Новые данные об углях из проявлений в бассейне рек Ямутарида и Дюнтатурку-Яму на севере Енисей-Хатангского прогиба

Настоящая работа посвящена актуальной проблеме угленосности меловых отложений северной части Енисей-Хатангского прогиба. Проявления бурых углей, локализованные в альб-сеноманских отложениях района оз. Таймыр, принадлежат Таймырскому буроугольному району, относящемуся к Усть-Енисейской буроугольной минерагенической области. В этом районе в 30—50 км известно еще шесть проявлений углей в альб-сеноманских и турон-коньякских разрезах мела. Четыре, наиболее крупные из них, расположены на северном и южном берегах оз. Таймыр, два — южнее, во врезах рек Биска и Ямутарида.

Проявления северного берега оз. Таймыр приурочены к альбским отложениям нижнего мела, представленным светло-серыми тонкозернистыми и среднезернистыми песками и песчаниками с редкими прослоями и линзами алевролитов, конкрециями сидерита, гальками глин. Бурый уголь в виде крошки, отдельных прослоев и пропластков встречается практически по всему разрезу. Залегание угольных прослоев горизонтальное. Мощность прослоев чаще всего невелика: от 0,1 до 0,5 м, но иногда они достигают 1 м, особенно в верхней части разрезов.

Проявления на южном берегу оз. Таймыр (мыс. Депту-Мала) залегают среди светло-серых алевритов, зеленовато-серых глин и песков и представлены многочисленными прослоями (мощностью 0,1—0,15 м) бурого угля; один из пластов имеет мощность около 1 м. В совокупности с двумя ближайшими прослоями он образует пласт сложного строения, общей мощностью ~ 1,5 м.

Проявления, расположенные южнее, установлены в альбских и турон-коньякских отложениях. Для них характерны угольные прослои небольшой мощности (от 0,1 до 0,5 м) и присутствие многочисленных тонких пропластков и линз песчанистого материала (нередко до 50% от объема пласта).

Почти все угли относятся к классу гелитолитов. Преобладающими типами являются липоидно-фюзинито-гелиты и липоидо-фюзинито-гелититы [5].

Технологический анализ углей показывает (судя по выходу летучих) примерно одинаковую степень метаморфизма; угли являются переходными от бурых к каменным. По качественным показателям (важность 9—13%, зольность 6—19%, выход летучих — 33—60%, теплота сгорания 19,17—30,51 МДж/кг) хорошо сопоставляются с углями правобережья р. Хеты и устья р. Хатанги [2].

В Таймырском потенциальном буроугольном районе запасы угля могут быть значительными. На изученной площади наибольший интерес представляет северный борт озера Таймыр, где в двух проявлениях выявлены угольные пласты промышленной мощности. Остальные проявления практического значения не имеют из-за малой мощности пластов и значительной примеси терригенного материала.

Результаты

По локальным выходам меловых пород, распространенных на площади около 2000 км² в районе озера Таймыр, изучена серия разрезов альб-сеноманских отложений. В двух разрезах бегичевской свиты выявлены тонкие пласты и небольшие линзы углей. Ниже приводится подробное литологическое описание данных разрезов, петрографическая характеристика углей, данные рентгенофлуоресцентного анализа части отобранных образцов углей.

Изучаемые проявления угля в обнажениях 1 и 2 (рис. 1) расположены в районе озера Таймыр [3].

Рис. 1. Расположение разрезов (1) и (2) альб-сеноманских отложений бегичевской свиты (К1—2bg) по материалам ГГК-1000/2 (новая серия), S-47–49, [2]. Месторождения бурых углей: 1 — Юрунг-Тумус (Нордвик),
4 — Хатангское; каменных углей: 2 —Слободское, 3 — Крестьянское, 5 — Кайерканское
Fig. 1. Disposition of sedimentary complexes (1) and (2) of Early Cretaceous sands of Begichev formation (K1—2 bg), after new mapping [2]. Khatanga region, Taimyr basin, North Russia. Coal deposits of brown coals: 1 — Nordvik,
4 — Khatanga; bituminous coals: 2 — Slobodskoe, 3 — Krestyanskoe, 5 — Kaerkanskoe

Проявления северного берега оз. Таймыр залегают в альбских отложениях нижнего мела, представленных песками, песчаниками с прослоями алевролитов и глин. Бурый уголь в виде отдельных прослоев и пропластков встречается практически по всему разрезу.

