Литология и полезные ископаемые, 2021, № 6, стр. 565-578

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Приуроченность Днепробасса к Украинскому щиту (УЩ) обусловила особенности формирования осадочного комплекса, представленного ограниченно распространенными отложениями мезозоя и практически повсеместно развитыми образованиями кайнозоя. Осадочные отложения залегают на кристаллических породах докембрия и продуктах их выветривания. Кайнозойская группа отложений включает на территории бассейна отложения палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем.

Верхнеднепровское месторождение расположено в северо-восточной части бассейна, в пределах Среднеднепровской глыбы УЩ, выделенной А.А. Гойжевским по общим чертам гипсометрии фундамента и истории развития [Гойжевский, 1982] (рис. 1). Промышленная угленосность месторождения связана с песчано-глинистыми отложениями бучакской свиты. Они представлены кварцевыми разнозернистыми песками с прослоями и линзами глин, песчаников, бурых углей и вторичных каолинов, общей мощностью 18–23 м, иногда достигающей 40 и более метров. В пределах месторождения прослеживается один пласт угля рабочей мощности, залегающий на глубине от 35 до 160 м (в пределах северо-западного участка – от 50 до 80 м). Мощность пласта в зависимости от положения в разрезе изменяется от 1 до 26.6 м, составляя в среднем 9 м. В западной части месторождения пласт имеет простое строение. Изредка выше и ниже пласта наблюдаются линзы угля. В восточной части месторождения пласт погружается на восток и юго-восток и имеет сложное строение. Угленосные отложения залегают на коре выветривания и перекрываются карбонатными песками и мергелями морского генезиса киевской свиты [Днепровский …, 1987].

Рис. 1.

Днепробасс [Днепровский …, 1987]. 1 – площади развития угленосных отложений бучакской свиты; 2 – граница Днепробасса; 3 – контуры Среднеднепровской глыбы Украинского щита; 4 – глубинные разломы; 5 – прочие разломы; 6 – контуры Верхнеднепровского месторождения (сплошной заливкой показан северо-западный участок); 7 – номера скважин.

УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЛЕОГЕНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ИХ УГЛЕНОСНОСТЬ

На территории Среднеднепровской глыбы, к которой приурочено Верхнеднепровское месторождение, преобладающая высота кристаллического фундамента составляет 100–120 м, глубина эрозионного расчленения – 60–100 м, глубина древних долин – 40–60 м. Отличительной чертой Среднеднепровской глыбы является чередование узких мелких меридиональных блоков различной высоты и отсутствие осадков мезозоя и низов палеогена (палеоцена), т.к. в результате эпейрогенических движений альпийского тектогенеза эта структура занимала до конца раннего эоцена относительно высокое положение. К разломам, возникшим и развивавшимся со среднего протерозоя в консолидированном жестком фундаменте щита [Гойжевский, 1982; Старостенко и др., 2011; Гинтов, 2012], приурочены древние речные долины. Они сформировались в большинстве случаев в юре и были унаследованы меловыми и палеогеновыми палеодолинами. Дифференцированные движения блоков, развивавшиеся на фоне значительных эпейрогенических движений, сыграли основную роль в формировании речных долин и их размеров, морфологии русла, типа продольных профилей и пойм, характера и густоты эрозионного расчленения. Со среднего эоцена относительная высота Среднеднепровской глыбы стала уменьшаться. Все большую роль начала играть боковая эрозия, ведущая к расширению эрозионно-тектонических палеодолин. Кроме того, на особенности распределения осадочного чехла, его гипсометрию и характер древней речной сети оказали влияние перекосы щита и одностороннее (шарнирное) погружение и воздымание его склонов [Гойжевский, 1982].

Нижний эоцен, представленный на щите морскими мелководными осадками каневской свиты, в Верхнеднепровском угленосном районе отсутствует.

В среднем эоцене, в допиренейскую, по А.И. Егорову [1997], фазу, и частично на начальном этапе активизации пиренейской фазы альпийского тектогенеза (41–40 млн лет назад) [Трифонов, Соколов, 2018], опускание Среднеднепровской глыбы привело к трансгрессии моря со стороны Днепровско-Донецкой впадины (ДДв). По мнению А.А. Гойжевского [1982], в результате подпруживания морскими водами устьевых частей долин в них возникли условия, благоприятные для развития мощных торфяников. Размещение бучакских буроугольных залежей и их размеры определялись глубиной и шириной палеодолин, обусловленных в свою очередь характером тектонических движений. Торфонакопление в древних долинах происходило на обширных заболоченных участках, нередко распространявшихся не только на пойму, но также на надпойменные террасы и на пологие склоны долин, где развивались мелкие зарастающие озера.

