Тема 5.1. Месторождения твердых горючих ископаемых

Основные факторы, необходимые для образования углей. Автохтонное и аллохтонное накопление. Стадийность процессов углеобразования. Естественная классификация ископаемых углей. Химический состав угля. Физические свойства углей. Состав угленосной толщи. Угольный пласт, его строение. Коэффициенты угленосности. Метаморфизм углей. Угленосная толща и условия ее образования. Геологические закономерности распределения угленосности на земном шаре.

Мировые запасы угля. Характеристика угольных залежей. Происхождение нефти и газа. Основные физические свойства и характеристики нефти и нефтепродуктов.

Применение нефти. Месторождения нефти и газа.

 

                                           Литература

Основная: 1. А.И. Кравцов, А.П. Бакалдина. Геология. М.: Недра, 1979

            2. А.Н. Гудаев. Геология. М.: Недра, 1968

            3. А.В. Миловский. Минералогия и петрография. М.: Недра, 1985

             4.  Шкурский Е.Ф. Шахтная геология: Учебн. пособ. Алчевск.: ДонГТУ, 2007

           5. http://www.mining-enc.ru Горная энциклопедия.

 

                                      Методические указания

В результате изучения данной темы студенты должны получить представления о процессах образования углей. Знать предпосылки углеобразования. Усвоить принцип естественной классификации углей.

 Студенты должны знать физические свойства углей; обратить внимание на зависимость их от различных факторов (особенно от степени углефикации).  

 Обратить внимание на химическую и техническую характеристику углей, в результате которых определяются их состав и свойства. Знать принцип промышленной классификации каменных углей, марки каменных углей Донбасса.

В результате изучения данной темы студенты должны получить понятие об угольном пласте и его строении. Знать определение пласта, кровли, почвы; разобраться в строении угольного пласта; иметь представление об угольной толще; знать классификацию угольных пластов по мощности и углам залегания.

При геологическом описании угольных бассейнов студенты должны указать географическое расположение бассейна, площадь, вид, тип и запасы бассейна, возраст бассейна, мощность угленосных отложений.

Для лучшего усвоения состава и качества ископаемых горючих рекомендуется познакомиться с коллекциями бурого и каменного углей, антрацита.

Результатом изучения темы «Месторождения нефти и газа» должно быть освоение  следующих вопросов:  

1. Происхождение нефти и газа.

2. Основные физические свойства и характеристики нефти и нефтепродуктов.

3. Применение нефти.

4. Месторождения нефти и газа.

 

                                     Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите основные предпосылки, необходимые для образования угля. Коротко охарактеризуйте их.

2. Из чего состоит органическое вещество растений?

3. Охарактеризуйте процессы разложения растительных тканей в природе.

4. Какие существуют способы накопления растительных остатков в природе?

5. Перечислите стадии углеобразования.

6. Какой фактор положен в основу естественной классификации ископаемых углей?

7. Что понимают под угольной толщей? Чем она представлена?

8. Перечислить виды метаморфизма углей.

9. Охарактеризовать угольный пласты, его элементы.

10. Из чего состоит угольный слой? В каких случаях слой называют простым, а в каких - сложным?

11. Что такое размыв угольного пласта?

12. Перечислить главные типы мощностей угольных пластов.

13. Как рассчитать коэффициент угленосности?

  14. Из каких горных пород состоит полный цикл углеобразования?

15. Дать определение угольному месторождению, угольному бассейну и угольному пласту.

16. К каким историческим периодам приурочены максимумы угленакопления?

17. Рассказать о строении угольного пласта.

18. Рассказать о теории органического происхождения нефти.

19. Перечислить основные физические свойства и характеристики нефти.

20. Из каких компонентов состоит нефть? горючие газы?

   21. Как оценивается пожароопасность керосинов, масел, мазутов и других тяжелых нефтепродуктов?

   22. Растворимость и растворяющая способность нефти.

   23. Продукты переработки нефти.

   24. Перечислить крупнейшие месторождения нефти в мире.

