Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Угленосность земли Франца-Иосифа

10.05.2020

Общие сведения


Земля Франца-Иосифа состоит из более чем 130 островов общей площадью 16 500 км2, располагающихся в западном секторе Советской Арктики; в административном отношении относятся к Архангельской области.

Коренной рельеф островов представлен типичными плато высотой от 50—100 до 400—500 м, расчлененным глубоко врезанными цирками и троговыми долинами. Большая часть плато покрыта ледниковыми куг полами и покровами, а цирки и троги обычно полупогребены подо льдом долинообразных ледников. Около 87% общей площади архипелага охвачено современным оледенением. Однако обнаженность выступающих из подо льда крутосклонных, местами обрывистых мысов и нунатаков, как правило, очень хорошая, так как четвертичные и современные отложения локализуются в основном ниже уровня моря. На наиболее крупных участках свободной от льда суши местами встречаются озера и зачаточная речная сеть.

Краткий обзор истории геологических исследований


В первый период исследований трудами иностранных экспедиций Пайера, Джексона, Фиала и Аббруцкого, а также русского геолога В.Н. Вебера были собраны разрозненные сведения о геологическом строении некоторых островов архипелага и обнаружены обломки (в осыпях) и отдельные выходы углей.

С 1926 г. после включения Земли Франца-Иосифа в состав Советского Союза геологические исследования на архипелаге вели сотрудники Арктического института P.Л. Самойлович, И.М. Иванов, Н.Н. Лупанова и Т.Н. Спижарский. Последний дал первое обстоятельное описание геологического строения и угленосности архипелага. Кроме того, в 1930 г. некоторые острова архипелага посетил геолог норвежской экспедиции Горн, обнаруживший пласт угля на о. Алджер.

В 1953 г. экспедицией НИИГА были проведены аэрогеологические исследования всех островов Земли Франца-Иосифа, в результате чего было получено много новых сведений о геологическом строении и, в частности, о возрасте угленосных отложений. Последующие исследования, проведенные В.Д. Дибнером, В.К. Разиным и Л.П. Пирожниковым в 1956 и 1957 гг., дали богатые материалы по стратиграфии угленосных, особенно верхнетриасо-лейасовых отложений и привели к открытию ряда новых угольных пластов.

Краткая характеристика свит составлена с использованием данных микроскопических исследований В.К. Разина и З.З. Ронкиной. Петрографические исследования углей проведены Н.М. Крыловой.

Стратиграфия


В геологическом строении архипелага принимают участие нерасчлененные каменноугольно-пермские отложения и осадочные породы мезозойского возраста, а также магматические образования, представленные породами основного ряда (рис. 86, 87).


В основании мезозойских отложений залегают морские осадки карнийского яруса верхнего триаса, представленные фаунистически охарактеризованными сланцеватыми алевролитами с прослоями алевритистых известняков. Видимая мощность отложений, достоверно установленных пока только на юго-западе Земли Вильчека, 20—25 м.

Выше залегает сравнительно мощная (около 800 м) и очень широко распространенная, особенно на востоке архипелага, толща преимущественно косослоистых мелко-среднезернистых кремнисто-кварцевых песков и песчаников со слюдой и обугленным детритом. В нижней части толщи они перемежаются с алевролитами, по всему разрезу наблюдаются отдельные прослои гравелитов, конгломератов, реже пелитоморфных известняков и пласты углей. По комплексу спорово-пыльцевых и флористических данных и положению в общем стратиграфическом разрезе архипелага эта существенно континентальная толща относится к норийскому и рэтскому ярусам верхнего триаса и лейасу.

Более молодыми на Земле Франца-Иосифа являются морские, преимущественно, алевропелитовые отложения, охарактеризованные фауной пелеципод, аммонитов, белемнитов, фораминифер и др., относящиеся к различным ярусам и подъярусам средней и верхней юры (см. рис. 87).