Торфонакоплению предшествовало формирование в палеоцене–среднем эоцене каолинитовой коры выветривания. Непосредственно на коре выветривания залегает подугольный горизонт, представленный аллювиальными кварцевыми мелко- и среднезернистыми углистыми песками с прослоями углистых глин и вторичных каолинов общей мощностью от 10–15 до 30 м. Выше залегает пласт бурого угля (1–26.6 м), перекрытый песчано-алеврито-глинистыми углистыми отложениями с редкими прослоями вторичных каолинов и песчаников надугольного горизонта общей мощностью от долей до 15 м [Днепровский …, 1987] (рис. 2).

Рис. 2.

Литолого-стратиграфический разрез Верхнеднепровского месторождения. 1 – суглинки; 2 – песок; 3 – глина; 4 – каолин вторичный; 5 – каолин первичный; 6 – уголь; 7 – граниты, гранито-гнейсы, кварциты.

В киевское время наступающее с северо-востока мелкое море обусловило накопление песчано-глинистых отложений с преобладающей мощностью 15–25 м, перекрывших угленосную толщу.

В позднем эоцене (обуховская свита) долины были уже полностью залиты морем, и в них отлагались кварцевые глауконитовые пески и песчанистые глауконитовые глины общей мощностью 10–20 м. Высота водораздельных пространств в виде полуостровов и мысов не превышала нескольких десятков метров.

Отложения олигоцена представлены осадками регрессирующего моря, а именно глауконитовыми некарбонатными глинистыми песками с прослоями глин и песчаников межигорской свиты мощностью 10–15 м. Отложения берекской свиты в пределах Днепробасса развиты ограниченно, на Среднеднепровской глыбе они отсутствуют.

В условиях обмелевшего миоценового моря формировались песчано-глинистые угленосные отложения новопетровской свиты мощностью 20–25 м, которые имеют островное распространение. Они перекрыты континентальными отложениями, представленными глинистыми песками и песчанистыми глинами верхнего миоцена мощностью от 0 до 30 м, чаще 1–2 м. Отложения четвертичного возраста, прорезанные древними и современными речными долинами и балками, представлены глинами, аллювиальными песками и суглинками общей мощностью 10–20 м [Гойжевский, 1982; Днепровский …, 1987].

Таким образом, на территории Верхнеднепровского месторождения выделяются завершенные палеогеновый и миоценовый циклы осадконакопления, соответствующие тектоническим циклам. Палеогеновый цикл осадконакопления, или литоцикл, по Л.Н. Ботвинкиной и В.П. Алексееву [1991], представляет собой полифациальное образование. Начало цикла следует относить ко второй половине раннего палеоцена, так как в низах угленосной толщи УЩ встречаются остатки отложений раннего эоцена и даже палеоцена [Гойжевский, 1982]. Поскольку конец палеоцена отличался интенсивными восходящими эпейрогеническими движениями, возвратными движениями склонов и резко дифференцированными блоковыми движениями, а к позднему олигоцену море полностью оставило территорию УЩ и его склонов, разрез палеогенового цикла осадконакопления в пределах Верхнеднепровского месторождения сокращен (отсутствуют отложения палеоцена, каневской и низов бучакской свит, берекской свиты). Как указывалось выше, угленосная толща залегает непосредственно на каолинитовой коре выветривания и перекрывается морскими образованиями киевской свиты. Палеогеновый цикл характеризуется песчаным разрезом при значительной роли глинистых пород и углей. Уголь является одной из фаций палеогенового цикла осадконакопления, по классификации П.П. Тимофеева [2006] его следует относить к континентально-морскому циклу-парагенезу трансгрессивной фазы. Цикл завершается накоплением в олигоцене песчано-алевритовых отложений межигорской свиты [Гойжевский, 1982; Днепровский …, 1987].

Единой точки зрения на условия формирования бучакских угленосных отложений нет. Многие исследователи считают, что они образовались в условиях аккумулятивных аллювиальных равнин, являясь аллювиальными, озерными и болотными континентальными образованиями. Такой точки зрения придерживались В.Т. Сябряй [1959], М.А. Самарин [Днепровский …, 1987, с. 79] и др.

И.Е. Слензак [1946], Г.Ф. Крашенинников [1957], Л.Я. Кизильштейн [1975] высказали предположение об образовании бучакских отложений в прибрежно-морской обстановке. По мнению Л.Я. Кизильштейна, высокое содержание серы в углях свидетельствует о накоплении исходных торфов в условиях морских побережий, постоянно или периодически затопляемых морскими водами.

