Курсовая работа: Метаморфизм углей
- температура формирования зеленых сланцев находится в пределах 350/400-500/5500 С при давлении 7-10 кбар;
- температура формирования пород эпидот-амфиболитовой фации – 500-600-6500 С при давлении 7,5-10 кбар.
Соответственно, можно полагать, что последние температуры характеризуют условия образования графитов при региональном метаморфизме.
ГЛАВА 2
Условия углефикации
К главным факторам углефикации относятся температура , давление и длительность процесса , то есть время. Проявление этих факторов в недрах обеспечивается различными вариантами геологических условий.
Температура.
Температура однозначно признается главным фактором . Ее влияние отчетливо следует из наблюдений за изменениями углей на контакте с интрузиями. Это же подтверждают и данные по искусственной углефикации, многократно проводившейся в лабораторных условиях. Наконец, имеется серьезная геологическая информация, позволяющая судить о ведущей роли температуры и ее пределах на основе сравнительного анализа распространения углей разной степени зрелости в бассейнах и месторождениях различного типа, возраста и геотермического режима.
При оценке температур образования углей при региональном метаморфизме большинство исследователей в последнее время исходит из того, что весь ряд преобразования углей, начиная от перехода бурого угля в каменные и кончая высокометаморфизованными антрацитами, укладывается в интервал температур 30/50 – 300/3500 С (по разным источникам).
Низкие температуры более отвечают реальным геологическим обстановкам образования разнометаморфизованных углей (углефикация органического материала в кайнозойских осадках Верхнерейнского грабена началась при температуре свыше 350 С).
Можно считать, что образование антрацитов происходит до 250-3000 С, так как формирование субграфитов (графитов d3 , d2 , d1 по классификации Лендис) происходит в температурных пределах 300-390-4000 С, а полноупорядоченных графитов – свыше 390-4000 С.
Таким образом, превращение углей осуществляется в диапазоне температур от 35 до 250-3000 С.
Давление.
О роли давления существуют противоположные мнения, такие как способствует , не мешает , препятствует . Сложность состоит в различном характере влияния этого фактора на изменение, во-первых, физических и структурных свойств, во-вторых, химических превращений. Так, давлению обязаны, в частности, повышение плотности углей и оптической анизотропии витринитов, переориентация (упорядочение) угольных макромолекул. В то же время давление, скорее всего, препятствует осуществлению химических реакций, выделению летучих продуктов углефикации. Согласно законам термодинамики, увеличение давления за счет выхода летучих веществ из органического материала может тормозить процессы метаморфизма в том случае, если газы не отводятся.
Данные экспериментов показали, что рост давления при постоянной (комнатной и повышенной) температуре не увеличивает степени зрелости углей, что изменение бурых углей происходит быстрее при меньшем давлении (Н.В. Лопатин, 1983). В результате давление, видимо, сказывается больше на самой ранней буроугольной стадии, когда значительно меняются прежде всего физические характеристики (плотность, пористость, влажность). На других стадиях этот фактор, скорее, замедляет углефикацию (В.Н. Волков, 1993).
Роль давления представляется достаточно очевидной на стадии диагенеза (угли Б1 ) с начала перекрытия торфяника, отражаясь процессом дегидратации и слабо выраженной микрослоистостью. На стадии катагенеза (угли Б2 -Ж) результат давления ощутимо проявляется в виде неотчетливой макрослоистости в углях Б2 и четкой – начиная с углей Б3 и в более метаморфизованных разностях вплоть до раннеметагенетически преобразованных углей стадии ЖК-ОС.
Наименее ясной остается роль давления на стадии позднего метагенеза (угли Т) и метаморфизма (угли ПА-МА), особенно на стадии позднего метагенеза и начала метаморфизма (угли ПА), так как в тощих углях становится неразличимой текстура угля, четко до этого выраженная. Однако, это не означает отсутствия влияния давления в этот период истории углей (Ю.Р. Мазор, 1985).
Время.
Наиболее дискуссионным является вопрос о влиянии времени, то есть продолжительности процесса метаморфизма углей. Неясная роль времени выражается в наличии двух противоположных точек зрения .
