Геологічні умови формування землистого вугілля Дніпровського буровугільного басейну

Мета і завдання досліджень з'ясувати геологічні умови формування землистого бурого вугілля на основі вивчення його речовинного складу, органічних і мінеральних компонентів та палеогеографічні умови торфонакопичення. Визначити на цій основі можливості раціонального використання землистого типу бурого вугілля.

Виділення землистого бурого вугілля, як окремого типу слабовуглефікованого бурого вугілля, промислової марки 1Б Дніпровського буровугільного басейну.

Об'єктом дослідження є геологічні та палеогеографічні умови седиментації та вуглефікації землистого бурого вугілля на основі речовинного складу, структурних та текстурних особливостей, вуглепетрографічних характеристик.

Предметом дослідження є верстви землистого бурого вугілля, як складової частини буровугільних покладів родовищ Дніпробасу, його поширення на діючих вуглерозрізах.

Фактичний матеріал покладений в основу роботи. Матеріали, що покладені в основу роботи, одержані на діючих та розвіданих вуглерозрізах Ватутінського, Верхньодніпровського, Олександрійського вуглепромислових районів протягом кількох десятиліть геологами, гірниками та доповнені польовими роботами автора по вивченню геологічних розрізів вугільних товщ, за керновим матеріалом свердловин та у відкритих виробках. Також вивчалися колекції зразків вугілля в об'єднанні „Олександріявугілля”, ІГН НАН України та зразки з кернового матеріалу ДП „Центрукргеологія”. На діючих вуглерозрізах Морозівському, Протопопівському та Констянтинівському (об'єднання „Олександріявугілля”) здобувачем під час польових робіт відібрано та вивчено понад 100 проб різних типів бурого вугілля, вивчено близько 15000 м геологічних розрізів відкритих виробками; переглянуто 1000 м кернового матеріалу бурого вугілля в керносховищах ДП “Центрукргеологія”. Вивчено понад 200 зразків із колекцій вугілля в об'єднанні „Олександріявугілля”, близько 50 зразків бурого вугілля та понад 300 прозорих шліфів із колекції відділу геології вугільних родовищ ІГН НАН України.

Методи дослідження:

- Аналіз, узагальнення геологічної інформації по вугленосних відкладах Дніпробасу: геологічних карт і схем родовищ басейну, первинної документації геологічних розрізів відпрацьованих та діючих кар'єрів.

Наукова новизна одержаних результатів:

- Землисте буре вугілля виділене в окремий тип (різновид) слабовуглефікованого бурого вугілля, за речовинним складом структурою та щільністю.

- Поширення землистого типу вугілля у відкладах юрського, палеогенового та неогенового віків свідчить про подібність палеогеографічних умов торфонакопичення в межах УЩ протягом мезо-кайнозою.

- Генезис різних типів слабовуглефікованого бурого вугілля Дніпробасу залежить від фаціальних умов у торфовищах (торфогенному шарі) в період торфонакопичення. Зміна типів вугілля у розрізі й на площі відповідає зміні геодинамічних та гідрологічних обстановок у період торфонакопичення, характерних для кожного родовища.

- Розроблена класифікація для бурого вугілля Дніпробасу на основі мікропетрографічного дослідження. За співвідношенням структурних і безструктурних мікрокомпонентів виділені типи: телінітовий, колінітовий, телініто-колінітовий та колініто-телінітовий.

- Вперше для України, на основі рентгеноскопічного дослідження, визначено мінерал шаллантит у землистому типі бурого вугілля (розріз Протопопівський). Це може свідчити про можливі гідротермальні процеси на початковій стадії вуглефікації.

Практичне значення одержаних результатів:

- За даними результатів дослідження, виділено землисте буре вугілля, як окремий тип слабовуглефікованого (м'якого) бурого вугілля, промислової марки 1Б;

- Визначено в складі буровугільної формації місце землистого вугілля та закономірності його поширення;

- Уточнено критерії диференційованої оцінки якості буровугільних покладів промислової марки 1Б.

Особистий внесок здобувача. Під час польових робіт відібрано зразки бурого вугілля та лігнітів Дніпробасу. Поглиблено вивчено їх властивості вуглепетрографічними, літологічними, вуглехімічними методами, що покладено в основу роботи. Всі результати отримані особисто автором чи за його участю. Автором виконані картографічні побудови щодо поширення бурого вугілля на території України, палеогеографічних умов періоду торфонакопичення та літології (за фондовими та опублікованими матеріалами).

Апробація і реалізація результатів роботи. Основні результати роботи доповідалися на конференції молодих вчених ІГН НАН України „Сучасні проблеми геологічної науки” (Київ, 2003 р.), на науковій міжнародній науковій конференції „Природні ресурси Волині. Результати фундаментальних досліджень 1993-2003р.” (Луцьк, 2003 р.), на міжнародній науковій конференції Львівського національного університету ім. І. Франка (Львів - Шацьк, 2004 р.), на Всеукраїнській науково-практичної конференції „Геологічна наука ХХІ століття” (Луганськ, 2004 р.), на міжвідомчій науково-практичній конференції „Енергетика Землі, її геолого-екологічні прояви, науково-практичне використання” (м. Київ, 2005 р), на науково-практичній конференції „Геологічні дослідження в Україні” (м. Луганськ, 2005 р.). Публікації. Результати дисертації опубліковані в 11 наукових працях (9 наукових статтях і 2 тезах доповідей), з них 8 без співавторів, 8 у фахових виданнях.