Н.И. Игнатченко [Игнатченко, Зайцева, 1981] допускал периодические ингрессии морских вод вглубь эрозионно-тектонических депрессий, открытых в сторону неглубокого морского бассейна, который располагался на северо-востоке УЩ.

Авторы настоящей работы, как будет показано ниже, стоят на позициях формирования угленосных отложений преимущественно в условиях озерно-болотной прибрежной низменности.

ВЕЩЕСТВЕННО-ПЕТРОГРАФИЧЕСКИЙ СОСТАВ УГЛЕЙ

По совокупности внешних признаков в изученных углях выделены три группы.

I. Группа темно-коричневых углей. Угли слабо и средне уплотненные, с землистым изломом и неоднородной структурой. В углях обнаруживаются мелкие включения лигнита, допплеритоподобное вещество черного цвета, редкие зерна смолы и обрывки кутикулы. Минеральные включения представлены немногочисленными присыпками кварцевого песка, иногда тонкими прослоечками глинистого материала, мелкими конкрециями пирита. Эти угли наименее распространены (меньше 20%).

II. Группа коричневых углей. Угли группы в основном средне уплотненные, реже плотные, редко слабо плотные, с неровным или угловатым изломом, иногда с неясно выраженной слоистостью. Присутствие включений лигнита, допплерита, редких зерен смолы и обрывков кутикулы подчеркивает неоднородность их макроструктуры. В углях наблюдаются включения кварцевых зерен, пиритизированных фрагментов растительности. Коричневые угли имеют на месторождении наибольшее распространение (более 50%).

III. Группа светло-коричневых углей. К этой группе относятся угли в основном плотные, иногда средне уплотненные. Наличие немногочисленных включений лигнита, допплерита, зерен смолы, гнездовидных включений каолинита, глинисто-алевритового материала, редких конкреций пирита подчеркивает неоднородность структуры и неотчетливо выраженную слоистость. Светло-коричневые угли составляют до 25% изученных углей.

Описание микрокомпонентов углей проводилось согласно классификации органических микрокомпонентов бурых углей [Петрографические …, 1975; ISO 7404-3:2009]. Микроскопическими исследованиями в проходящем поляризованном свете в углях установлены группы микрокомпонентов: гуминита, инертинита, липтинита (рис. 3). Главными критериями отнесения микрокомпонентов к той или иной группе является сочетание цвета и формы. Внутри групп микрокомпоненты подразделяются на основании данных об исходном материале, степени сохранности ботанической структуры растительного материала.

Рис. 3.

Микрофотографии шлифов с фрагментами тканей и некоторых микрокомпонентов бурых углей Верхнеднепровского месторождения (в проходящем свете, ×146). а – тангентальный срез вторичной флоэмы хвойного растения, проводящая ткань (скв. 213); б – продольный косой срез покровной ткани – феллинит (скв. 153); в – продольный срез листа – паренхит (скв. 161); г – фрагмент фюзинита и нигро-склеротинит (фунгинит) в аттрите (скв. 213); д – фрагмент суберинита и склеротинит в аттрите (скв. 213); е – фрагмент кутинита в битуминито-десмите (скв. 161).

Группа гуминита постоянно присутствует во всех типах углей и представлена продуктами гумификации тканей покрытосеменных и хвойных растений. Микрокомпоненты характеризуются красноватой, коричневато-красноватой, светло-желтой и светло-коричневатой окраской. Они имеют разную степень сохранности, которая зависит от ботанической принадлежности тканей. В углях Верхнеднепровского месторождения преобладает аттринит. Текстинит и ульминит, представленные проводящими (флоэма, ксилема), покровными (феллинит), листьевыми (паренхит) тканями, составляют в углях не более 15%. Характерной особенностью текстинита желтого цвета является яркая анизотропия при скрещенных николях. К бесструктурным компонентам группы отнесены включения корпогуминита, выполняющего иногда полости клеток в проводящих тканях, и гелинита. Гелинит представлен допплеринитом, количество которого иногда достигает 7%. Допплеринит представляет собой продукт коагуляции коллоидных растворов гуминовых кислот или их солей в виде гумата кальция [Штах и др., 1978]. Он выполняет трещины сокращения в угольном веществе и полости корешков растений. В углях Верхнеднепровского месторождения компоненты группы гуминита играют существенную роль (20–90%).

Группа инертинита представлена семифюзенизированными и фюзенизированными тканями. В составе семифюзинитов чаще наблюдается орто-склеротинит (фунгинит) темно-коричневого цвета в виде округлых сетчатых тел, редких небольших фрагментов семифюзенизированных покровных и паренхимных тканей и аттрита (2–5%). Фюзенизированные ткани представлены в основном аттритом и нигро-склеротинитом. Включения фрагментов фюзинита единичны, имеют четкие контуры и хорошую сохранность растительной структуры, они разнообразны по форме и размерам. Компоненты группы инертинита являются продуктами слабой гумификации и последующего окисления растительного материала. Группа инертинита имеет в изученных углях наименьшее распространение (от 1–2 до 10%).

