Владимир Ильич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработан метод рентгеноспектрального определения ряда элементов-примесей в зтлях и дана его метрологическая оценка.

2. Установлены особенности распределения элементов-примесей в микрокомпонентах углей и анатомических тканях древних растений-углеобразователей. В основных гелифицированных органических микрокомпонентах в тканях коры концентрация элементов выше, чем в древесине. Более низкое содержание имеют фюзенизированные ткани. Максимальные концентрации элементов-примесей установлены в минеральном веществе.

3. Изучены зависимости концентраций элементов-примесей от величины зольности. Показано, что их распределение в углях обусловливается изменением концентраций в органической и минеральной составляющих угольного вещества в связи с ростом зольности, который, в свою очередь, отражает увеличение масс и концентраций элементов-примесей в водных растворах и взвесях, поступающих в торфяную залежь.

4. Распределение элементов-примесей по площади распространения угольных пластов определяется геоморфологической структурой древних торфяных залежей. Максимальные концентрации изученных элементов приурочены к пониженным (низинным) элементам рельефа торфяных массивов.

5. Разработан корреляционный метод оценки содержаний элементов-примесей в угольных пластах. Получены уравнения связи концентраций ряда элементов с величиной зольности, рекомендуемые для построения прогнозных карт и подсчета запасов элементов.

6. Построены прогнозные карты распределения А1, Т1 , V , Сг » мп , Си , рь по площади распространения угольных пластов ¿¡2» свиты Шахтинско-Несветаевской синклинали.

7. Выявлен характер распределения элементов-примесей в продуктах сжигания углей на одной из мощных ГРЭС, использующей угли изученных пластов. Определена масса элементов, выбрасываемая в атмосферу в дымовых уносах ГРЭС и переходящая в другие продукты сжигания. Исследованием почв прилегающего к ГРЭС района установлено наличие концентраций элементов, значительно превышающих кларковые и фоновые значения. Рекомендованы некоторые мероприятий по снижению вредного влияния элементов на природную среду, и рассмотрена возможность использования летз^ей золы в качестве сырья для извлечения ценных компонентов.

Таким образом, изучение распределения элементов-примесей в микрокомпонентах углей, а также в угольном веществе и его основных составляющих в зависимости от величины зольности позволяет сделать важные генетические выводы. Основным носителем элементов-примесей является минеральное вещество. Из особенностей распределения элементов в зависимости от зольности и данных микроанализа следует сделать заключение о формировании концентраций изучаемых элементов-примесей в углях Восточного Донбасса в торфяную стадию углеоб-разования. ст> со

Условный обозначения:

С - концентрация элементов 1,2.- удельный вес фракций, г/см^:

1 - 1,24-1,28 ; 2 - 1,26-1,29 ; 3 -1,30-1,33 ; 4 - 1,40 ; 5 - 1,60 ;6 - 2,80 ; 7 ->2.00.

Рис. 11. Распределение элементов по фракциям / по / 91 /, с упрощениями /

ГЛАВА 3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЖЕНТОВ-ПРИМЕСЕЙ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ

Распределение элементов-примесей по площади распространения угольных пластов имеет решающее практическое значение, поскольку позволяет предвидеть изменение их концентраций в добываемых углях по мере отработки месторождения. После того, как картина площадного распределения становится ясной, защита природной среды от токсичных элементов и эффективность извлечения ценных элементов-примесей становится чисто технологической задачей.

Предшествующее изложение и опыт показывают, что выявление закономерностей пространственного распределения элементов-примесей по материалам геологоразведочных работ возможно только на генетической основе, которой является палеогеографическая обстановка древнего торфонакопления.

3.1. Методы реконструкции обстановки древнего торфонакопления

Изучение современных торфяников показывает, что их строение и состав связаны с геоморфологической структурой торфяного массива. Верховые, низинные и переходные торфяники отличаются составом растительных ассоциаций, водно-минеральным режимом, мощностью торфа, химическим составом исходного растительного материала и степенью его разложенности, зольностью, рН и другими показателями /76 /.

Несомненно, что все эти свойства торфяного пласта, его мощность и качественные характеристики претерпевают в период углеоб-разования определенные, часто - значительные, изменения. Несмотря на это, вполне допустимо предположение, что изменение мощности, зольности, химического состава золы и др. при преобразовании торфяных пластов в угольные залежи принципиально не изменяет относительных различий между отдельными участками и слоями древних торфяных массивов /23 /. Сохранившись в ископаемом состоянии, эти различия и являются критериями реконструкции условий древнего тор-фонакопления. Естественно, нельзя выделить в угольном пласте верховые, переходные и низинные участки, тождественные выделяемым в торфоведении, и применение в дальнейшем терминов "низинное", "верховое" торфонакопление лишь указывает на относительные различия между участками древних торфяных ландшафтов.

