Введение к работе
Актуальность темы. Развитие экономики тесно связано с возрастающими объёмами потребления топливно-энергетических ресурсов. Высокий уровень использования наиболее эффективных энергоносителей — нефти и природного газа — ведёт к быстрому истощению их запасов, поэтом}' всё большее внимание уделяется поиску альтернативных источников углеводородного сырья среди твёрдых горючих ископаемых. Особый интерес в этом отношении представляют горючие сланцы (ГС) и угли, которые по своим свойствам, широкой распространённости и значительным запасам могут быть использованы в качестве топлива или сырья для получения жидких (смола) и газообразных продуктов, по составу и свойствам близких нефти и природному газу.
Республика Беларусь, испытывая острую потребность в топливе и покрывая её за счет импорта этого дорогостоящего продукта или сырья для его производства, вместе с тем располагает немалыми запасами ГС и бурых углей, использование энергетического потенциала которых сыграло бы заметную роль в компенсации топливного дефицита.
Освоение ресурсов ГС и бурых углей будет экономически выгодно и
экологически оправдано, если при выборе оптимальной схемы технологиче
ского передела с наиболее полным выходом целевых продуктов будет решена
и проблема эффективной утилизации отходов, в которых в значительной сте
пени концеіггрирукт.я многие редкие элементы (РЭ), в том числе промыш-
ленноценные и токсичные. *
Экономическая и экологическая нецелесообразность разработки в настоящее время в республике месторождений бурых углей и ГС не умаляет необходимости исследования их вещественного состава и технологических свойств. Наоборот, в круге проблем изучения литосферы Беларуси при существующих тенденциях в развитии экономики и непростой экологической ситуации детальные и всесторонние исследования бурых углей, ГС и редкоме-тального сырья весьма актуальны.
Связь работы с крупными программами, темами. Авторские исследования геохимических особенностей сланце- и угленосных отложений юго-востока Беларуси проводились в Институте геологических наук НАН Беларуси с 1979г. и являлись разделом (частью) институтских тем, входивших в республиканские ("Атлас", 1985-1990гг.; проект № Ф18-218 по Фонду фундаментальных исследований, 1992-1994гг.), отраслевые ("Программа ускорения геологоразведочных работ по развитию минерально-сырьевой базы Республики Беларусь на 1993-1995гг. и на период до 2000г.") и межведомст-
венные ("Определение наиболее эффективных направлений комплексного использования горючих сланцев месторождений Белорусской ССР и разработка технико-экономического доклада по развитию их добычи и использованию", 1978-1980 гг.) программы. Полученные автором за этот период материалы по сланцево-угольной тематике вошли в 5 научных отчётов.
Цель и задачи исследовании. Основная цель работы состояла в том, чтобы установить закономерности распределения и природу концентраций РЭ в сланце- и угленосных отложениях юго-востока Беларуси. Для этого было необходимо решить несколько задач: 1) определив концентрации РЭ в основных ліггологических типах пород полесского горизонта, фракциях и постсе-диментационных минералах, установить особенности распределения РЭ в разрезе и по площади развития сланценосных отложений, выявить роль процессов седиментогекеза, диагенеза и катагенеза в формировании геохимического поля РЭ; 2) изучив вещественный состав и определив концентрации РЭ в ГС речицкого горизонта, сопоставить особенности распределения РЭ в ГС речицкого и полесского горизонтов и выявить геохимическую специфику кальдернои фации горючих сланцев; 3) определив концентрации РЭ в карбонових, юрских и палеоген-неогеновых углях и вмещающих породах и исследовав распределение элементов в угольном веществе и золе, установить влияние факторов, контролировавших накопление элементов в разновозрастных угленосных отложениях, и перспективы обнаружения в них промышлен-нозначимых редкометальных аккумуляций; 4) исследовав изотопный состав углерода и кислорода карбонатной компоненты ГС речицкого горизонта и сульфидной серы разновозрастных угленосных отложений, уточнить представления об особенностях седиментогенеза и постседиментационных преобразований, определявших распределение РЭ.