Т. 1 находится в верховье руч. Незаметный (правый приток р. Боотанкага), на крутом склоне водораздела с абс. отм. 156,0, в 0,6 км юго-западнее этой отметки. Склон местами обрушился, открывая разрез меловых (сл. 6) и неоплейстоценовых (сл. 1—5) отложений (рис. 2). Сверху вниз (мощность в метрах) приводится описание разреза:

Рис. 2. Разрез меловых и неоплейстоценовых отложений, верховье руч. Незаметный. Условные обозначения см. на рис. 5
Fig. 2. Sedimentary complex of Cretaceous and Neopleistocene sediments, upper stream Nezametnyi.
For legend see Fig. 5

1. Сл. 1. Суглинки темно-коричневые, торфянистые с корнями растений ………… 0,3

2. Супесь светло-коричневая с мелкими обломками и галькой …………………. 0,15

3. Супесь сильно песчанистая, переходящая вниз по разрезу в пески среднезернистые с сидеритовыми конкрециями с хорошо окатанной галькой местных терригенных пород с примесью гранитов, осветленных основных пород, красновато-коричневых мелкозернистых песчаников. Характерна высокая степень окатанности обломков и пестрота их состава. Повсеместно в слое отмечаются конкреции сидерита лилово-черного цвета, разнообразной формы: плоские, сферические, овальные, неправильные ...………… 1,3

4. Пески мелкозернистые серые с невыдержанными прослоями (5—10 см) из гальки мелкой и крупного песка ..………… 1,6

5. Горизонт песков крупнозернистых с галькой и гравием местных пород, обломками углефицированной древесины и угольной крошки черного смолистого угля. Отмечается общая обохренность слоя. Контакты верхние и нижние резкие, горизонтальные ..………… 0,3

6. Пески светло-серые среднезернистые с рассеянной вкрапленностью и разобщенными прослоями и линзами черного угля, состоящими из целых кусков (10—15 см). На некоторых образцах сохранена текстура дерева (обр. 2103/9) ..…. >4

Минералогический анализ пород бегичевской свиты показал, что в легкой фракции преобладают кварц (53%) и полевые шпаты (37%), слюда (0—1%) и уголь (1%). Минеральный состав тяжелой фракции: циркон, магнетит, турмалин — ред. зн., гранат — 1%. Характерны единичные зерна графита и янтаря.

Спорово-пыльцевой комплекс (СПК) в слое 6 аналогичен установленному в Т. 2, на основании этого возраст меловых отложений в разрезе принят альб-сеноманским.

Образец № 2103/9 представляет собой гелифицированные спрессованные древесные остатки. Образец хрупкий, отчетливо выделяется раковистый излом, цвет черный, черта коричневая. По сравнению с образцами из разреза в Т. 2 немного более изменен.

По данным рентгенофлуоресцентного анализа в образце угля № 2103/9 содержатся химические элементы, % вес: Ca — 0,66, Mn — 0,19, Fe — 0,31, Sr — 0,05, Zr — 0,003, Ti — 0,11, К — 0,28, Rb — 0,0003.

При микроскопическом изучении образца в проходящем свете наблюдаются крупные фрагменты гелифицированных, слабоизмененных гумусовых растительных тканей. Преобладают гелифицированные микрокомпоненты светло коричневого и темно-коричневого цвета, слаборазложенные, представленные структурным и бесструктурным витринитом (гуминитом) (рис. 3). Мелкие фрагменты, вероятно, более окисленные, темно-коричневого цвета представлены гелинито-фюзинитом. Наблюдается отчетливо выраженное волокнистое строение, клеточные полости вытянутые или изометричные, стенки клеток слегка набухшие. Практически все клеточные полости заполнены карбонатным материалом, скорее всего, сидеритом. Встречаются крупные и мелкие неокатанные зерна кварца.

Рис. 3. Шлиф 2103/9. Микрофотографии в проходящем поляризованном свете, николи параллельны (а), николи скрещены (б); ув. ×100
Fig. 3. Sample 2103/9. Photo under microscope in transmitted polarized light, nicolls parallel (а), nicolls crossed (б); ×100

Вероятно, это начальный процесс гелификации, т.е. изменения в водной, слабопроточной среде без доступа кислорода, без длительных переносов растительного материала и при быстром опускании области торфонакопления.