3.1.1. Мощность, строение, зольность

Зависимость распределения мощности торфа от геоморфологии торфяника достаточно хорошо известна. Внутри торфяного массива изменения мощности определяются расположением и характером внутрибо-лотной гидрографической сети ручьев и проточных топей, где создаются наилучшие условия водно-минерального питания для болотной растительности.

Зависимость морфологии и зольности от геоморфологического строения залежи определяется тем, что основное количество минерального вещества в торфяник постзшает в составе поверхностных и грунтовых вод. В торфяниках, занимающих пониженные элементы рельефа, на участках с наиболее активным гидрологическим режимом, происходит более интенсивное отложение минерального материала и образуется торф высокой зольности. Кроме этого, на пониженных участках торфяного массива вероятнее всего периодический занос торфяника слоями минерального осадка и формирование пласта сложного строения. Таким образом, между зонами максимумов мощности, зольности и наиболее сложного строения имеется определенная пространственная связь /23/.

Верховые торфяники имеют малую мощность, простое строение и низкую зольность.

3.1.2. Распределение некоторых химических элементов и неорганических соединений

Химический состав золы углей может быть' использован для палеогеографической реконструкции. Низинные торфяники характеризуются более высоким содержанием в золе СаО, м&0 и 303 5 в золе верховых торфов относительно преобладает и А12°5 /24,23 Л Однако с ростом зольности торфяников низинного типа содержание бю0 может значительно увеличиваться за счет интенсификации терригенного процесса /39 /.

Весьма важной является реконструкция физико-химических условий среды древнего торфонакопления. Согласно В.Н.Нестерову, повышенные содержания в углях оснований и пониженные - зю2 , определенно свидетельствуют о менее кислой среде угленакопления /58 /. По-видимому, решающую идентификационную роль в формировании рН играет окись кальция, содержание которой может быть использовано для ориентировочной оценки среды древнего торфонакопления. Роль кальция как индикатора рН вытекает из его способности взаимодействовать с функциональными группами гуминовых кислот, образуя нерастворимые в воде кальциевые гуматы. Последнее влечет за собой нейтрализацию гуминовых кислот и увеличение рН, пропорциональное содержанию кальция в болотных водах. Высокой концентрации кальция в низинных торфяниках соответствуют высокие рН, тогда как в верховых торфяниках дефицит кальция определяет кислую реакцию среды. Методика оценки рН по величине содержания СаО в угле, а также Е ь при наличии диагенетической пиритизации, предложена Л.Я.Кизиль-штейном и Н.Г.Гофманом /29 /.

3.1.3. Петрографический состав

Микрокомпонентный (и, следовательно, петрографический) состав углей определяется условиями торфонакопления (составом торфообразующей растительной ассоциации, скоростью погружения торфяника, гидрологическим режимом). /15,16/.

Рассмотрим возможность изучения состава растений-торфообра-зователей в целях реконструкции условий древнего торфонакопления.

Установлено /78,61 /, что растительный покров Донецкого бассейна в каменноугольную эпоху состоял в основном из трех экологических типов растений: гигрофитов (плауновые, хвощевые), гиг-ромезофитов (папоротники, семенные папоротники) и мезофитов (древнейшие голосеменные).

Исходя из условий среды обитания, присущих каждому экологическому типу, а также опираясь на результаты палинологических исследований /44 /, было высказано предположение, что пониженные, наиболее обводненные участки древних торфяных массивов бшш заняты, преимущественно, плауновыми и хвощевыми, на менее увлажненных и гипсометрически более высоких участках произрастали, в основном, папоротники, и, наконец, на наиболее возвышенных - папоротники и древние голосеменные /97,35 /. В ряду плауновые - хвощевые - папоротники - голосеменные происходило снижение в сложении растений относительной доли участия коры и систематическое увеличение доли ксилемы (древесины) /74 /. Таким образом, соотношение количества коры и древесины в ископаемых углях, возможно, связано с геоморфологической структурой области древнего торфонакопления.

Разработанный Л.Я.Кизильштейном и А.Л.Шпицглузом / 34 / метод ионного травления позволил с большой достоверностью исследовать анатомический состав тканей антрацитовых утлей и количественно оценить содержание в них коры и древесины. Этими исследователями выделены следующие петрогенетические типы углей: перидермиты (ткани перидермы - 75-100$, ксилемы - 0-25$), ксилемо-перидермиты (50-75$, 25-50$), перидермо-ксилемиты (25-50$, 50-75$), ксилениты (0-25$, 75-100$) /97,35 /.

На наиболее возвышенных участках древнего рельефа в составе угольного вещества преобладают ксилениты и перидермо-ксилениты, а на наиболее низинных - перидермиты и ксилемо-перидермиты.