Научная новизна. Выполненная работа представляет собой комплексное исследование распределения, форм нахождения и особенностей поведения в литогенезе РЭ сланце- и угленосных отложений юго-востока Беларуси. В процессе диссертационных исследований получены следующие новые результаты: 1) охарактеризованы особенности распределения ряда элементов, в том числе промежуточных лантаноидов, прежде не изучавшихся в рассматриваемых отложениях. Это стало возможным в результате использования высокочувствительных аналитических методов — нейтронно-активационного, люминесцентного, химического и гамма-спектрометрического, что позволило не только расширить спектр определявшихся и обнаруженных элементов и повысить достоверность результатов, но и выявить детали, указывающие на специф'.жу поведения элементов в различных геолого-геохимических обстановках; 2) установлены закономерности распределения РЭ по площади, разрезу и типам пород сланценосных отложений полесского горизонта, минералоге—геохимические особенности сульфидной и других видов постседимента-ционной минерализации, минералы-концентраторы РЭ; 3) выявлены существенные различия полесского и речицкого сланцеобразования, выразившиеся в своеобразии химического состава речицких ГС и катагенетических пиритов, а также специфичности изотопного состава углерода и кислорода карбонатной компоненты сланцев; 4) Предложены геохимические индикаторы кальдернои фации ГС речицкого горизонта; 5) дана характеристика распределения РЭ в
углях разного вещественного состава, возраста и месторасположения, позволяющая судить о роли факторов накопления элементов в угольном веществе в различных обстановках торфо-углеобразования и перспективах обнаружения редкометальных концентраций в изученных угленосных отложениях; 6) показаны особенности сульфидообразования в карбоновых и юрских угленосных отложениях по вариациям изотопного состава серы сульфидных стяжений.
Научно-практическая значимость диссертационных исследований состоит з том, что полученные результаты, во-первых, в значительной степени дополняют и детализируют информацию о распределении и условиях образования редкометальных концентраций в сланце- и угленосных отложениях и показывают возможность использования особенностей распределеігая элементов для индикации обстановок литогенеза. Во-вторых, новые данные о распределении РЭ позволяют оценить перспективы обнаружения в изученных отложениях промьппленнозначимых редкометальных аккумуляций. В-третьих, в работе содержатся новые материалы о вещественном и химическом составе белорусских сланцев и углей, важные для изучения химико-технологических особенностей сланце- и углепереработки. И, наконец, сведения о про-мышленноценньгх и токсичных элементах, которые будут накапливаться в продуктах и отходах технологической и энергетической переработки изученных сланцев и углей, имеют практическое значение для решения сырьевых проблем и оценки экологических последствий освоения недр республики. Результаты авторских исследований распределения РЭ в сланце- и угленосных отложениях и отходах предприятий энергетики изложены в докладных записках, переданных организациям ПО "Белгеология" (БГРЭ, Светлогорской ГРП, Вилейско-Свислочской ГСП, Старобинской ГПП), в Министерство экономики и Березовскую ГРЭС.
Экономическая значимость полученных результатов может быть оценена в случае принятия решения о промышленной эксплуатации месторождений белорусских сланцев и углей. При условии создания соответствующих технологий зол? углей, как полиэлементный концентрат, может быть дорогостоящим коммерческим продуктом.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Модель геохимической структуры сланценосных отложений полесского горизонта, основанная на выделении групп элементов с разным распределением по площади, разрезу и типам пород и отражающая роль механической и физико-химической дифференциации, пеплового и органического вещества, а также диагенетических и катагенетических процессов в формировании геохимического поля редких элементов.
-
Комплекс геохимических индикаторов кальдерной фации горючих сланцев, установленный на примере речицкого горизонта, резко отличающийся от круга геохимических показателей полесского горизонта и характеризующийся необычно высокими для отложений такого типа концентрациями ряда элементов в сланцах и катагенетических пиритах, а также специфическим изотопным составом углерода и кислорода карбонатной компоненты пород, что отражает существенное влияние вулканизма на литогенез сланцев и указывает на неморские условия седиментации.
3. Закономерности формирования микроэлементного состава карбоно-вых, юрских и палеоген-неогеновых углей и углистых пород, выражающиеся в зависимости уровня накопления и распределения элементов в угольном веществе, в разрезе и по площади от содержания и состава органических и минеральных компонентов в породах, что определяется разнообразием условий и факторов аккумуляции элементов в области торфонакопления и особенностями постседиментационных преобразований отложений.
Личный вклад соискателя. Диссертационные исследования базируются на изучении разрезов и керна скважин, выполненном автором при участии коллег, произведших аналитические определения. Кроме того, в работе использованы образцы, любезно предоставленные другими исследователями, фондовые и опубликованные данные. На все использованные материалы есть ссылки в тексте.
Автором лично осуществлена вся подготовительная обработка керно-вого материала к аналитическим исследованиям, проведены петрографическое изучение шлифов и аншлифов, рентгенодифрактометрический контроль чистоты отбора проб, электронномикроскопическое исследование микроштуфов и мономинеральных зёрен; осуществлена первичная обработка химико-аналитических определений — сопоставление результатов и отбраковка сомнительных цифр, литохимические пересчеты, вычисление характеристических коэффициентов, типизация объектов и компьютерная статистическая обработка базы данных, анализ кривых распределения и корреляционных полей; на заключительном этапе — анализ и обобщение данных с использованием традиционных для сланцеве—угольной геохимии методических приёмов.