Об'єм та структура роботи. Дисертація який складається із вступу, 8 розділів, висновків, списку використаних джерел.

Обсяг дисертації 180 сторінок, у тому числі 161 сторінки основного тексту, 88 ілюстрацій, 15 таблиць та списку використаних джерел із 188 найменувань.

Автор щиро вдячний за цінні рекомендації, критичні зауваження та консультації докторам геол.-мін. наук В.Ф. Шульзі, І.В. Оріщенко, кандидатам геол.-мін. наук А.В. Івановій, С.О. Мачуліній, н.с. Л.Б. Зайцевій, О.М. Сукачову, геологу «Олександріявугілля» В.М. Носику, геологу ДП „Центрукргеологія” В.М. Музиці.

Особливу подяку автор виражає науковому керівнику, доктору геолого-мінералогічних, завідувачу відділу геології вугільних родовищ Анатолію Яковичу Радзівіллу.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

За роки освоєння Дніпробасу накопичений значний геологічний матеріал території вугільного басейну та вугільних покладів зокрема.

Перший етап охоплює проміжок часу з кінця ХVІІ ст. і до кінця ХІХ ст. Найбільш важливі роботи на той час були написані видатними дослідниками І.О. Гюльденштедтом, П.С. Палласом, Н.П. Барбот де Марні, Ф. Дюбуа де Монпером, Л.П. Долинським, В.А. Домгером, Р.А. Пренделем, І.Ф. Шмальгаузеном та ін. В їх працях відображені відомості про перші знахідки бурого вугілля в центральній частині України, виконані перші геологічні дослідження та відкриті родовища, складено карти.

До другого етапу можна віднести період геолого-знімальних робіт, які дозволили систематизувати фактичний матеріал. Серед узагальнюючих робот можна виділити, як найбільш цінні - М.О. Соколова (1893), А.В. Фааса (1913), В.І. Лучицького та Б.Л. Личкова (1930), В.М. Чирвінського та В.Т. Сябряя (1934-1935), І.Е. Вальц та М.В. Чирвінської (1937), І.Є. Слензака (1946) та інші. В їх роботах обґрунтовані дані геологічної будови басейну та вік вугільних покладів, відкрито ряд родовищ, перші спроби вуглепетрографічних, вуглехімічних досліджень та визначення генезису вугілля, складені карти.

До третього етапу можна віднести період, в який розпочинається проведення крупномасштабної геологічної зйомки, розгортаються детальні пошуково-розвідувальні роботи на багатьох родовищах басейну, вивчення вугільних покладів окремих родовищ, що й знайшло відображення в узагальнюючих монографіях В.Т. Сябряя (1958, 1959), О.П. Агулова, А.М. Алексєєва, М.Я. Бариша та інші (1961), під редакцією П.Г. Нестеренка (1963). Виконується ряд робіт в окремих напрямах вивчення вугілля та вугленосних товщ: на основі стратиграфічного та палінологічного вивчення вугільних товщ - Є.М. Матвієнко (1965), петрографічне вивчення - О.М. Ігнатченко та Л.Б. Зайцева (1973, 1978), А.А. Міхеліс (1965 - 1990), І.Н. Дроздова (1969 - 1989), С.В. Коваленко (1992), бітумінозність вугілля - М.О. Самарін (1976), О.М. Ігнатченко та Л.Б. Зайцева (1978), Н.Б. Сєрова (1976-1982), палеогеографічні умови - В.М. Нагірний (1965 - 1978), В.Т. Сябряй (1958, 1959) С.А. Гурідов (1987), С.В. Сябряй та інші (2005).

Монографія «Дніпровський буровугільний басейн» А.Я. Радзівілла, С.А. Гурідова, М.О. Самаріна та ін. (1987) та звіт «Вплив морфології та генезису буровугільних пластів на гірничо-геологічні умови їх розробки» ДП „Центрукргеологія” відповідальний виконавець В.М. Музика (2005) - узагальнюючі роботи останніх років.

Вибір методичних прийомів був визначений метою та задачами дисертаційної роботи. Для визначення ролі структури і рельєфу кристалічного фундаменту УЩ у формуванні та розміщенні буровугільних покладів Дніпробасу найбільш інформативним і результативним є структурно-геоморфологічний (і палеоструктурно-палеогеоморфологічний) методи дослідження.

Поширення землистого вугілля у вугленосних товщах Олександрійського вуглепромислового району, а також у різних вуглепромислових районах Дніпробасу, досліджувалося автором у польових умовах, за даними фондових і опублікованих матеріалів, шляхом співставлення та кореляції розрізів, пошуків на їх основі закономірностей змін морфології тіл, їх кількості та ритміки пластів.

На основі фондових та опублікованих матеріалів, автором, побудовано оглядову карту М 1:4 000000 та карту поширення бурого вугілля на території України в різних геологічних структурах М 1:4 000000 (за допомогою програми Аdobe illustrator).

Петрографічний склад вивчався за макропетрографічним та мікропетрографічним дослідженнями. Макропетрографічний склад вивчався на діючих розрізах і зразках, відібраних геологами «Олександріявугілля» (В.М. Носик та В.М. Василина), власних зразках, відібраних під час польових робіт та зразках з колекції відділу геології вугільних родовищ ІГН НАН України. Мікропетрографічний склад вивчався у тонких прозорих шліфах під бінокуляром МБІ-6, у прохідному світлі. Під час вивчення мікропетрографічного складу виконано ряд світлин, що відображають будову вугілля, мікрокомпоненти та мінеральні включення.

