Контрольная работа по "Геологии"

Вариант 1

 

Содержание

1. Месторождения углей. Фазы углеобразования (торфообразование, углефикация). Факторы углеобразования в истории Земли..……….3

 

2. Природные и искусственные факторы, влияющие на приток подземных вод в горные выработки. Простейшие способы прогноза водопритоков………………………………………………………….11

 

 

1. Определите разновидность скального грунта по прочности согласно ГОСТ 25100-95. По результатам лабораторных испытаний предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии для данного грунта равен 138 МПа…………………………………………………………………18

 

2. В лабораторных условиях для каменного угля получены следующие показатели: R₀ = 0,52%, ΣOK = 8%, V^daf = 33,5%, y = 7 мм. Используя классификацию по генетическим и технологическим параметрам ГОСТ 25543-88, определите класс, категорию, тип и подтип. По составленному кодовому числу определите технологическую марку, группу и подгруппу. Выберите направления использования данного угля……………18

 

Список литературы……………………………………………………….20

 

Задание 1. Месторождения углей. Фазы углеобразования (торфообразование, углефикация). Факторы углеобразования в истории Земли.

 

Угольное месторождение - естественное скопление угленосных отложений с пластами угля, занимающее определенное стратиграфическое положение в осадочной толще земной коры. Площадь угольных месторождений десятки, редко сотни квадратных километров.

На начальном этапе  углеобразования, длившемся десятки  тысяч лет, в биосфере происходила  седиментация комплексных органических и минеральных веществ. Исходными  органическими веществами были простейшие планктонные водоросли и наземно-болотная растительность.

Уголь – твердая горючая горная порода, образовавшаяся из отмерших растений в результате биохимических, физико-химических и геологических процессов. Различные свойства отдельных углей обусловлены их происхождением.

Процесс углеобразования  включает два этапа: торфообразование и углефикация (табл. 1). Этап торфообразования проходит в условиях земной поверхности  достаточно быстро в геологическом  времени за тысячи и десятки тысяч  лет. Он проявляется в процессе седиментогенеза, в котором из высших растений образуется торф, а из низших растений и планктона  – сапропелевый ил. Следующий этап – углефикация протекает в  недрах Земли очень продолжительно в геологическом времени за миллионы, десятки и сотни миллионов  лет. Этот этап включает две стадии: диагенез и метаморфизм углей. В  стадию диагенеза торф превращается в бурый уголь, а сапропелевый ил – в сапропелевый уголь. В стадию метаморфизма бурый уголь перерождается в каменный, а каменный – в антрацит. Степень перерождения зависит от температуры и давления, по которым метаморфизм подразделяется на катагенез и метагенез углей. Каждая новая стадия для углей сопровождалась его погружением на все большие глубины (рис. 1, б).

Петрографический состав углей закладывается на этапе торфообразования и формируется на стадии диагенеза углей. В дальнейшем перерождении углей при метаморфизме их петрографический состав не меняется, происходит лишь преобразование мацералов и ингредиентов. Таким образом, генезис углей определяется процессами и фациями болот, где происходили седиментогенез и диагенез углей.

В этап торфообразования (в стадию седиментогенеза) растительные остатки подвергаются дезинтеграции (механическому разрушению), седиментации (осаждению), аккумуляции (накоплению). В дальнейшем, если отмирающие растительные остатки покрывались слоем стоячей обедненной кислородом воды, препятствующей тлению (исчезновению), то происходило гниение (разложение) растительного материала, и из высших растений при гумификации образовывался торф, а из низших растений и планктона при битуминизации – сапропелевый ил. Фации образования торфа соответствуют торфяным болотам (верховым, переходным и низинным), располагающимся в побережьях морей, озер и рек, а фации образования сапропеля соответствуют открытым водоемам (рис. 1, а). Фациальные условия характеризуются многими факторами, важнейшими из которых являются степень влажности среды и режим кислорода. В зависимости от них проявляются различные процессы биохимического разложения: тление, гумификация и битуминизация.

