Каустобиолиты

Общие мировые  ресурсы бурых углей оцениваются (до глубины 600 м) в 4,9 трлн. т (1981), из них  точно подсчитаны 1,3 трлн. т, измеренные 0,3 трлн. т. Основные запасы сосредоточены  в России, Германии, Чехословакии, Польше и Австралии. Из них Германия является основным поставщиком бурых углей, Россия на втором месте.

Каменный уголь имеет плотное сложение, черный цвет и обладает хрупкостью при твердости 2-2,5. Удельный вес 1,26-1,35 г/см3. В естественном залегании угольные пласты обычно не являются однородными, а представляют собой чередование линз, прослоев черных сажистых, плотных матовых и блестящих углей. Макроскопически различимые растительные остатки отсутствуют. Содержание летучих компонентов уменьшается. Резко возрастает, от 75 до 92%, количество углерода. Отсутствуют гуминовые кислоты.

В строении угольной массы принимают участие  несколько разновидностей, отличающихся структурой, состоянием углистого вещества:

1. фюзен – волокнистый матовый уголь со структурой древесины;
2. дюрен – уголь, состоящий из частиц, сохранивших форму спор, кутикул и фюзенизированной клеточной ткани, сцементированных бесструктурной гелеподобной массой. Матовый или землистый, залегает в виде слоев, не имеющих внутренней слоистости;
3. витрен – полностью гелефицированная клеточная ткань, бесструктурная коллоидная масса. Блестящий, стекловидный, обычно переслаивается с более мощными слоями углей иного типа;
4. кларен – гелефицированная масса с примесью спор, смоляных телец. Пласты, линзы кларена, как правило, имеют слоистость.

В углях  присутствуют обломочные зерна и часто отмечается примесь глинистого материала. Углепетрографическая систематика основывается на составе исходного материала, либо на его составных частях (кларен, витрен и т.д.), или на свойствах углей (однородные, полосчатые, штриховые, полублестящие, матовые угли).

Антрациты – это продукты преобразования каменных углей в стадию метагенеза (начального метаморфизма). Плотные, блестящие, черные, отличаются наибольшим среди углистых разностей удельным весом, твердостью и однородностью. В составе органической массы преобладает углерод (93-98%), весьма незначительное содержание летучих компонентов (2-5%).

Обобщая данные по составу углей, помимо преобладания в их составе углерода (60-98%), можно  отметить присутствие кислорода  от 2-х до 5%, водорода 1-12%, азота 1-3%. Отмечаются небольшие количества серы и фосфора. В углях установлена примесь  редких, редкоземельных элементов, а  содержание германия, урана, ванадия  в отдельных случаях могут  достигать промышленных концентраций.

Важным  параметром качества угля является теплота  сгорания: от 3500 ккал/кг у бурых углей  до 8000 ккал/кг у антрацита. Зольность  углей, определяемая примесью неорганического  материала, колеблется от 2-3% до 40-50%. Этот показатель является своего рода таксонометрической границей для углей. Строго к углям можно отнести твердое горючее полезное ископаемое, имеющее зольность ниже 40%. При зольности выше 40% порода считается горючим сланцем.

Своеобразной  категорией каустобиолитов являются коксующиеся угли, т.е. угли, которые при нагревании без доступа кислорода на несколько сот градусов (выше 800⁰С), превращаются во вспученную шлакоподобную массу в результате удаления летучих компонентов.

В природных  условиях угольные пласты мощностью 2-3 и более метров объединяются в  угольные серии, перемежаясь с глинистыми, песчаными и песчано-глинистыми отложениями. При этом формируются толщи циклического строения. В отдельных случаях мощность пластов угля на месторождениях может достигать 35-200 м. Залегание угольных пластов в угленосных толщах различное. Некоторые угольные пласты прослеживаются на сотни километров, другие – резко расщепляются на коротком расстоянии, образуя веер самостоятельных пластов.

Гумусовые каустобиолиты образуются за счет наземных растений, остатки которых накопились непосредственно на месте произрастания (автохтонные угли) или были перемещены до их захоронения (аллохтонные угли). Чаще всего угли формирует как автохтонный, так и аллохтонный растительный материал. Превращение растительных форм в уголь составляет ряд биогенных процессов (гумификация, затем углефикация), и позже абиогенных процессов (метаморфизация).

В ходе геологической  истории углеобразование началось в связи с развитием наземной растительности в девонском периоде  и продолжалось вплоть до четвертичного  периода включительно. В Китае  известны угли кембрийского возраста. Наиболее бурно процесс проявился в каменноугольный и пермский периоды (до 41% всех известных запасов угля). Отложения юрского и частично мелового периодов вмещают 14% запасов, накопления мела – 16%, палеогена и неогена – 18% мировых запасов угля.

