Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Южный федеральный университет»

Геолого-географический факультет

КУРС ЛЕКЦИЙ

по учебной дисциплине

«Георесурсы Юга России»

цикла ОПД.Р по направлению 130301

«Геологическая съемка, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых»

Составители: Мещанинов Ф.В.

Ростов-на-Дону 2012

АННОТАЦИЯ

Мещанинов Ф.В., Рыбин И.В. Курс лекций по учебной дисциплине «Георесурсы Юга России». Ростов-на-Дону: ЮФУ, 2012, 70 с.

Курс лекций «Георесурсы Юга России» входит в программу образования по направлению 650100 «Прикладная геология» по специальности 130301 «Геологическая съемка, поиски и разведка МПИ».

Эта дисциплина является продолжением изучения студентами курсов «Геология месторождений полезных ископаемых», «Основы учения о полезных ископаемых», «Литология», «Минералогия», «Петрография», «Минераграфия».

Полученные студентами сведения о геологических ресурсах Юга России, изучение крупных месторождений с весьма благоприятными горно-геологическими условиями как рудного, так и нерудного сырья и проблемах их комплексного использования.

Курс лекций предназначен для углубленного изучения дисциплины «Георесурсы Юга России», входящей в программу образования по направлению 650100 «Прикладная геология», но может быть также использован для подготовки специалистов и аспирантов других направлений наук о Земле, в частности 02300 «Геология», а также для повышения квалификации работников региональных служб и подразделений МПР, занимающихся вопросами рационального недропользования и охраны окружающей среды.

Табл. 7. Библ. 29.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ

Лекция 1. Введение

МОДУЛЬ 2. ГЕОРЕСУРСЫ ЮГА РОССИИ

Лекция 2. Георесурсы угленосных отложений Юга России

Лекция 3. Сопутствующие углю георесурсы, их промышленное и хозяйственное использование

Лекция 4. Метан угольных пластов

Лекция 5. Георесурсы нефтяных и газовых месторождений Юга России

Лекция 6. Георесурсы рудных полезных ископаемых Юга России

Лекция 7. Георесурсы нерудных полезных ископаемых Юга России

Лекция 8. Георесурсы подземных вод Юга России

Лекция 9. Георесурсы техногенных месторождений Юга России

МОДУЛЬ 3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕОРЕСУРСОВ НЕДР ЮГА РОССИИ

Лекция 10. Перспективы развития минерально-сырьевой базы Юга России

Лекция 11. Экономические аспекты комплексного освоения георесурсов недр юга России

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

«Георесурсы Юга России» относится к дополнительной дисциплине при подготовке бакалавров по направлению «Прикладная геология» и изучается студентами 3 курса в 6 семестре.

Цель преподавания дисциплины - получение студентами необходимых сведений о геологических ресурсах Юга России, изучение крупных месторождений с весьма благоприятными горно-геологическими условиями как рудного, так и нерудного сырья и проблемах их комплексного использования.

Задачи изучения дисциплины:

усвоение общих сведений о структуре и состоянии минерально-сырьевой базы Южного Федерального округа;

получение сведений о прогнозных ресурсах рудных, неметаллических и горючих полезных ископаемых Юга России;

рассмотрение геолого-экономических и экологических аспектов комплексного освоения месторождений различных видов полезных ископаемых Восточного Донбасса и Северного Кавказа.

Перечень дисциплин, усвоение которых студентами необходимо для изучения данной дисциплины: «Общая геология», «Промышленно-генетические типы месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых», «Экономика минерального сырья».

Основные компетенции студента при освоении данной дисциплины разработаны с учетом его будущей практической работы на геологических предприятиях, научных учреждениях. Студент, изучивший данную дисциплину, должен знать:

- геологические и генетические модели месторождений, распространенных на Юге России; геологические и физико-химические условия их формирования; морфологию и вещественный состав тел полезных ископаемых и изменения вмещающих пород; общие закономерности размещения рудных и нерудных залежей.

Уметь:

- диагностировать геолого - структурные и минералого - петрографические особенности формирования и строения месторождений Юга России. Дать геолого-экономическую оценку месторождениям и рудопроявлениям, встречающимся в данном регионе.

иметь представление:

-о недрах как о комплексном ресурсе жизнеобеспечения общества;

- о перспективных направлениях использования углей;

- о ценных компонентах в углях Восточного Донбасса и Сев. Кавказа;

- о перспективах промышленного освоения ПИ;

- об основных типах месторождений, их запасы и прогнозные ресурсы;

- об основных промышленно-генетических типах месторождений.

Объем дисциплины и виды учебной работы показаны в таблице 1.

Таблица 1. Виды учебной работы по дисциплине «Георесурсы Юга России»

Виды учебной работы	Трудозатраты в кредитах(часах)	Семестр
Общая трудоемкость дисциплины.	1 (30)	VI
Аудиторные занятия.	1 (30)
Лекции	1 (30)
Самостоятельная работа	-
Вид итогового контроля	Зачет

Лекции по дисциплине «Георесурсы Юга России» подразделяются на 3 модуля (раздела), которые показаны в таблице 2.

Таблица 2 Модули дисциплины

Наименование модуля	Лекции, кредиты (часы)
1. Вводный раздел	0,06 (2)
2. Георесурсы Юга России	0,82 (24)
3. Экономические аспекты георесурсов недр Юга России	0,12 (4)

В предисловии к каждой лекции, помимо её названия и трудозатрат студента в часах, приводится перечень главных вопросов, на основании которых выделяются темы дисциплины, затем кратко рассматриваются эти вопросы. В конце лекции приводятся проектные задания студентам по самостоятельной работе и рубежные тесты для самоконтроля знаний по каждой теме.