Перейдем, на основе описанных критериев, к реконструкции геоморфологической структуры древних углеобразующих торфяников и условий среды торфонакопления.

3.2. Реконструкция условий торфонакопления угольных пластов 3.2.1. Пласт 12

Пласт ±2 имеет очень сложную структуру. Собственно пласт на территории синклинали развит на четырех изолированных друг от друга площадях (рис.12, зоны 1-1У). Он состоит здесь из 2-3 (редко более ) угольных пачек, разделенных породными прослоями мощностью 0,05-0,5 м. Общая мощность пласта колеблется от 0,4 до 2,17 м, чистых угольных пачек - 0,4-1,52 м. На остальной территории синклинали пласт расщепляется. Основным является расщепление пласта ±2 на пласты и лД~в . Мощность расщепляющего пласт породного прослоя достигает 7,5 м и более.

Пласт не имеет самостоятельного промышленного значения из-за невысокой (0,1-0,4 м) мощности. Он характеризуется преимз?-щественно простым строением, которое усложняется вблизи зоны замет н щения пласта з.2~ мощной толщей песчаников (зона У1).

Пласт 1т~в на изученной территории, в отличие от пласта широко распространен. Он имеет невыдержанную общую мощность от 0,23 до 2,2 ми состоит обычно из 2-3, иногда более, угольных пачек, разделенных прослоями углистых аргиллитов, аргиллитов и алевролитов. Простое строение пласта отмечено на юго-западе синклинали (средняя мощность - 0,46 м). Наиболее сложное строение и наибольшую мощность пласт 1р~в имеет на участках, расположенных над или

0,11 0,01 0,40 0,15 10,57

0,10

0,08

-V- Линия расщепления пласта \\

1-Н 2

Граница зоны замещения пласта 12 песчаником Зона замещения пласта¡2" песчаником Пункты опробования пласта (дифференциальные разрезы и их номер )

Рис. 12. Морфология пласта 1

Масштаб 1: 200 000 ст>

СО вблизи зоны замещения пласта з*"11 песчаником (зоны У1). Число угольных пачек достигает здесь 4-5, их мощность - 1,3-1,7 м. В направлении к зонам слитного пласта ( ) строение пласта з^"5 упрощается. Непосредственной почвой пластов I* - З-^являются алевролиты, песчаники, реже - аргиллиты, причем песчаники встречаются преимущественно вблизи зоны замещения пласта

Т I з

Кровля пластов ~ сложена аргиллитами, алевролитами и песчаниками; для участков, расположенных над зоной замещения пласта з^-11, наиболее характерны алевролиты.

Для зон слитного пласта (зоны 1-1У) свойственны невысокие (10-13$, иногда менее) величины зольности (рис. 13 ). При этом зольность угольных пачек достаточно отчетливо увеличивается по направлению к зоне расщепления. Следует заметить, что и в пласте з.*~в имеются значительные по площади участки невысокой (около 10$ и меньше) зольности. Однако на участках, где пласт располагается над зоной замещения пласта *2~Н» зольность увеличивается до

X Б

20$ и более. Максимальная зольность (30-33$) отмечена в пласте 12~ в центральных частях синклинали, между линией расщепления пласта

I—н зоны 1У,Ш) и границами зоны замещения пласта ±? • Таким образом, в ряде случаев местоположение и контуры линий расщепления и границы зоны замещения контролируют распределение зольности. В це

I т-в лом, в местах, где пласт 12-12 имеет слитное (относительно простое) строение, зольность невысока; там, где строение пласта значительно усложняется, происходит заметное увеличение величины зольности.

В распределении Са достаточно отчетливо проявляется тенденция к увеличению концентрации (до 1,0$ и больше) в зонах высокой зольности и наиболее сложного строения. Содержания Са около 0,6$ и менее (до 0,2$) характерны для участков невысокой зольности (около 10$) и относительно простого (слитного, главным образом) строения

97 /. Реконструированные значения рН и Еь в первом случае соответственно равны 8,0 и -450-500 мв, во втором - около 7,0 (рН) и -400 мв (ЕЬ ).

Петрографический состав изучался в зонах Ш и 1У. С приближением к линиям расщепления пласта отмечалось повышение относительного содержания коровых тканей /97 /.

Таким образом, зона У (площадь между участками слитного пласта) представляла собой низинную область торфонакопления, где существовала дельтовая протока (зона У1), положение которой фиксируется зоной замещения пласта з^"11 песчаником. Зона 1-1У - это участки торфонакопления на возвышенных элементах рельефа местности, являющихся, по всей видимости, межрусловыми площадями.

3.2.2. Пласт

На площади синклинали пласт имеет сложную пространственную структуру.

