Страницы Список страниц 37 38 39 40 41 · · ·  42                    

Ископаемые угли.

Ископаемыми углями называют различные естественные горючие, образовавшиеся из растительных остатков прежних геологических периодов, а иногда также из колоний водорослей, организмов планктона и бентоса, путем сложных изменений, выразившихся в постепенном обогащении углеродом так называемого материнского вещества угля.

Изучение пластов ископаемых углей и сопровождающих их пород показало, что остатки растений прежних геологических периодов, главным образом каменноугольного, медленно разлагались под водою без доступа воздуха. В одних случаях эти пласты накоплялись в громадных болотах на том же месте, где росли эти растения. В некоторых пластах угля найдены отпечатки прекрасно сохранившихся, совершенно неповрежденных нежных листочков и веточек растений. Если бы их переносило потоками воды, они были бы переломаны и искрошены. Кроме того, в подобных пластах встречаются нередко целые стволы и пни деревьев, сохранившихся в том положении, как они росли. Угли, образовавшиеся подобным образом, называются автохтонными.

В других случаях растительный материал, повидимому, переносился реками и отлагался около их устья в морских заливах и озерах. В таких месторождениях не встречаются неповрежденные остатки растительности; листочки и веточки переломаны и попорчены; в них бывают нередко включения грубого обломочного материала — песков, глин — и наблюдается расщепление толстых пластов угля на ряд более тонких. Все это свидетельствует о наносном происхождении материала. Такие угли называются аллохтонными.

Тот и другой способ накопления растительного материала наблюдается и в настоящее время. В торфяных болотах остатки торфяного мха, осоки и других болотных растений, медленно опускаясь на дно, разлагаются на месте своего произрастания, постепенно превращаясь в торф. С другой стороны, в дельтах многих современных рек, например в устьях сибирских рек, впадающих в Ледовитый океан, можно видеть пример накопления остатков растительности, нередко целых древесных стволов, принесенных водою.

Главная масса ископаемых углей образовалась в так называемый каменноугольной период, когда климат был гораздо теплее современного, и растительность отличалась богатым развитием. Растения того времени, послужившие материалом для образования ископаемых углей, сильно отличались от современных. Это были громадные древовидные хвощи, древовидные папоротники и деревья особого вида с чешуевидными листьями, называемые лепидодендронами и сигилляриями, достигавшие в высоту до 40 м и более.

Из остатков наземных и болотных растений образовались наиболее распространенные гумусовые угли, как автохтонные, так и аллохтонные, а из остатков водорослей и планктона, образовавшнх на дне водоемов гнилой ил, — сапропель и с а п р о п е л е в ы е угли.

Ископаемые угли состоят из органической массы с примесями серного колчедана и отчасти гипса, глины и песка.

По физическим и химическим признакам, в порядке возрастания количества углерода, ископаемые угли могут быть, расположены в следующий ряд: лигнит —бурый уголь, каменные угли сапропелевые (кеннель, богхед), каменные угли гумусовые антрацит.

Бурый уголь

(Большей частью мезозойского и третичного возраста) имеет вид буро-черной более или менее плотной массы с землистым неровным или раковистым изломом. Если в нем заметны растительные остатки и сохраняются строение и наружный вид древесины, бурый уголь называется лигнитом.

На фарфоровой пластинке дает бурую черту.

Каменный уголь

Черного цвета и дает черную черту. Он имеет большую твердость, чем бурый и представляет много разновидностей, отличающихся по внешнему виду и в техническом отношении.

Твердость каменных углей 2—2,5. Уд. вес 1,26—1,35.

В отношении блеска каменные угли разделяются на матовые угли — без блеска и блестящие угли; среди последних различают угли со смолистым, жирным и металлическим блеском.

Антрацит 

Очень тверд, отличается серовато-черным цветом и сильным металлическим блеском.

Процентный состав органического вещества ископаемых углей приведен в табл. 13.

Таблица 13

Название угля С Н О N
 проценты
Бурый уголь . . . 69 5,5 25 0,5
Каменный уголь . 82 5 13 Следы
Антрацит 95 2,5 2,5 »

Строение угольной массы. В строении угольной массы, согласно новейшим работам, принимают участие следующие четыре разновидности, отличаемые по внешнему виду и микроскопически.

1. Фюзен — волокнистый или шелковистый матовый уголь со структурой древесного угля; состоит из обугленных частей древесины, реже других частей растений.

2. Дюрен — матовый уголь сапропелевого или гумусового происхождения.

3. Клярен — блестящий уголь, не утративший следов растительных остатков; под микроскопом отличимы остатки стволов, листьев и пр.

4. Витрен — блестящий уголь, утративший всякую растительную структуру и представляющий коллоидальную массу, бесструктурную, с раковистым стеклообразным изломом.

Способность ископаемых углей к коксованию и спекаемость. При накаливании без доступа воздуха в закрытом пространстве из ископаемых углей получают кокс.