Реконструкція палеокліматичних умов часу торфонакопичення проводилася двома методами. За методом В.П. Гричук та ін. (1987), на основі спорово-пилкових спектрів визначено температурний режим клімату часу торфонакопичення. За методом актуалізму, проведене співставлення рослинного покриву з сучасним поширенням в межах кліматичних і природних зон.

Для визначення специфічних ознак землистого вугілля використані елементний та технічний аналізи, спектральний, рентгеноскопічний та електронно-парамагнітного резонансу різних типів буровугільних покладів.

Комплекс використаних лабораторних досліджень дає додатковий матеріал стосовно геологічних умов формування торфовищ.

Поширення бурого вугілля в геологічних структурах України

Поклади бурого вугілля зосереджені в межах Дніпровського буровугільного басейну (Дніпробасу, Дбб) та на вугленосних площах: Дніпровсько-Донецькій, Придністровській, Прикарпатській, Закарпатській, Нижньо-Дністровській; в Гірському Криму, західному, північному та південному Донбасі.

Буровугільні поклади України відрізняються за якістю вугілля, ступенем вуглефікації (1Б -3Б та БД - перехідні від бурих до кам'яних), за віком та умовами утворення, а також ступенем вивченості, освоєння та потенційними можливостями.

Усі поклади бурого вугілля за віком поділяють на палеозойські (нижній та середній карбон), мезозойські (юра, крейда) та кайнозойські (палеоген та неоген). Палеозойські буровугільні поклади на території України визначені на західних та північних окраїнах Донбасу (Петриківський та Старобільський райони). Мезозойські вугленосні відклади поширені на незначних площах, і простежуються: в Гірському Криму, на північно-західному схилі УЩ, на південно-західному та північно-східному схилах ДДЗ. Кайнозойські буровугільні відклади найбільш поширені: південний Донбас (палеоцен), УЩ (еоцен, олігоцен), ДДЗ (олігоцен, міоцен), Прикарпатський прогин (міоцен), Чоп-Мукачівська і Солотвинська западини Закарпатського прогину (міоцен, пліоцен), в межах Волино-Подільської плити та Львівського прогину (міоцен), Переддобруджський прогин (міоцен).

Кайнозойська вугленосність пов'язана з відкладами палеоген-неогену (еоцену, олігоцену, міоцену). Ці відклади виявлені: у крайових та внутрішніх прогинах, в депресіях кристалічного фундаменту, над прогинами соляних штоків, міжкупольних компенсаційних прогинів та карстових воронок.

У різних структурах відбувалися процеси, які сприяють торфонакопиченню та вуглеутворенню. Відповідно до концепції розломно-блокової тектоніки, ділянки вуглеутворення розташовані в міжблокових прогинах і контролюються рухливими зонами глибинних розломів, які розділяють різновисокі та протилежні за напрямом руху блоки (І.О. Майдановичем та А.Я. Радзівіллом, 1984). Чергування в часі континентальних, прибережних і морських режимів створюють умови для накопичення та поховання торфовищ. Наведені дані узгоджуються із загальноприйнятим поділом вугільних басейнів на геосинклінальні, платформні та перехідні. Незважаючи на положення в межах геосинкліналі чи платформи надрозломні структури мають подібний для всіх структур тектонічний режим, в результаті якого відбувається торфонакопичення. В залежності від особливостей геологічних структур та їх розвитку, від фаціальних умов осадконакопичення відбувалося формування буровугільних покладів неоднакового ступеню вуглефікації і різного типу за речовинним складом.

Поширення землистого бурого вугілля у покладах різних вугільних басейнів та площ (проявів) України, відомі переважно з юрського періоду до неогену. Вугілля формувалося в різних геологічних структурах: УЩ, внутрішніх та крайових прогинах, соляної тектоніки (ДДЗ) та карстових воронках (Північний та Південний Донбас).

Землисте буре вугілля поширено у юрських, палеогенових (палеоценових, еоценових, олігоценових) та неогенових відкладах України.

Найбільш вивчене землисте буре вугілля Дніпробасу.

Стратиграфія фанерозойських відкладів в межах Дніпровського буровугільного басейну

Особливість геологічної будови Дбб обумовлено його положенням в межах УЩ. У його геологічній будові беруть участь два структурні поверхи: нижній (фундамент) - докембрійські кристалічні породи, верхній - представлений продуктами вивітрювання - первинними каолінами та осадовими породами мезо-кайнозою. Породи кристалічного фундаменту залягають на глибині до 70-100 м і більше (на схилах щита) чи виходять на денну поверхню (на підняттях).

Поверхня кристалічного фундаменту, сформована протягом неогею, має складний рельєф, що значною мірою контролює фації й потужності кори вивітрювання та осадових товщ мезо-кайнозою. На кристалічних породах докембрію залягають товщі каоліну кори вивітрювання, потужністю від перших метрів до 30 м і більше.

