Журавлев Алексей Николаевич — кандидат геолого-минералогических наук, начальник отдела региональных работ ФГБУ «Гидроспецгеология»
4, ул. Маршала Рыбалко, г. Москва 123060
SPIN-код: 5448-1479
Alexey N. Zhuravlév — Cand. of Sci. (Geol.-Min.), top manager of department of regional works, FSBI “Gidrospezgeology”
4, Marshal Rybalko str., Moscow 123060
SPIN: 5448-1479
Стукалова Ирина Евгеньевна — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории седиментологии и геохимии осадочных бассейнов Геологического института РАН
7, Пыжевский пер., г. Москва 119017
SPIN-код: 7028-8177
Irina E. Stukalova — Cand. of Sci. (Geol.-Min.), senior researcher, Geological Institute of the RAS
7, bld. 1, Pyzhevsky lane, Moscow 119017
SPIN: 7028-8177
Введение. Получены новые данные по проявлениям бурого угля в северной части Енисей-Хатангского прогиба (район оз. Таймыр). Этот регион в последнее время неизменно привлекает к себе внимание геологов и нефтяников в связи с перспективной оценкой нефте-газоносности данной территории.
Цель: изучение литологических особенностей пород и вещественно-петрографического состава углей нового перспективного района Енисей-Хатангского прогиба на севере России.
Материалы и методы. Для изучения серии образцов углей и вмещающих пород был применен комплекс геологических, литологических и петрографических методов исследования. 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 50×. 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.
Результаты. В результате 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.
Заключение. 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.
Background. New information was obtained on brown coal occurrences in the northern part of the Yenisei-Khatanga trough (Lake Taimyr area). This region continues to attract the attention of geologists and oil producers due to its established oil and gas potential.
Aim. To study the lithological features of rocks and material-petrographic composition of coals from a new promising area of the Yenisei-Khatanga trough in northern Russia.
Materials and methods. A set of geological, lithological, and petrographic research methods was used to study a series of samples of coals and host rocks. Measurements were carried out on a QDI-302 Craic Spectrophotometer microscope with a 50× objective lens according to the standard methodology ISO 7404-5 in reflected polarised light using a Spinel standard (Ro = 0.426%) in oil immersion. X-ray fluorescence analysis was performed using a Respect device with an energy dispersive spectrometer without vacuum, having an X-ray tube with a silver anode (registration of elements only from K to U). Anode voltage — 30 kV. Current — 0.3 mA. Exposure time (τ) — 300 s. Y axis — intensity of characteristic lines, rel. units
Results. The lithological features of the studied samples were elucidated, and the material-petrographic composition of the coals was studied. In the spore-pollen assemblage from the studied deposits, the dominant associations were determined by the predominance of two-bag pollen of Disaccites (Pinaceae) conifers. On this basis, the age of the Begichevskaya Formation rocks was established as belonging to the Albian and Cenomanian stages of the Lower-Middle Cretaceous.
Conclusion. The degree of variability of coals was estimated; their grades (technological groups) and the trace element composition of ash were determined. The reflection values of vitrinites were measured in order to clarify the stage of changes in brown coals and obtain the quantitative characteristics of their quality. The reflection values of vitrinites (Ro) are from 0.32 to 0.52%, which corresponds to the stages of brown coal changes, technological groups 1B—3B.
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 [
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 [
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.
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 [
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:
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.
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 [
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 прерывающимисяровными 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 ….… 1,2Общая 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.
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 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 [
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 [
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%
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.
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.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.