На глубоко расчлененной поверхности верхнетриасовых и юрских отложений залегает очень широко распространенная на архипелаге осадочно-эффузивная толща, представленная потоками и покровами базальтов, разделенными местами пачками глин, глинистых и углистых аргиллитов с пластами бурых углей. Максимальная мощность этой толщи, которая по содержащимся в ней растительным и другим палеонтологическим остаткам может быть отнесена к готериву — альбу, превышает 500 м.

Более молодые отложения известны на о. Гофмана, на южном берегу которого обнажаются песчаники и алевропелиты, содержащие фауну сеномана, а на северном берегу — прибрежно-морские отложения, охарактеризованные спорами и пыльцой неогенового возраста.

Четвертичные отложения образуют на островах архипелага маломощный прерывистый покров. Они представлены в основном морскими преимущественно современными отложениями и в меньшей степени ледниковыми и водно-ледниковыми осадками современных и плейстоценовых ледников.

Тектоника


Для Земли Франца-Иосифа характерно горизонтальное или пологонаклонное залегание пластов, образующих флексуры и крупные брахискладки до нескольких десятков километров в поперечнике северо-западного, реже северо-восточного или меридионального (на востоке архипелага) простираний. Широко развиты дизъюнктивные нарушения, представленные сбросами и сбросо-сдвигами с амплитудами до 200 м и более. Эти основные пликативные и разрывные структуры находят прямое отражение в макрорельефе островов и проливов.

В отдельных обнажениях наблюдаются эпизодические складки и флексуры низших порядков с углами наклона от 5—10 до 20—25°. В нескольких пунктах зафиксированы проявления процессов диапиризма.

Наиболее существенные поднятия и связанные с ними размывы охватили всю территорию в предготеривское время, когда были сильно размыты средне-верхнеюрские морские отложения, а местами была уничтожена и часть верхнетриасово-лейасовой угленосной толщи. В раннечетвертичное время от размыва, особенно на востоке архипелага, существенно пострадала осадочно-эффузивная нижнемеловая толща.

Вулканизм


Магматические породы архипелага представлены базальтовыми покровами и многочисленными дайками, а также пластовыми интрузиями долеритов и габбро-долеритов, внедрившихся между покровами и в подстилающие их осадочные отложения.

Среди даек преобладают секущие тела северо-западного простирания, прослеживающиеся зачастую на многие десятки километров. Обычно они имеют незначительную мощность, измеряемую единицами или первыми десятками метров, но в апикальных частях иногда образуют неккообразные раздувы, имеющие в поперечнике до нескольких сот метров, и трубки взрыва.

Пластовые интрузии имеют мощность от 20—30 до 100 м. Будучи приурочены к определенным стратиграфическим горизонтам, они, так же как и дайки, прослеживаются обычно на ряде островов, и, видимо, развиты на очень больших площадях.

Угленосные отложения


В районе развиты две угленосные толщи, содержащие пласты углей: осадочная верхнетриасово-лейасовая и осадочно-эффузивная нижнемеловая.

Верхнетриасово-лейасовая толща по литологическим особенностям расчленяется на три свиты: вильчековскую, Васильевскую и тегетхоффскую.

Вильчековская свита представлена переслаивающимися слоями алевролитов, песчаников и песков общей мощностью около 240 м. Для нее характерны общее увеличение грубозернистости вверх по разрезу (уменьшение количества слоев алевролитов), почти чисто кремнисто-кварцевый состав обломочной части песков и песчаников и присутствие (наряду с карбонатным) кремнистого цемента, в связи с чём местами наблюдаются переходы песчаников в кварцито-песчаники. Пласты углей в вильчековской свите не обнаружены. По спорово-пыльцевому комплексу М.А. Седова устанавливает норийский возраст вмещающих отложений.