Календарно-тематический план лекций имеет следующий вид:

Тема занятия/модуль	Тип Занятий	Индивидуальные консультации	Самостоятельная работа	Неделя
1	2	3	4	5
МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ
Основные понятия и определения	Лекция	0,5	2	1
Тест рубежного контроля				1
МОДУЛЬ 2. ГЕОРЕСУРСЫ ЮГА РОССИИ
Георесурсы угленосных отложений Юга России	Лекция	1,5	6	2
Сопутствующие углю георесурсы, их промышленное и хозяйственное использование	Лекция	0,5	2	3
Метан угольных пластов	Лекция	0,5	2	4
Георесурсы нефтяных и газовых месторождений Юга России	Лекция	0,5	2	5
Георесурсы рудных полезных ископаемых Юга России	Лекция	0,5	2
Георесурсы нерудных полезных ископаемых Юга России	Лекция	1,5	6
Георесурсы подземных вод Юга России	Лекция	0,5	2
Георесурсы техногенных месторождений Юга России	Лекция	0,5	2
Тест рубежного контроля				5
МОДУЛЬ 3. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕОРЕСУРСОВ НЕДР ЮГА РОССИИ
Перспективы развития минерально-сырьевой базы Юга России	Лекция	0,5	2	6
Экономические аспекты комплексного освоения георесурсов недр Юга России	Лекция	0,5	2	7,8,9
Тест рубежного контроля				12
ИТОГО:	30 ч.	7,5	30	18

МОДУЛЬ 1. ВВОДНЫЙ РАЗДЕЛ

Лекция 1. (2 часа). Введение

На фоне возрастающей роли угля в мировом энергетическом балансе, в нашей стране наблюдается противоположная тенденция - снижение добычи и потребления угля с замещением его в энергетике природным газом и нефтепродуктами, что связано с исчерпанием доступных для экономически рентабельной эксплуатации ресурсов углей в благоприятно расположенном Донецком бассейне, параллельно с негативными изменениями экономической конъюнктуры. В результате были закрыты многие угледобывающие предприятия, часть из которых могла бы работать еще достаточно долго. Определенную роль в этом процессе сыграла и необходимость соблюдения международных соглашений, касающихся экологических параметров используемых энергоносителей.

На территории Восточного Донбасса, имеются угольные ресурсы, а также ресурсы других полезных ископаемых, в том числе различные стройматериалы и сырье для их производства, флюсовые известняки, керамическое и опал-кристобалитовое сырье, минеральные воды, техногенные полезные ископаемые - отвалы шахт и обогатительных фабрик, причем последние приурочены к шахтерским территориям.

Экологическая обстановка на территории Восточного Донбасса находится в критическом, местами - катастрофическом состоянии.

Окружающая среда испытывает сильное воздействие разнообразных антропогенных факторов, включая освоение угольных месторождений, а на рубеже тысячелетий - ликвидацию угольных шахт.

Реструктуризация угольной промышленности Восточного Донбасса и связанное с этим закрытие шахт повлекли за собой ряд проблем экологического характера. В настоящее время в процессе ликвидации находятся 49 неперспективных шахт. Ликвидационные мероприятия вызывают активизацию негативных природно-техногенных процессов, которые охватывают значительные территории как в городах и шахтерских поселках, так и на прилегающих площадях Восточного Донбасса.

В связи с ликвидацией осуществляются меры по охране урбанизированных площадей и экологической реабилитации территории.

В пределах региона ведется мониторинг показателей экологического состояния среды, направленный в основном на изучение поверхностных, шахтных и подземных вод, водогазовыделений из закрытых шахт.

Основные термины и определения:

Акватория - в данном случае - участок водной поверхности моря в установленных для каждого государства границах

Глобализация экономики - создание общего рынка сырья, в том числе топливно-энергетического и минерального, товаров и трудовых ресурсов для крупных групп стран, континентов и, в конечном итоге, мирового сообщества в целом

Горное дело - раздел техники, охватывающий комплекс процессов, необходимых для извлечения из недр полезных ископаемых, их предварительной обработки с целью использования в промышленности (синоним: добыча полезных ископаемых)

Грязи природные - илы морские, озерные, лиманные, речные, ключевые. Применяются для лечебных целей. Синоним: грязи лечебные.

Дефицит платежей - ситуация, при которой в стране образуется недостаток валютных средств для оплаты поступающих по импорту товаров и сырья

Добыча полезных ископаемых - извлечение полезных ископаемых из недр в результате их разработки различными методами

Добыча - количество полезного ископаемого, извлеченного из недр за определенный промежуток времени (горно-экономический термин). Различаются: добыча общая, т.е. все количество полезного ископаемого, извлеченного из недр, и товарная добыча - количество полезного ископаемого, поступившего потребителям, т.е. за вычетом потерь его при добыче и транспортировке

Запасы - достоверно подсчитанное по результатам геологоразведочных работ количество полезного ископаемого (минерального сырья), заключенного в земных недрах на определенной площади

Концентрат - продукт, полученный в результате обогащения руд, с содержанием ценного компонента значительно выше, чем в исходном материале.

Минерально-сырьевая база (МСБ) - различают: МСБ какой-либо отрасли промышленности, т.е. обеспеченность ее необходимыми запасами минерального сырья (например, «минерально-сырьевая база черной металлургии») и МСБ территории - округа, страны, группы стран, континента и мира в целом - обеспеченность их различными видами полезных ископаемых (например, «минерально-сырьевая база России»)

Обогащение полезных ископаемых (руд) - комплекс процессов первичной обработки минерального сырья для выделения из него всех видов полезных минералов и отделения пустой породы, не представляющей практической ценности в данном производстве. Синоним: кондиционирование руд

Полезные ископаемые - это минеральные массы, извлекаемые из недр земли и используемые человеком. Они разделяются на металлические, неметаллические и горючие.

Металлические (рудные) - это полезные минеральные массы, из которых извлекаются металлы. Неметаллические (нерудные) - это минералы, горные породы, которые используются целиком. Горючие - используются для получения энергии, органических материалов и изделий.

Руда - это минеральный агрегат, в котором содержание ценных компонентов достаточно для промышленного извлечения.