Различают три вида кокса: 1) песчанистый, когда коксовый остаток внешне не отличается от обращенного в порошок угля; 2) полуспекшийся, который характеризуется размягчением частиц угля при накаливании и их поверхностным склеиванием и3) спекшийся кокс в виде гладкой сплавленной массы, обладающей металлическим блеском и вспученной, благодаря улетучивающимся газам.

Лигниты, бурые и сапропелевые угли при коксовании дают не-спекающийся кокс. На характер спекаемости кокса большое влияние оказывает преобладание той или другой структурной разновидности угля. Носителями способности к спеканию являются витрен и кларен.

Длина пламени и продолжительность горения ископаемых углей зависят главным образом от количества летучих составных частей, отделяющихся при нагревании. Свойство пламени быть ярким или коптящим зависит главным образом от количеств;: свободного и связанного (с киелородом) водорода.

Теплотворная способность ископаемых углей колеблется в довольно широких пределах, как видно из данных табл. 14.

Таблица 14
Название угля Теплотворная способность (в 6. кал)
2000—3200
Бурый уголь …… 4000-6200
Каменный уголь …. 8000- 9500
Антрацит …. 6000—9200

Отдельные виды ископаемых углей, как видно из предыдущего, составляют непрерывный ряд. В одном и том же месторождении характер угля бывает различным, причем уголь из одного и того же пласта, но из разных районов бассейна может изменяться от газового угля до антрацита.

Обыкновенно в более глубоких стратиграфических горизонтах встречаются угли с меньшим содержанием летучих веществ. Обогащение углеродом растительных остатков вызывается, повиди-мому, деятельностью особых бактерий, сходных с теми, которые производят подобную же работу в современных торфяных боло тах. Окончательное превращение в каменный уголь или нитрати происходит уже от давления позже отложенных пластов, горооб-разовательных процессов, а иногда и от действия внутренней теп лоты земли.

Нужно сказать, что далеко не все наши каменноугольные мее торождения достаточно изучены. Поэтому можно быть уверенным, что в результате новых открытий угольных месторождении и развертывания разведочных работ на месторождениях, уже известных, угольные запасы СССР будут значительно увеличены.

Угли СССР отличаются большим разнообразием. Среди них крупную часть составляют угли, годные для коксования и дли получения жидкого топлива.

§ 5. МЕТАМОРФИЧЕСКИЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ

а) УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ПОРОД И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Метаморфические горные породы в большинстве случаев представляют глубоко преобразованные первично-осадочные или из верженные породы, в которых подверглись глубокому изменению не только минералогический состав и структура, но иногда и хи-мический состав первоначальных пород. При этом нужно заме-тить, что между породами метаморфизованными и теми материи

скими породами, из которых они образовались, часто наблюдаются постепенные переходы.

Так, плотные известняки часто связаны переходами с мраморами, граниты —с гнейсами, породы группы габбро — с образовавшимися из них амфиболитами и т. д.

К метаморфическим породам относятся гнейсы, кристаллические сланцы разных типов — хлоритовые, слюдяные, тальковые, а также амфиболиты, змеевики, мраморы, кварциты, роговики и филлиты.

б) ВИДЫ МЕТАМОРФИЗМА

Горные породы сохраняют свой первоначальный характер, пока внешние условия, при которых они образовались, главным образом температура и давление, остаются прежними. При изменении этих условий происходит изменение и горной породы. При этом изменяется не только структура породы, но и ее минералогический состав. Последний претерпевает такие перегруппировки составляющих его компонентов, которые способствуют образованию более устойчивых для данных условий минеральных ассоциаций. Так, сильные давления способствуют образованию, наиболее плотно заполняющих пространство атомами, кристаллических решеток, т. е. соединений с большим удельным весом. Так, вместо породы, состоящей из Лабрадора и диопсида, образуется порода, сложенная гранатом и щелочным авгитом — омфацитом.

Главными факторами преобразования горных пород являются: 1) высокая температура, 2) высокое давление, 3) влияние раскаленных газов и других веществ, выделяющихся из магмы, 4) действие проникающих в породу водных растворов.

В зависимости от того, какой из четырех упомянутых агентов играл наибольшую роль, различают следующие виды метаморфизма:

1. Термальный метаморфизм (пирометаморфизм)—тепловой — обусловлен исключительно высокой температурой на непосредственных контактах с магмой, без участия минерализаторов и, таким образом, представляет, в сущности, явление «контактового

метаморфизма».

2. Контактовый метаморфизм — наблюдается на контакте с большинством магматических пород и обусловлен как изменением соприкасающихся пород под влиянием высокой температуры расплавленной магмы (термальный метаморфизм), так и действием летучих и растворенных в горячих ювенильных водах минерализаторов. В результате подвергшиеся контактовому метаморфизму породы претерпевают существенное химическое и минералогическое изменение и превращаются в так называемые контакто вые роговики и скарны. Последние являются примером контактового метасоматоза.