По особенностям морфологии выделяются следующие зоны (рис.14): слитного пласта (зоны I, П, Ш - соответственно, на западе синклинали, ее южном и северном крыльях) и разделяющие их области растт Н I Н—2 щепления пласта на пласты , (зоны 1У и У - в центральной и восточной частях площади).

В зоне I пласт имеет обычно простое строение и мощность в пределах 0,54-0,76 м. Лишь в полосе, примыкающей с запада к линии и расщепления, строение пласта ц несколько усложняется; он состоит здесь из двух угольных пачек, суммарная мощность которых возрастает до 0,8-0,95 м.

В зоне П пласт имеет, преимущественно, двухпачечное строение, с суммарной мощностью угольных пачек от 0,8 до 1,3 м. Мощность породного прослоя (аргиллита, углистого аргиллита) меняется в пределах от 0,04 м (внутренняя часть зоны) до 0,5 м (у линии

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Генетические зоны Линия выхода пласта ¡"на поверхность [У'—[ Линия расщепления пласта

Масштаб 1 : 200 ООО

Н-1

Граница замещения пласта ¡3 песчаником Зона замещения пласта ¡""' песчаником а 12 | Пункты опробования (дифференциальные разрезы и их номер)

Рис. 14. Морфология иласта 1Н 3

• <2

• оз расщепления).

Зона Ш характеризуется двух-трех пачечным строением пласта, общая мощность пачек составляет 0,8-1,3 м, породные прослои представлены аргиллитом.

Увеличение мощности породного прослоя (от зоны I - на восток и к северу; от зон П и Ш - к оси синклинали и к востоку) ведет к

Н ТТ Т Н-? расщеплению пласта ц (зоны 1У и У). Пласты и Ц в зоне 1У имеют, преимущественно, простое строение; их мощность, соответственно, равна 0,5-0,7 и 0,2-0,4 м. Мощность разделяющей толщи аргиллитов, алевролитов и песчаников в некоторых местах достигает 9-11 м. В зоне У морфология пласта усложняется в восточном направлении (две, реже три-четыре угольные пачки), мощность чистого угля составляет 0,8-1,0 м. Пласты - простого строения с мощностью 0,3-0,4 м. Мощность расщепляющих пласт алевролитов и песчаников, достигая в этой зоне 8-12 м, увеличивается к востоку.

На северо-востоке синклинали пласт 1^:1замещается песчаником.' н

Породы почвы и кровли пласта на большей части площади представлены аргиллитами.

Особенности морфологии пласта (рис. 14 ), полз?ченные данные о зольности угля (рис.15 ), содержании в нем Са, и исследование петрографического состава / 97 / позволяют реконструировать условия формирования древнего торфяного массива следующим образом.

Низинный торфяник был развит в зонах 1У и У (рис.14 ), здесь, вследствие повышенной гидродинамической активности среды торфообра-зования, формировался более зольный торф (до 15$ и более) с рН до 9,0, Ей - (-500 мв) (содержание Са в угле более 1$). В петрографическом составе угля (по разрезу $ II из зоны расщепления) увеличено содержание перидермальных (коровых) тканей, в сравнении с участками простого строения пласта /97 /.

Для зон 1-Ш характерен ряд признаков верхового торфонакопле

Рис.15. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ (А^ ) В ПЛАСТЕ У ния (простое или сравнительно простое строение, невысокая, около 10% и менее, зольность, низкое (менее 0,4$) содержание Са в угле, наличие в петрографическом составе прослоев перидермо-ксиленита и ксиленита. Реконструированные значения рН - около 6,0, ЕЬ -(-350 мв).

3.2.3. Пласт 5-3

На большей части исследованной площади пласт имеет сложное и изменяющееся строение и мощность. Средняя общая мощность пласта равна 0,8 м, угольных пачек - 0,64 м.

Максимальную общую мощность - до 1,5-3,0 м - пласт имеет в сравнительно узкой (около 3-4 км) полосе субмеридионального простирания (зона П, рис.1б) Суммарная мощность угольных пачек равна здесь 0,8-1,6 м. Этой зоне свойственна и максимальная сложность строения - в разрезе пласта принимают участие от 3 до 8 прослоев аргидлитов, углистых аргиллитов и, реже, алевролитов; участками их мощность возрастает до 0,5-1 м.

От выделенной зоны максимальной мощности и наиболее сложного строения пласта 1® к замковой части синклинали и в восточном направлении происходит, в целом, упрощение строения пласта (соответственно, зоны I и Ш). В этих зонах пласт имеет простое или двухпа-чечное строение; мощность угля - 0,5-0,7 м, породного прослоя -0,02-0,2 м.

Породами почвы и кровли пласта I® являются, преимущественно, аргиллиты, но есть и песчаники, тяготеющие к зоне сложного строения пласта.

