7.4. География угольных месторождений и мировая добыча угля

Угленосная толща и условия ее образования. Под термином «угленосная толща» понимается весь комплекс осадочных пород, содержащих угольные пласты. Чаще всего угленосная толща слагается песчано-глинистыми породами: рыхлыми (пески), пластичными (глины), уплотненными (песчаники, сланцы), а также в той или иной степени метаморфизованными породами. Значительно реже и только в некоторых бассейнах в разрезе угленосной толщи встречаются известняки и конгломераты.

Изучение литологических разрезов угленосных толщ показывает, что накопление осадков в них происходило не непрерывно, а периодически. При этом почти всегда удается установить закономерную повторяемость (ритмичность) в осадконакоплении, получившую название циклической седиментации. Полный цикл (ритм), если рассматривать его в исторической последовательности снизу вверх, составляют:

Глины, подстилающие угли.
Угли.
Морские известняки или глинистые сланцы.
Песчаники континентального характера.

Как правило, континентальные песчаники залегают на размытой поверхности нижележащих известняков или глинистых сланцев, что объясняется континентальной эрозией, которая имела место после поднятия суши и регрессии (отступления) моря. Далее наступает продолжительный период выветривания, образования глин и развития торфяников на обширных болотистых пространствах вдоль морского берега с последующим образованием угольных

пластов. Наличие же известняков и глинистых сланцев в кровле угольных пластов указывает на трансгрессию (наступление на сушу) моря в результате опускания берега, которым и заканчивается цикл. Таким образом, цикл седиментации (осадконакопления) заключает в себе свиту континентальных образований, которые залегают несогласно на размытой поверхности морских осадков, и соответствует циклу колебательных движений земной коры: начинается с поднятия области и заканчивается ее опусканием под уровень моря. Фактические разрезы угленосных толщ, как правило, подтверждают приведенную схему, причем количество циклов осадконакопления в некоторых бассейнах доходит до нескольких десятков.

Колебательные движения земной коры всегда имели очень сложный характер, поскольку быстрые движения часто сменялись замедленными, а кратковременный период колебаний длительным и наоборот. Сложность усугублялась и тем, что мелкие циклы колебательных движений происходили на фоне общего погружения или общего поднятия земной коры. Колебательные движения на отдельных площадях земной коры проявлялись неодинаково, так как в одних случаях такими площадями являлись геосинклинальные области, а в других – платформы. Тем самым отличными оказались в них и условия образования угленосных толщ и угольных пластов. В зависимости от этого среди угленосных отложений выделяют следующие основные типы: геосинклинальный, платформенный и переходный. Но для всех типов бассейнов характерно то, что они могли образоваться только в условиях общего опускания данного участка земной коры.

Теплом, полученным при сжигании 600 млн. т угля, можно нагреть воду до температуры 90°С в озере глубиной 1 м, имеющем площадь Азовского моря.

Геологические закономерности распределения угленосности на земном шаре. Непрерывный процесс изменения земной коры, вызванный влиянием как глубинных процессов, так и атмосферы, гидросферы и других факторов, определил существенные различия строения, форм и состава отдельных ее частей. В течение очень длительного времени при определенных условиях на различных этапах развития земной коры образовались многие месторождения разных полезных ископаемых и среди них такие важные для современной жизни человечества, как месторождения горючих полезных ископаемых – угля, нефти, газа, горючих сланцев, торфа. Для образования месторождений торфа, угля и горючих сланцев было необходимо сочетание определенных климатических, палеогеографических и тектонических условий, при которых стали возможными возникновение и развитие органического (преимущественно растительного) мира, его территориальное распространение и произрастание, а также последующее отмирание, скопление достаточно больших масс, захоронение и превращение в полезное ископаемое.

Тектонические причины привели к возникновению бассейнов, где накапливались осадочные породы и растительный материал, из которого образовался уголь. Впоследствии эти причины обусловили формирование структур бассейнов и их современное размещение в земной коре. Тектонические закономерности являются важнейшим фактором образования угольных месторождений.

Непрекращающиеся изменения лика Земли приводили не только к образованию месторождений, но и к их разрушению, в том числе месторождений угля. В настоящее время в ряде случаев можно наблюдать лишь части угленосных бассейнов и месторождений, уцелевших от размыва, выветривания, химического изменения углей и вмещающих пород.

Геологическая история формирования, а также разрушения месторождений твердых

горючих ископаемых отличается многообразием сложных природных процессов, которые связаны с длительными по времени периодами развития Земли. Научные исследования позволили ученым установить ряд важных закономерностей угленакопления и размещения твердых горючих ископаемых.