                                           Раздел 6. Шахтная геология

Тема 6.1. Шахтная геология

Горная геология. Шахтная геологическая служба. Главный геолог шахты. Трещины и трещиноватость. Кливаж. Изучение трещиноватости. Выветривание и самовозгорание углей. Основные сведения о газах угольных месторождений. Газоносность угольных пластов. Формы нахождения газов в угольных пластах и вмещающих породах. Виды газопроявлений в шахтах. Притоки воды к горным выработкам. Схемы осушения карьерных и шахтных полей. Охрана и рациональное использование подземных вод на горных предприятиях. Геологическая документация вертикальных выработок.

Геологическая документация горизонтальных и наклонных выработок.

 

                                           Литература

Основная: 1. А.И. Кравцов, А.П. Бакалдина. Геология. М.: Недра, 1979

            2. А.Н. Гудаев. Геология. М.: Недра, 1968

             3.  Шкурский Е.Ф. Шахтная геология: Учебн. пособ. Алчевск.: ДонГТУ, 2007

 

                                 Методические указания

При изучении темы необходимо уяснить роль, задачи шахтной геологии и ее значение для развития и эффективной работы угольных шахт.

Изучить строение угольных пластов, знать, что такое общая и рабочая мощность угольных пластов, непосредственная, основная и «ложная» кровли.

Студенты должны ясно представлять, что такое тектоника шахтного поля, складчатые и разрывные нарушения, элементы разрывных нарушений угольных пластов и их измерение.

Необходимо также изучить трещиноватость углей и вмещающих пород, знать типы трещин, методы изучения трещиноватости, а также влияние тектоники на распределение газов в угленосной толще.

При изучении вопроса «Шахтные воды» необходимо знать, что называется шахтной водой, что такое коэффициент водообильности, его роль и значение для прогнозирования притока воды в шахту.

Следует разбираться в способах осушения шахтных полей.

В результате выполнения практических работ студенты должны получить общие понятия о геологической документации горных выработок при разработке угольных месторождений.

Следует также уяснить, какие горные выработки подлежат геологической документации, сколько стенок документируется в подготовительной выработке, когда производится документация очистных забоев.

Особое внимание следует обратить на отражение результатов геологической документации горных выработок на планах горных работ.

 

                                   Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите задачи шахтной геологии.

2. Рассказать об обязанностях шахтного геолога.

3. Охарактеризовать трещины и трещиноватость.

4. Перечислите существующие классификации трещин.

5. Что такое кливаж?

6. С помощью каких методов изучают трещиноватость?

7. Графические методы изображения замеров трещин.

8. Объяснить практическое значение трещиноватости.

9. Охарактеризовать изменение углей при выветривании.

10. Рассказать о причинах, при которых происходит самовозгорание углей.

11. Кратко охарактеризовать природные газы, содержащиеся в углях и вмещаю­щих их породах.

12. Дать определение природной и остаточной газоносности.

13. Формы нахождения газов в угольных пластах и вмещающих породах.

14. Что такое суфлярное газовыделение?

15. Перечислите факторы, влияющие на интенсивность водопритоков в горные выработки.

16. Охарактеризовать предварительное осушение горных выработок.

17. В каких условиях применяют комбинированный способ осушения.

18. Охрана и рациональное использование подземных вод на горных предприятиях.

 

   3. Задания для контрольной работы

 

  Теоретический вопрос 1

1.Что такое абсолютный и относительный возраст горных пород и какие методы существуют для его определения?

2. Приведите классификацию минералов по их химическому составу.

3. Физические свойства минералов.

4.Экзогенные геологические процессы. Выветривание.

5. Элементарный анализ углей.

6. Эндогенные геологические процессы. Понятие о магматизме. Интрузивный магматизм.

7. Геологическая деятельность подземных вод.

8. Магматические породы и их классификация.

9. Охарактеризовать минералы класса окислов.

0. Землетрясения. Элементы землетрясения.

 

Теоретический вопрос 2

1. Охарактеризуйте структурно-текстурные особенности метаморфических горных пород
2.  Приведите классификацию грунтов по строительным свойствам.

3.  Стадийность процессов углеобразования

4. Угленосность и качество углей Донбасса. Газоносность угленосной толщи

5. Геологическая документация очистных и подготовительных выработок.

