УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ, СОСТАВ И КАЧЕСТВО УГЛЕЙ АЛЬКАТВААМСКОГО РАЙОНА БЕРИНГОВСКОГО БАССЕЙНА

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ
БЕРИНГОВСКОГО БАССЕЙНА И АЛЬКАТВААМСКОГО УГЛЕНОСНОГО РАЙОНА 12
1.1 Состояние изученности Беринговского бассейна 14
1.2 Стратиграфия 19
1.3 Тектоника 27
1.4 Малоамплитудная тектоника и способы ее прогнозирования 31
1.5 Магматизм 35
1.6 Угленосность Беринговского бассейна 38
1.7 Качество углей и их использование 39
2. ЛИТОЛОГИЯ УГЛЕНОСНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ 41
2.1 Литология вмещающих пород 41
2.1.1 Корякская свита, верхняя подсвита (K2kr3) 43
2.1.2 Чукотская свита (P1-2ck) 46
2.2 Угленосность и морфология угольных пластов Алькатваамского района52
3. ПЕТРОГРАФИЯ И МЕТАМОРФИЗМ УГЛЕЙ 58
3.1 Петрографический состав углей и его особенности 58
3.2 Диагностика древних растений-углеобразователей 65
3.3 Метаморфизм и марочный состав углей 69
3.3.1 Оценка достоверности определения марочного состава углей 76
4. КАЧЕСТВО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕЙ 81
4.1 Особенности качества, технологические свойства, использование углей 81
4.2 Попутные микроэлементы 87
5. УСЛОВИЯ И ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ
(УГЛЕЙ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД) 107
6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ГРР И НЕТРАДИЦИОННОМУ
ИСПОЛЬЗОВАНИЮ УГЛЕЙ 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 121
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ЛИТОЛОГО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ АТЛАС ПОРОД
БЕРИНГОВСКОГО БАССЕЙНА (АЛЬКАТВААМСКИЙ РАЙОН,
МЕСТОРОЖДЕНИЕ «ФАНДЮШКИНСКОЕ ПОЛЕ») 132
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АТЛАС УГЛЕЙ БЕРИНГОВСКОГО БАССЕЙНА (ВЕРХНЕКОРЯКСКАЯ ПОДСВИТА АЛЬКАТВААМСКОГО УГЛЕНОСНОГО РАЙОНА) 159

Купить

Актуальность темы исследования. В настоящее время основой энергетики северо-восточных регионов России, в частности Чукотского АО, является уголь и в ближайшее время эта тенденция сохранится. Практически весь добываемый в регионе уголь обеспечивает традиционных потребителей округа - тепловые электростанции, районные и промышленные котельные, коммунально - бытовой сектор, кроме коксующихся углей, экспортируемых в страны АТР. Развитие угледобычи в регионе существенно отстает от потребности в угольном топливе, а завоз угля из других районов страны, сохраняя тенденцию роста при наличии угленосных залежей на месте, экономически нецелесообразен. Основными причинами сложившейся ситуации остаётся слабая геологическая изученность угленосных отложений, качества и направлений использования углей, и практически полное отсутствие инфраструктуры для угледобычи.
Объектом исследования являются угли и углевмещающие породы Алькатваамского угленосного района Беринговского каменноугольного бассейна, расположенного на крайнем северо-востоке России, в Чукотском автономном округе. В регионе выполнен значительный объем поискового и разведочного бурения, накоплен большой новый фактический материал по угленосности и качеству углей, требующий углубленного изучения и обобщения. Без этого дальнейшее осуществление поисковых и разведочных работ на угленосных площадях в бассейне невозможно. Таким образом, изучение условий образования угленосной формации, вещественно-петрографического состава, качества и метаморфизма, технологических свойств углей в целях прогнозирования и определения их рационального использования на рассматриваемой территории, является актуальной проблемой.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является изучение условий образования, вещественно-петрографического состава и метаморфизма, качества углей Алькатваамского угленосного района. Исходя из данной цели, в диссертации поставлены следующие задачи:
1. Обобщение всех имеющихся материалов по Беринговскому каменноугольному бассейну и, в частности, Алькатваамскому угленосному району: изучение и систематизация геологического материала предыдущих исследований - условий образования углей и угленосной толщи, литологического состава угленосных отложений, угленосности, петрографического состава, метаморфизма, качества и свойств углей, попутных компонентов (микроэлементов).