Академик П.И. Степанов еще в 1937 г. установил, что в осадочной оболочке земной коры начиная с девона, когда появились первые крупные скопления углей, представляющие промышленный интерес, выделяются три максимума и три минимума угленакопления.

Первый максимум совпадает с верхним карбоном и пермью. Количество запасов угля, подсчитанное на тот период для этой части стратиграфического разреза, составляет 38,1% общего количества мировых запасов угля во всех горизонтах. Второй максимум угленакопления приурочен к отложениям юрского возраста (4% мировых запасов угля). Третий максимум приходится на верхнюю часть верхнемелового периода и третичный период – здесь сосредоточено 54,4% запасов угля.

На рис. 7.12 представлена схема перемещения узлов угленакопления в стратиграфической последовательности по П.И. Степанову.

Мировые запасы угля. Общие геологические запасы углей земного шара до глубины 1800 м оцениваются в пределах 12000–23000 млрд. т. Величина запасов, исключая экстремальные и недостаточно надежные оценки, определяется в 14000–16000 млрд. т. Расхождения в оценках обусловлены различными нормативами, принимаемыми при подсчетах (глубина подсчета, минимальная мощность пластов, предельное качество угля и др.), неидентичностью методов прогнозирования и требований, предъявляемых к достоверности запасов в различных странах.

По официальным национальным данным общие геологические запасы углей, содержащихся в угленосных формациях всех геологических систем по состоянию на 1980 г., оценивались в 14311 млрд. т.

Рис. 7.12. Схема перемещения узлов угленакопления в стратиграфической последовательности по П.И. Степанову: I – площадь с преобладанием карбонового угленакоплення – 25,24% мировых запасов углей; II – площадь с преобладанием пермского и юрского угленакопления – 20,17% мировых запасов угля; III – площадь с преобладанием верхнемелового и третичного угленакопления – 53,79% мировых запасов угля; 1 – верхнедевонский узел (Медвежий остров) – 0,001% мировых запасов углей; 2 – нижнекарбоновый узел (Караганда) – 0,64% мировых запасов углей; 3 – западноевропейский (вестфальский) узел – 9% мировых запасов углей; 4 – восточный североамериканский узел (вестфальский) – 13% мировых запасов углей; 5 – сибирский (пермский) узел – 11,7% мировых запасов углей; 6 – чулымо3канско3иркутский (юрский) узел – 7,47% мировых запасов углей; 7 – южнокитайский (пермь3юра) – 2% мировых запасов углей; 8 – западный североамериканский узел (верхнемеловой и третичный) – 52 % мировых запасов углей

По общим геологическим запасам углей первые десять мест без учета запасов бассейна Алта-Амазона в Бразилии (2200 млрд. т) занимают (в скобках указаны запасы,млрд. т): СНГ (6800), США (3600), КНР (1500), Австралия (697), Канада (547), ФРГ (287), ЮАР (206), Великобритания (189), Польша (174), Индия (125). В указанных странах сосредоточено 96,7% общих геологических запасов мира и 88% его добычи.

Таблица 7.6. Общие геологические запасы ископаемых углей в млн. т

Основная доля уточненных общих геологических запасов углей в ведущих странах залегает на глубинах до 600 м. Однако в отдельных крупных бассейнах, например Донецком (Украина) и Рурском (Германия и Бельгия), запасы углей до глубины 600 м практически выработаны, а оставшиеся сосредоточены на больших глубинах.

Из 14311 млрд. т углей 57% запасов сосредоточены в Азии, 30% – в Северной Америке, на остальные континенты приходится всего 13% (табл. 7.6).

Доступные к отработке запасы углей на начало XXI века оцениваются в 4210114 млрд. т, т.е. почти на 70 % меньше по сравнению с уточненными геологическими запасами. В таблице П.3 (приложение к разделу

представлены данные о доступных к отработке запасах углей по различным странам и континентам.

Еще меньше извлекаемые мировые запасы угля. Так, по данным Международного ежегодника угольной промышленности, мировые извлекаемые запасы угля составляют 982714 млн. т, в том числе каменного угля – 518 204 млн. т и бурого угля – 464 510 млн. т. Распределение мировых извлекаемых запасов угля по отдельным регионам (млн. т) представлено в следующей таблице 7.7.

Мировая добыча угля. Несмотря на относительное снижение доли угля в энергопотреблении, угольная промышленность продолжает оставаться одной из ведущих отраслей мировой энергетики, она лучше других отраслей обеспечена природными ресурсами.