Васильевская свита, широко распространенная на Земле Франца-Иосифа, в отличие от вильчековской, характеризуется в основном рыхлыми отложениями, которые имеют более пестрый вещественный состав. Это наиболее ярко проявляется в средней части разреза, к которой приурочено 50—60 м разнозернистых песчаников, обогащенных слюдой и содержащих минерализованные древесные остатки, листья хвощей и араукарий, большое количество обугленного детрита и пиритовые конкреции. В легкую фракцию обломочной части наряду с кварцем и кремнями входят обломки кислых плагиоклазов, калиевых полевых шпатов, кислых эффузивов, хлоритизированных пород, углисто-слюдистых сланцев, угольной крошки и т. п. Пески свиты, особенно в ее верхней половине, содержат многочисленные пиритовые (или марказитовые), реже сидеритовые конкреции. Песчаники сцементированы преимущественно базальным цементом, который в низах свиты по составу кальцитовый, а выше по разрезу сменяется последовательно железисто-карбонатным, железистым, глинисто-кремнистым и кремнистым. Наряду с песчаниками в свите встречаются единичные прослои и линзы алевритов, алевролитов и пелитоморфных известняков, а также гравелитов и. конгломератов, состоящих в основном из галек кварца, кварцита и халцедона с примесью радиоляритов, яшм, кремнисто-глинистых сланцев и кислых эффузивов. В верхней части разреза свиты, общая мощность которой достигает 270 м, появляются первые пласты бурых углей.

В Васильевской свите содержатся обычно окремнелые обломки стволов араукарий и отпечатки листьев хвощей Neocalamites hoerensis Halle, схожих, по заключению Н.Д. Василевской, с таковыми из рэта Швеции и Восточного Таймыра и норийско-рэтских отложений Челябинского бассейна. Палинологический комплекс М.А. Седова считает норийско-рэтским, при этом полагает, что большая часть свиты является заведомо рэтской. Васильевская свита содержит в нижней части свиты единичные морские фораминиферы (песчаные аммодискусы и саккамины, по В.А. Басову), а в ее средней части найден позвонок ихтиозавра, что указывает на периодическое проникновение моря.

Тегетхоффская свита, выявленная на мысах Седова (о. Гукера), Дзегузе (о. Алджер), Тегетхофф (о. Галля) и Галковского (о. Беккера), слагает непосредственное продолжение разреза норийско-рэтских отложений. В разрезе свиты преобладают разнозернистые существенно кремнисто-кварцевые пески и песчаники с обычно карбонатным, а на мысе Галковского кремнистым цементом, что сопровождается снова появлением в разрезе слоев кварцито-песчаников. Наблюдаются отдельные слои и пачки алевролитов, реже пелитоморфных известняков и полимиктовых конгломератов и галечников. Последние особенно характерны для мыса Дзегузе, где одновременно появляются пласты углей. Раннелейасовый возраст свиты устанавливается по спорово-пыльцевым комплексам, а также перекрытием свиты отложениями фаунистически охарактеризованного аалена.

Осадочно-эффузивная угленосная толща нижнего мела по литологическим особенностям и отчасти по флористическим, палинологическим и фаунистическим признакам расчленяется на две свиты: свиту бухты Тихой и свиту Солсбери.

Свита бухты Тихой сложена преимущественно потоками и покровами базальтов, в нижней части разреза переслаивающимися с туфами основного состава. Осадочные образования представлены глинами, алевритами, алевролитами и песками, содержащими пласты углей и углистых аргиллитов. Встречаются также обломки обугленных, кальцитизированных и окремненных древесин, а также отпечатки листьев раннего мела. Общая мощность свиты 240—270 м.