Группа липтинита характеризуется разнообразием форменных элементов светло-желтого, желтого цвета, анизотропных при скрещенных николях, и представлена резинитом, микроэкзинитом, структурным суберинитом, тонким кутинитом. Суберинит является довольно распространенным компонентом. Он наблюдается либо в виде структурных лентообразных или прямоугольных фрагментов (2–6%), либо в виде преобладающего суберинито-аттрита (5–20%). Сравнительно часто в углях встречаются включения резинита овальной, изометричной, палочкообразной формы (2–10%) и тонкого гладкого кутинита (2–10%) в виде скоплений обрывков или окаймляющего листовые пластинки. Весьма своеобразным микрокомпонентом группы липтинита является обогащенное липидами бесструктурное вещество желтого цвета, часто с пылевидными выделениями коричневой окраски, названное битуминито-десмитом в работе [Игнатченко, Зайцева, 1981]. По мнению этих авторов, битуминито-десмит является продуктом наибольшего остудневания субериновых тканей либо продуктом битуминизации лигнино-целлюлозных тканей в определенных геохимических условиях. Его количество в некоторых типах углей достигает 45–70% органического вещества. Компоненты этой группы особенно широко представлены в гелититовых и гелито-липоидотитовых углях. Термин “битуминит” для мацералов группы липтинита бурых углей был предложен в 1975 г. и нередко ассоциируется с липтодетринитом, “аморфным битумом” сапропелевых углей, являющихся продуктом разложения водорослей [Штах и др., 1978]. Введен в международную номенклатуру [ICCP …, 2017] как один из микрокомпонентов группы липтинита. Содержание микрокомпонентов группы липтинита в углях месторождения колеблется от 2 до 70%.

На диаграмме (рис. 4) представлено распределение микрокомпонентов углей групп гуминита, инертинита и липтинита, свидетельствующее о преобладающем содержании в углях микрокомпонентов группы гуминита и весьма незначительном количестве компонентов группы инертинита.

Рис. 4.

Микрокомпонентный состав углей групп гуминита (Ht), инертинита (I), липтинита (L) Верхнеднепровского месторождения (% на органическое вещество).

Минеральные компоненты. К неорганическим компонентам относятся отдельные зерна минералов, их скопления в виде мелких линзочек, конкреции или псевдоморфозы по растительным остаткам. В количественном отношении в углях преобладают кварцевые разнозернистые и разноокатанные зерна, их линзовидные скопления, глинистый материал, пластиночки слюды, редкие включения пирита, единичные проявления пиритизации растительных тканей, каолинит. Для Верхнеднепровского месторождения характерно заполнение аутигенным каолинитом “корневых трубочек” на стадии диагенеза торфа и превращения его в уголь.

Согласно вещественно-петрографической классификации [Петрографические типы …, 1975] изученные угли по количественному соотношению групп микрокомпонентов отнесены к типам: гелиты, липоидо-гелиты, липоидо-гелититы, гелито-липоидотиты, гелито-липоидиты (рис. 5).

Рис. 5.

Группы и петрографические типы углей Верхнеднепровского месторождения. 1 – группа темно-коричневых углей; 2 – группа коричневых углей; 3 – группа светло-коричневых углей; 4 – гелит; 5 – липоидо-гелит; 6 – липоидо-гелитит; 7 – гелито-липоидотит; 8 – гелито-липоидит.

Гелиты. В углях данного типа содержание гуминита от 88 до 96%, липтинита – 2–10%, инертинита – 2–5%. В большинстве углей преобладает разнообразный гуминит, состоящий из частичек ксило-, паренхо-, феллинито-аттрита. Для углей характерна аттрито-детритовая и редко фрагментарно-аттритовая структура. Основными минеральными компонентами углей рассматриваемого типа являются кварц, глинисто-алевритовый материал, пирит. По макроскопической характеристике гелиты относятся в основном к I и, отчасти, ко II группам углей, выделяемых по внешним признакам. Исключение составляют гелиты, сложенные продуктами слабой гумификации древесных тканей хвойных. Они относятся к слабо уплотненным светлым углям III группы.

Липоидо-гелиты. Угли этого типа содержат 76–89% микрокомпонентов группы гуминита, 11–25% компонентов группы липтинита и 1–5% компонентов группы инертинита. Преобладает гуминит, представленный смешанным аттрито-детритом. Состав минеральных компонентов близок к составу в гелитах. По совокупности внешних признаков липоидо-гелиты относятся главным образом ко II группе.