Для определения количественной характеристики стадии изменения в некоторых образцах углей определялась величина отражения витринита. Измерения производились на микроскопе-спектрофотометре фирмы Craic Spectrophotometer QDI-302 по стандартной методике (ISO 7404-5) в отраженном поляризованном свете с использованием эталона Spinel (Ro = 0,426%), в масляной иммерсии, объектив 50х.

Величина отражения витринита в образце угля 2103/9 составляет Ro = 0,52% (0,5152), что соответствует стадии изменения бурых углей, технологических групп (марок) 2Б—3Б [1] (рис. 4).

Рис. 4. Измерение величины отражения витринита в обр. 2103/9. Ro = 0,52%
Fig. 4. Vitrinite reflectance, polished sample 2103/9. Ro = 0.52%

Т. 2. находится в нижнем течении р. Дюнтатурку-Яму на ее правом берегу, в 11 км от устья. Крутой береговой обрыв высотой 14 м, расположенный в 40 м от уреза воды, сложен бегичевской свитой (К1—2bg) альб-сеноманского возраста, представленной: светло-серыми и коричневатыми песками, тонкозернистыми, пестроцветными мелко- и среднезернистыми, косослоистыми, с конкрециями сидерита, гнездами глин, прослоями и линзами угольной крошки и угля.

Снизу вверх в разрезе выделяются:

1. Пески мелкозернистые светло-серые, с глинистыми примазками горизонтальнослоистые. Видимая мощность, м .…………. 1

2. Алевриты серые горизонтальнослоистые ... 0,25

3. Пески коричневато-серые среднезернистые горизонтальнослоистые, местами — с пятнами слабого ожелезнения. Ожелезнение отмечается также в тонких прослоях (1—3 см) в верхней части слоя. Местами по слоистости — угольная крошка и пыль в виде тонких (0,25 см и менее) слойков. Слоистость горизонтальная, вверх по слою появляется косая с углом наклона 16—20°. Угольной крошки в косослоистых песках меньше. Угли хрупкие черные матовые (обр. 2109/1а) ........ 2,3

4. Пески светло-серые среднезернистые обохренные по слоистости, с крошкой углей черных, со смолистым блеском, размеры «крошек» — от пыли до 3 см, расположены прерывающимися
ровными тонкими (0,5—3 см) слоями, пересекающимися и сливающимися между собой ............... 0,35—0,5

5. Пески серо-бурые, с железистыми стяжениями в виде гнезд размером до 1—5 см, с конкрециями сидерита темно-серого цвета в количестве 15—25%; содержат гнезда диаметром 1—3 см серых глин, обломки (до 5 см) обугленной древесины (обр. 2109/1) …..…...... 0,3

6. Пески светло-серые горизонтальнослоистые среднезернистые, послойно слабо ожелезненные ………………..…… 1,5

7. Пески коричневато-серые среднезернистые косослоистые (угол 8—14°), с крошкой (1—3 см) углей по слоистости. Толщина слойков — не более 2 см, чаще — 0,5 см. По слоистости отмечается слабое ожелезнение .…………………… 0,4

8. Пески среднезернистые серо-коричневые, с гнездовидным интенсивным ожелезнением. Гнезда диаметром не более 0,5 см на выветрелой поверхности образуют специфичную пятнистую текстуру. В нижней части — прослой с более интенсивным ожелезнением .........……… 2,5

9. Пески светло-серые тонкие алевритистые неяснослоистые, косослоистые …........... 1,1

10. Пески среднезернистые горизонтальнослоистые интенсивно ожелезнененные …………... 0,5

11. Пески, аналогичные слою 10, но с обломками угля черного, матового, хрупкого; размер обломков угля — первые см; с большим количеством (~20% объема породы) сидеритовых конкреций (обр. 2109/15, 2109/16) ......…... 0,5

12. Пески среднезернистые пестрые (бурый, коричневый, желтый цвет) ожелезненные (ожелезнение — как общее, так и по субвертикальным зонам шириной 10—20 см); гнезда углей, аналогичные сл. 11, и обугленной древесины. Размер отдельных щепок и палок до 15 см ….… 1,2
Общая мощность бегичевской свиты в разрезе — 12,05 м.