Тление – это окисление и полное разложение материала высших растений во влажной среде при свободном доступе кислорода в аэробных условиях. В результате растительные остатки исчезают, образуются минеральные вещества (зола), Н₂О, СО₂.

Гумификация – это биохимическое разложение высших растений, протекающее сначала на поверхности зарастающего болота при доступе кислорода, где образуются гуминовые кислоты (перегной), а затем при погружении перегноя ниже уровня болотных вод под слой стоячей обедненной кислородом воды, где перегной превращается в торф, который дает начало гумусовым углям.

Битуминизация – это процесс биохимического разложения низших растений (микроскопических водорослей) и зоопланктона (мельчайших свободноплавающих животных), проходящий ниже уровня болотных вод без доступа кислорода в анаэробных условиях, в результате чего образуется сапропелевый ил. Процесс битуминизации, начавшийся в стадию седиментогенеза, продолжается в стадию диагенеза, что приводит к образованию сапропелевого угля. Условия битуминизации соответствуют фации болот, переходящих в водоемы, а также открытых застойных водоемов (озер, зарастающих озер, заливов, морских лагун).

Диагенез углей начинается после перекрытия торфяника наносами рыхлых отложений. Тогда, перешедшие в коллоидный раствор растительные остатки подвергаются биохимическим процессам превращения. В зависимости от фациальных условий болота, режима кислорода, обусловленного уровнем болотных вод, определяется характер микроорганизмов – аэробный (кислородный) или анаэробный (бескислородный), и протекают определенные биохимические процессы: гелефикация, фюзенизация, иллювиация, элювиация, битуминизация.

Гелефикация – процесс превращения лигнино-целюлозной ткани высших растений в гелефицированный коллоидный раствор, образующийся в бескислородных условиях с участием анаэробных бактерий. Такие условия соответствуют фации застойных болот с высоким уровнем грунтовых вод. В процессе гелефикации образуются блестящие мацералы группы витринита (бесструктурные и структурные) и соответственно блестящие ингредиенты углей витрен и кларен.

 

а	б
Рис. 1. Геологические условия углеобразования: а – этап торфообразования (показано относительное положение седиментогенеза  торфа и сапропеля); б – последовательные стадии углеобразования

 

Фюзенизация – процесс превращения лигнино-целюлозной ткани, а также гелефицированных компонентов в частично кислородных условиях с участием аэробных бактерий в твердый необратимый фюзенизированный коллоид. Такие условия соответствуют болотам с низким уровнем вод, то есть фации сухих болот. Некоторые исследователи связывают процесс фюзенизации с древними лесными пожарами на торфяных болотах. Доказательством этого они приводят процесс образования древесного угля, аналогичного фюзеновому, при современных пожарах на торфяниках. В процессе фюзенизации образуются мацералы группы инертинита и ингредиент фюзен.

Разложение и переход  растительных остатков в гелефицированные и фюзенизированные коллоидные растворы может проходить двумя разными путями. В одних случаях происходит полное разложение растительного вещества с его диспергированием в коллоидный раствор. Такие растворы называются растворами разжижения, и при затвердевании из них образуются бесструктурные мацералы основной массы углей (коллинит, микринит), а ингредиент – кларен (рис. 2, в). В других случаях части растений (фрагменты), переходят в коллоидное состояние при медленном набухании без нарушения структуры первичных растительных тканей. Такие растворы называются растворами набухания, из них образуются структурные мацералы (телинит, фюзинит), а ингредиенты – витрен и фюзен. Если размеры фрагментов растений большие и достигают нескольких сантиметров и даже дециметров, то такие структурные компоненты называются ксиленами – витреноксилен и фюзеноксилен (рис. 2 а, б).

Элювиация – процесс выноса образовавшихся гуминовых, гелефицированных и фюзинизированных коллоидов проточными водами, обогащенными кислородом и накопление липоидных мацералов группы липтинита, образующих дюреновые угли. Такие условия характерны для фации проточных болот.

Иллювиация – процесс переноса и отложения гелефицированных и фюзенизированных коллоидов и формирование незакономерной изменчивости петрографического состава углей в пределах угольного пласта.