6. Понятие об угольном пласте и его элементах. Строение угольных пластов, классификация их по мощности и углам падения.

7. Тектоника Донецкого бассейна.

8. Перечислить основные методы поисков, охарактеризовать геологическую съемку и валунно-ледниковый метод поисков месторождений полезных ископаемых

9. Назвать основные показатели технического анализа углей. Дать характеристику золы.

0.  Классификация угольных бассейнов по происхождению, условиям формирования, по степени обнаженности и типу углей.

 

Задание 3

Составить характеристики свойств минералов, взятых из таблицы 1 и представить их в таблице, составленной по форме 1.

 

                                                   Таблица 1- Исходные данные к заданию 3

Номер варианта	Минералы	Номер варианта	Минералы
1	Микроклин, пирит	6	Кварц, доломит
2	Ортоклаз, ангидрит	7	Кальцит, магнезит
3	Биотит, опал	8	Мусковит, гипс
4	Галит, альбит	9	Лабрадор, сидерит
5	Авгит, магнетит	0	Роговая обманка, лимонит

 

                                                                                                                  Форма 1

Минерал

Класс

Химический состав

Цвет

Цвет черты

Блеск

Твёрдость (по шкале М)

Спайность

Излом

Реакция с HCl

В каких породах встречается в качестве породообразующего

Устойчивость к выветриванию

Применение в строительстве

 

 

Задание 4

Составить характеристики свойств горных пород, взятых из таблицы 2 и представить их в таблице, составленной по форме 2.

 

                                                       Таблица 2 – Исходные данные к заданию 4

Номер варианта	Горные породы	Номер варианта	Горные породы
1	Диорит, мергель, мрамор	6	Габбро, глина, глинистый сланец
2	Базальт, песок, гнейс	7	Андезит, песчаник, кварцит
3	Гранит, мрамор, яшма	8	Пегматит, серпентинит, гравий
4	Габбро, конгломерат, хлоритовый сланец	9	Диабаз, суглинок, графитовый сланец
5	Липарит, известняк, кварцит	0	Базальт, гипс, мрамор

 

                                                                                                    

 

 

                                                                                                                Форма 2

Горная порода

Тип (по происхождению)

Группа (по происхождению)

Минералогический состав

Структура

Текстура

Окраска

Устойчивость к выветриванию

Реакция с HCl

Формы залегания

Применение в промышленности и строительстве

 

Задание 5

При выполнении разведочных работ пробурено 12 скважин, расположенных в плане в углах квадратной сетки на расстоянии 25 м друг от друга. В таблице 3 приведены абсолютные отметки устоев скважин (в числителе) и результаты одновременно замеренных глубин залегания уровней грунтовых вод (в знаменателе). Используя эти данные, постройте карту гидроизогипс в масштабе 1:500, приняв сечение горизонталей и гидроизогипс через 1м. На карте напишите направление потока и выделите участки с глубиной залегания УГВ менее 2м. Нанесите на карту линии, соединяющие точки зеркала подземных вод, расположенные на одинаковой глубине от земной поверхности, т.е. выполните карту гидроизобат.

 