На Урале  угленакопление проявлено в широком  стратиграфическом диапазоне. Оно  известно в каменноугольном, пермском, триасовом, юрском периодах, а также  в палеоген-неогеновый отрезок истории. В результате сформировалось несколько  крупных угольных бассейнов, вместивших серию угленосных депрессий. Это  Северо-Уральский, Южно-Уральский и  Тургайский угольные бассейны.

Липтобиолиты

Липтобиолиты – редкая разновидность углей, не имеющая промышленного значения. Они образованы наиболее стойкими компонентами высших растений, не подверженных разложению: оболочки спор, кутикулы (тонкая пленка на эпидерме листьев, молодых стеблей), кора, скопления смолы. В зависимости от преобладающей компоненты растительной ткани липтобиолиты подразделяются на кутикуловые, споровые и другие разновидности. Липтобиолиты встречаются в виде линз и прослоев среди бурых, каменных углей. Они отличаются повышенным содержанием водорода и летучих веществ.

Сапропелиты

Сапропелиты представляют собой каустобиолиты, органический материал которых содержит очень мало остатков наземных растений. Образуются они за счет углефикации скоплений низших одноклеточных водорослей и состоят из остатков клеточной ткани, спор, кутикулы, а также из основной сапропелевой (битумной) и гумусовой массы желтоватого, бурого, зеленоватого цвета. Залегают в виде прослоев среди гумусовых углей, очень редко в виде самостоятельных пластов. Сапропелиты отличаются высоким содержанием летучих (до 90% органической массы), водорода (7-12%) и первичного дегтя. Они подразделяются на сапропелевые угли и собственно сапропель.

Сапропель это современный гелеобразный черный осадок, накапливающийся на дне болот  и озер и состоящий из гниющих  в анаэробной среде остатков водорослей. Сапропелевые угли подразделяются на 2 типа: кеннель и богхед. Кеннель представляет собой серый матовый сапропелит, легко загорающийся от спички. В основной массе рассеяны водоросли и споры. Богхед – массивный матовый однородной структуры светло- и темно-коричневого цвета, либо серый, зеленовато-бурый. Для богхедов характерен повышенный выход водорода и первичного дегтя. Сапропелиты являются ценным сырьем для газовой и химической промышленности.

Физико-механические свойства каменных углей похожи на свойства бурых углей.

Каменный  уголь возникает при залегании  пластов торфа на значительной глубине  обычно более 3 км. На более значительной глубине образуется антрацит – высший сорт каменного угля. Однако это  не означает, что все угольные месторождения  расположены на большой глубине. Со временем под действием тектонических  процессов различной направленности некоторые пласты испытывали поднятие, в результате чего оказывались ближе к поверхности.  
 
От того, на какой глубине находятся угленосные породы, зависит и способ добычи угля. Если уголь залегает на глубине до 100 метров, то добыча обычно ведётся открытым способом. Так называется снятие верхнего слоя земли над месторождением, при котором полезное ископаемое оказывается на поверхности. Для добычи с большой глубины используется шахтовый метод, при котором доступ к полезном ископаемым осуществляется посредством создания специальных подземных ходов – шахт. Самые глубокие угольные шахты в России находятся на расстоянии около 1200 метров от поверхности.

 
 
Наиболее крупные месторождения  каменного угля в России .

 
 
Эльгинское месторождение (Саха)

 
 
Это угольное месторождение, находящееся  на юго-востоке Республики Саха (Якутия) в 415 км к востоку от города Нерюнгри, является наиболее перспективным для  открытой разработки. Площадь месторождения  составляет 246 км². Месторождение представляет собой пологую асимметричную  складку.  
 
Угленосными являются отложения верхней юры и нижнего мела. Основные угольные пласты находятся в отложениях нерюнгринской (6 пластов мощностью 0,7-17 м) и ундыктанской (18 пластов мощностью также 0,7-17 м) свит.

 
 
Угли здесь в основном полублестящие  с очень высоким содержанием  наиболее ценного компонента — витринита (78-98 %), средне- и высокозольные, малосернистые, малофосфористые, хорошо спекающиеся, с высокой теплотой сгорания. Эльгинский уголь с помощью специальной технологии можно обогатить, что позволит получить продукт более высокого качества, отвечающего мировым стандартам. Мощные пологие пласты угля перекрываются отложениями небольшой мощности, что очень важно для добычи открытым способом.