Свита Солсбери отличается довольно большими мощностями пачек (до 60 м) угленосных отложений, представленных глинами, алевритами, алевролитами и песками с пластами углей и углистых аргиллитов. Угленасыщенность этих пачек больше, чем в свите бухты Тихой. Так же, как и в последней, широко развиты базальтовые покровы. Нижняя граница свиты проводится по кровле распространенной на архипелаге пластовой интрузии долеритов и габбро-долеритов, мощность которой на о. Гукера достигает 45 м. В осадочных образованиях встречаются обломки окаменелой древесины Katcleerioxylon и отпечатки листьев Taeniopteris cf. Gimboana Krysht., Pityophyllum lindstroami Nathorst, которые, по заключению Н.Д. Василевской, могут свидетельствовать об апт-альбском возрасте. К аналогичным выводам о возрасте отложений свиты Солсбери на мысе Кавальи (о. Солсбери) пришли палеоботаники Л.Ю. Буданцев и И.Н. Свешникова. Общая видимая мощность свиты Солсбери около 260 м.

Угленосность


В мезозойских угленосных отложениях в настоящее время насчитывается 12 пластов угля, из которых три относятся к верхнетриасово-лейасовым и девять к нижнемеловым отложениям.

Пласты верхнетриасово-лейасовых углей приурочены к васильевской свите, в которой на мысе Гористый (о. Чамп) обнажается два угольных пласта мощностью 1 и 2 м, разделенные слоями песков и песчаников мощностью около 60 м. Двухметровый пласт угля в кровле коксован базальтовым покровом, от которого его отделяет несколько метров кварцевого песка. Одному из этих пластов, вероятно, синхронен пласт мощностью 0,7 м, обнажающийся на скалах Кука о. Земля Георга. Третий пласт угля не установленной мощности залегает среди песков лейаса на мысе Дзегузе о. Алджер.

Из девяти пластов нижнемеловых углей два пласта мощностью 1 и 2 м приурочены к разделяющим базальты углистым сланцам и туффитам свиты бухты Тихая, обнажающимся на мысах Флора (о. Нортбрук) и Медвежий (о. Гукера). Остальные семь пластов содержатся в нижней половине осадочно-эффузивных образований свиты Солсбери. Сюда относятся пять пластов углей, выступающих выше пластовой интрузии из осыпей песка и базальтов на мысах Петигакс (о. Луиджи) и Кавальи (о. Солсбери). Один из этих пластов имеет видимую мощность 1,2 м; видимая мощность остальных пластов 0,3—0,5 м. Выше по разрезу известно еще два угольных пласта: один мощностью от 1,5 до 3 и другой 0,5 м, обнажающиеся в ряде мысов и нунатаков о. Гукера (мысы Медвежий, Угольный, нунатак Кирова и др.). Эти пласты приурочены к разделяющим базальтовые покровы пачкам (мощностью до 10 м) аргиллитов и углистых аргиллитов.

Кроме того, многочисленные признаки угленосности в виде маломощных линз угля и его обломков в осыпях, моренах и на береговых валах указывают на возможность нахождения пока еще не выявленных пластов.

Особенности геологического строения островов Земли Франца-Иосифа, сложенных в основном угленосными отложениями, позволяют предполагать, что почти все острова архипелага содержат угольные пласты, залегающие выше уровня моря. Вещественный состав терригенных, особенно грубообломочных отложений, указывает на то, что снос шел с севера — с близрасположенной горной страны, являющейся форпостом древнекиммерийского материка на его границе с Арктическим бассейном. Преимущественно аллювиально-дельтовый характер слоистости отложений указывает, что осадконакопление происходило в процессе формирования грандиозного предгорного шлейфа слившихся между собой субаэральных дельт. Единичные же находки морской макро- и микрофауны свидетельствуют о периодическом проникновении мелководного моря и установлении паралического режима, особенно благоприятствующего угленакоплению.

Существенные отличия нижнемелового (готерив — альб) углеобразования от верхнетриасового — нижнелейасового заключаются в том, что в меловое время нормальное осадконакопление неоднократно прерывалось выбросами туфогенного материала и массовыми излияниями базальтовой лавы. Спорово-пыльцевые комплексы, состав листовой флоры и древесных остатков, реликты древних и глубинных кор выветривания свидетельствуют о климате более влажном, чем в верхнем триасе — нижнем лейасе, и, следовательно, более способствовавшем углеобразованию. Особое место среди нижнемеловых углей занимают сапропелита, найденные пока только в виде одного обломка на о. Скотт-Келти.