Відклади мезозою та кайнозою мають надзвичайно мінливу потужність, від декількох метрів до 100 м в межах щита та до 200-300 і більше метрів на його схилах. Відклади мезозою представлені товщами тріасової, юрської та крейдової систем. Кайнозойська група відкладів включає нашарування палеогенової, неогенової та четвертинної систем. Палеоген представлений напластуваннями палеоцену, еоцену та олігоцену. В палеоценових (₁) відкладах виділена райгородська товща та лузанівська світа. Відклади еоцену (₂) в басейні представлені нижнім, середнім та верхнім відділами. До нижнього еоцену відноситься канівська (₂kn) світа, що має обмежене поширення в північно-західній та центральні частині Дніпробасу. Середній еоцен включає відклади бучацької (₂ bи) та київської (₂ kv) світ. Відклади харківської (_2-3 hr) серії складені обухівською (верхній еоцен) та межигірською (нижній та середній олігоцен) світами. Полтавську серію представляють відклади берекської (верхній олігоцен) та новопетрівської (нижній міоцен) світ. Вони перекривають всі більш давні напластування. Практично повсюди на УЩ поширені відклади неогену (N), які відносяться до міоцену та пліоцену. В складі відкладів четвертинної (Q) системи виділяють: нижньочетвертинні, середьочетвертинні, верхньочетвертинні та сучасні нашарування. Найбільш значна депресія в межах Дніпробасу - Бовтишська. Вона має майже повний стратиграфічний розріз відкладів мезо-кайнозою.

Сучасні нашарування представлені ґрунтовим покривом, що відповідає їх природно-географічному районуванню та торфовищами, що розташовані, переважно, в долинах сучасних річок і заболочених низинних територій.

Протягом мезозою та кайнозою на території УЩ виникали умови сприятливі для торфоутворення та торфонакопичення, які в сучасних розрізах представлені буровугільними покладами та горючими сланцями.

Тектоніка та формування буровугільних родовищ Дніпровського буровугільного басейну

Періодична активізація розломів привела до зміни умов денудаційних і седиментаційних процесів осадового чохла, завдяки контрастним рухам блоків фундаменту. Рух блоків фундаменту контролювали режим формування рельєфу й умови накопичення порід осадового чохла, в тому числі й торфовищ буровугільних покладів.

У мезозойську епоху територія УЩ перебувала в режимі довготривалого підняття. Розчленування утвореного пенеплену та початок формування осадового чохла відбувається протягом тріас-юрського часу. В юрський час закладаються мезозойські депресії та річкові долини. На північному сході, в наслідок занурення ДДЗ, починається морська трансгресія. Підтоплення морем річкових долин створює умови для їх заболочення, поширення вологолюбної рослинності, утворення торфовищ, а з часом - формування буровугільних покладів юрського віку.

На початку крейдового періоду в результаті загального підняття території підсилюється ерозійна діяльність, яка в кінці крейдового періоду змінюється новою морською трансгресією й охоплює північно-східну частину Дбб. В наслідок тимчасової активізації контрастних рухів та підсилення ерозійної діяльності на початку палеоценового періоду починають формуватися палеогенові палеодолини, які суттєво наслідують мезозойські, особливо придельтові частині. У долинах акумулювався та відкладався, переважно, теригенний матеріал і формувалися торфовища, які з часом перетворилися на буровугільні поклади, переважно, лімнічного (озерно-річкового) та прибережно-морського походження.

У другій половині еоцену трансгресія київського моря перекриває вугленосні товщі морськими карбонатно-теригенними відкладами. На деяких родовищах відбувається повний чи частковий епігенетичних постформаційний розмив пластів. Відклади київської та харківської трансгресій сприяли похованню та збереженню вугленосних відкладів. Регресивний етап розвитку території басейну починається з другої половини олігоцену. Майже вся територія щита до кінця середнього олігоцену стає суходолом, в цей час підсилюються процеси ерозії та вивітрювання. Починаючи з другої половини пізнього олігоцену до середнього міоцену в межі УЩ проникає полтавська трансгресія, залишаючи на щиті континентальні та прибережно-морські відклади полтавської серії.

Плікативні порушення вугільного пласта при експлуатації та розвідці родовищ спостерігалися частіше у вигляді хвилястого залягання вугільного пласта. Причинами плікативних порушень найчастіше є: різкі підняття фундаменту, нерівномірний тиск порід покриття, який зумовлює просади в товщі рихлих відкладів.

Тектонічні умови сприяли як розвитку торфовищ, їх накопиченню та збереженню, так і сингенетичним та епігенетичним розмивам.

Вугленосність Дніпровського буровугільного басейну

Вугленосними в товщі осадових відкладів Дніпробасу є комплекси порід юрського, палеогенового та неогенового віку.

Вугленосність юрського віку розвинена в північно-західній частині басейну в континентальних відкладах байоського та батського ярусів. Континентальні відклади середньоюрського (байос) віку розташовані в гирлових та пригирлових частинах давніх річкових долин юрського віку, що відкриваються в сторону ДДЗ. Генетично вугільні прошарки байоського ярусу пов'язані з піщаною товщею алювіального походження. В ній нерідко зустрічаються сліди кореневих систем, які зберегли початкове вертикальне положення. Загальний вигляд товщі свідчить про автохтонне утворення вугілля. Буровугільні поклади поширені на території Київської (14 вуглепроявів) та Житомирської (11 вуглепроявів) областей (Лейвіков М.Х. 1982, Корпан Н.В. 1996). Вугільні пласти і лінзи вугілля на цій площі приурочені до байоської товщі, складеної пісками алювіального походження. Вугілля високозольне, піритизоване. Значна частина відкладів байоського ярусу розмита.

Підошва відкладів батського ярусу залягає практично горизонтально. Вугленосні відклади прибережних фацій збереглися в окремих депресіях. В товщі батських відкладів виявлено ряд незначних родовищ, серед яких найбільше Кочерівське.

Верхньоолігоценові вугленосні відклади пов'язані з берекською світою. Вони займають незначну територію на правобережжі Дніпра між Вишгородом та Обуховом, в районі Фастова та на захід від Житомира (Самарін М.О. 1968, 1976). Вугленосність берекських відкладів незначна. На окремих площах зустрічаються невеликі лінзи вугілля, потужність яких не перевищує 1 м. Найбільшим є Вишгородський буровугільний прояв.