Горючие сланцы. Это осадочные породы, тонкоплитчатые аргиллиты или мергели со значительным, до 50-60%, содержанием битуминозных веществ. По сути они являются глинистыми или известковыми углями-сапропелитами, загорающимися от спички. Горят коптящим пламенем, издавая запах жженой резины. Отличаются от углей большей зольностью и меньшей теплотворной способностью. В категорию горючих сланцев включают сланцы, содержащие гумусовое вещество, тождественное с гумусовым веществом бурых и каменных углей, кеннелевые и богхедовые сланцы, а также сланцы асфальтовые и породы, пропитанные нефтью. В горючей массе сланцев повышено содержание водорода, летучих веществ, присутствуют остатки водорослей, иногда раковины морских организмов. Из органических веществ в состав горючих сланцев входят петролены, битум, гумусовые вещества, присутствуют неорганические составляющие – алюмосиликаты, гидраты окислов железа, кальцит, гипс, пирит, сера и др. Цвет сланцев серовато-желтый, до бурого и черного. Формируются из осадков морских, озерных водоемов, лагун при одновременном осаждении глинистых и карбонатных частиц, тонкого органического ила, состоящего из мельчайших водорослей и других организмов. Разлагаясь под водой, без доступа воздуха, органические остатки постепенно превращают ил в темное горючее вещество, затвердевающее при диагенезе. Слагают протяженные пласты мощностью 15-20 м.

При нагревании горючих сланцев в специальных  перегонных аппаратах из них получают напоминающее нефть вещество, при  последующей переработке дающее парафин, бензин, керосин, смазочные масла и некоторые ценные химические вещества (ихтиол, фенол, битумы).

Важнейшие месторождения горючих сланцев  известны в Прибалтике (диктионемовые сланцы), в Среднем Поволжье (близ Ульяновска), около Сызрани (каширские сланцы), а также в Заволжье, в районе Общего Сырта.

Отличительные признаки

Для горючего сланца характерны сланцеватое строение, черный, желтый цвет. Горючие сланцы напоминают глинистые сланцы. Отличаются горючие сланцы от глинистых тем, что обладают способностью гореть, и более легки, по сравнению с глинистыми сланцами.

Происхождение

Горючие сланцы образовались на дне морей  благодаря одновременному отложению  органического и неорганического  ила.

Применение

Горючие сланцы – топливо и технологическое  сырье. Из горючих сланцев получают масла и смолы. Первые идут в качестве топлива на электростанции, а смолы  являются ценным химическим сырьем для  производства почти пятидесяти различных  продуктов. Эстонская и Прибалтийская  ГРЭС – крупнейшие в мире электростанции, работающие на сланцах. Горючие сланцы используются для получения бензина, бытового газа, фенола, ароматических углеводородов, электродного кокса, бензола, синтетического дубителя, клея для строительной индустрии (для скрепления блоков домов), пластмасс, гербицидов, дорожных битумов. Сланцы называют топливом будущего, потому что их мировые запасы во много раз превышают запасы других горючих ископаемых (нефть, природный газ, каменный уголь), вместе взятых. Сланцевая смола является хорошим изолятором, «защитником» от коррозии, в ряде случаев заменяет пайку и сварку. Она также используется для удобрения почвы. Сланцевая зола используется в производстве вяжущих веществ и строительных деталей. Смола находит применение в производстве химических препаратов.

Месторождения

Месторождения их имеются в Белоруссии (Полесье), Эстонии (Кохтла-Ярве, Йыхви), в России (Сланцы – Ленинградская область), Среднем Поволжье (Ульяновск, Сызрань). Богатейшие залежи горючих сланцев имеются также в США, Канаде, Бирме, Бразилии, Италии, Конго и во многих других странах.

Твердые продукты поликонденсации называются керогеном. Кероген – это органическое вещество, нерастворимое в органических растворителях, щелочах и кислотах. Химически кероген представляет собою трехмерную макромолекулу, которая составлена конденсированными циклическими ядрами, соединенными гетероатомными связями. Такое строение керогена обеспечивает его свойствами молекулярного сита. В матриксе (структура) керогена, как в молекулярном сите могут находиться липиды, углеводороды и другие ОВ.

Твердость керогена, нерастворимость его в органических и минеральных кислотах, обусловливает его устойчивость и способность сохраняться в осадочных породах Земли в течение миллионов лет. Вполне заслуженно кероген приобрел второе название – геополимер

Наиболее  часто кероген рассеян в минеральной массе пород в виде мелких буроватых, слабо прозрачных частиц. В связи с этим за керогеном закрепилось еще одно, менее корректное называние - рассеянное органическое вещество (РОВ). Однако нередки случаи, когда кероген образуют скопления, давая начало угольным пластам, нефтематеринским толщам, горючим сланцам,