2. Изучение основных закономерностей изменения генетических, технологических, в т. ч. спекающих свойств углей, обусловленных вещественно-петрографическим составом и метаморфизмом; уточнение марочного состава углей и проявления метаморфизма по простиранию и падению пластов и в стратиграфическом разрезе угленосной толщи.
3. Выявление особенностей литологического строения осадочной толщи, условий осадконакопления и обстановки формирования угольных пластов, качества и свойств углей, степени угленосности верхнекорякской подсвиты для прогноза перспектив освоения площади Алькатваамского района.
Фактический материал и методы исследования. Сбор фактического и теоретического материала производился автором во время работы в качестве геолога на стадиях поисково-оценочных, разведочных и эксплуатационных работ на Алькатваамской и Амаамской угленосных площадях за период с 2011 по 2018 гг. и в 2021 г. Фактический материал, положенный в основу диссертационной работы, был получен при опробовании вмещающих пород, угольных пластов, пропластков и их контактов с кровлей и подошвой в скважинах колонкового бурения (8 скважин для петрографических исследований угля, 7 скважин для изучения вмещающих пород).
Отбор проб осуществлялся бороздовым и штуфным способом. Бороздовым способом отбирались угольные пластово-дифференциальные пробы (лично автором - 121 проба), в рамках производственных задач компании, производившей поисково-оценочные и эксплуатационные работы. Минимальная мощность интервалов опробования составляла 0,05 м для неоднородных по
строению пластов. Для пластов однородного строения пробы отбирались мощностью не более 1 м. Пробы анализировались в лаборатории SGS (г. Новокузнецк). Штуфные пробы отбирались в ходе работы над диссертацией, из каждой литологической разности пласта, при однородном строении пласта каждые 0,2 м. Всего отобрано 203 штуфных пробы. Из них было подготовлено 140 штуфных проб для изучения элементов-примесей инструментальным нейтронно-активационным анализом (ИНАА) на 28 элементов. Анализ выполнен на базе ФГАОУ ВО НИ ТПУ (г. Томск) в лаборатории ядерно-геохимических методов исследования (зав. лаб. А. Ф. Судыко).
Петрографические исследования углей проводились в шлифах и аншлифах. Прозрачные угольные шлифы и аншлиф-штуфы изготовлялись в углешлифовальной мастерской ФГБУ Всероссийского научно-исследовательского геологического института им. А. П. Карпинского (Ю. И. Боровихина). Аншлиф- штуфы изготовлялись также в МГУ им. Ломоносова. Исследования проводились автором на микроскопе Leica microsystems DL MP под руководством Г. М. Волковой.
Образцы вмещающих пород в количестве 23-х шт. и прозрачные минеральные шлифы были подготовлены (распилены, отшлифованы и отсканированы) на базе ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет», г. Екатеринбург, при содействии проф.
Статистическая обработка данных проводилась с помощью программ MS Office Exel и Statistica (Statsoft).
Составление карт производилось с помощью программных пакетов AutoCad, MapInfo, Micromine.
Положения, выносимые на защиту.
1. Сочленение заливного лагунного побережья и подводной части дельты обусловливает литологический облик фаций вмещающих пород угленосных отложений, который характеризуется морскими (мелководно-бассейновыми) и континентальными (озерными, делювиально-пролювиальными, аллювиальными) отложениями. Процесс образования осадочной толщи проходил в стадию стабилизации тектонических процессов при медленном неравномерном погружении осадков в недра в зоне Беринговского прогиба.
2. Процесс древнего торфонакопления в позднемеловое время происходил в потамических условиях, сменяясь от низинных торфяных болот проточного типа, до застойных болот переходного типа. К концу времени торфонакопления существенное влияние на торфяники оказывало море. Существовали аллохтонно-автохтонные условия привноса и отложения растительного материала, при преобладании аллохтонии. В пределах северного гумидного климатического пояса, близкого к субтропическому, накапливались растительные осадки высших растений с преобладанием хвойных.