Попутные полезные компоненты - полезные компоненты - металлы или минералы, находящиеся непосредственно в составе основного полезного ископаемого и извлекаемые из недр одновременно с ним.

Прогнозные ресурсы - количество полезных ископаемых в недрах Земли, установленное ориентировочно, на основе геологических прогнозов

Сопутствующие полезные ископаемые - полезные ископаемые, содержащиеся в породах почвы или кровли залежей основного полезного ископаемого, которые можно добывать из недр параллельно с основным полезным ископаемым.

Техногенные месторождения - это техногенное геологическое тело или его часть, представляющие собой скопление минерального вещества на поверхности Земли, возникшее в результате связанной с природопользованием хозяйственной деятельности человека (техногенеза), и которое по качеству и количеству может быть предметом эффективного использования в сфере материального производства в данных экономических условиях при данном состоянии техники и технологии, либо в ближайшем будущем.

Эмбарго - в данном случае - запрещение государственной властью ввоза из какой-либо страны или вывоза в какую либо страну или группу стран золота, товаров, сырья, в том числе и минерального, ценных бумаг и пр. Применяется как метод репрессий.

Энергоемкость - количество энергии, затрачиваемой на производство единицы какой-либо продукции или товара. В данном случае - на добычу и обогащение 1 тонны полезных ископаемых (минерального сырья)

Месторождения полезных ископаемых - это отдельные участки земной коры, где в результате тех или иных геологических процессов накопилось минеральное вещество, которое по качеству, количеству, условиям залегания экономически выгодно добывать и использовать.

Рудное тело - это локальное природное скопление полезного ископаемого, имеющее геометрический контур.

Морфология тел полезных ископаемых. Главные формы рудных тел - пласты, линзы, жилы, трубы или столбы, штокверки, штоки, тела неправильной формы, гнезда (карманы), комбинированные залежи.

По генезису месторождения полезных ископаемых разделяются на магматические, карбонатитовые, пегматитовые, альбититовые и грейзеновые, скарновые, гидротермальные, колчеданные месторождения эндогенной серии; месторождения выветривания, россыпные, осадочные экзогенной серии; метаморфизованные и метаморфические месторождения метаморфогенной серии.

Магматические месторождения формируются в процессе дифференциации металлоносной магмы непосредственно из расплава ультраосновного кислого или щелочного состава. По способу образования они разделяются на ликвационные, раннемагматические и позднемагматические. Ликвационные месторождения образуются при разделении рудносиликатной магмы на две несмешивающиеся жидкости - силикатную и рудную, кристаллизация которых происходит раздельно. Примером являются медно-никелевые месторождения (Норильская группа, Садбери). Раннемагматические месторождения формируются в результате обособления ранних фракций минералов кристаллизационной дифференциации, их концентрации под воздействием силы тяжести и конвективных течений магмы. Примером являются месторождения алмазов кимберлитового и лампроитового типов (Якутия, ЮАР, Австралия); хромитов, платины в расслоенных массивах ультраосновного-основного состава (Бушвельдский массив). Позднемагматические месторождения образуются из остаточных расплавов после застывания главной массы породобразующих силикатов, для них характерны ксеноморфный облик рудных минералов и эпигенетический характер рудных тел. Примером являются месторождения хромитов (Кемпирсайское), титаномагнетитов (Качканар), апатитов (Хибинский массив).

Карбонатитовые месторождения - это рудоносные эндогенные скопления кальцита, доломита и других карбонатов, которые пространственно и генетически ассоциированы с интрузиями ультраосновного щелочного состава центрального типа, формирующихся в обстановках тектономагматической активизации древних континентов. Карбонатитовые массивы имеют кольцевое строение. В карбонатитах встречаются месторождения тантала, ниобия, редких земель, железных руд, апатита, флогопита, меди, флюорита, титана, карбонатного сырья. Примером являются месторождения железа Ковдор, меди - Палабора.

Пегматитовые месторождения связаны с формированием магматических или метаморфических пегматитов - крупнокристаллических агрегатов алюмосиликатных минералов, залегающих в материнских породах тождественного состава (либо вблизи их контактов). Магматические пегматиты формируются на завершающих ступенях отвердевания интрузивных массивов из остаточных расплавов, обогащенных летучими компонентами, а также за счет постмагматических пневматолитово-гидротермальных растворов, приводящих к трансформации ранних пегматитов с образованием полезных ископаемых. Наибольшим распространением пользуются гранитные пегматиты, реже встречаются щелочные пегматиты. Метаморфические пегматиты формируются как продукты метаморфизма на его регрессивном этапе. Они характерны для докембрийских гранитогнейсовых комплексов. К пегматитам приурочены месторождения металлургического кварцевого сырья, керамического (полевошпатового) сырья, мусковита и флогопита, горного хрусталя, оптического флюорита, драгоценных камней (топаза, аквамарина, турмалина, граната, аметиста), руд редких металлов (лития, бериллия и др.)

Альбититовые и грейзеновые месторождения связаны с апикальными выступами массивов кислых и щелочных гипабиссальных изверженных пород, подвергшихся постмагматическому щелочному метасоматозу. При этом вследствие натрового метасоматоза верхние части гранитных куполов и их апофиз альбитизируются, а избыток калия выносится и связывается в грейзенах, накапливающихся на границе альбитизированных гранитов и вмещающих их пород, а также среди последних, близ кровли интрузивов. С альбититами связаны месторождения ниобия, циркония, редких земель, урана. В грейзенах сосредоточены ресурсы олова, вольфрама, лития, бериллия, изумруда.

Скарновые месторождения образуются в приконтактовых областях кислых интрузий среди карбонатных пород за счет контактово-метасоматических (биметасоматических, диффузионных) и постмагматических гидротермально-инфильтрационных процессов. Наиболее значительны известково-скарновые месторождения железа (Соколовско-Сарбайское, г. Магнитка и др.), свинца и цинка (Верхнее), вольфрама и молибдена (Тырныауз).