У відкладах полтавської серії та сарматського ярусу неогену виявлені незначні лінзи бурого вугілля. Пласти бурого вугілля цього часу малопотужні, невитримані по простяганню (по площі), складної конфігурації.

Промислового значення поклади бурого вугілля юри, верхнього олігоцену та неогену в межах Дніпробасу не мають.

Промислова вугленосність Дбб пов'язана з бучацькими відкладами. Бучацька світа при своїй невеликій потужності характеризується високим коефіцієнтом вугленосності. Вугільний горизонт з максимальною потужністю до 25-40 м включає пластоподібні та лінзовидні поклади вугілля, а також розділяючи їх пласти (прошарки) глин і пісків. Розміри депресій контролюють розміри буровугільних покладів. Середня потужність вугільних пластів 3,0-6,0 м, інколи збільшується до 18-21 м або зменшується до 1,0-2,0 м. В горизонті налічується від 1 до 3 вугільних пластів невитриманої потужності.

Основним робочим є нижній пласт, будова пласта переважно проста. Потужність змінюється від десятих частин метра до 25 м і в середньому становить 4-6 м. Середній пласт має обмежене поширення, простежується, переважно, на родовища в центральній частині Дбб. Верхній пласт відрізняється дрібнолінзовидною формою залягання, локальним поширенням, малою та невитриманою потужністю, в межах 1,0-2,0 м та зрідка збільшується до 3,0 м.

Землисте вугілля на родовищах Дніпробасу складає від 5-35% вугілля родовища. Воно представлене у вигляді прошарків та лінз потужністю від 0,1-0,5 - 3-5 м.

На території України землистий тип бурого вугілля виявлений у всіх вугленосних відкладах щита: юрського, палеогенового та неогенового віку.

Всі класифікації, які розроблені для слабовуглефікованого бурого вугілля можна поділити на промислові та геолого-генетичні (макроскопічна та мікроскопічна). Промислові класифікації розроблені для використання буровугільних покладів у народному господарстві в залежності від ступеню вуглефікації. Геолого-генетичні класифікації визначають місце вугілля серед інших горючих копалин і характеризують походження різних типів і класів вугілля. Геолого-генетичні (макроскопічні та макроскопічні з мікроскопічними елементами) класифікації розроблені авторами в залежності від напрямку дослідження та розрізняються за ознаками, які були використані як параметри.

Провівши дослідження наявного матеріалу на вуглерозрізах Олександрійського буровугільного району та зважаючи на вище зібраний матеріал, ми пропонуємо класифікацію для слабовуглефікованого (м'якого) бурого вугілля, яка буде основою для дисертаційного дослідження.

Слабовуглефіковане (м'яке) буре вугілля Дніпровського буровугільного басейну промислової марки 1Б, як в більшості класифікацій, поділити на два класи гумітовий та гуміто-ліптобіолітовий.

Клас гумітового м'якого бурого вугілля поділити на такі типи: лігнітовий, землистий, кускуватий, щільний, зольний та розсипчастий.

Клас гуміто-ліптобіолітового м'якого бурого вугілля поділити на такі типи: землистий та щільний.

Клас гумітового м'якого бурого вугілля:

- лігнітовий - представлений у вигляді окремих включень чи скупчень деревних решток (стовбурів, гілок, пеньків) різного розміру (від кількох мм до 1-1,5 м, іноді більші) та різного ступеню збереженості („гнилушки” - „скам'яніла” деревина);

- землистий - представлений у вигляді майже однорідної слабозцементованої маси від світло-коричневого, коричнево-бурого до чорного кольору (у вологому стані має більш інтенсивні відтінки), має землистий злам, при легкому натисканні та при довгому перебуванні на повітрі розсипається на дрібні уламки;

- кускуватий - представлений у вигляді вугілля різних відтінків коричневого кольору, іноді в одному зразку зміна кольорів може бути поступовою або різкою, злам кутастий, землистий, розламується при середньому по силі натисканню на окремі частки різного розміру;

- щільний - представлений у вигляді майже однорідної зцементованої маси від світло-коричневого (зрідка палевого) до коричневого кольору різних відтінків (у вологому стані має більш інтенсивні відтінки), має кутуватий, кутувато-східчастий, східчасто-землистий злам, розламується при сильному натисканні на частки, під час довгого перебуванні на повітрі розламується тільки при дуже сильному натисканні;

- зольний - представлений і землистим і щільним типами вугілля з значним вмістом піщаного, глинистого або піщано-глинистого матеріалу, злам землистий, кутуватий, ступінчато-землистий, при натисканні розламується на менші частини;

- розсипчастий - представлений як у щільному, так і в землистому типах вугілля і спостерігалося у вигляді висипок на Козацькому та Новомиргородському родовищах.

Клас гуміто-ліптобіолітового м'якого бурого вугілля:

- землистий - представлений у вигляді майже однорідної слабозцементованої маси світло-коричневого (палевого), коричнево-бурого кольору (у вологому стані має більш інтенсивні відтінки), має землистий злам, при легкому натисканні та при довгому перебуванні на повітрі розсипається на дрібні уламки;

- щільний - представлений майже однорідною пилуватою зцементованою масою світло-коричневого (палевого), коричневого кольору (у вологому стані має більш інтенсивні відтінки), має кутуватий, кутувато-східчастий, східчасто-землистий злам, при сильному натисканні розламується на частки, під час довгого перебуванні на повітрі розламується тільки при дуже сильному натисканні.