Условия торфяной стадии формирования пласта 1® изучались и ранее / 23 /. Этими, и последующими исследованиями автора /28 / установлена и уточнена общая схема геоморфологического строения торфяного массива (рис. 16 ). Центральная часть изученной пло

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ : | | Генетсгеские зоны

-| Линия выхода пласта на поверхность

Граница зоны максимальной мощности и

43 наиболее сложного строения ( низинной )

Пункты опробования пласта (дифференциальные разрезы и их номер)

2 -О

Масштаб 1:200 ООО

Рис. 16. Морфология пласта 1о щади субмеридионального простирания в целом представляла собой низинный торфяник (зона П, рис.16 ), который совершенно отчетливо западнее и менее - восточнее сменялся зонами торфонакопления, занимавшими более высокие гипсометрические уровни (зоны I и Ш, рис. 16 ). Область низинного торфяника характеризуется сложным строением пласта (3-8 угольных пачек, разделенных породными прослоями), максимальной мощностью (до 3 м), повышенной зольностью (рис. 17 ) (до 36$). Здесь же отмечено максимальное содержание СаО в угле -1,1%, Реконструкция рН-Еь по методике Л.Я.Кизилыптейна и Н.Г.Гофмана /29 / позволяет считать рН близким к 8,0, ЕЬ - порядка -500 мв. Для сравнения, на более возвышенных участках мощность пласта 1® - 0,5-0,7 м, строение простое или двухпачечное, зольность менее 10%, содержание Са в угле - менее 0,5$, реконструированное рН порядка 6,0, Еь - (-350 мв).

Перидермиты и ксилемо-перидермиты являются основными пласто-образующими типами в зоне низинного торфонакопления. С переходом на верховые участки увеличивается роль перидермо-ксиленитов и ксиленитов.

Таким образом, по комплексу признаков, согласно принципам реконструкции условий древнего торфонакопления, в изученных угольных пластах имеются зоны разного геоморфологического положения (условно - низинные и верховые).

3.3. Закономерности распределения элементов-примесей в угольных пластах

Имея в виду палеогеоморфологическое строение древних торфяных массивов, обратимся к рассмотрению особенностей распределения элементов по установленным верховым и низинным зонам торфонакопления

I н в и площадям развития угольных пластов ±2 и .

Определялось среднее содержание элементов в угле в разных геосо

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: Изолинии величины зольности у/^// Повышенные содержания В Пониженные содержания

Рис. 17. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗОЛЬНОСТИ ( А^ ) В ПЛАСТЕ Р морфологических зонах древних торфяных массивов. Для этой цели суммировались результаты определений методом РСФА по контрастным дифференциальным разрезам - простого или наиболее простого и наи

Т ТВ более сложного строения. В пласте 12-12~ выбрана зона Ш (рис. 12 ), разрезы 29-30 (пласт 12 , верховое торфонакопление) и разрез 25 (низинное, пласт 12~в)» причем данные по нижней пачке разрезов 29-30 исключались при сравнении (рис. 18 ). Зона П (рис¿4) н пласта оказалась наиболее хорошо представленной в отношении контрастности отобранных дифференциальных разрезов - разрезы $ II и № 14 (2-3 пачечного строения, мощность породного прослоя 0,40,7 м) представляют низинную зону торфонакопления, а М- 3, 4, 6, 9, 15, 16, 18 (1-2 пачечного строения с мощностью породного прослоя не более 15 см) - наиболее верховые участки слитного пласта (верховое торфонакопление). В пласте 1® - разрезы Л 44 и 52 одно-пачечного строения представляли верховую зону торфонакопления (зона I, рис.16 ), разрез $ 47 - низинную зону (зона П, рис Л 6 ).

Содержание элементов-примесей в низинных и верховых зонах древнего торфонакопления изученных зггольных пластов представлено в таблице 27.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Вялов, Владимир Ильич, Ростов-на-Дону

1. Агроклиматический справочник по Ростовской области. Л., Гидро-метеоиздат, 1961. - 206 с.

2. Айвазян С.А., Енюков И.О., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. М., "Финансы и статистика", 1983, с.151.

3. Баденкова C.B., Добродеев О.П., Сухова Т.Г. Особенности распределения тяжелых металлов в толще верхового торфяника. К проблеме определения фонового содержания загрязняющих веществ в окружающей среде. ДАН АН СССР, 1979, т.247, №2, с.453-455.

4. Бондарев Л.Г. Металлический пресс на биосферу. В кн.; Проблемы общей физической географии и палеогеографии. Изд-во МГУ, 1976, с.140-149.

5. Вальц И.Э., Гинзбург Л.И., Крылова Н.М. Основные принципы вещественно-петрографической классификации углей. Химия твердого топлива, 1968, tè 3, с.9-21.