3. Наличие спекающихся палеогеновых углей марки ГЖ и меловых углей марки Ж в угленосной толще мощностью не более 1,5 км обусловлено действием термально-регионального метаморфизма, преобразовавшего ОВ до каменноугольных стадий II и III (градаций мезокатагенеза МК2-МК3), а также характером исходного растительного вещества, фациальными условиями накопления ОВ и особенностями вещественно-петрографического состава углей (витринита - от 55,5 до 92 %, инертинита - от 4,8 до 28,1 %).
Степень достоверности защищаемых положений определяется представительностью фактического материала, применением современных методов химико-аналитических и петрографических исследований, использованием новейших компьютерных программ для обработки полученной информации.
Апробация результатов работы. Работа выполнена в процессе обучения в заочной аспирантуре ФГБУ «ВСЕГЕИ» им. А. П. Карпинского и во время производственной деятельности в ЗАО «Северо-Тихоокеанская угольная компания» и ООО «Берингпромуголь» в течение 2017-2022 гг.
Список работ, опубликованных автором по теме диссертации.
Результаты исследования автора использованы при выполнении гранта Российского научного фонда, проект № 18-17-00004 «Теоретическое и эмпирическое обоснование условий и факторов накопления ценных и токсичных элементов-примесей в углях, прогнозно-поисковые критерии металлоносных углей и оценка металлоносности угольных бассейнов азиатской части России».
Основные положения диссертационной работы и результаты исследований опубликованы в научной печати (9 работ, из них 3 - статьи в рецензируемых ВАК журналах, в т. ч. WoS и Scopus) и обсуждались на следующих научных конференциях: «Практика геологов на производстве: II Всероссийская
студенческая научно-практическая конференция» (ЮФУ, Ростов-на-Дону, Таганрог, 2017 г.); «X Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых» (ПГНИУ, Пермь, 2017 г.); «Проблемы геологии и освоения недр: XXI Международный симпозиум имени академика М.А. Усова студентов и молодых ученых, посвященный 130-летию со дня рождения профессора М. И. Кучина» (ТПУ, Томск, 2017 г.); Международный молодежный научный форум «ЛОМОНОСОВ» (МГУ, Москва, 2019-2020 гг.); «Геохимия нефти и газа, нефтематеринских пород, угля и горючих сланцев: Всероссийская научная конференция» (ИГ Коми НЦ УрО РАН, Сыктывкар, 2019 г.).
Научная новизна исследования. Впервые детально определены условия образования угленосной толщи и углей Алькатваамского района Беринговского бассейна, палеогеографические условия древнего торфонакопления. Впервые установлены особенности фациального состава вмещающих пород и составлен их литогенетический Атлас. По отпечаткам остатков древних растений- углеобразователей во вмещающих угли породах впервые для Алькатваамского района установлены древние растения-углеобразователи Coniopteris tschuktschorum (Krysht.) Samyl. из сем. Dicksoniaceae, сем. Pinaceae - Pityophyllum sp. и Picea sp., сем. Cupressaceae - Metasequoia ex gr. occidentalis (Newb.) Chaney, Trochodendroides sp. (сем. Cercidiphyllaceae) и Corylites sp. (сем. Betulaceae).
Впервые изучен петрографический состав углей верхнекорякской подсвиты в петрографических шлифах и аншлиф-штуфах, диагностированы петрографические признаки термального метаморфизма. Впервые составлен петрографический Атлас углей бассейна. По результатам нейтронно-активационного анализа впервые определены геохимическая специализация углей и ее связь с геохимической и металлогенической специализацией региона, а также наличие потенциально промышленных концентраций ценных металлов в углях.
Практическая значимость работы.
1. При макроскопическом описании и анализе (полированные срезы образцов характерных пород, описание керна) и микроскопических исследованиях (прозрачные минералогические шлифы и аншлиф-штуфы) определены фациальные обстановки древнего осадконакопления. Составленный литогенетический Атлас вмещающих пород позволяет осуществлять региональный прогноз угленосности одновозрастных осадочных толщ.