13. Гляциофлювиальные валунники, галечники и пески (fQIIImr3) .................... 0,4—1

Минералогический анализ пород показал, что в легкой фракции преобладают кварц (47—56%) и полевые шпаты (34—53%), обломки пород составляют 5—21%, в небольших количествах присутствуют также слюда и уголь (0—2%). В нижней части разреза кварц чистый, прозрачный, представлен угловатыми и полуокатанными обломками. Вверх по разрезу все более преобладающим становится кварц с примазками и покрытый корочками гидроокислов железа.

Рис. 5. Разрез отложений бегичевской свиты (К1—2bg) и муруктинского горизонта (fQIIImr3) в нижнем течении р. Дюнтатурку-Яму
Fig. 5. Sedimentary complex (2) of Early Cretaceous sediments of Begichev formation (K1—2 bg) and Murukting horizont (fQIIImr3) approximately Dyuntaturku-Yamu river

Минеральный состав тяжелой фракции: сидерит — 21—81%, гранат — 4—25%, пироксены — 5—12%; эпидот и цоизит — 3—6%, анатаз, рутил, лейкоксен — до 6%, циркон — от ред. зн. до 5%, сфен — от ред. зн. до 3%, рудные минералы (магнетит, ильменит, хромит) — 6—39%, апатит — до 2%, единичные зерна — ставролит, дистен, турмалин, амфиболы, шпинель.

Для установления возраста отложений изучался споро-пыльцевой комплекс, анализы были выполнены в ГИН РАН Г.Н. Александровой.

В спорово-пыльцевом комплексе (СПК) из изучаемых отложений доминирующие ассоциации обнаруживают близкое сходство с комплексами верхнего альба и сеномана. Преобладание двухмешковой пыльцы хвойных Disaccites (Pinaceae), присутствие пыльцы хвойных древнего облика (Piceaepollenites), существенное количество Taxodiaceae-Cupressaceae, малое разнообразие схизейных (Cicatricosisporites, Appendicisporites), повсеместные Osmundaciditesspp., Laevigatosporitesovatus, малочисленные, но разнообразные Lycopodiumsporites, Aequitriradites, Rouseisporites и единичная пыльца покрытосеменных Tricolpites характеризуются ассоциациями спор и пыльцы, близких к альбским. Сеноманский возраст СПК установлен на основании присутствия спор Ruminatisporites delicatus. Они имеют широкое горизонтальное распространение, приурочены только к сеноманскому ярусу и являются руководящими для вмещающих отложений. На основании этих данных возраст свиты определяется как альб-сеноман.

Образец № 2109/15, отобранный из прослоя 11 в Т. 2, представлен полугелифицированной древесиной, прослои по 0,5—1,0 см, чередуется более или менее измененная древесная ткань. Отмечаются внутренние секреторные выделения. Древесная ткань с хорошо выраженной телинитовой структурой (отчетливо прослеживается структура растительной ткани). Образец темно-коричневого до черного цвета, есть и окисленная древесная труха. Цвет черты коричневый. Из микрокомпонентов присутствует семигелифюзинит, который расщепляется на мелкие вытянутые осколки и щепки. Иногда по краям гелифицированных тканей встречаются желтые вкрапленники, похожие на смолу или кутикулу, как бы повторяющие контуры растительных тканей, возможно, суберинит (кора). Отмечаются желто-оранжевые выделения (иногда рыхлые) в самой древесине — секреторные выделения наподобие смолы. Минеральная примесь, скорее всего, глинистая (каолинит). Вмещающие отложения — песок, нелитифицированный.

В образцах углей были определены содержания микроэлементов методом рентгенофлуоресцентного анализа в химико-аналитической лаборатории ГИН РАН.

Рентгенофлуоресцентный анализ выполнен на приборе «Респект» с энергодисперсионным спектрометром без вакуума, рентгеновская трубка с серебряным анодом (регистрация элементов только от К до U. Анодное напряжение — 30 кВ. Ток — 0,3 мА. Время экспозиции (τ) — 300 с. Ось у — интенсивность характеристических линий, отн. ед.