Липоидо-гелититы. Угли содержат 52–72% гуминита, 26–48% липтинита, 1–3% фюзинита. Микроструктуру углей определяет наличие в них преобладающего разнообразного по исходному материалу аттрито-детрита, а также бесструктурного битуминито-десмита. Минеральные компоненты представлены глинисто-алевритовым материалом, мелкими зернами кварца, пиритом. По макроскопической характеристике липоидо-гелититы в своем большинстве соответствуют III группе, отчасти II.

Гелито-липоидотиты. К этому типу относятся угли с преобладанием микрокомпонентов группы липтинита (51–75%). Второе место занимают микрокомпоненты группы гуминита (24–48%), группа инертинита составляет 1–4%. Микрокомпоненты группы гуминита представлены в основном ксило-, паренхо-, феллинито-аттритом (24–40%) и единичными включениями структурных тканей. Допплеринит (1–8%) выполняет трещины и пустоты. Повышенное содержание в углях липоидных компонентов зависит главным образом от присутствия в них значительного количества битуминито-десмита (до 65%). Содержание других липоидных микрокомпонентов невелико: кутинита 10–12%, экзинита 4–5%, резинита до 10%, суберинита до 20%. Микрокомпоненты группы инертинита, представленные главным образом нигро-склеротинитом и отчасти семифюзинитом, составляют 1–3%. Минеральные компоненты – глинисто-алевритовый материал, мелкие зерна кварца, пирит, каолинит. Микроструктура углей определяется присутствием в них большого количества битуминито-десмита. Такую структуру можно назвать аттрито-десмитовой. По внешним признакам гелито-липоидотиты относятся к III группе.

Гелито-липоидиты. В углях этого типа микрокомпоненты группы липтинита составляют больше 75%. Содержание гуминита составляет 7–22%, инертинита 1–2%, липтинит в основном представлен битуминито-десмитом (до 89%), а также суберино-аттритом (10–15%), микроэкзинитом (1–5%), резинитом (до 5%). Микрокомпоненты группы гуминита наблюдаются в виде ксило-, феллинито-детрита и допплеринита. К группе инертинита относятся мелкий семифюзинито-аттрит и склеротинит. Минеральные компоненты представлены кварцем, глинистым материалом, каолинитом, изредка пиритом. В связи с преобладанием в углях бесструктурного липоидного вещества они характеризуются гомогенной структурой. По внешним признакам угли относятся к III группе.

Принадлежность петрографических типов углей к какой-либо из трех групп, выделенных по макроскопическим признакам, не всегда четко проявляется. И все-таки необходимо подчеркнуть соответствие I группе в основном таких типов, как гелиты, реже липоидо-гелиты. Ко II группе по внешним признакам относятся липоидо-гелиты и липоидо-гелититы. Гелито-липоидотиты, гелито-липоидиты и значительная часть липоидо-гелититов соответствует III группе. Отметим также, что к III группе относятся редкие гелиты, в которых при микроскопическом изучении обнаруживается преобладание продуктов слабого остудневания и гумификации хвойных древесных тканей.

Среди выделенных петрографических типов угля (см. выше) преобладают липоидо-гелиты и липоидо-гелититы, составляющие до 70% угольного разреза.

По предложенной И.Б. Волковой [1971, 2006] типизации пластов по вещественно-петрографическому составу, угольный пласт Верхнеднепровского месторождения относится к гелитолито-липоидолитовому типу. Условия его накопления способствовали интенсивному преобразованию растительного материала и обогащению торфа липоидными компонентами. Даже невысокое содержание липоидолитов (25–30%) придает таким пластам определенные петрографические и химические особенности. На изученном месторождении количество углей с повышенным содержанием компонентов группы липтинита (липоидо-гелититов, гелито-липоидотитов и гелито-липоидитов) превышает 30%.

При установленной А.П. Агуловым [Агулов, 1962] неизменности ботанического состава углей Днепробасса присутствие в разрезе пласта разных петрографических типов связано с циклическим распределением растительного материала, именуемым Л.Н. Ботвинкиной и В.П. Алексеевым [1991] торфоцикличностью. Торфоцикличность определяется распределением в отдельных прослоях торфообразующих растений различных видов в разных соотношениях, разнородностью их остатков и неодинаковой степенью сохранности растительного материала.

Циклическое распределение петрографических типов угля, связанное прежде всего с разными условиями накопления и разложения органического материала, обусловлено характером геотектонического режима. Региональное изменение геоструктурного взаиморасположения областей денудации и аккумуляции ведет к смене фациальных условий в области осадконакопления. Геотектонический режим определяет палеогеографические условия осадко- и торфонакопления, скорости накопления растительного материала и погружения заболоченной территории, степень обводненности и проточности торфяников, что в свою очередь обуславливает масштабы деятельности микроорганизмов.