6. Викулова М.Ф. Глинистые породы. В кн.: Справочное руководство по петрографии осадочных пород. Л.: Гостоптехиздат, Ленинградское отделение, 1958, т.2, с.158.

7. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М., Изд-во АН СССР, 1957, 250 с.

8. Войткевич Г.В., Кизилъштейн Л.Я., Холодков Ю.И. Роль органического вещества в концентрации металлов в земной коре. М., Недра,1983, 156 с.

9. Вредные вещества в промышленности. Т.З. Д., Химия, Ленинградское отделение, 1977, 608 с.

10. Гаврилюк Ф.Я. Почвенно-климатические условия и почвенный покров.-В кн.: Агрохимическая характеристика почв СССР (районы Северного Кавказа). М.: Наука, 1964, с.7-21.

11. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. М., 1963, т.1, с.836-850.

12. Геохимия озерно-болотного литогенеза. Минск, "Наука и техника", 1971. 284 с.

13. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. М.: Наука, 1983. 160 с.

14. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М., Мысль, 1983, с.235.

15. Егоров А.И. Очерки угленакопления. Ростов-на-Дону, Изд-во Ростовского университета, 1974, 132 с.

16. Егоров А.И., Кизильштейн Л.Я. Влияние ботанической природы рас-тений-углеобразователей на микрокомпонентный состав угольных пластов. В кн.: Авторефераты н.-и. работ РГУ за 1961 год". Изд-во Ростовского ун-та, 1962, с.152-153.

17. Егоров А.П., Лактионова Н.В.,Попинако В.Н.»Новоселова И.В. Поведение некоторых микроэлементов ископаемых углей при сжигании на ТЭЦ.-Теплоэнергетика, 1979, № 2, с. 22- 25.

18. Жак C.B., Кизильштейн Л.Я. Петрографическое определение обогати-мости углей по золе и сере и оптимальное использование низкосортных углей. Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1971, 17,с.61-68.

19. Желдаков М.Е., Иванова Э.И. Справочник по качеству антрацитов Советского Союза. М.: Недра, 1980, 99 с.

20. Захаров Е.П. К методике биогеохимического метода поисков кобальтовых руд в условиях Тувинской АССР. В кн.: Биогеохимические поиски рудных месторождений. Улан-Удэ, 1969, с.157-170.

21. Иванов Г.М. Биогеохимия Мп и Со в ландшафтах Тункинского Прибайкалья. Новосибирск, Наука, Сибирское отделение, 1978. 144 с.

22. Карякин A.B., Грибовская И.Ф. Эмиссионный спектральный анализ объектов биосферы. М., Химия, 1979. 208 с.

23. Кизильштейн Л.Я. Генезис серы в углях. Ростов-на-Дону, Изд-во Ростовского ун-та, 1975. 200 с.

24. Кизильштейн Л.Я. Геохимические индикаторы условий древнего тор-фонакопления. Химия твердого топлива, 1973, № 4, с. 42-49.

25. Кизильштейн Л.Я. Минеральные компоненты углей Донецкого бассейна.Известия СКНЦ.сер. Естественные науки,1981,№2,с.59-66.

26. Кизильштейн Л.Я.,Вялов В.И.,Гальчиков В.В. Распределение натрия в углях Северной части Донецкого бассейна. Известия ВУЗов, Геология и разведка, 1983, $ 2, с.70-77.

27. Кизильштейн Л.Я.,Вялов В.И.,Перетятько А.Г. Распределение некоторых химических элементов в продуктах сжигания углей на тепловой электростанции и почвах прилегающего района. Черкассы, ОНИИТЭХИМ, № 861хп-Д84, 8 с.

28. Кизильштейн Л.Я.,Вялов В.И. ,Шпицглуз А.Л. Распределение некоторых металлов в антрацитовых пластах Донецкого бассейна. М., ВИНИТИ, й 2125-84 Деп., 17 с.

29. Кизильштейн Л.Я.,Гофман Н.Г. Реконструкция условий pH и окислительно-восстановительного потенциала древних торфяников. -Химия твердого топлива, 1970, I 4, с.49-57.

30. Кизильштейн Л.Я.,Пугачев В.И. Палеогеографическая интерпретация особенностей качественного состава угольных пластов в зонах расщеплений. Известия ВУЗов,Геология и разведка, 1973,J®, с.81-87.

31. Кизильштейн Л.Я.,Степаносов А.Р.,Вялов В.И. Исследование золо-образующих и токсичных элементов углей при помощи рентгеноспект рального флюоресцентного анализа.М. »ВИНИТИ, $2126-84 Деп.,II с.

32. Кизильштейн Л.Я.,Сюнякова H.H. Корреляционный метод подсчета запасов германия в угле. Разведка и охрана недр.1963, $9, с.20-24.