По данным рентгенофлуоресцентного анализа содержание химических элементов, % вес:

• в образце № 2109/1 (слой 5, обнажение Т. 2): Ca — 0,73, Mn — 0,02, Fe — 0,49, Sr — 0,01, Zr — 0,1, Nb — 0,002, Ti — 0,21, Cr — 0,01, Ni — 0,03, Ga — 0,003, As — 0,001;
• в образце № 2109/15 (слой 11, обнажение Т. 2): Ca — 4,93, Mn — 2,22, Fe — 31,21, Sr — 0,03, Y — 0,001, Zr — 0,04, Nb — 0,004, Ti — 0,26, Cr — 0,02, Ga — 0,001;
• в образце № 2109/16 (слой 11, обнажение Т. 2): Ca — 2,69, Mn — 3,46, Fe — 28,93, Sr — 0,01, Y — 0,001, Zr — 0,03, Nb — 0,001, Ti — 0, Cr — 0, Ga — 0.

В шлифе 2109/15 (рис.6, а, б, г) по краям фрагментов растительных гумусовых тканей видно, что гелифицированное вещество находится на начальном этапе преобразования. Гелифицированное вещество в основном однородное, иногда комковатой структуры, темно-коричневого цвета. Среди микрокомпонентов можно отметить структурный и бесструктурный витринит, ксиленит и резинит. Бóльшая часть — структурный комковатый витринит и резинит. Витринит темно-коричневого цвета. Выделяются крупные полосы смолы ярко-желтого цвета (резинит), в скрещенных николях резинит анизотропен (рис. 6, в). Скорее всего, это стадия бурых углей (лигнитовая), технологическая группа (марка) 1Б [1][7].

Рис. 6. Шлиф 2109/15. Бурый уголь. Виден структурный комковатый витринит и желтые включения смолы. Микрофотографии в проходящем поляризованном свете, николи параллельны; ув. х 100
Fig. 6. Sample 2109/15. Brown coal. Sturcture vitrinite and yellow resinite. Photo under microscope in transmitted polarized light, nicolls parallel, ×100

В образцах 2109/15 и 2109/16 были проведены измерения величин отражения витринитов с целью уточнения стадии изменения бурых углей и получения количественных характеристик их качества. Величины отражения витринитов в образцах № 2109/15 и 2109/16 составляют Ro = 0,32% (0,3158) и Ro = 0,48% (0,4791), стадии изменения 1Б—2Б (рис. 7) и 2Б (рис. 8) соответственно. По показателю отражения витринита данные образцы относятся к бурым углям [1][4][7].

Рис. 7. Измерение величины отражения витринита в обр. 2109/15. Ro=0,32%
Fig. 7. Vitrinite reflectance, polished sample 2109/15. Ro=0.32%

Рис. 8. Измерение величины отражения витринита в обр. 2109/16. Ro=0,48%
Fig. 8. Vitrinite reflectance, polished sample 2109/16. Ro=0.48%

Выводы

1. Получены новые данные по проявлениям бурого угля в северной части Енисей-Хатангского прогиба в районе оз. Таймыр, важного региона для поисков новых источников углеводородного сырья.

2. Впервые проведены углепетрографические исследования для углей бегичевской свиты, в результате чего определены технологические группы (марки) углей и оценен микроэлементный состав пород и золы углей. В работе были измерены величины отражения витринитов с целью уточнения стадии изменения бурых углей и получения количественных характеристик их качества.

3. Впервые точно установлен стратиграфический возраст вмещающих отложений по споро-пыльцевому комплексу.

4. Оценен микроэлементный состав пород и золы углей.

Заключение

Детально охарактеризованы литологические особенности пород и изучен вещественно-петрографический состав углей. В спорово-пыльцевом комплексе из изучаемых отложений определены доминирующие ассоциации по преобладанию двухмешковой пыльцы хвойных Disaccites (Pinaceae). На основании этого установлен возраст пород бегичевской свиты как относящийся к альбскому и сеноманскому ярусам нижнего-среднего мела.

Оценена степень изменчивости углей, определены их марки (технологические группы) и микроэлементный состав золы. Измерены величины отражения витринитов с целью уточнения стадии изменения бурых углей и получения количественных характеристик их качества. Величины отражения витринитов (Ro) составляют от 0,32 до 0,52%, что соответствует стадиям изменения бурых углей, технологическим группам 1Б—3Б.