По изученным образцам в подошве пласта в 75% случаев фиксируются липоидо-гелититовый, гелито-липоидотитовый и гелито-липоидитовый типы угля с содержанием липтинита от 25 до 90%, что может быть связано с выносом аллювиальными водами гумусовой составляющей торфа, залегающего на аллювиальных отложениях подугольного горизонта. В кровле пласта в 70% случаев залегают липоидо-гелиты и гелиты (липтинита менее 25%).

Скв. 242, как указывалось выше, расположена, в отличие от остальных изученных скважин, в юго-западной части месторождения (см. рис. 1). Сравнительно большая мощность угольного пласта и более высокая обогащенность приподошвенного угля липтинитом свидетельствуют о более низком положении торфяника в палеодолине.

Показатели качества угля свидетельствуют, что он является в основном среднезольным (10–20%), сернистым и высокосернистым (2.5–6.7%). Выход летучих (55–70%), содержание углерода (61–72%) и водорода (5–6.5%) соответствуют бурому углю стадии углефикации Б₁. Исследованиями качественных характеристик разных петрографических типов углей установлено, что более высокая влажность, зольность и сернистость характерны для липоидо-гелитов. Наиболее высокие значения выхода летучих отмечены для гелито-липоидитов, характеризующихся максимальным содержанием липтинитовых компонентов (табл. 1).

Уголь характеризуется выходом битумов от 6.5 до 15.9% при среднем значении 8.3% и содержанием воска в битумах до 75% [Минерально-сырьевая база …, 1999]. При исследованиях, проведенных в Институте геологических наук НАНУ [Игнатченко, Зайцева, 1981], данные по выходу битумов были сопоставлены с петрографическими типами углей. В результате было установлено, что содержание битумов в углях растет от гелитов (содержание липтинита 2–10%) до гелито-липоидитов (количество липтинита превышает 75%) (см. табл. 1). Как отмечают указанные авторы, общий выход битумов связан не только с суммарным количеством микрокомпонентов группы липтинита, но и с их разнообразием, количественными соотношениями и химическими особенностями каждого из них. Но основным носителем битума авторы считают выделенный ими битуминито-десмит. По мнению Н.А. Игнатченко, в гумифицированном веществе угля первичного лигнино-целлюлозного состава битум находится в диспергированном состоянии и не может быть обнаружен петрографическими методами.

На территории Западной Европы буроугольные месторождения эоценового возраста, угли которых обогащены битумами, встречены в Германии – в “старой буроугольной формации” Магдебургского и Тюринго-Саксонского угленосных районов (выход битумов от 3 до 21%) [Сябряй, 1962]. В бурых углях Бургасского месторождения Болгарии выход битумов достигает 20% [Егоров, 1997]. Как в Германии, так и в Болгарии формирование торфяников происходило в паралических условиях осадконакопления – на приморской низменности, затоплявшейся морскими водами [Егоров, 1997; Eskenazy и др., 1994; Hartmann, 2005].

Для интерпретации результатов химических анализов золы углей была построена диаграмма оксидов основных золообразующих элементов (рис. 6). На ней хорошо виден устойчивый тренд в отношении оксидов (CaO + MgO) и SiO₂, что свидетельствует о преобладании среди минеральных примесей в углях карбонатной и кремнеземистой составляющих. Высокое содержание оксида кремния подтверждается выявленным при микроскопическом исследовании доминированием в угле кварцевых зерен и их скоплений, входящих в состав терригенной золы. Поскольку в шлифах нами не были встречены минеральные включения карбонатов, следует предположить, что кальций и магний входят в состав сорбционной золы в неминеральной форме. Накопление этих элементов в торфянике происходит, по данным работы [Юдович, Кетрис, 2015], благодаря привносу в торфяное болото в условиях его повышенной проточности растворенных минеральных веществ.

Рис. 6.

Диаграмма химического состава золы Верхнеднепровского месторождения.

Для выяснения условий торфонакопления, дополнительно использовался ряд соотношений химических элементов или их окислов.

Соотношение Ca⁺⁺/Mg⁺⁺ (коэффициент X. Вернера [Werner, 1954]) составляет в среднем 5.6 и свидетельствует о химическом воздействии на торфяник морских вод. По мнению Л.Я. Кизильштейна [1973], при невысокой степени углефикации органического вещества этот коэффициент является надежным показателем морского влияния.