Гидротермальные месторождения - создаются циркулирующими в земной коре горячими минерализованными растворами, из которых отлагаются полезные минералы в пустотах, трещинах горных пород, а также при замещении горных пород. Источником минерального вещества гидротермальных растворов может быть ювенильный магматический, ассимиляционный магматический, фильтрационный внемагматический. Среди источников воды в гидротермальных растворах выделяют: магматическую, метаморфическую воду, захороненную воду древних осадков, атмосферную, морскую воду. Гидротермальные месторождения разделяются на высокотемпературные (свыше 300?С), среднетемпературные (300 - 200?С), и низкотемпературные (менее 200?С). По глубине их образования выделяют гипотермальный (более 5 км), мезотермальный (2-5 км) и эпитермальный (менее 2 км) классы. По генезису гидротермальные месторождения делятся на плутоногенно-гидротермальные, вулканогенно-гидротермальные и амагматогенные. Плутоногенно-гидротермальные месторождения пространственно и генетически связаны с кислыми интрузиями. Примерами являются месторождения золота (Березовское), меди (Коунрадское). Вулканогенно-гидротермальные месторождения пространственно и генетически связаны с наземным, преимущественно андезит-дацитовым вулканизмом. К ним относятся золото-серебряные месторождения Камчатки, Балейское (Читинская обл.), Потоси (Боливия). Амагматогенные месторождения образуются из растворов немагматического происхождения или эпигенетических гидротермальных растворов, удалившихся от родоначальных магматических источников на значительные расстояния и потерявшие с ними связь. Эти месторождения приурочены к площадям развития осадочных пород, где отсутствуют магматические проявления. Рудные тела этих месторождений часто имеют форму стратифицированных залежей, а руды образуются за счет собственных ресурсов осадочно-породных бассейнов при участии низкотемпературных растворов. Примером являются месторождения медистых песчаников (Джесказган), стратиформные месторождения свинца и цинка (Миссисиппи-Миссури), ртути (Никитовское).

Колчеданные месторождения пространственно и генетически связаны субмаринными базальт-риолитовыми вулканогенными формациями. Их руды сложены преимущественно сульфидами железа. Генезис месторождений комплексный и связан с вулканогенно-гидротермальными и вулканогенно-осадочными процессами. Примерами являются месторождения меди (Ю.Урал), свинца и цинка (Рудный Алтай).

«Черные и белые курильщики» - колчеданные и колчеданно-полиметаллические месторождения, формирующиеся на океаническом дне в результате проникновения гидротерм по зонам глубинного разлома (месторождение Кизил-Дере в Дагестане).

Месторождения выветривания образуются в результате накопления полезного ископаемого в коре выветривания. Остаточные месторождения выветривания образуются вследствие растворения и выноса приповерхностными водами не имеющей ценности минеральной массы горных пород и концентрации в остатке вещества полезного ископаемого. Инфильтрационные месторождения формируются в связи с растворением этими водами ценных составляющих горных пород, их инфильтрации и переотложением в нижние части коры выветривания. Примерами являются месторождения алюминия Боке (Гвинея), бурых железняков Бакал (Ю.Урал), никеля (Куба, Ю. Урал), каолина (Украина).

Россыпные месторождения формируются вследствие концентрации ценных тяжелых и устойчивых к разложению минералов среди обломочных отложений. Они возникают в процессе разрушения и переотложения вещества горных пород и коренных месторождений полезных ископаемых у поверхности Земли. Россыпи подразделяются на элювиальные, делювиальные, пролювиальные, аллювиальные, литоральные, гляциальные, эоловые. Пример - россыпи алмазов (ЮАР, Якутия), драгоценных камней, редких металлов (Бразилия), золота (Приморье, Красноярский край, Магаданская область, Аляска), касситерита (Якутия).

Осадочные месторождения возникают в процессе осадконакопления на дне водоёмов. По месту образования они разделяются на речные, болотные, озерные и морские. По генезису выделяются механические, химические, биохимические осадочные месторождения. Примером являются месторождения песка (Люберецкое, Миллеровское), соли (Соликамское), бокситов (СУБР), железа (Керченское), марганца (Никопольское, Чиатурское), фосфора (Каратау, Фосфория), угля (Донбасс), нефти и газа (Уренгой).

Метаморфогенные месторождения образуются в связи с процессами метаморфизма горных пород и полезных ископаемых. Метаморфизованные месторождения подверглись изменению одновременно с окружающими породами в такой степени, что метаморфические признаки в форме, строении и составе тел полезных ископаемых оказываются резко доминирующими. Примером являются месторождения железистых кварцитов (КМА, Криворожское), золотоносных конгломератов (Витватерсранд). Метаморфические месторождения возникли вновь в процессе метаморфизма в связи с перегруппировкой минерального вещества метаморфизуемых пород. Например, месторождения кварцитов, мрамора, графита. Месторождения ударного метаморфизма - образуются в результате падения крупных колчеданных тел на поверхность Земли (астроблемы). Пример - Аризонский кратер, Попугайская астроблема (Таймыр) и др.

МОДУЛЬ 2. ГЕОРЕСУРСЫ ЮГА РОССИИ

Лекция 2. Георесурсы угленосных отложений Юга России (6 часов)

Ресурсы и запасы угля. Перспективные направления использования углей. Основные потребители донецких углей.

Ростовская область является основной угольной базой Северо- Кавказского региона. Предприятия угольной промышленности области расположены на территории одного из старейших угольных бассейнов - Восточного Донбасса и имеют удобное географическое положение. Близость к портам Черного и Азовского морей, территориям других субъектов входящих в Южный федеральный округ, потенциально предопределяет угольную отрасль одним из основных источников энергетических ресурсов региона.