                                                  Таблица 3 – Исходные данные к заданию 5

№ вар

№ скважины

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1

12.4/ 3.9

11.3/ 2.4

10.6/ 1.5

10.5/ 1.8

13.0/ 3.2

12.5/ 2.0

12.3/ 1.7

12.4/ 2.8

15.3/ 3.2

14.2/ 1.3

13.7/ 0.4

13.3/ 2.3

2

13.6/ 3.6

13.1/ 2.8

12.5/ 2.0

12.4/ 1.7

16.7/ 3.6

15.1/ 3.2

14.4/ 1.1

16.5/ 0.4

18.2/ 1.3

18.3/ 4.2

18.2/ 3.1

17.0/ 2.0

3

13.2/ 4.1

12.5/ 2.9

12.0/ 2.4

11.7/ 3.5

15.2/ 4.2

14.0/ 2.0

13.6/ 1.2

13.3/ 3.3

18.8/ 5.0

18.0/ 4.2

17.3/ 3.6

17.2/ 5.2

4

10.3/ 4.2

9.1/ 4.3

8.4/ 2.6

7.5/ 1.6

10.6/ 3.8

10.3/ 3.4

9.5/ 2.3

9.1/ 1.5

13.3/ 3.6

12.2/ 3.2

11.2/ 1.3

10.5/ 0.2

5

9.1/ 4.3

8.2/ 2.4

7.6/ 1.6

7.5/ 2.0

10.1/ 3.2

9.5/ 2.4

9.4/ 1.8

9.2/ 2.5

12.0/ 3.2

11.3/ 1.7

10.5/ 0.8

10.3/ 2.8

6

10.6/ 3.6

10.1/ 3.0

9.5/ 2.3

9.6/ 1.5

13.2/ 3.5

12.4/ 3.2

11.5/ 1.1

10.5/ 0.2

15.6/ 3.3

15.3/ 4.0

15.1/ 2.9

14.3/ 3.4

7

10.1/ 3.6

9.5/ 2.1

9.4/ 1.5

9.6/ 2.5

11.2/ 3.3

12.3/ 0.9

10.5/ 0.2

10.3/ 2.3

15.3/ 4.2

15.4/ 3.2

14.3/ 1.9

14.4/ 4.1

8

15.2/ 3,5

15.7/ 2.5

16.7/ 3.6

17.5/ 5.4

14.2/ 4.1

14.3/ 2.2

15.4/ 3.0

15.0/ 4.4

10.3/ 2.2

10.5/ 0.3

11.2/ 1.4

12.3/ 3.2

9

15.7/ 2.2

16.6/ 3.7

17.5/ 5.2

18.2/ 4.5

17.3/ 2.1

15.0/ 2.8

15.2/ 4.4

15.4/ 3.3

10.5/ 0.2

11.2/ 0.9

12.3/ 3.2

13.4/ 3.5

0

12.2/ 3.1

11.5/ 1.9

11.0/ 1.4

10.7/ 2.5

14.2/ 3.2

13.0/ 1.0

12.6/ 0.2

12.3/ 2.3

17.8/ 4.0

17.0/ 3.2

16.3/ 2.6

16.2/ 4.2

 

Задание 6

По фрагментам геологических карт (рис.1) в направлении разреза 1-1 построить графики в масштабах 1:1000 – вертикальный, 1:2000 – горизонтальный. Нанесение геологических слоёв произвести в хронологической последовательности, определить формы их залегания.

 

                   Вариант 1                                          Вариант 6

                 Вариант 2                                          Вариант 7

                Вариант 3                                           Вариант 8

                 Вариант 4                                          Вариант 9

                 Вариант 5                                          Вариант 0

                     Рисунок  1 – Фрагменты геологических карт

Пример выполнения задания 5.

При выполнении разведочных работ пробурено 12 скважин, расположенных в плане в углах квадратной сетки на расстоянии 25 м друг от друга. В таблице 4 приведены абсолютные отметки устоев скважин (в числителе) и результаты одновременно замеренных глубин залегания уровней грунтовых вод (в знаменателе). Используя эти данные, постройте карту гидроизогипс в масштабе 1:500, приняв сечение горизонталей и гидроизогипс через 1 м (рис.2). На карте напишите направление потока.

Нанесите на карту линии, соединяющие точки зеркала подземных вод, расположенные на одинаковой глубине от земной поверхности, т.е. выполните карту гидроизобат (рис.2). Выделите участки с глубиной залегания подземных вод менее 2 м.

 

Таблица 4 - Исходные данные для примера 1

№ скважины
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
12,4 3,9	11,3 2,4	10,6 1,5	10,5 1,8	13,0 3,2	12,5 2,0	12,3 1,7	12,4 2,8	15,3 3,2	14,2 1,3	13,7 0,4	13,3 2,3

Порядок построения:

1.Определить абсолютные отметки УПВ в скважинах по формуле:

h_в = h_пз – h, м;

где h_пз – абсолютные отметки поверхности земли, м;

h – глубина залегания подземных вод от поверхности земли, м.