Алюмокремниевый модуль Al₂O₃/SiO₂, изменяющийся от 0.06 до 1.28 при среднем значении 0.42, дает основание предполагать значительное колебание соотношения между глинистой и песчанистой фракциями неорганической составляющей углей. По данным работы [Юдович, Кетрис, 2015], этот модуль изменяется в зависимости от степени тектонической активности области торфонакопления. Исходя из минимальных значений и средней величины рассматриваемого коэффициента, следует предположить, что торфонакопление в эрозионно-тектонической депрессии, погружавшейся при одновременном поднятии окружающих водосборов, происходило преимущественно в обстановке повышенной тектонической активности. В результате с близко расположенных водоразделов поступали плохо окатанные обломки кварца, пополнявшие кластогенную золу. Всего в нескольких образцах зафиксирован алюмокремниевый модуль, превышающий каолинитовую норму (0.85). При невысоких содержаниях А1₂O₃ он свидетельствует о доминировании сорбционного алюминия. Присутствие каолинита в гелито-липоидотитах и гелито-липоидитах, обычно залегающих в подошве угольного пласта, может указывать на привнос терригенного каолинита из кор выветривания, формирующихся на окружающих водоразделах в периоды относительно спокойного тектонического режима.

О нестабильности тектонической обстановки в области торфонакопления свидетельствует и коэффициент (SiO₂ + Al₂O₃)/(CaO + MgO + Fe₂O₃), характеризующий соотношение “кислой” и “основной” составляющих [Юровский, 1968]. Он изменяется от 0.10 до 3.94 при среднем значении 0.94, что свидетельствует о неодинаковом количестве неорганических компонентов, поступавших в торфяник в различные периоды торфонакопления. Периоды, характеризующиеся интенсивным привносом терригенных минеральных примесей (коэффициент > 1), сменялись периодами с невысокими темпами их поступления и преобладающим накоплением в торфяниках карбонатной составляющей (коэффициент < 1).

Содержание оксида натрия в золе колеблется от 0.4 до 1.3%, не превышая 2%-го критерия разделения углей на нормальные и соленые. В то же время по соотношению K⁺/Na⁺ [Клер и др., 1988], рассчитанному для 125 образцов углей месторождения и составляющему в среднем 0.51, угли следует отнести к соленым [Иванова, 2016].

По данным определений элементного состава органического вещества углей, по формуле [H_at – – 2(O_at + N_at + S_at)]/C_at рассчитан коэффициент Лейфмана–Вассоевича [Вассоевич, Лейфман, 1979], который в среднем не превышает 0.54 и свидетельствует о формировании торфяников из растений наземного происхождения под влиянием морских условий.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ГЕНЕЗИС УГЛЕЙ

Максимальное потепление, оцениваемое в 3°С, произошло на рубеже палеоцена и эоцена. Это потепление сопровождалось вымиранием древней споровой растительности и покрытосеменных, продуцирующих пыльцу Normapolles. Покрытосеменные быстро эволюционировали, сохраняя в своем комплексе представителей как вымирающих видов, так и видов, являющихся прямыми предками современных растений. В эоцене центральные районы Украины находились в зоне влажного субтропического климата со среднегодовыми температурами 18–20°С [Егоров, 1997; Заклинская, 1963; Климат …, 2004].

Основными растениями-торфообразователями Днепробасса являлись древесные (90–95%), преимущественно покрытосеменные (до 85–95%). Среди них были распространены семейства ореховых, березовых, вересковых, вечнозеленых буковых, а также мангровых, магнолиевых, пальмовых, маслинных, мареновых, миртовых, падубовых, винтеровых, лавровых, тутовых, бобовых, сапотовых, мириковых (восковницевых). Широкое распространение воскосодержащих покрытосеменных растений сыграло, очевидно, заметную роль в процессе образования в углях битумов, обогащенных воском. Из голосеменных субтропических форм произрастали кипарисовые, араукариевые, ногоплодниковые, гинкговые, а также хвойные (семейства сосновых). Травянистые и водные растения играли незначительную роль [Агулов, 1962; Климат …, 2004; Сябряй, 1958].

В исходном материале бурых углей принимали значительное участие стеблевые, древесинные и коровые ткани, остатки листьев, корешков, оболочки микроспор и пыльцы, кутикула. Стеблевые и паренхимные ткани, наряду с липтинитовыми компонентами, по данным Н.Б. Серовой [1987], являются основными восконосителями покрытосеменных воскосодержащих растений.