На территории Восточного Донбасса сосредоточено 24,2 млрд. тонн угольных ресурсов. Из них разведанных запасов - 6,5 млрд. тонн (27 %) предварительно оцененных запасов - 3,0 млрд. тонн (12 %) и прогнозных ресурсов - 14,7 млрд. тонн (61 %). Для возможного освоения в современных экономических условиях выявлено 10 перспективных участков с запасами 545 млн. тонн угля. Эти участки рекомендованы для коммерческого освоения. По действующему шахтному фонду Восточного Донбасса запасы, целесообразные к отработке, составляют 232 млн. тонн. Таким образом, Ростовская область имеет серьезный потенциал запасов в объеме 777 млн. тонн угля.

Большая часть запасов представлена запасами антрацита - лучшего в мире угля по калорийности. Доля антрацита в общих запасах угля составляет более 90 %.

По качественным характеристикам донецкие антрациты являются уникальными. По важнейшему показателю, степени метаморфизма, они отнесены к суперантрацитам. Это обуславливает такие важные для потребителя качества как плотность и высокая калорийность (удельная теплота сгорания 33-34 МДж/кг).

Угольная сырьевая база коксования в России в настоящее время является неустойчивой как в количественном, так и в качественном отношении (в последнее десятилетие она по своей структуре не соответствует расчетно-оптимальной). Из трех групп марок углей, используемых в коксовании, сложился наибольший и весьма острый дефицит углей марок ОС, К и КО с так называемой коксовой присадкой, доля участия которой в коксовых смесях составляет только 20 % вместо положенных 35 %.

К 2009 году прогнозируется увеличение дефицита углей с коксовой присадкой в целом по России до 6,5 млн. тонн, который в настоящее время покрывается в основном углями отощающей добавки. Недооценка роли донецких коксующихся углей привела к тенденции их вытеснения из европейской части России углями низкого качества (кузнецкие и польские) и формированию частичной зависимости от импорта угля.

На основе использования существующих и вновь разработанных методов и процессов переработки углей может быть достигнуто существенное расширение направлений и сфер использования угольных ресурсов Восточного Донбасса, что, несомненно, повысит ценность и инвестиционную привлекательность углей, будет способствовать повышению рентабельности предприятий, осуществляющих их добычу и переработку.

Лекция 3. Сопутствующие углю георесурсы, их промышленное и хозяйственное использование (2 часа)

Ценные компоненты в углях Восточного Донбасса и Северного Кавказа. Сохранение ресурсов недр и других природных ресурсов при добыче угля.

Основной целью стратегии развития угольной отрасли является достижение стабилизации производственно-экономического положения угледобывающих компаний, выход предприятий на рентабельную добычу, а также решение социальных проблем.

«Концепцией экономической политики Ростовской области», принятой Законодательным собранием области, предусматривается обеспечение уровня добычи угля в объеме 12-14 млн. тонн в год.

Для реализации стратегии развития угледобычи необходимо решение следующих задач:

- техническое перевооружение, реконструкция действующих перспективных шахт и обогатительных фабрик;

завершение и строительство шахт нового технического уровня;

строительство и реконструкция обогатительных фабрик с глубоким процессом обогащения угля;

- диверсификация профильного производства в направлении глубокой переработки угля;

- продолжение структурной перестройки в управлении работой угольных компаний.

Осуществление мероприятий по развитию угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий позволит довести добычу угля до объемов, предусмотренных «Концепцией экономической политики Ростовской области».

В настоящее время шахтный фонд Восточного Донбасса включает 15 действующих и 5 строящихся шахт.

Анализ технических возможностей действующего шахтного фонда показывает, что для стабильной, высокоэффективной работы действующих шахт необходимо провести реконструкцию девяти действующих шахт (им. Чиха; «Аютинская»; «Гуковская»; «Ростовская»; «Дальняя»; «Обуховская»; шахты № 37; шахты № 410 и Вертикальная №1) и расширение шахты «Садкинская». «Концепцией экономической политики Ростовской области» предусматривается увеличение добычи угля и обеспечение стабильной работы угледобывающих компаний области на долгосрочную перспективу для чего необходимо, кроме поддержания действующих мощностей, строительство шахт нового технического уровня.

В настоящее время ОАО «Донской уголь» ведет строительство шахт-новостроек «Шерловская-Наклонная» и Обуховская № 1 с суммарной проектной мощностью 2 650 тыс. тонн горной массы в год, а также групповой обогатительной фабрики с проектной мощностью по переработке 2 650 тыс. тонн горной массы в год. Строительство шахты «Кадамовская» проектной производственной мощностью 900 тыс. тонн горной массы в год приостановлено из-за отсутствия финансирования.

Для компенсации выбывающих мощностей целесообразно строительство после 2010 года трех шахт: «Кадамовская-Западная», «Садкинская-Восточная № 2» и «Заповедная-Северная № 2».

Основной целью стратегии развития угольной отрасли является достижение стабилизации производственно-экономического положения угледобывающих компаний, выход предприятий на рентабельную добычу, а также решение социальных проблем. Осуществление полного комплекса мероприятий по развитию угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий позволит довести объем добычи угля до 17 млн. тонн в 2020 г.

В целях энергетической безопасности европейской части Российской Федерации необходимо поддерживать и развивать угольную промышленность Восточного Донбасса (Ростовская область), так как в случае разрыва транспортных артерий, связывающих центр страны с топливодобывающими восточными и северными районами, угольные шахты Восточного Донбасса остаются единственным поставщиком топлива для европейской части России.

Вопросы сохранения и развития угольной отрасли не являются отраслевыми и должны решаться в рамках всего топливно-энергетического комплекса страны с учетом обеспечения энергетической безопасности и экономической эффективности развития экономики всей страны, как сегодня, так и на долгосрочную перспективу.

Необходимо разработать топливно-энергетический баланс России, который должен учитывать особенности каждого региона, потенциал его энергетических ресурсов. При этом, в топливно-энергетическом балансе России тепловые станции, работающие на угле, должны находиться в середине баланса, а газовые станции должны быть замыкающими.

На правительственном уровне, при разработке «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», необходимо закрепить положение о приоритетном направлении использования природного газа на нетопливные цели, а угля - на выработку электроэнергии.