2. Построить схему расположения скважин, надписать глубины залегания подземных вод и абсолютные отметки УПВ возле каждой скважины.

3. Методом интерполяции строят гидроизогипсы с частотой заложения 1 м. 

4. Методом интерполяции строят гидроизобаты с частотой заложения 1 м. 

5. По гидроизогипсам определить направление потока. 

6. По гидроизобатам выделить участки с глубиной залегания подземных вод менее 2 м.

 

 

Карта гидроизогипс

9,1

8,9

8,5

Карта гидроизобат

М 1:500

 

 

 

Условные обозначения:

                 

 гидроизогипсы, отметки

гидроизобаты, отметки

             направление потока

 

  участки с уровнем ПВ менее 2 м.

 

 

          в числителе абсолютная отметка УПВ

          в знаменателе глубина заложения поземных вод

 

             Рисунок 2- Карта гидроизогипс, карта гидроизобат

Пример выполнения задания 6.

По фрагменту геологической карты (рис.3) в направлении разреза 1-1 построить график (рис.4) в масштабах 1:1000 – вертикальный, 1:2000 – горизонтальный. Нанесение геологических слоёв произвести в хронологической последовательности, определить формы их залегания.

 

Порядок построения:

1. Построить вертикальную шкалу высот в заданном масштабе.

2. Построить рельеф.

3. Вынести геологические границы.

4. Подписать возраст, закрасить.

5. Выполнить условные обозначения с указанием мощности слоя.

Фрагмент геологической карты

М 1:2000

 

 

     

 

 

 Разрез 1-1

 

г 1:2000

       в 1:1000

 

 

					N
					K
						I
				T

 

 

Условные обозначения:

                – неогеновый период,                                 – юрский период,

                мощность слоя 15м.                                 мощность слоя 25 м.

 

                          

                – меловый период,                                     – триасовый,

                 мощность слоя 20 м.                             мощность слоя 10 м.

 

Рисунок 4 – Геоморфологический разрез

 

 

              4. Материалы для проведения аттестации

                Теоретические вопросы к экзамену

1. Какова цель и содержание геологии? Назовите главнейшие геологические дисциплины.

2. Форма и основные размеры Земли.

3. Описать физические свойства Земли.

4. Описать основные гипотезы происхождения Земли.

5. Эндогенные геологические процессы. Понятие о магматизме. Интрузивный магматизм.

6. Типы вулканов, характер их извержения, продукты извержения, поствулканические явления.

7. Землетрясения. Элементы землетрясения.

8. Метаморфизм горных пород. Причины и его основные факторы.

9. Экзогенные геологические процессы. Выветривание.

10. Геологическая деятельность подземных вод.

11. Геологическая деятельность поверхностных текучих вод.

12. Геологическая деятельность ледников.       

13. Геологическая деятельность озер и болот.

14. Геологическая деятельность морей.

15. Геологическая деятельность рек и речные отложения.

16. Условия образования минералов. Формы нахождения минералов в природе.

17. Физические свойства минералов.

18.Признаки классификации минералов. Охарактеризовать класс самородных элементов.

19. Описать минералы класса сульфидов.

20. Дать характеристику каменной соли, калийной соли, флюориту.

21. Охарактеризовать минералы класса окислов.

22. Охарактеризовать кальцит и доломит.

23. Охарактеризовать роговую обманку, асбест, слюду, полевой шпат.

24. Описать органические соединения (озокерит, янтарь).

25. Магматические породы и их классификация.

26. Краткая характеристика группы основных магматических пород.

27. Осадочные породы. Описать песчаник, глину.

28. Обломочные породы и их классификация.

29. Описать образцы химических пород (хемогенных).

30. Структура и текстура метаморфических пород. Охарактеризовать следующие метаморфические породы: гнейсы, кварциты, мраморы, глинистый сланец

31. Описать методы определения относительного возраста Земли.

32. Описать методы определения абсолютного возраста Земли.

33. Элементы залегания наклонно залегающих слоев.

34. Горный компас. Определение элементов залегания слоя горным компасом.

35. Складка, элементы складки. Складки антиклинальные и синклинальные.

