Современные технологии добычи горючих сланцев (стр. 3 )

Сланцеобразование может происходить и в геосинклинальных условиях, при этом сланцевые толщи возникают в неко­тором отдалении от берега, в так называемой гемипелагической зоне, также характеризующейся и более восстанови­тельными условиями среды, и повышенным обогащением органическим веществом.

Для сланцеобразования могут оказаться благоприятными также и некоторые участки предгорных впадин, испытываю­щие регрессионную направленность осадконакопления. Здесь также отдельные участки могут оказаться благоприятными для обогащения органическим веществом. В литологии таких толщ будет отчетливо выступать возрастание грубозернистости от подошвы к кровле. В химическом отношении такие сланцы, как имеющие более значительную примесь животного детрита, более значительно обогащены О, N и частично Н, а также фосфором, содержание углерода соответственно меньшее. Некоторые континентальные водоемы (озера, разобщенные с морем лиманы и лагуны) также могли служить средой, достаточно благоприятной для накопления сапропеля, а тем самым и для образования горючих сланцев и сапропелевых углей. Как правило, горючие сланцы и сапропелиты в таких генетических условиях образуют небольшие линзы и пропластки в подошве гумусовых углей. При особо благоприятных условиях этот тип сланцев может образовывать и самостоя­тельные месторождения.

Горючие сланцы имеют и свои геохимические фации - это общность физико-химических условий среды, в которой про­исходило их накопление. Всего выделяется четыре геохими­ческие сланцевые фации, связанные переходами [3]:

- сильно щелочная или резко восстановительная фация - прибрежно-морская, флишевая фация; рН среды около 8,0; осад­ки - монтмориллонитовые глины, известняки, мергели; фауна донная и планктон; нередко доломиты и доломитизированные известняки, возникшие при замещении карбоната кальция магнием организмов; типичные аутигенные минералы - пирит и марказит;

- слабощелочная восстановительная фация – рН=7,8-7,2. Такая же флишевая фация, но типично карбонатная (известняки, мергели, песчанистые мергели, реже глины); появля­ется глауконит, СаСО3 устойчив, но иногда замещается фос­форитом, сульфатом кальция (гипс и ангидрит); минералы-индикаторы: анкерит, сидерит. К этой фации принадлежит по­давляющее большинство сланцевых месторождений;

- нейтральная фация - рН=7,2-6,6; осадки - каолинитовые алевролиты, пески, изредка с фосфоритом; минералы-индикаторы: лимонит, пирозюлит, боксит, первичный глауконит, опал (кремнистые стяжения, силициты); СаСО3 также неустойчив и замещается фосфоритом, иногда сульфатом кальция;

- слабокислая фация (с галлуазитом и аллофаном) - рН ниже 6,6 (пока нами не встречена ни в одном из изучен­ных месторождений горючих сланцев), однако при рассмот­рении шлифов некоторых сапропелитовых углей, где содержа­ние Н всегда ниже, чем в исходном материале (менее 6%), удавалось наблюдать признаки ее присутствия (аллофан, као­линит).

По генезису горючие сланцы связаны с более широкими условиями седиментации, чем угли. В ряде случаев, присут­ствуя вместе с углями в составе болотно-озерных комплек­сов, они распространены и среди лагунных и, пожалуй, осо­бенно широко - среди морских отложений. Высказанное много лет тому назад одним из первых наших исследователей горючих сланцев мнение в том, что боль­шинство отечественных горючих сланцев принадлежит к сапропелитам морского происхождения, действительно и в на­стоящее время [4].

Оленекские сланцы, кукерситы Прибалтики, волжские го­рючие сланцы, сланцы Приуралья и другие - морского проис­хождения. Некоторые из них, например, кукерситы, отлага­лись в удалении от берега, в неглубоком спокойном мор­ском бассейне с нормальным солевым и газовым режимом вод, на что указывает наличие в этих сланцах остатков чрезвычайно разнообразной типичной морской фауны.

Условия накопления доманиковых горючих сланцев востока европейской части СССР_были своеобразными. По представ­лениям [5] . эти сланцы, заключающие ос­татки нормальной морской фауны, являются осадками уда­ленной от берега зоны моря с нормальным газовым режи­мом. Биомасса, послужившая для накопления органического вещества сланцев, представляла собой планктон, цветение которого было периодическим. Горючие сланцы такого типа называет планктоногенными.

В отличие от доманиковых сланцев считает юрские сланцы Волжского бассейна бентогенными, накопив­шимися также в морском бассейне с нормальным кисло­родным режимом, но с органической массой, произошедшей при развитии фитобентоса (донные луга), а не планктона. Об­наружение в волжских сланцах хлорофилла указывает на на­личие высокоорганизованных растений типа современной Zoastera.