Клас гуміто-ліптобіолітового бурого вугілля при мікроскопічних дослідженнях відрізняється від гумітового значною кількістю мікрокомпонентів групи лейптиніту.

В дисертаційній роботі поняття „землисте буре вугілля” - це тип вугілля, який представлений в класах гумітового та гуміто-ліптобіолітового вугілля, характерних для слабовуглефікованого бурого вугілля промислової марки 1Б.

Макроскопічні дослідження землистого вугілля

Землисте вугілля поширене на всіх промислових родовищах «Олександріявугілля», в той же час місце його положення в розрізах, розміри та форми залягання - різні. Потужність пластів (лінз, прошарків) землистого вугілля на різних родовищах змінюється від 0,1 - 0,5 до 3,0 - 4,0 м, іноді сягає 9 м (розріз Протопопівський). Найважливішими характерними ознаками землистого вугілля, що вирізняє його серед інших типів слабовуглефікованого бурого вугілля, є його особлива текстурно-структурна будова.

Землисте вугілля відноситься до найменш щільного вугілля, яке легко розминається в порошкоподібну масу. Ступінь ущільнення майже не відрізняється у природньо-вологому та повітряно-сухому стані. При нетривалому перебуванні на повітрі дане вугілля швидко втрачає вологу та перетворюється в порошкоподібну масу. В той час щільне вугілля при перебуванні на повітрі стає ще більш щільним, подрібнюється при значному натисканні, розламується на частки.

Колір землистого вугілля змінюється від світло-коричневого (що буває дуже рідко) до темно-коричневого, майже чорного. У повітряно-сухому стані їх колір стає більш світлим з сіруватим відтінком. Для щільних типів вугілля колір переважно світло-коричневого до коричневого, при висиханні вугілля світлішає.

Злам землистого вугілля землистий або східчасто-землистий, ознаки шаруватості відсутні. Для щільних типів злам більш рівний кутуватий, може бути східчасто-кутуватим; вугільна маса у зразку має переважно пилувату структуру.

Макроструктура землистого вугілля неоднорідна, що пояснюється наявністю органічних і мінеральних включень, які можна визначити візуально за кольором, формою та структурою.

Включення у землистому бурому вугіллі

Найбільш відомі макроскопічні включення землистому вугіллі: органічні - лігніти, зерна смоли, кутикули та мінеральні - піщаний матеріал (пісок, глина, піщано-глиниста суміш), каолін, гіпс, пірит у вигляді псевдоморфоз по рослинним решткам (частин стебел або коріння), натічних форм та окремих кристалів.

Деревина зустрічається у вигляді «скам'янілої деревини», «деревних решток-гнилушок», «м'якої деревини», «перехідної деревини», а також деревини незначних розмірів (подрібненої розміром до 1-2 см).

Включення смоли зустрічається дуже рідко та має вигляд дрібних жовтих чи жовтогарячих включень розміром до 2 мм, різної форми які добре визначаються на темному фоні деревини чи вугілля.

Кутикули утворюють незначні скупчення жовтого кольору, їх розміри не перевищують 0,5х1 см.

Піщані включення спостерігаються у вигляді лінз, присипки на поверхні нашарувань та серед матеріалу, який виповнює макроскопічні тріщини та пустоти у вугільних товщах. Визначаються неозброєним оком та на дотик, представлені прозорими зернами кварцу середніх, дрібних іноді великих розмірів.

Каолін зустрічається у вигляді лінзочок, присипки на поверхні нашарувань та розсіяним у вугільній масі.

Гіпс зустрічається у скупчень (пластин) або розсіяним у вугільній масі.

Сульфіди заліза зустрічаються у вигляді розсіяних у вугільній масі дрібних кристалів піриту та їх скупчень або невеликих конкрецій та метаморфоз по рослинних рештках.

Мікроскопічні дослідження землистого бурого вугілля

Досліджено понад 300 прозорих вугільних шліфів різних родовищ Дніпробасу, із колекції вугільних шліфів відділу вугільних родовищ ІГН НАН України. Автором зроблено світлини мікрокомпонентів вугілля та мінеральних включень, що відображають будову бурого вугілля на мікроскопічному рівні.

В класифікації та за ГОСТом 12112-78 виділяють групи вітриніту, інертиніту та лейптиніту. Групи вітриніту, інертиніту та лейптиніту відрізняються за ботанічною приналежністю, станом збереження та перетворення вугільних компонентів.

Група вітриніту (гумініту) представлена телінітом та колінітом.

Телініт поділяється на лігнітит, ксилініти, фелініт та паренхіт. Вони розрізняються за ступенем збереження клітинної будови б -, в -, г - структури.

Колініт - тканини які не мають збереженої рослинної структури, представлені скупченнями рослинного атриту та детриту.

Колір компонентів змінюється від жовтого до червоного та бурувато-червоного.

Група інертиніту об'єднує мікрокомпоненти, які утворилися не тільки під впливом процесів гуміфікації та геліфікації рослинних залишків, але й первинного окислення. Колір компонентів коричневий і чорний. Мікрокомпоненти зустрічаються дуже рідко, переважно у вигляді склеротиніту.

Група лейптиніту включає мікроекзиніт, кутиніт, субериніт, резиніт, тобто мікрокомпоненти, які утворилися із фрагментів рослин стійких до процесів гуміфікації, геліфікації та фюзенізації. До даної групи відноситься жовта безструктурна речовина ліпоїдної природи - бітумініт. Колір компонентів світложовтий.