Требуется совершенствование и создание новых высокоэффективных технологий сжигания угля. Одним из направлений при формировании технической политики использования твердого топлива в энергетике является комплексная энерготехнологическая переработка или внутрицикловая газификация угля с выработкой электроэнергии в парогазовых циклах, а также побочных продуктов, что существенно повышает конкурентоспособность твердого топлива (котельный агрегат с топкой с ЦКС, внедрение экологически эффективных технологий сжигания углей и утилизация отходов и др.).

Лекция 4. Метан угольных пластов (2 часа)

Ресурсы и хозяйственная значимость. Перспективы промышленного освоения.

В Восточном Донбассе залежи угольного метана известны и прогнозируются во всех угленосных районах. Ресурсы метана в угольных пластах только на детально разведанных на уголь участках оцениваются величиной 100-120 млрд. м³ (Труфанов и др., 2004).

Из 320 разведанных участков угольных месторождений и шахтных полей более 50 могут рассматриваться также как метаноугольные месторождения, причем 30 млрд. м³ газа сосредоточены в пределах горных отводов ликвидированных и ликвидируемых шахт. Основные ресурсы установлены в Каменско-Гундоровском, Белокалитвинском, Сулино-Садкинском и Тацинском геолого-промышленных районах. Здесь газоносность углей максимальна.

Геотехнологические характеристики углегазовых месторождений Восточного Донбасса позволяют рассчитывать на развертывание широкого фронта добычи метана. К их числу относятся:

высокая газоносность угольных пластов (до 25-30 и более м³/ т с.б.м.);

значительная плотность разведанных ресурсов - до 150-200 млн. м³ /км²;

высокие концентрации метана в газовой смеси (с глубины 300 м - до 90- 95%) и малые содержания в нем вредных примесей; возможность одновременной добычи с метаном углекислого газа на ряде участков;

значительные внутрипластовые давления газа, обеспечивающие возможность прямого использования его для хозяйственных целей;

сравнительно небольшие глубины залегания разведанных высокогазоносных угольных пластов (до 1000 м) при благоприятных в большинстве случаев рабочих мощностях углегазовых коллекторов.

Извлечение метана из угольных пластов и вмещающих пород в промышленных объемах необходимо производить с помощью буровых скважин, проводимых с земной поверхности или из горных выработок.

В соответствии с существующими представлениями о состоянии системы «уголь-газ» и проведенными собственными исследованиями (Труфанов и др., 2004., Гурьянов и др., 2000), метан в горно-породном массиве находится в следующих формах:

в свободном состоянии в трещинах и порах, при этом система подчиняется закону Бойля-Мариотта;

в состоянии твердого молекулярного раствора (адсорбции), причем количество поглощенного газа прямо пропорционально его давлению и система подчиняется закону Генри;

в состоянии сконденсированной поверхностной фазы, т.е. концентрация газа у границы раздела «уголь-газ» (физическая адсорбция);

в виде непрочных химических соединений (клатратов), которые обычно метастабильны и существуют лишь при больших давлениях.

Соотношения разных форм нахождения метана в углях существенно различаются в зависимости от степени тектонической и метасоматической подготовки угольного вещества. В спокойных, ненарушенных углях преобладает адсорбированный метан, тогда как в так называемых зонах флюидизации доминируют растворы газа, а в зонах «дилатации» угольных пластов (разрыхления в зонах разрывных нарушений) - капсюлированный газ в виде клатратных соединений. Эти различия влияют на интенсивность дегазации угольных пластов и должны учитываться при разработке методов извлечения угольного метана и других газов. Абсорбированный метан количественно намного превышает его содержание в других формах.

Обладая значительными запасами метана и высокой газоотдачей, метанообильные зоны флюидизации углегазовых месторождений являются первоочередными опытно-промысловыми объектами для развертывания фронта добычи метана в регионе.

Сдерживающими освоение угольного метана факторами в условиях Восточного Донбасса являются, в частности, низкая газоотдача углей и углевмещающих пород, трудности прогнозирования, поисков, разведки и подсчета запасов метана в метанообильных зонах.

В качестве первоочередной задачи для Восточного Донбасса актуальным является совершенствование существующих и разработка новых методов поисков месторождений метана и технологий повышения газоотдачи угольных пластов и углевмещающих пород в скважины, пройденные с поверхности.

Сотрудниками Ростовского госуниверситета разработана на уровне «ноу-хау» новая методика геотехнологического картирования месторождений с выделением метанообильных участков (зон). Методика опробована на Краснодонецком месторождении, находящемся в Белокалитвинском районе, с выделением пяти перспективных участков с общими ресурсами около 3 млрд. м³ угольного метана, один из которых - Восточный - определен в качестве первоочередного проекта для создания геотехнологического комплекса по извлечению и практическому использованию углеводородных газов.

Традиционная технологическая схема извлечения, основанная на пассивной дегазации угля скважинами, обеспечивает получение только около 40% всего объема газов, находящихся в угольном субстрате. Представляется нецелесообразным при организации добычи метана в области ориентироваться на этот способ извлечения.

С целью повышения газоотдачи необходимо применять специальные методы активного воздействия на газосодержащий коллектор (угольные пласты, породные слои), направленные на повышение каптажной способности скважин и активизацию газовыделений.

Определенной перспективностью характеризуются геомеханические методы дегазации, разрабатываемые в ИПКОН РАН, ИГД им. А.А. Скочинского (Трубецкой и др., 2000), использующие скрытую энергию напряженного состояния горного массива. С этими методами сочетаются различные депрессионно-вакуумные способы, применяющиеся в основном для дегазации выработанного пространства угольных шахт.

Принципиально новые подходы к повышению газоотдачи выявились в связи с получением новых данных о форме нахождения углеводородных газов в углях. Эти данные получены в ходе детальных исследований молекулярной и надмолекулярной структуры, физико-химических и электрофизических свойств ископаемых углей из зон флюидизации (Труфанов и др., 2004).