Оленекские (кембрийские) горючие сланцы Восточной Сиби­ри также морского происхождения. Однако следует под­черкнуть, что данных об их генезисе в настоящее время еще недостаточно. Особые черты носило эоценовое сланценакопление в области Карпат. Мелководный характер морского бассейна, полуокислительная среда, специфические особен­ности солевого состава воды способствовали массовому развитию фитопланктона; все это характеризует условия формирования менилитовых сланцев.

Сланценосные отложения Кендерлыка (Казахстан) и Болтышского месторождения (Украина) образовались, по-види­мому, в бассейнах лагунного типа. Горючие сланцы мезозойских депрессий Забайкалья, как, вероятно, и некоторые другие сланцы, - типичные пресно­водные (озерные) образования.

Геотектонический режим сланценакопления некоторых ме­сторождений недостаточно выяснен. Однако принадлежность наиболее крупных бассейнов горючих сланцев СССР к тому или иному геотектоническому типу уже может быть намече­на.

Так, кембрийские горючие сланцы Оленекского поднятия являются платформенными образованиями, как и литологически близкие им богатые органическим веществом более древние породы хатыспытской свиты верхнего протерозоя и кембрийские битуминозные аргиллиты восточносо склона Анабарского массива и северного склона Алданского щита. Отмечается постоянство массового накопления органического материала на огромных участках морских бассейнов северо-востока Сибирской платформы в конце протерозоя - начале палеозоя.

На южном склоне Балтийского щита, на площади, измеряе­мой тысячами квадратных километров, также в платформен­ных условиях происходило накопление ордовикских морских горючих сланцев. Общий стабильный характер режима седи­ментации нарушался лишь незначительными вертикальными колебательными движениями дна моря, зафиксированными в разрезе ритмичным чередованием слоев известняков и горю­чих сланцев.

Более сложный геотектонический режим был во время формирования доманиковых отложений Приуралья, западного склона Урала и Печорской синеклизы. Богатые органическим веществом глинистые аргиллиты и известняки доманиковой фации занимают громадную площадь, измеряемую сотнями тысяч квадратных километров.

Таким образом, собственно горючие сланцы, спорадически встречающиеся среди отложений доманиковой фации, могут иметь как геосинклинальный (краевой прогиб), так и плат­форменный характер.

К типичным образованиям устойчивой древней платформы относятся верхнеюрские горючие сланцы Волжского бас­сейна и Тимано-Печорской области (Волжско-Печорская про­винция). Мезозойские сланценосные (и угленосные) отложе­ния юго-восточного Забайкалья сформировались в небольших прогибах подвижной эпигерцинской платформы. В палеотектоническом отношении весьма интересно Болтышское месторождение, расположенное в центральной части Украинского щита, т. е. в области древней платформы. Площадь место­рождения, имеющая форму круга диаметром 20 км, в эоцене представляла мобильную зону опускания, возможно, на месте древней очень крупной вулканической или своеобразной грбеновой структуры, в пределах которой мощность отложений эоцена (сланценосных) во много раз больше, чем на сосед­них стабильных участках щита. С типичным геосинклиналь­ным режимом связано образование палеогеновых сланцев Карпат и Апшеронского полуострова.

Все сказанное свидетельствует о том, что палеогеографи­ческие и геотектонические условия сланценакопления на тер­ритории бывшего СССР разнообразны и не менее сложные, чем ус­ловия угленакопления.

Горючие сланцы, несмотря на то что образование их про­исходит в трех геохимических фациях, все же имеют некото­рый средний филогенетический ряд со следующими основны­ми стадиями: накопление - диагенез — метаморфизм или карбонизация.

Исходный материал сланцев - сложный продукт биохими­ческого синтеза элементов планктона, бентоса и частиц высшей водной растительности, происходящего еще в водной среде и заключавшегося в том, что органическое вещество окончательно теряет свою первоначальную структуру и. пре­вращается в некоторую физически и химически однородную усредненную массу, импрегнирующую неорганическое веще­ство. Разложение исходного вещества и синтез вторичных продуктов происходят сначала хотя и в слабой, но окисли­тельной среде, способствующей гумификации вещества.

Диагнез, или стадия перехода органического вещества в ископаемое состояние, начинается с первого момента нако­пления осадка; даже в низах толщи, после того как слой сапропеля достигает мощности около 1 м, возникают вос­становительные условия и гумификация быстро сменяется битуминизацией.

Метаморфизм, имеющий своим следствием карбонизацию, является важнейшим средством перехода органических илов в горючие сланцы, чему способствует температура, давле­ние, геологический возраст. Существенное значение при этом имеет еще и окислительно-восстановительный потенци­ал, а поэтому чем сильнее вещество осадка окислено, тем легче оно карбонизуется, так как при этом легче происходит отщепление атомов кислорода и водорода и соответст­венно возрастание углерода.

Восстановительные условия среды и порождаемая ими битуминизация замедляют карбонизацию, а поэтому горючие сланцы вообще медленно карбонизуются и их органическое вещество может долгое время оставаться на стадии сапро­пеля, если залежь не подверглась метаморфизму.