У структурі землистого вугілля переважає колініт (артрит) різного розміру при незначній кількості цементуючої геліфікованої речовини.

При вивченні шліфів визначені такі мінеральні компоненти: кварц, глинисті мінерали (каолініт), слюда (мусковіт та біотит), піроксени, амфіболи, дистен, сілліманіт, андалузит, ставроліт, епідот, актиноліт, хлорит, глауконіт, сульфіди заліза, сидерит, аутигенний кварц, опал, халцедон, цеоліт.

У землистому вугіллі розділити мінеральні компоненти на діагенетичні та епігенетичні дуже складно, оскільки дане вугілля перебуває на найнижчій стадії діагенезу.

Якісний та кількісний склад розсіяних мінеральних зерен та їх скупчень у мікрочастках доповнює дані про геологічні та палеогеографічні умови формування.

Генетичні типи вугілля виділені за ступенем деструкції та співвідношенням структурних і безструктурних компонентів групи гумініту (телініт та колініт).

Автор поділяє буре вугілля на типи: телінітовий, колінітовий та колініто-телінітовий (телініто-колінітовий). Визначені та запропоновані в класифікації типи вугілля з різною структурою речовини вуглеутворюючих мікрокомпонентів (телініт та колініт), відображають умови в період накопичення органічної речовини. Тип речовини вугілля є результатом фацій торфонакопичення і пов'язано, перш за все, з коливанням рівня обводнення та проточності болота, хімічним складом його вод.

Зміни типів вугілля, як у горизонтальному так і вертикальному напрямах, відповідають змінам фаціальних обстановок в період торфонакопиченя і підтверджують поліфаціальні умови характерні для накопичення вугільних родовищ.

Елементний та технічний аналізи

Перші дослідження елементного складу та технічних характеристик для окремих родовищ, виконані та опубліковані В.М. Чирвінським (1938 р.). Комплексні дослідження для буровугільних родовищ проведені в 1948-1966 рр., геологорозвідувальними партіями при пошукових роботах. На їх основі вперше були виділені різні типи бурого вугілля Дніпробасу для окремих родовищ.

Дослідження проведені для двох класів: гумітового та гуміто-ліптобіолітового. Показники для виділених класів розрізняються переважно вмістом смоли та бітумів.

В аналізах елементного складу гумітового та гуміто-ліптобіолітового класів вугілля різниця, яка б вказувала на зміну вуглефікаційних рівнів від землистого до щільного типів, відсутня. Наявні розбіжності вказують на різноманітність фацій в яких відбувалися процеси торфонакопичення.

Технічний аналіз для гумітового та гуміто-ліптобіолітового класів бурого вугілля, вказує на відмінності вмісті золи для землистих і щільних типів. Так для землистого вугілля у порівнянні зі щільним, характерний більший вміст сірки.

Землистий тип бурого вугілля, як і щільний, на основі елементного та технічного аналізів, відповідає характеристикам промислової марки 1Б. Розбіжності в питомій вазі та теплоті згорання корелюються із вмістом золи.

На основі вивчених та співставленних аналізів різних типів вугілля припускаємо, що основною причиною розбіжностей макроскопічних та мікроскопічних ознак м'якого бурого вугілля були відміни фаціальних умов у період торфонакопичення.

Спектральний аналіз бурого вугілля Дніпробасу

При спектральному аналізі було визначено 38 хімічних елементів у 20 зразках бурого вугілля різних макроскопічних типів.

За даними спектрального аналізу намічається така закономірність: зменшення вмісту Si, Al, Mg, Ca, Fe у напрямку від землистого до щільного типів бурого вугілля.

У всіх пробах бурого вугілля визначені такі хімічні елементи: Si, Al, Mg, Ca, Fe, Mn, Ti, V, Cr, Zr, Cu, Pb, Bi, Sc та Li. Для всіх типів вугілля вміст Mg, Ca та Ві - подібний.

Слід зазначити, що землистий тип бурого вугілля має більшу кількість хімічних елементів та більший їх вміст, чим щільний та кускуватий.

Землисте буре вугілля на основі спектрального аналізу складається із таких хімічних елементів: Si, Al, Mg, Ca, Fe, Mn, Ni, Co, Ti, V, Cr, Mo, Zr, Nb, Cu, Pb, Bi, Sn, Ga, Be, Sc, Y, P, Yb, Li та Ba.

Відмінності у складі вмісту хімічних елементів щільного, землистого та кускуватого типів бурого вугілля, на основі спектрального аналізу, вказують на різні умови в період торфонакопичення.

Рентгеноскопічний аналіз бурого вугілля Дніпробасу

Всі мінеральні утворення, визначені у різних типах вугілля родовищ Дніпробасу, за походженням можна поділити на алохтонні - привнесені в торфовище, що формується; сингенетичні, які формувалися в процесі утворення торфовища та діагенезу похованого торфовища та епігенетичні, які утворилися в уже сформованих вугільних пластах шляхом привносу нового матеріалу циркулюючими розчинами.

Особливістю виявлених кристалічних компонентів, крім SiO₂ та FeS₂, в бурому вугіллі є значна кількість молекул води. Це свідчить про значну вологість чи обводненість умов формування даних компонентів, що і підтверджується умовами формування буровугільних покладів.

Для зразків землистого типу вугілля характерні: кварц, каолініт, гіпс, карбонати, поодинокий випадок польового шпату. Для кускуватого типу вугілля - кварц (в окремих зразках кристаболіт), зрідка каолініт, поодинокі випадки карбонатів (в тому числі й гіпс) та польового шпату. Для зразків щільного вугілля - кварц, переважно, представлений різновидом - кристаболіт.