Характеристика качества углей


О вещественном составе, качестве и условиях образования верхнетриасово-лейасовых углей можно судить по одному из угольных пластов, залегающих среди песков Васильевской свиты на мысе Гористый о. Чамп (см. рис. 87). Двухметровый пласт в нижней части сложен матовым рыхлым углем с прослоями полублестящего более плотного угля. Он представляет собой чередование дюреновых, кларено-дюреновых и дюрено-клареновых углей смешанного состава.

Средняя часть пласта сложена полублестящим довольно плотным клареновым углем смешанного состава с тонкими прослоями рыхлого сажистого угля. Показатель преломления витрена равен 1,698, что соответствует бурому углю с несколько повышенной степенью углефикации. Сведения о качестве угля приведены в табл. 109.
Угленосность земли Франца-Иосифа

В верхней части пласта уголь ококсован, что привело к образованию характерной шестигранной столбчатой отдельности. Под микроскопом этот уголь представляет собой непрозрачную пористую массу, в которой поры заполнены кальцитом, развитым по каолиниту. Среди ококсованного угля встречаются отдельные кусочки блестящего витренового угля, показатель преломления которого равен 1,77, что отвечает стадии длиннопламенных углей. Повышение показателя преломления угля от почвы пласта к кровле свидетельствует о несомненном метаморфизующем влиянии вышележащего базальтового покрова.

Нижнемеловые угли, о составе которых можно судить по отдельным образцам и находкам древесины с островов Гукера, Нортбрук, Солсбери, Луиджи и др., представлены ультракларенами, кларенами и смешанными дюренами с незначительным содержанием фюзенизированных компонентов.

Угли свиты бухты Тихой. На мысе Медвежий о. Гукера непосредственно на коре выветривания мощного базальтового покрова залегает двухметровый пласт бурого землистого угля. По составу это смешанный дюрен, состоящий из витренизированного и фюзенизированного аттрита, зерен смолы, спор, пыльцы и обрывков кутикулы. Отмечается значительное количество пелитоморфного глинистого вещества и крупнокристаллического каолинита. Показатели качества угля приведены в табл. 109.

На о. Нортбрук экспедицией А. Фиала был обнаружен пласт бурого угля мощностью 0,5—1 м, приуроченный к одному из горизонтов, глинистых пород, залегающих среди базальтовых покровов мыса Флора, но о составе этого угля никаких сведений нет.

Угли свиты Солсбери. На мысе Кавальи (о. Солсбери) среди осадочно-эффузивной толщи залегает пласт полублестящего угля с двумя пропластками алевролита. Видимая мощность пласта 1,2 м.

Нижняя часть угольного пласта сложена полублестящим неясно-штриховатым углем с прослоями полуматового угля аналогичной структуры. По составу уголь представляет собой кларен смешанного состава. Тонкие прослои полуматового угля сложены смешанным дюреном с мелкоаттритовой микроструктурой. Уголь состоит из мелких обломков фюзена, семифюзена и витрена. Довольно много содержится также спор, обрывков кутикулы и зерен смолы. Показатель преломления витрена равен 1,830, что соответствует газовым углям.

Средняя часть пласта сложена тусклоблестящим однородным ультраклареновым углем со скорлуповатой отдельностью и прослоями полуматового неясноштриховатого кларено-дюрена, который по показателю преломления витрена также соответствует газовому углю. Сведения о качестве угля приведены в табл. 109.