36. Понятие о ненарушенном (первичном) и нарушенном (вторичном) залегании слоев.

37. Элементы разрывных нарушений (крылья, сместитель, амплитуда и другие).

38. Типы разрывных нарушений.

39. Геосинклинальные области. Этапы развития геосинклинальных областей.

40. Геологические карты и их типы

41. Описать предпосылки углеобразования

42. Процессы образования углей (стадии оторфования и углефикации).

43. Общая характеристика торфа, бурых и каменных углей.

44. От каких факторов зависят физические свойства углей?

45. Элементарный анализ углей.

46. Назвать основные показатели технического анализа углей. Дать характеристику золы.

47. Понятие об угольном пласте и его элементах. Строение угольных пластов, их классификация по мощности и углам падения.

48. Понятие об угольной толще. Формирование их в геосинклинальных, платформенных и переходных областях.

49. Опишите диагностические признаки основных типов угленосных отложений.

50. Классификация угольных бассейнов по происхождению, условиям формирования, по степени обнаженности и типу углей.

51. Донецкий бассейн. Условия и время образования угленосных отложений.

52. Тектоника Донецкого бассейна.

53. Что мы называем картой? Чем карта отличается от плана?

54. Угленосность и качество углей Донбасса. Газоносность угленосной толщи.

55. Геологическая съемка как метод изучения геологического строения района месторождения.

56. Задачи поисков и разведок месторождений полезных ископаемых.

57. Основные задачи разведочных работ; стадии геологоразведочных работ месторождений полезных ископаемых.

58. Способы разведки и разведочные выработки месторождений полезных ископаемых.

59. Цель подсчета запасов. Категории запасов полезного ископаемого, кондиции.

60. Принцип подсчета запасов полезного ископаемого.

61. Основные задачи шахтной геологии.

62. Изучение качества и угленосности угольных пластов.

63. Изучение трещиноватости углей и вмещающих пород.

64. Геологическая документация вертикальных горных выработок и скважин.

65. Геологическая документация очистных и подготовительных выработок.

66. Шахтные воды и коэффициент водообильности.

67. Химический состав шахтных вод и их агрессивность.

68. Методы замера притоков воды в горные выработки.

69. Способы осушения шахтных полей.

70. Понятие о дренажных сооружениях (дренажные канавы, колодцы).

                       Практические задания

1. Решите задачу: подсчитать какую температуру будут иметь породы в шахте на глубине 800 м, если геотермический градиент равен 4º (глубина пояса постоянной температуры 25 м, температура +13ºС).

2. Нанесите на лист тетради при помощи линейки и транспортира пласты породы в плане (в виде линий со стрелкой, указывающей направление падения) со следующими элементами залегания: азимут линии падения: 30º,180º, 296º, 303º.

3. Определите стратиграфическую амплитуду сброса, у которого плоскость сместителя падает под углом 60º, крылья под углом 20º, а истинная амплитуда равна 300 м (масштаб 1: 10000).

4. Нарисуйте в разрезе взброс с падением крыльев в 60º, вертикальной амплитудой 200 метров (масштаб 1: 5000) и определите стратиграфическую амплитуду.

 5. Решите задачу: подсчитать какую температуру будут иметь породы в шахте на глубине 1100 м, если геотермическая ступень равна 25 м, шахта находится в Донбассе. Пояс постоянной температуры имеет глубину 25 м, температура +7ºС).

6. Нарисуйте в плане купол с соотношением ширины к длине 1:2. Возраст пород обозначьте периодами кайнозоя.

7. Нарисуйте в разрезе надвиг с углом падения крыльев 25º, горизонтальной амплитудой 300 м (масштаб 1:10000) и определите истинную амплитуду.

8. Нарисуйте грабен в разрезе с вертикальной амплитудой 65 м (масштаб 1: 2000).

9. Нарисуйте в разрезе два разных дизъюктивных нарушения горизонтально залегающих слоев с углом падения сместителя 75º. Назовите (подпишите) эти нарушения.  

10. Определить истинную мощность пласта на разрезе, если видимая мощность равна 200м, угол падения пласта α равен 30°, угол падения дневной поверхности равен β 15°.