Испытания новых технологий интенсификации газоотдачи угольных пластов и вмещающих пород проведены на Краснодонецком углеметановом месторождении с прогнозными ресурсами более 5 млрд. м³ метана. Здесь выполнен комплекс полевых, опытно-экспериментальных и натурных скважинных исследований по испытанию новых технологий добычи углеводородных газов из угольных пластов и вмещающих пород. Пройдены первые тестовые скважины глубиной от 200 до 600 м для дегазации углепородных массивов.

Один из проведенных экспериментов выполнен в интервале залегания угольного пласта mg¹ в скважине глубиной 410 м и конечным диаметром 93 мм. Угольный пласт вскрыт на горизонте «- 380 м» в целике, оставленном в период эксплуатации Краснодонецким шахтоуправлением.

С целью повышения газоотдачи использованы депрессионный метод воздействия с применением специального пакерного снаряда, а также методы гидроимпульсный и «обратного взрыва» (кавитационный) с использованием агрегата ЦА-320 и подачей в пласт воды с тонкозернистым (марки К-0,016) кварцевым песком под давлением до 75 атм. В ходе работ удалось произвести гидрорасчленение угольного пласта с расчетным радиусом трещинообразования 75 м.

Опыт с применением интенсивных воздействий привел к выбросу (фонтанированию) углегазовой смеси с высоким содержанием метана.

В пересчете на суточную величину дебит углеводородных газов варьировал от 7800 до 25000 м³/сутки. Выделяющаяся газовая смесь содержала от 85 до 95% метана.

Результаты экспериментов дают основание считать разрешимым вопрос извлечения значительных количеств угольного метана, и свидетельствует о перспективности продолжения работ по совершенствованию этих технологий. Важной задачей является определение оптимального режима воздействия на углегазовую залежь. Проблемным остается вопрос обеспечения стабильности дебита газовыделений.

Выполнены технико-экономические расчеты по созданию первой очереди опытно-промышленного геотехнологического комплекса на Восточном участке Краснодонецкого месторождения (проект «Краснодонецк-углеметан 1»), на котором планируется получать до 15 млн. м³ метана в год. Аналогичные комплексы планируется создать на других перспективных участках с получением ежегодно более 200 млн. m³ высококачественного углеводородного сырья.

С учетом полученных результатов представляется целесообразным продолжить исследования и разработки по проблеме угольного метана Восточного Донбасса с целью его практического использования и улучшения социальной и экологической обстановки в районах ликвидируемых угольных шахт.

Лекция 5. Георесурсы нефтяных и газовых месторождений Юга России (2 часа)

Основные типы месторождений, их запасы и прогнозные ресурсы. Комплексное использование нефтегазовых месторождений.

Направления развития ресурсной базы углеводородного сырья Восточного Донбасса неразрывно связаны с общими проблемами развития нефтегазового комплекса Южного региона. Поэтому целесообразно рассмотреть эти вопросы в региональном аспекте.

Современные геолого-тектонические представления значительно расширяют нефтегазоносные возможности недр, т. к. в разряд перспективных переходят и коры выветривания кристаллического фундамента. В них, во многих нецелевых скважинах установлены нефтегазопроявления на вполне доступных глубинах. Имеются и отдельные месторождения (Азовское, Кущевское, Юбилейное, Оймаши).

Самыми древними породами, в которых при бурении установлены нефтегазопроявления, а также при испытании которых имели место притоки газа, являются трещиноватые граниты, гранито-гнейсы, кварциты, амфиболовые и хлоритовые сланцы, а также трещиноватые и выветрелые породы докембрия Ростовского выступа. В сводовых участках выступа докембрийских пород палеозойские отложения отсутствуют. Склоны выступа, а также ложбины и впадины перекрыты корой выветривания, мощность которой на отдельных площадях достигает 50 м и более (Азовская, Федоровская и др. площади). Иногда породы докембрийского фундамента образуют с перекрывающими их нижнемеловыми осадками единый резервуар, как было установлено на Азовском месторождении газа.

Особенно важными для рассматриваемой проблемы являются известные нефтегазопроявления в пределах складчатого Донбасса. Скопление нефти встречено в шахте «Красноармейская-Капитальная» на глубине около 1 000 м в поле развития антрацитовых углей. Залежь приурочена к выклинивающемуся песчанику среднего карбона, заключенному в глинистых сланцах. Несмотря на небольшую мощность пласта (менее 1 м) и воздействие на песчаник высоких давлений и температур, он не утратил емкостных и фильтрационных свойств, исключено, что этому способствовало наличие в пласте сингенетичной нефти, которая препятствовала аутигенной минерализациии и другим преобразованиям пород при жестких термобарических условиях. Основным фактором в распределении углеводородных газов в угленосных отложениях района является тектоника. Максимальная газоносность угольных пластов и наиболее гипсометрически высокие отметки поверхности метановой зоны приурочены к Первомайской, Анненской, Брянской и др. антиклиналям, а также к пологим крыльям структур.

По времени и условиям формирования нефтегазоматеринских пород Донбасс очень сходен с нефтегазоносной областью и бассейнами Доно- Медведицкого вала и прилегающих районов восточного склона Воронежской антеклизы, что позволяет объединить их в единую Волго-Донецкую нефтегазоносную провинцию. Однако Донбасс по особенностям современной структуры является значительно более сложным региональным тектоно-генетическим элементом земной коры, и его целесообразно выделять в самостоятельную нефтегазоносную область.

По структурно-генетическим типам возможных нефтяных залежей Донбасс идентичен Днепрово-Донецкой и Припятской нефтегазоносным областям, в которых широким развитием пользуются нефтяные и газовые залежи, связанные с моноклинальными блоками в рифтовом и надрифтовом комплексах пород девонского и каменноугольного возраста.