В большинстве случаев отдельные виды метаморфических пород образуются при одновременном действии высокого давления и температуры, а также проникающих в них водных растворов.

3. Гидатометаморфизм — явление, обусловленное действием водных растворов, изменяющих как химический состав породы, так и ее физические свойства.

Примером может служить образование серпентинитов из ультраосновных пород.

4. Динамометаморфизм — изменение горных пород под влиянием высокого давления при процессах горообразования или при погружении породы на значительную глубину.

Характерным примером может служить образование милонитов — тонкораздробленных и вновь сцементированных пород обычно гранитного состава.

В настоящее время рассматривают кристаллические сланцы, как продукты преобразования магматических и осадочных горных пород, иногда в сильной степени инъектированных магматическими породами.

Преобразования эти происходили в так называемых глубинных зонах земной коры, причем в зависимости от состава первоначальных горных пород, а также и от температуры и давления, могли получаться очень разнообразные метаморфические породы или кристаллические сланцы.

в) ЗОНЫ ИЛИ ФАЦИИ МЕТАМОРФИЗМА

Как указывалось выше, явления метаморфизма могут протекать при весьма различных условиях давления, температуры и разнообразного состава метаморфизующихся пород. Особо важную роль в этих процессах играет температура. Она может быть весьма различной под влиянием явлений прогрева, вызываемых наличием расплавленных масс, находящихся в зонах метаморфизма.

При этом глубина залегания пород, ранее принимавшаяся, как главный фактор метаморфизма, уже не может играть приписывавшейся ей роли. Отсюда и принятые в литературе термины Грубенманна — эпи-, мезо- и ката-зоны теряют свое значение глубинности и сохраняют лишь понятие о степени метаморфизма.

Эпизоне Грубенманна соответствует первая степень метаморфизма, для которой характерно присутствие альбита, слоевых силикатов типа хлорита, серпентина, талька, серицита, также таких минералов как эпидот, актинолит и кварц. Следует сразу отметить, что кварц присутствует во всех условиях метаморфизации и указывает, что эти процессы протекают при сравнительно невысоких температурах (менее 900°). Для пород первой стадии метаморфизма характерна также устойчивость карбонатов.

Вторая, более интенсивная степень метаморфизма, соответствующая мезозоне Грубенманна, характеризуется устойчивостью таких минералов, как средние плагиоклазы, гранаты, амфиболы типа роговой обманки, слюдыбиотит и мусковит и такие специфические минералы как кианит и ставролит

Наиболее интенсивная степень метаморфизма (катазона Гру-бенманна) характеризуется устойчивостью основных плагиоклазов, микроклина, пироксенов, граната, кордиерита, силлиманита, шпинели и др.

При еще более интенсивных факторах метаморфизма (плутонометаморфизм) развиваются явления частичного выплавления эвтектик (мигматизация и анатексис), а затем могут появиться процессы полного переплавления пород (палингенез). Явления повышенного давления как следствия статической нагрузки, с одной стороны, так и динамических факторов (парообразующие процессы) с другой — вызывают также типичные реакции, приводящие к образованию слоевых силикатов или соединений с сильно уплотненными кристаллическими решетками и, следовательно, высоким удельным весом (гранаты, кианит, ставролит и др.).

Как указано, минералогический состав породы обусловливается температурой и отчасти давлением, с одной стороны, и химическим составом метаморфизующихся пород — с другой. Таким образом, породы, называемые серицитовыми сланцами, могут получаться и из глинистых осадочных пород, с одной стороны, и иа магматических (кварцевых порфиров)—с другой. Резко отличные условия метаморфизма приводят к образованию и резко отличных метаморфических пород. Так, глинистые сланцы в условиях начальных стадий метаморфизма превращаются через филлиты в серицитовые сланцы. В условиях более интенсивного метаморфизма из тех же исходных пород образуются уже более сильно измененные биотитовые или мусковитовые сланцы. Наиболее интенсивный метаморфизм приводит к формированию пород, называемых гнейсами.

В тех случаях, когда возможно восстановить, из каких исходных пород — осадочных или магматических — образовались метаморфические породы, им присваивается название с приставкой пара в случае осадочных пород и орто в случае магматических.

Высокие давления имеют и еще одно весьма существенное следствие. Так как процесс метаморфизма идет в твердой среде, давление приобретает определенную направленность (стресс). Такое направленное давление оказывает значительное влияние на структуру и текстуру породы. Кристаллы обнаруживают повышенную растворимость в направлении давления и напротив тенденцию к усиленному росту в перпендикулярном направлении. Следствием этого является вытягивание кристаллов в одном направлении и появляется сланцеватость. Она очень часто не соответствует первоначальной слоистости породы. Точное изучение направлений вытянутости кристаллов позволяет весьма определенно судить о направлениях тектонических сил, изменивших породы. Этими вопросами занимается наука, называемая петротектоникой. За последнее время она получает все большее развитие в советской геологической науке.

41

40 42