33. Кизильштейн JI.H.,Шпицглуз А.Л. Новый метод петрографического изучения антрацитов. ДАН СССР, 1982, т.263, № I, с.175-179.

34. Кизильштейн Л.Я.,Шпицглуз А.Л.,Вялов В.И. Использование данных об анатомическом составе микрокомпонентов углей при реконструкции условий торфяной стадии углеобразования. М.,ВИНИТИ, № 212484 Деп., 12 с.

35. Клер В.Р. Изучение сопутствующих полезных ископаемых при разведке угольных месторождений. М., Недра, 1979. 272 с.

36. Клер В.Р., Ненахова В.Ф. Токсичные элементы в углях и горючих сланцах. Разведка и охрана недр., 1979, )£ 9, с.14-19.

37. Клер В.Р. ,Ратынский В.М.,Шпирт М.Я. »Сапрыкин Ф.Я. Сопутствующие ископаемым углям полезные ископаемые в геолого-геохимические аспекты их изучения. Доклады 27 международного геологического конгресса, т.14. М., Наука, 1984, с.78-87.

38. Ковалев В.А. К химической характеристике торфов по составу зольной части. ДАН БССР, т.10, # 7, 1966, с.477-481.

39. Ковалев В.А., Бенсман В.Р. Характеристика химического состава минеральных компонентов торфа. ДАН БССР, 1967, т.XI, № 7,с.624-628.

40. Ковалевский А.Л. Основные закономерности формирования химического состава растений. В кн.: Биогеохимия растений.Труды Бурятского института естественных наз^к, вып.2, серия биогеохимическая. Бзфятское книжное издательство, Улан-Удэ, 1969, с.21.

41. Краткий справочник по геохимии (авторы: Войткевич Г.В.,Мирошни-ков А.К. .Поваренных A.C. »Прохоров В.Г.) .М. -.Недра,1977,с.60-61.

42. Лактионова Н.В.,Егоров А.П. ,Попинако Н.В. Спектральное количественное определение микроэлементов в ископаемых углях. Химия твердого топлива, 1978, № 6, с.112-116.

43. Лаптева A.M. Зависимость спорового состава углей от фациальной принадлежности. Геологический журнал, 1961, т.21, № 5, с.64-70 (на укр.языке).

44. Ларгин И.Ф., Приемская С.Е., Мокроусова И.В. 0 геохимической подвижности макро- и микроэлементов в торфяных залежах. В сб.: Исследование торфяных месторождений, вып.1, Калинин, 1975, с.54-67.

45. Лосев Н.Ф., Смагунова А.Н. Основы рентгеноспектрального флюоресцентного анализа. М.: Химия, 1982, 207 с.

46. Лубченко И.Д., Белова И.В. Миграция элементов в речных водах. -Литология и полезные ископаемые, 1973, № 2, с.23-29.

47. Мальгин М.А. Биогеохимия микроэлементов в Горном Алтае. Новосибирск, Наука, Сибирское отделение, 1978, с.167-220.

48. Малюга Д.П. Биогеохимический метод поисков рудных месторождений. М., Изд-во АН СССР, 1963, с.215, 91-92.

49. Малюга Д.П. К геохимии рассеянных № и Со в биосфере. В кн.: Трлгды биогеохимической лаборатории, УШ. М.-Л., Изд-во АН СССР, 1946: с.124.

50. Манская С.М., Дроздова Т.В. Геохимия органического вещества. -М.: Наука, 1964. 315 с.

51. Методические рекомендации по оценке содержаний микроэлементов в торфяных месторождениях европейской части СССР. М., Ротапринт треста "Геоторфразведка", 1974. 200 с.

52. Методическое руководство по изучению и оценке месторождений угля на германий и другие редкие элементы. Под общей ред. Ф.Я.Сапрыкина и В.В.Богданова. М.: Недра, 1967. 312 с.

53. Микроэлементы в ландшафтах Советского Союза. Г»"., йзд-во шосковс-кого ун-та, 1969. 248 с.

54. Минчев Д., Ескенази Гр. Елементи-примеси във въглищните бассейнина България. Клементи-примеси във въглищата от бассейна Марица-Изток. Годишн. Софийск. ун-т, геол.-геогр. фак-т, 1972, т.64, А* I, с.263-291.

55. Миронов К.В. Справочник геолога-уголыцика. М., Недра, 1982,311 с.

56. Мюллер П., Нойман П., Шторм Р. Таблицы по математической статистике. М., Финансы и статистика, 1982. 271 с.

57. Нестеров В.Н. Состав золы клареновых углей как показатель геохимических условий угленакопления. литология и полезные ископаемые, 1964, JI5, с.79-87.

58. Никонов М.Н. Происхождение и состав золы торфов лесной зоны. -Труды ин-та Леса АН СССР, 1955, т.ШУ, с.135-152.