У піритовій конкреції із землистого вугілля вміст кристалічних компонентів такий: пірит, гіпс та шаллантіт, який вперше визначений на території України. Для спливу із щільного вугілля вміст гіпсу та мелантеріту.

Різниця у виявлених кристалічних компонентах у землистому та щільному бурому вугіллі вказує на різні фаціальні умови в період торфонакопичення.

Дослідження електронно-парамагнітного резонансу (ЕПР)

Органічна речовина вугілля має природний парамагнетизм. Петрографічні типи кам'яного вугілля відрізняються за інтенсивністю та шириною сигналу ЕПР. Виникає питання про наявність відмін у сигналах ЕПР різних типів м'якого бурого вугілля (промислової марки 1Б).

Для проведення дослідження відібрані 17 проб м'якого бурого вугілля з родовищ Олександрійського геолого-промислового району, на вуглерозрізах Протопопівський, Констянтинівський, Морозівський. Серед них за ознаками щільності, зламу, структури виділено вугілля трьох типів: щільного, землистого та кусковатого.

Інтенсивність сигналу зменшується в ряду вугілля: щільний > кускувий > землистий, до того ж кількість ПМЦ (парамагнітних центрів) знижується в цьому ряду в 6 - 7 разів.

Методика даного дослідження, перш за все, підкреслює різницю в петрографічній групі вітриніту-гуменіту, а ці відмінності стосуються умов перетворення органічної речовини. Дані експерементального дослідження вказують на різні умови перетворення похідного (первинного) матеріалу.

Більшість дослідників промислові поклади бурого вугілля Дніпробасу датують як середній еоцен - бучацький вік. В той же час є дані, що свідчать про різновіковість покладів від палеоцену до олігоцену, пов'язуючи їх з поступовим підтопленням території УЩ в напрямку від периферії до його центральних осьових частин.

Промислові поклади бурого вугілля Дніпробасу, бучацького часу, поширені переважно на північно-східному, східному та південному схилами щита.

Тектонічний режим регіону, в період крейди - палеогену, вказує на те що поверхня УЩ після сеноманської трансгресії, починаючи з туронського часу, зазнавала постійного епейрогенічного підняття, яке досягло максимуму на межі крейди - палеоцену; в цей час відбулася тектоно-магматична активізація щита. Вона сприяла закладанню нових та розвитку закладених в крейді субмеридіональних депресій. Тектонічний режим на території Дбб, визначився як режим контрастних рухів в межах його окремих блоків. В палеоценовий, ранньо- та середньоеоценовий часи УЩ був піднятою острівною південно-західною частиною Східно-Європейської платформи та вододілом між північним і південним палеогеновим морем. Потужний каоліновий покрив щита, свідчить про тривалий вплив континентального режиму з теплим, вологим кліматом, що існував у період крейди - палеоцену. На початок еоцену щит був суходолом з інтенсивними денудаційними та ерозійними процесами. В цей час депресії в кристалічному фундаменті контролювали водні басейни та торфяні болота, які мали постійний чи періодичний зв'язок з бучацьким морем.

Занурення щита з початку палеоцену досягло максимуму в київський час і привело до максимальної трансгресії в межі УЩ з боку морських басейнів і заток Дніпровсько-Донецької та Причорноморської западин. Протягом цього часу (палеоцен - початок пізнього еоцену) підіймався базис ерозії вододілів і відбувалося підпруження депресій, чим створювалися сприятливі передумови для заболочення значних площ ерозійно-денудаційних понижень. Починаючи з пізнього еоцену, режим занурення поверхні щита змінюється режимом підняття, але базис ерозії ще деякий час залишається високим, що й зумовлює торфоутворення. Відомо, що морські трансгресії київського та харківського часу не повністю покривали територію УЩ. Теплий клімат та розквіт рослинності в палеоцені-еоцені сприяли значному накопиченню органогенної маси та формуванню торфовищ.

Найбільш сприятливі тектонічні умови для торфонакопичення на території УЩ були від раннього палеоцену до олігоцену. Незначні тектонічні рухи окремих блоків при загальному опусканні щита протягом певного періоду сприяли умовам торфонакопичення в депресіях. Середньорічний температурний показник клімату в період накопичення, визначений автором, за методом В.П. Гричука , становить від 17єС до 18,5єС. Це свідчить про теплий, субтропічний клімат. На основі спорово-пилкових комплексів виділяються рослинні угрупування, що відповідають зонам різного ступеню зволоження. До головних тофоутворювачів можна віднести рослинність узбереж, трав'янисту водну рослинність, чагарниково-деревну рослинність, що підтверджено спорово-пилковими комплексами та визначеними макроскопічними рослинними рештками.

Буре вугілля низького ступеню вуглефікації - продукт біохімічних процесів і дезінтеграції похідної рослинної маси, ще зберігає речовинно-текстурну та структурну будову.

За час перетворення торфу у вугілля рослинна речовина в часі та послідовно проходить три стадії: рослинна стадія > первинне окислення > відновлення.

Рослинний матеріал в процесі торфоутворення проходить значні зміни в залежності від груп рослинних тканин та специфічних продуктів їх перетворення. Встановлено, що тканини, які виконують різні фізіологічні функції в структурі однієї рослини неоднаково легко й швидко піддаються процесам мікробіологічного розкладання, це спостерігається і в шліфах під мікроскопом.