Примерно 66% извлекаемых угольных ресурсов приходится на экономически

Таблица 7.7. Извлекаемые мировые запасы угля, в млн. т

Рис.7.13. Карта размещения угольных басейнов

Испокон веков считалось, что там, где есть нефть и газ, угля нет. Объясняли это достаточно просто: органическое вещество, «породившее» нефть, образовалось в морских условиях из низших растений и микроорганизмов, а уголь – из высших растений на суше.

«Первые ласточки», нарушившие эту закономерность, появились в послевоенные годы: в Донбассе (бассейне континентальном) было открыто первое газоконденсантное месторождение. В 60-х годах XX в. советские геологи К.И. Багринцева и В.И. Ермаков пришли к выводу о значительной роли угленосных толщ, в частности в Западной Сибири, в генерации углеводородов.

Действительно, уголь в процессе метаморфизма выделяет огромное количество газов, в основном метана (при образовании 1 т каменного угля – 200–250 м3). Покидая угольный пласт, газ мигрирует по угленосной толще как в свободном состоянии, так и в растворенном в подземных водах. В большинстве случаев, поднимаясь по порам и трещинам, он достигает поверхности и уходит в атмосферу. Но иногда на пути следования газ встречает препятствия, например купола, сложенные газоупорными глинистыми породами, непроницаемые зоны тектонических нарушений, соляные купола или закарствованные известняки. В этих случаях газ образует скопления, которые и представляют собой месторождения природного газа.

Хорошо известно и такое грозное явление, как взрывы газа в шахтах и выбросы под давлением газа тысяч кубических метров угля и пород. С каждой добытой тонной угля в Донбассе, Караганде, Воркуте выделяется до 20 м3газа и более, и, чтобы снизить опасность, производится предварительная откачка газа – дегазация месторождения. Ежегодно из недр угольных бассейнов откачивается несколько миллиардов кубометров газа. С другой стороны, этот газ – полезное ископаемое и может быть использован для сжигания в шахтных котельных и для газоснабжения населения.

Из: Газ и нефть из угля. М.В. Голицын. «Природа» 12‘91

развитые страны, в первую очередь на США, страны СНГ, Великобританию, ФРГ, Англию. Среди регионов по добыче угля лидируют Азия, Западная Европа, Северная Америка и страны СНГ. Ведущие страны (Китай, США, Россия, Польша, Индия, Австралия, ФРГ, ЮАР, Украина, Казахстан) вместе добывают свыше 80 % производимого в мире угля.

Необходимо отметить, что в общей мировой добыче каменные угли и антрациты составляют 76 %, а остальные 24 % – бурые.

С семидесятого по девяностый годы прошлого столетия наблюдался систематический рост мировой добычи угля. За это время добыча увеличилась с 3222 млн. т (1975 г.) до 4757,4 млн. т (1990 г.). В девяностых годах темпы роста замедлились за счет сокращения добычи в странах СНГ, ФРГ, Великобритании, Польше, США. Данные о развитии мировой добычи углей представлены в табл. 7.8.

С начала XXI века возобновился рост не только мировой добычи, но и потребления угля.

Прогнозными исследованиями предполагается неуклонный рост потребления угля до 2020 г. со средним приростом 1,5 % в год, но со значительными отклонениями по регионам. В частности, мировое потребление угля по сравнению с 2000 г. увеличится на 1,7 млрд. т, т.е. с 4,7 млрд. т в 2000 г. до 6,4 млрд. т в 2020 г. При неблагоприятном варианте развития мировой экономики мировое потребление угля в 2020 г. может составить 5,5 млрд. т, а при благоприятном

– 7,6 млрд.т. Основным потребителем угля останется энергогенерирующая отрасль (более 55 %), в которой будет наблюдаться значительный рост потребления, а также металлургическая промышленность. В других сферах использования угля (промышленное, коммерческое, бытовое) будет наблюдаться рост других источников энергии. Исключение составляет Китай, где потребление угля сохранится во всех возможных сферах его применения.

Таблица 7.8. Динамика мировой добычи бурых, каменных углей и антрацитов, в млн. т товарного угля

Характеристика угольных залежей. Расположение угольных залежей показано на рис. 7.13.

Залежи ископаемых углей относятся к пластовым месторождениям, которые характеризуются залеганием угольного вещества однородного состава в виде пластов, ограниченных практически параллельными плоскостями – почвой и кровлей.