Важные процессы преобразования органического вещества (дезинтеграция, гумификация, битуминизация) происходили в основном на начальной стадии изменения растительного материала в торфогенном слое. Дезинтеграции растительного материала, происходящей в результате физического и химического выветривания, способствовала деятельность микроорганизмов (бактерий и грибов). Под влиянием аэробных микроорганизмов одновременно с дезинтеграцией происходила биохимическая гумификация. По данным Н.Б. Серовой [1987], в присутствии в водах торфяника основных окислов (СаО, MgO, Na₂O), в первую очередь оксида кальция, создавались особенно благоприятные условия для обогащения органического вещества в процессе биохимической гумификации битумами. Следует отметить, что источником этих окислов могла быть морская вода. Процессы фюзенизации играли второстепенную роль. Накопление микрокомпонентов группы липтинита, с которыми связывается битуминозность углей, может быть объяснено процессами элювиации. Процессы начальной гелификации, происходящие в анаэробных условиях ниже торфогенного слоя, ограничивались относительно слабым набуханием растительных тканей и появлением допплеринита.

Для оценки палеосреды торфообразования по микрокомпонентному составу углей методом С.Ф.К. Дисселя [Diessel, 1986, 1992] были использованы индексы TPI и GI. Индекс сохранности растительных тканей (TPI) является мерой влажности торфяника, степени гумификации исходного органического вещества и вклада в образование торфа древесной растительности. Он определяется как соотношение содержания структурных тканей к бесструктурным. Индекс гелификации (GI) отражает условия влажности торфяника и определяется соотношением количества гелифицированных тканей к фюзенизированным. Полученная диаграмма (рис. 7) свидетельствует, что торфонакопление происходило в зоне озерно-болотной прибрежной низменности, в условиях высокой обводненности и при заметном влиянии морской обстановки (условия лимно-тельматические), или в зарастающих озерах (условия лимнические) – в зависимости от положения торфяника в палеодолине, определяющего условия разложения растительного материала.

Рис. 7.

Диаграмма TPI–GI реконструкции условий торфонакопления Верхнеднепровского месторождения. TPI – индекс сохранности растительных тканей, GI – индекс гелификации.

Резюмируя вышесказанное, можно констатировать, что большинство торфяников месторождения формировалось в условиях прибрежной низменности, подвергавшейся затоплению морскими водами. Это подтверждается высокой сернистостью углей, их засоленностью, значениями коэффициентов Вернера и Лейфмана–Вассоевича. Об этом свидетельствует и отмеченное А.А. Гойжевским [1982] широкое распространение на северо-восточном склоне УЩ морских бучакских отложений.

Повышенную битуминозность изученных углей следует связывать не только с их обогащенностью липтинитом (см. выше), но и с особенностями условий разложения растительного материала, обусловленными накоплением торфяников на приморской низменности. И.Е. Слензак [1946] отмечал повышенную битуминозность в углях, приуроченных именно к прибрежно-морской равнине (“супралиторальной зоне”), расположенной вдоль береговой линии бучакского бассейна и вдававшейся в пределы кристаллического массива в областях тектонических депрессий. Высокое содержание в битумах воска может быть также объяснено присутствием в исходном материале значительного количества тканей воскосодержащих растений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование палеогеновой буроугольной формации Днепробасса происходило в среднем эоцене и было приурочено к допиренейским движениям и начальному этапу пиренейской фазы альпийского тектогенеза. Опускание Среднеднепровской глыбы и трансгрессия моря со стороны Днепровско-Донецкой впадины благоприятствовали процессам торфообразования в эрозионно-тектонических палеодолинах.

Палеогеновая буроугольная формация представляет собой многофациальное образование, составляющее цикл осадконакопления. Его состав определялся геотектоническим режимом регионального (эпейрогенические движения) и локального (дифференцированное движение отдельных блоков) характера.

Уголь является одной из фаций палеогенового цикла осадконакопления. По количественному соотношению групп микрокомпонентов он подразделяется на ряд петрографических типов (гелиты, липоидо-гелиты, липоидо-гелититы, гелито-липоидотиты, гелито-липоидиты), чередующихся в разрезе пласта. Преобладающими типами углей являются липоидо-гелиты и липоидо-гелититы, составляющие до 70% угольного разреза.

Циклическое распределение петрографических типов углей, связанное прежде всего с условиями накопления и разложения органического материала, обусловлено региональным изменением геоструктурного взаимоположения областей денудации и аккумуляции, ведущим к смене фациальных условий в области осадконакопления.

Торфонакопление, в зависимости от положения торфяника в палеодолине, происходило преимущественно в условиях озерно-болотной прибрежной низменности под заметным влиянием морской обстановки, а также в зарастающих озерах.

Повышенную битуминозность углей и обогащенность битумов воском, помимо высокого содержания в них липтинита и тканей воскосодержащих растений, следует объяснять специфическими условиями разложения органического материала под влиянием морской воды.