В процессе диссертационных исследований автор принимал участие в коллективных работах, в которых содержатся результаты и выводы, полученные автором самостоятельно и представленные в виде отдельных частей (разделов), и обобщения, базирующиеся на результатах коллектива соавторов.
Апробация результатов диссертации. Основные результаты диссертационных исследований докладывались на Республиканском научно-техническом совещании "Проблемы переработки твёрдых горючих ископаемых" (Минск, 1980г.), IV конференции молодых учёных ИГиГ АН БССР (Минск, 1981г.), IV Всесоюзном минералогическом семинаре "Минеральные кларки и природа их устойчивости" (Душанбе, 1986г.), Всесоюзном совещании "Литогенез и рудообразование" (Москва, 1986г.), V совещании по проблеме "Метаморфогенное рудообразование низких фаций метаморфизма складчатых областей фанерозоя" (Львов, 1986г.), II Всесоюзной школе по физике минералов (Алушта, 1988г.), Международном семинаре "Химия-96" (Минск, 1996г.).
Опубликовашюсть результатов. Результаты диссертационных исследований автора изложены в 14 научных публикациях, в том числе одной монографии (в соавторстве), б статьях в научных журналах, 3 статьях в сборниках, 4 тезисах.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 6 глав, заключения и списка литературы, включающего 316 наименований (278 — опубликованные. 38 —фондовые).
Общий объём работы 223 страницы, в том числе 112 страниц текста, 32 рисунка (42 страницы), 25 таблиц (44 страницы) и 25 страниц использованных источников.
В процессе исследований и написания работы автор ознакомился с публикациями и фондовыми материалами В.И.Авхимович, Л.Ф.Ажгиревич, Р.Е.Айзберга, Я.И.Аношко, Ю.А.Балашова, В.Р. Бенсмана, В.Е.Бордона, Ю.С.Булкина, А.Ф.Бурлак, В.А.Вечера, П.В.Виниченко, Э.А.Высоцкого, Р.Г.Гарецкого, В.КГолубцова, Ю.И.Горького, В.В.Григорозича, Л.М. Дани-лецкого, Э.КДемидзнко, З.В.Жицкой, П.В.Зарицкого, Г.И.Кедо, ЛЯ.Кн-зильштейна, И.В.Китаева, З.М.Клименко, В.А.Ковалёва, В.С.Конищева, В.П.Корзуна, С.Р.Крайнева, С.А.Кручека, А.В.Кудельского, В.А.Кузнецова, В.П.Курочки, МХ.Лезого, Н.НЛезыха, А.К.Лнсицкна, В.К.Лукашёва, К.И.Лукашёва, А.З.Македонова, Л.И.Матвеевой, Л.И Матрунчик, А.А.Мах-нача, А.С.Махнача, Д.А.Минеева, И.В.Мнтяншюй, Т.И.Моисеевой, К.Н.Мон-кевича, З.М.Невмержицкой, Т.Г.Обуховсксй, Д.Пайпера, Л.МПалер, А.А.Ри-чик, Н.А.Савченко, В.ИСамодурова, Е.И.Сембпова, В.И.Толстошеева, Л.Хас-кина, Е.М.Шмариовича, Я.Э.Юдовича, А.З.Юровского, Н.С.Яковлевой и многих других, которые касаются разных аспектов изучения сланце- и угленосных отложений Беларуси и геохимии редких элементов.
Автор глубоко признателен Л.Ф.Ажгиревич, В.Е.Бордону, В.А.Генера-ловой, В.В.Гулис, Л.Ф.Гулису, А.Л.Жуховицкой, В.А.Ковалёву, В.П.Корзуну, С.А.Кручеку, В.А.Кузнецову, А.С.Махначу, Н.Д.Михайлову, КН.Монкевичу, В.П.Самодурову, И.Н.Тетеревой, И.И.Урьеву и В.М.Шимановичу, чьими советами и консультациями пользовался на разных этапах своей работы, а также М.И.Автушко, Л.П.Евстратенко, Л.М.Кагану, И.Л.Колосову, И.Н.Тетере-вой, И.Р.Трацевской и другим, выполнившим аналитические определения.
Особые слова благодарности автор адресует научному руководителю А.А.Махначу за постоянную помощь и всестороннюю поддержку в процессе выполнения работы.