Согласной одной из них (И.И. Амосов, И.В. Еремин, С.Г. Неручев и др.), время не играет никакой роли. Геологического времени «всегда хватает»: для перехода углей из одной стадии в другую достаточно несколько сот, максимум, миллионов лет.
Другая версия исходит их важной роли времени. Ряд исследователей (М. и Р. Тайхмюллер, М.Л. Левенштейн, Н. Бостик, Н.В. Лопатин, М.В. Голицын, Н.Б. Вассоевич), сопоставляя угли разной степени метаморфизма в зависимости от возраста, пришли к общему выводу, что время может компенсироваться температурой, а температура – большей продолжительностью процесса.
Некоторые исследователи (Блесс, Мартин, Папот, Вольф) отстаивают подчиненную роль фактора времени.
По мнению Ю.Р. Мазора (1985), надо говорить не о преимуществе температуры над временем или наоборот, а о суммарном их воздействии, то есть воздействии определенной минимальной температуры в течение эффективного минимального времени . Такой минимальной эффективной температурой является температура, перешагнувшая рубеж 350 С и определенная на каждой стадии. Эффективное время , необходимое для превращения угля из одной стадии в другую при указанных температурах – это примерно 5 млн. лет с возможным сокращением или увеличением этой цифры к средним стадиям углей каменного ряда. В течение этого времени уголь подвергается диструкции. Дальнейшее его пребывание при данной температуре, сколько долго бы оно ни продолжалось, не приведет к метаморфизму угля, и роль времени становится неэффективной и некомпенсирующей температуру. Температура в процессах регионального метаморфизма не компенсирует нехватку определенного времени. Это не относится к контактовому метаморфизму, где порядок температур существенно отличается.
ГЛАВА 3
Виды метаморфизма
Введение и краткий обзор представлений.
Эволюционное стадийное развитие углей определяется на стадии торфогенеза до покрытия осадками биохимическими причинами , а после перекрытия и погружения - геохимическими причинами .
Биохимическая превращенность определяется конкретными палеогеографическими условиями:
Q рельеф,
Q гидрология,
Q исходный растительный материал,
Q климат.
Геохимическая превращенность в решающей степени зависит от эндогенных причин и, прежде всего, термобарических, которые определяются приуроченностью бассейнов к различным тектоническим структурам земной коры, существенно отличающимся условиями своего развития.
Классификация видов метаморфизма углей.
Региональный метаморфизм.
В настоящее время можно утверждать, что закономерное стадийное преобразование углей вне зависимости от их возраста, в любом осадочном, в том числе угленосном бассейне или на месторождении различной тектонической природы является результатом регионального (глубинного) метаморфизма , являющегося основным, проявленного за счет глубинного тепла Земли на значительной площади (всего бассейна или месторождения) с начала погружения угленосных осадков, где по мере увеличения глубины, которая может достигать 10 км и более, ОВ испытывает возрастающее влияние тепла.
Данный вид метаморфизма действует в пределах всей территории прогиба и выражается в повышении зрелости углей со стратиграфической глубиной и в соответствующей зональности на площади, согласующейся в той или иной мере со структурой бассейна и конседиментационными изменениями мощности угленосных отложений.
Источником тепла регионального метаморфизма является тепловой поток Земли. Температура в какой-либо точке угленосного прогиба зависит от а) интенсивности идущего снизу теплового потока, б) глубины от поверхности и в) теплопроводности пород (бóльшая у песчаных, меньшая у глинистых). Обычно пользуются характеристикой геотермического градиента (ГГ). Современный геотермический градиент в угольных бассейнах неодинаков и меняется от 10 С/100м (Подмосковный бассейн) до 3-4,5 (Львовско-Волынский бассейн, Зап. Камчатка) и даже до 7-80 С/100м (отдельные участки Верхне-Рейнского грабена).
Палеогеотермические градиенты (ПГГ) иногда соответствуют или близки современным, но нередко значительно превышали их, особенно в областях тектоно-магматической активизации. ПГГ оценивают, исходя из аналогий с современными условиями с учетом геологических позиций палеопрогибов или расчетным путем, принимая во внимание мощность всех перекрывающих (в том числе смытых) пород и предполагаемые температуры образования углей разной степени метаморфизма.