2. Уточненные условия образования, петрографического строения, метаморфизма и качества углей, составленный петрографический Атлас углей верхнекорякской подсвиты необходимы для прогнозирования вещественно - петрографического состава и качества, технологических свойств и определения направлений рационального использования углей Беринговского бассейна, а также малоизученных одновозрастных углей северо-востока РФ.
3. Разработанная авторская методика прогнозирования
малоамплитудной тектоники используется при составлении планов развития горных работ на действующем месторождении «Фандюшкинское поле» Беринговского каменноугольного бассейна.
4. Выявлен ряд элементов-примесей, которые потенциально могли бы представлять промышленный интерес для попутного извлечения. К таким элементам отнесены гафний, скандий, редкоземельные элементы (в сумме их концентраций), цинк, стронций.
Личный вклад автора. Автор принимала непосредственное участие в проведении геологических работ на месторождениях Алькатваамского и Амаамского угленосных районов в период с 2011 по 2018 гг., а также в 2021 г. Самостоятельные маршрутные исследования по изучению выходов пород вдоль морского побережья в пределах Беринговского бассейна были проведены автором в 2019 г. Автор производила отбор проб каменного материала на месторождении
«Фандюшкинское поле» и его флангах, осуществляла макроскопическое описание и петрографическое изучение отобранных проб. Автор провела литолого¬фациальный анализ, составила литогенетический и петрографический Атласы. Установила поисковые признаки и прогнозные критерии для углей верхнекорякской подсвиты. Выполнила математическую и статистическую обработку данных, их аналитическую и геологическую интерпретацию.
Благодарности. Диссертация выполнена под руководством д.г.-м.н.
В. И. Вялова, которому автор искренне признательна и благодарна за ценные советы и методическую помощь. Автор благодарит и.о. зав. углепетрографической лаборатории отдела геологии горючих полезных ископаемых ФГБУ «ВСЕГЕИ» Г. М. Волкову за помощь петрографических исследований. Д.г.-м.н.
А. Г. Никитина, Н. А. Ларкина, М. А. Петровец за помощь в изготовлении шлифов вмещающих пород и изучении фациальных обстановок углеобразования. Сотрудников кафедры геологии и геохимии горючих полезных ископаемых МГУ имени Ломоносова к.г.-м.н. Н.В. Пронину, А. Х. Богомолова, Д. В. Митронова автор благодарит за ценные консультации. Д.г.-м.н. С. И. Арбузова - за помощь в проведении инструментального нейтронно-активационного анализа. Мл. науч. сотрудника Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН А. А. Грабовского - за помощь в проведении палеонтологических исследований. Поддержку автору оказывал д.г.-м.н., академик РАЕН Г. А. Фандюшкин. За помощь в петрографических исследованиях минеральных шлифов автор благодарна к.г.-м.н. Л. А. Краснощековой. Всем им автор искренне признательна.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, 2 приложений. Содержит 163 страницы, включая 30 рисунков, 12 таблиц и списка литературы из 109 наименований. Введение аналогично вводной части автореферата. В первой главе описано состояние геологической изученности Беринговского каменноугольного бассейна и Алькатваамского угленосного района. Описаны основные этапы освоения и открытия месторождений, приведена геологическая характеристика района исследования. Во второй главе представлены результаты изучения вмещающих уголь пород и угленосной толщи, выполнен их литолого-фациальный анализ, определены новые уточняющие фациальные обстановки. Приложение 1 ко второй главе представляет собой литогенетический Атлас характерных для угленосного района пород. В третьей главе рассмотрена петрография углей, сделаны выводы по наличию в районе специфического регионально-термального метаморфизма. Приложение 2 представляет петрологический Атлас углей верхнекорякской подсвиты Беринговского бассейна. В четвертой главе приведены данные по качеству и технологическим свойствам углей. Представлены новые сведения по элементам-примесям в углях. В пятой главе сделаны выводы по условиям и особенностям формирования угленосной толщи. В шестой главе представлены рекомендации по прогнозированию углей, проведению ГРР и направлениям их нетрадиционного использования. В заключении приведены основные выводы по результатам работы.
Купить