Таким образом, в Донецком бассейне имеются все историко-генетические посылки, характеризующие нефтегазоносные бассейны рифтогенного типа, позволяющие положительно оценивать перспективы нефтегазоносности палеозоя. В дальнейшем необходимо провести детальные палеотектонические и палеогеографические исследования, чтобы осуществить нефтегазогеологическое районирование территории по степени перспективности и выделить конкретные площади для бурения глубоких структурно-параметрических скважин и производства поисково-разведочных работ. Однако уже сегодня к наиболее перспективным землям следует отнести северную и южную (Приазовская или Новочеркасская ступень) зоны бассейна с залеганием кристаллического фундамента на глубинах до 5-6 км. В генетическом отношении эти зоны представляют собой «плечи рифейско-девонского авлакогена» с развитием надрифтового комплекса пород.

Лекция 6. Георесурсы рудных полезных ископаемых Юга России (2 часа)

Металлогенические провинции на территории Южного федерального округа. Металлические полезные ископаемые Структурно-тектонические факторы Основные промышленно-генетические типы месторождений, их запасы и прогнозные ресурсы.

Металлические полезные ископаемые в истории освоения недр Ростовской области, которая на протяжении многих лет считалась исключительно угольной сырьевой базой страны, изучались очень ограниченно, в основном в процессе геолого-съемочных работ. В результате в регионе отсутствуют промышленные месторождения металлических полезных ископаемых. Вместе с тем, многочисленные рудопроявления, точки минерализации черных, цветных и редких, благородных металлов наряду с благоприятной геолого-тектонической позицией, открытием месторождений на сопредельных территориях позволяют говорить о перспективах области в отношении металлов.

Металлогеническая специализация территории Ростовской области определяется двумя группами полезных ископаемых: приуроченными к складчатому основанию или кристаллическому фундаменту (рудопроявления металлов эндогенного генезиса в коренном залегании) и локализующимися в осадочном платформенном чехле (экзогенные проявления и месторождения россыпного типа). георесурс уголь нефтяный россия

Эндогенные рудопроявления приурочены к частям трех крупных металлогенических элементов юга Восточно-Европейской платформы: металлогенической провинции Курской магнитной аномалии, Хоперской и Доно-Днепровской металлогенических провинций. Первые две выделены в образованиях кристаллического фундамента, последняя соответствует Днепрово-Донецкому авлакогену, сложенному дислоцированными породами палеозоя. Геологическое строение тектонических элементов и определяет в целом их металлогению.

Экзогенные россыпные месторождения приурочены к прибрежно-морским и аллювиальным песчаным отложениям осадочного платформенного чехла. На территории области можно выделить два россыпных района: Южно-Воронежский и Приазовский. В обоих случаях металлические полезные ископаемые представлены титан-циркониевыми россыпями, в первом случае, связанными с осадками полтавской серии верхнеолигоцен - миоценового возраста, во втором - с песчаными отложениями сарматского горизонта.

На территории Восточного Донбасса промышленное значение имеет золотое оруденение, в значительной мере требуют дальнейшего изучения железорудные проявления, вольфрам, молибден, титан-циркониевые россыпи.

Золото

Анализ условий локализации золотого оруденения в пределах Днепрово-Донецкого авлакогена позволяет выделить ряд основных факторов, контролирующих распределение золотого оруденения в регионе

Структурно-тектонические факторы проявлены на региональном и локальном уровнях. Региональное проявление факторов заключается в закономерности размещения золоторудных объектов, обусловленной сочетанием линейных структур общедонбасского простирания в осевой (Главная антиклиналь) и бортовой (Южная антиклиналь) частях авлакогена с поперечными зонами тектонической активизации (Ровенецкое, Керчикское, Кондаковское поднятия и ряд менее выраженных поперечных структур). Особо важным является сопряженность этих структур с глубинными разрывами кристаллического фундамента, проникающими в мантию. Локальный контроль проявляется в связи оруденения с зонами интенсивной тектонической трещиноватости мелкой складчатости высоких порядков в сводовых частях и на крыльях продольных и поперечных антиклинальных структур.

Литолого-стратиграфический фактор определяет приуроченность золотого оруденения нагольчанского типа к флишоидной черносланцевой толще нижнесреднего карбона, а оруденения керчикского типа - к угленосным карбонатно-терригенным отложениям каменской и алмазной свит. Черносланцевая толща содержит первично обогащенные золотом горизонты углистых алевро-аргиллитов с тонкодисперсным органическим и сульфидным веществом. Отложения каменской и алмазной свит включают прослои сидеритовых, иногда сульфидизированных конкреций с повышенным содержанием золота, а также пласты характерных «табачковых» песчаников, отличающихся повышенной пористостью и значительным содержанием вулканогенного материала. В общем случае отмечается влияние литологического контроля, заключающегося в наибольшей благоприятности контрастной по физическим и химическим свойствам толщи, образованной переслаиванием аргиллитов и песчаников. Благоприятны также однородные пласты песчаников, отличающихся повышенной пористостью, способностью к образованию разноориентированных открытых трещин и реакционно-способным цементом, содержащим карбонатный, глинистый и вулканогенно-пепловый материал.

Гидротермально-метасоматический фактор отражает процесс взаимодействия рудоносного гидротермального раствора с подготовленным для рудоотложения каркасом рудовмещающих пород. Действие фактора проявляется в возникновении характерных гидротермально-жильных и метасоматических образований, состав которых определяется как термодинамическими и физико-химическими параметрами гидротерм, так и вещественным составом исходных вмещающих пород. Физико-химические и термодинамические характеристики рудообразующих гидротерм для рассматриваемых объектов изучены слабо. Хотя, по аналогии с промышленными золоторудными объектами подобного типа, условия формирования наиболее продуктивных рудообразующих минеральных ассоциаций - среднетемпературные при давлении, соответствующем средним и малым глубинам. Аналогичные условия отражает сульфидно-карбонатно-кварцевый состав гидротермально-жильных образований и наложенная сульфидно-карбонатно (кварц)-хлоритовая (слюдистая) ассоциация в околорудных метасоматитах, соответствующая преобразованиям березитового типа.

...