Стадия диагенеза продолжается при погружении на глубину до 1-3 км, где температура поднимается до 50-75°С, давление до 15-25 МПа, и после дегидратации, затвердевания коллоидов и уплотнения материала образуется бурый уголь. Его объем по сравнению с исходным объемом торфяника уменьшается в 3-5 раз.

По исходному углеобразующему материалу ископаемые угли объединяются в две основные группы: гумулитов и сапропелите.

Гумулитовые угли имеют широкое распространение. Их гелитовые разности известны в разновозрастных угольных бассейнах СССР, фюзенолитовые - в Кузбассе, Средней Азии (Ангрен, Шураб) и Тунгусском бассейне; липтобиолитовые (кутикуловые и споровые) в Подмосковном, Кизеловском и Донецком бассейнах. Гумито-сапропелитовые угли, содержащие водорослевые, гумусовые и липоидные вещества, слагают кеннели Львовско-Волынского, Подмосковного и Кизеловского бассейнов.

Сапропелевые угли - богхеды  встречаются в Иркутском и  Подмосковном бассейнах.

Структурно-генетическая классификация  угленосных бассейнов и месторождений  проведена по геотектоническим факторам, ландшафту и преобладающей фациальной обстановке. Среди геотектонических факторов различают глубину прогибов (глубокие, средние и малые), положение  их в геосинклиналях определенных стадий развития и на платформах, различной  степени стабилизации и активизации.

По ландшафту выделяют межгорные, предгорные и равнинные  подтипы угленосных формаций.

По фациальной обстановке различают прибрежно-морские и  внутриконтинентальные виды угленосных формаций. В глубоких прогибах при  различных режимах сформировались: в эвгеосинклинальном - месторождения  восточного склона Урала, миогеосинклинальном - Кизеловский бассейн, орогенном - Донецкий, Печорский и Кузнецкий бассейны. В малых по глубине прогибах на молодых активизированных платформах развились Челябинский и Тургайский бассейны, а на древних устойчивых платформах - Подмосковный и Тунгусский бассейны, на активизированных - Канско-Ачинский, Южно-Якутский.

Угленакопление происходило  в песчано-глинистых формациях  с. ритмичным строением в геосинклинальном или платформенном режиме.

Геосинклинальные угленосные формации формировались преимущественно  в палеозое в прибрежно-морских  фациях.

Они характеризуются большой  мощностью, интенсивной дислоцированностью и метаморфизмом угленосных отложений с многочисленными маломощными пластами угля и значительной их протяженностью. Такие формации слагают Донецкий, Печорский, Карагандинский, Кузнецкий угольные бассейны (рис. 2).

 

 

Таблица 1.

Характеристика этапов и  стадий углеобразования

 

Этапы	Природные виды и технологические  марки		Ступень мета-мор-физма	Геологические стадии углеобразования		Процессы преобразования растительных остатков
	название	Обоз-наче-ние
торфообразование	Торф	Т	-	седиментогенез – накопление растительных остатков Т и Р нормальные		дезинтеграция, биохимическое разложение: гумификация, битуминизация
						биохимическое коллоидообразование: гелефикация, фюзенизация, иллювиация, элювиация, битуминизация
углефикация	Бурый уголь	Б	0	диагенез – превращение в уголь Т до 50-75°С, Р до 15-25 МПа, глубина до 1-3 км
	Каменный уголь Длинно- пламенный Газовый Жирный Коксовый Отощенно- спекающийся Тощий	КУ Д   Г Ж К ОС   Т	I   II III IV V   VI	метаморфизм – перерождение углей	катагенез Т до 130-180°С, Р до 200 МПа, глубина 3-7 км	геологические процессы: кристаллизация коллоидов, физико-химические
					метагенез Т выше 150°С до 300-350°С, Р до 600 МПа, глубина 5-10км	геологические процессы: перекристаллизация, физико-химические, тектонические
	Антрацит	А	VII-X
Графит			метаморфизм горных пород