59. Охрана окружающей среды. Под ред. проф. С.В.Белова. М., Высшая школа, 1983, 264 с.

60. Ошуркова М.В. Палеофитологическое обоснование стратиграфии верхних свит каменноугольных отложений Карагандинского бассейна. М., Наука, 1967, 150 с.

61. Перельман А.И. Геохимия. М., Высшая школа, 1979, с.333.

62. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М., Высшая школа, 1975,с.38.64. Природа, 1984, № 4, с.57.

63. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара. М.-Л., Наука, Ленинградское отделение, 1965. 253 с.

64. Ронов А.Б., Ермишкина А.И. Распределение марганца в осадочных породах. Геохимия, 1959, 13, с.206-225.

65. Сапрыкин Ф.Я., Крештапова В.Н., Кулачкова А.Ф. 0 содержании микроэлементов в торфяных залежах. В сб.: Природа органического вещества современных и ископаемых осадков. М., Наука,1973,с.102-107.

66. Сапрыкин Ф.Н., Кулачкова А.Ф. Роль природных органических веществв процессах миграции и концентрации микроэлементов. В кн.: Проблемы геохимии. Л., 1975, с.77-89 (Труды ВСЕГЕИ, новая серия, т.241).

67. Сапрыкин Ф.Я., Свентиховская А.Н. Закономерности редкометального оруденения современных торфяников. В сб.: Материалы к IX совещанию работников лабораторий геологических организаций. 1965, вып.7. Л., 1965, с.95-102.

68. Свейн Д.Дж. Микроэлементы в углях. В сб.: Очерки современной геохимии и аналитической химии. М.: Наука, 1972, с.482-492.

69. Свентиховская А.Н., Тюремнов С.Н. Микроэлементы в торфах и рас-тениях-торфообразователях. В сб.: Химия и химическая технология, вып.Ш (Х1У), М.: Недра, 1967, с.71-78.

70. Сиразутдинов A.M. Основные показатели промышленных коцдиций на руды цветных металлов. Алма-Ата, Наука; 1973. 204 с.

71. Страхов Н.М. К теории геохимического процесса в гумидных зонах. -В кн.: Геохимия осадочных пород и руд. М.: Наука, 1968, с.III.

72. Тахтаджян А.Л. Высшие растения. T.I. M.-JI., Изд-во АН СССР, 1956,- 488 с.

73. Трошичева Т.В., Мокроусова И.В. Некоторые результаты анализа минеральной части в системе "растение торф". Почвоведение, 1971, № 8, с.56-68.

74. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения и их разведка. М.-Л.,1949.- 464 с.

75. Указания по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. СН 369-74, М., Стройиздат, 1975. 41 с.

76. Фисуненко О.П. Закономерности развития каменноугольной флоры и фитостратиграфическое расчленение среднего карбона. Донецкого бассейна. В кн.: Геология угленосных формаций и стратиграфия карбона СССР. М.: Наука, 1965, с.199-207.

77. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. №. : Мир, 1982, с.210-212.

78. Юдин Д.В., Голыитейн Е.Г. Линейное программирование. Теория, методы и приложения. М.: Наука, 1969. 424 с.

79. Юдович Н.Э. Геохимия ископаемых углей (неорганические компоненты). Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1978. 262 с.

80. Юдович Я.Э. Региональная геохимия осадочных толщ. Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1981. 276 с.

81. Энергетика и охрана окружающей среды. №.; Энергия, 1979. 352 с.

82. Эссау К. Анатомия растений. М.: Мир, 1969,-564 с.

83. Яйлоков B.C., Боголюбова Л.И., Калиненко В.В., йносова К.И., йценко A.M. Атлас микроструктур углей Донецкого бассейна. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 45 с.

84. Bowen H.J. Trace Elements in Biogeochemistry. London, N.Y. , Acad. Press, 1966,

85. De Tori.; h W.K. XRF-analysis using theoretical influence coefficients. X-ray Spectrometry, 1973, N 2, p.151-158.

86. Jackson K.S., Shippen G.B. Geochemical dispertion of heavy r,totals via organic complexin^: a laboratory ctucly of copper, lead, sink, and nickel behaviour at a simulated sediment-vmtcr boundary. J.Geochem.Explor. , 1978, 10, h 2, p. 117-138.

87. Hicholls G.D., Lorinb D.H. The geochemistry of some Britir-сагЪопЗ.'Рг.топ»' t-uiciinr-nt'-'. Geoehir. ft eofimochim. acta, 1962, 26, , p. 181-223.

88. ReCb O.W. Состав ЗОЛЫ Иллинойса. "Cire. lilirioic State Geol. Surv. ", 1964, И" 363, 20 pp.