На мысе Петигакс (о. Луиджи) пласты угля обнажаются среди осыпей базальтов. Самый нижний пласт бурого угля мощностью 1,1 м содержит прослой алевролита (0,1—0,2 м). Этот пласт, вероятно, синхронен пласту угля мощностью 1,2 м на мысе Кавальи. Он перекрывается 2-метровой осыпью базальтов, над которой обнажается пласт витренизированного угля видимой мощностью 0,5 м. Последний также перекрывается осыпью базальтов и светло-серых мелкозернистых песчаников (4,5 м). Над ними снова обнажается пласт полуматового бурого угля видимой мощностью 0,4 м, затем следует 5-метровая осыпь базальтов и снова пласт блестящего бурого угля видимой мощностью 0,3 м. Выше прослеживается 20-метровая осыпь базальтов и, наконец, толща базальтовых покровов общей видимой мощностью 200 м. Микроскопически был изучен только один пласт угля (0,5 м). Он сложен типичной витренизированной древесиной с гагатовой структурой. Показатель преломления витрена равен 1,704, что соответствует буроугольной стадии. Характеристика качества угля приведена в табл. 109.

На мысу Угольный в нижней части осадочно-эффузивной толщи среди глин и аргиллитов обнажается трехметровый пласт бурого угля, верхняя часть которого выгорела. Аналогичные отложения (сланцеватые глины) мощностью 12 м обнажаются также на нунатаке Кирова, где в них содержится пласт бурого угля мощностью 0,5 м. Пачка угленосных пород прикрыта базальтовым покровом видимой мощностью 9 м. Стратиграфически выше на нунатаке Кирова сохранился от денудации пласт бурого угля мощностью 1,5 м, подстилаемый глинами (0,3 м) и перекрываемый базальтовыми покровами.

На северном берегу о. Земля Александры встречены скопления обломков витренизированной и ксиленизированной древесины, клеточные полоски которой местами кальцитизированы. Показатель преломления витренизированной древесины равен 1,66, что отвечает степени углефикации бурых углей.

Совершенно особое место среди нижнемеловых углей занимают крупные обломки желтовато-бурого сапропелита, найденные в 1957 г. на береговых валах у восточной оконечности о, Скотт-Келти, куда они попали, по-видимому, из осадочных пород, развитых между слагающими этот остров базальтовыми покровами. На плоскостях плитчатой отдельности в сапропелите наблюдаются многочисленные отпечатки узеньких листьев хвойных — Piiyophyllum Undstroemii Nath. Микроскопически сапропелитовый уголь состоит из скопления многочисленных неразложившихся водорослей и ничтожного количества цементирующего гумусового вещества. Химический анализ этого угля приведен в табл. 109.

За исключением охарактеризованного сапропелита, все угли Земли Франца-Иосифа типично гумусовые довольно низкой буроугольной стадии. В некоторых случаях проявление термального метаморфизма (пласт VII) вызывает резкое снижение летучих при почти неизменившемся содержании углерода. Выход смолы на горючую массу из гумусового угля составил 3,5%, а из сапропелита 63,6%.

Запасы углей


Подсчет геологических запасов углей был произведен И.М. Мигаем и В.Д. Дибнером в 1956 г. раздельно для верхнетриасо-лейасовых и нижнемеловых отложений. При подсчете были учтены результаты изучения материалов всех экспедиций, приведенные в табл. 110. В ней охарактеризованы известные выходы угольных пластов мощностью более 0,5 м. Так как в пределах архипелага никаких разведочных работ не проводилось, то были подсчитаны лишь вероятные и возможные геологические запасы углей, при этом учитывались лишь угольные пласты мощностью более 0,7 м при зольности не более 30 %.

Вероятные запасы нижнемеловых углей были подсчитаны по о. Гукера и мысу Флора (о. Нортбрук), а рэт-лейасовых — по о. Угольная копь и району скал Кука на о. Земля Георга. Вследствие крайне слабой изученности территории при подсчете запасов введен понижающий коэффициент 0,1.

Результаты подсчета запасов приведены в табл. 111.

Угли Земли Франца-Иосифа не разрабатываются и ранее не разрабатывались. Лишь небольшая добыча проводилась экспедицией Фиала в 1903—1905 гг. на островах Угольная копь и Нортбрук для своих нужд. Это может служить указанием на возможность использования углей как местного топлива для полярных станций.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: