Введение

Мугунское месторождение углей открыто в 1946 году, поисковые и геологоразведочные работы проводились с 1960-х годов, а освоение месторождения началось в 1993 г. [19]. В настоящее время месторождение отрабатывается и угли используются только как твердое топливо, хотя по своим свойствам они потенциально представляют значительный интерес в качестве сырья для получения обеззоленных гиперуглей — новой и весьма продуктивной отрасли безотходных экологически безвредных углехимических производств [1, 10, 30]. Однако современное состояние изученности мугунских углей сильно сдерживает реализацию этой перспективы. Задача настоящей статьи состоит в заполнении этого пробела впервые полученными для углей Иркутского бассейна результатами комплексных спектроскопических, минералого- и изотопно-геохимических исследований.

Объект и методы исследований

Район Мугунского угольного месторождения находится в пределах северо-западной части Иркутского угленосного бассейна, приуроченного к Ангаро-Чулымскому прогибу. Основная часть месторождения расположена в крупной эрозионно-тектонической депрессии, фундамент которой сложен ордовикскими терригенными породами, а чехол — раннесреднеюрскими угленосными отложениями, характеризующимися ненарушенным пологим или слабонаклонным залеганием пластов (рис. 1). В это время на рассматриваемой территории сформировалась аллювиально-озерно-болотная угленосная формация, в рамках которой максимальная продуктивность была сосредоточена в зоне перехода от аллювиальных отложений к озерно-болотным [18]. Основным источником обломочного материала для угленосных отложений выступали терригенно-осадочные и метаморфические породы Восточного Саяна, Верхнеленского сводового поднятия и Северо-Байкальского нагорья.

Несогласно залегающая на эродированных палеозойских отложениях юрская угленосная толща подразделена на три свиты (снизу вверх): заларинскую, черемховскую и присаянскую. На Мугунском месторождении промышленная угленосность связана с так называемым горизонтом рабочих пластов черемховской свиты, отвечающей плинсбахскому и тоарскому ярусам нижней юры [12]. Здесь наиболее выдержанными и отрабатываемыми в настоящее время являются пласты I и II (пачки 1, 2), представительные образцы которых и послужили непосредственным объектом наших исследований.

Опробование угольных пластов и пачек осуществлялось в траншеях бороздовым методом вкрест простирания визуально наблюдаемых угольных литотипов в соответствии с требованиями ГОСТ 9815-75. Интервалы опробования варьировались от 10 до 30 см (табл. 1). В ходе исследований отобранных образцов применялся комплекс методов, включающий оптическую микроскопию, термографию (DTG-60A/60AH Shimadzu, Е. М. Тропников), рентгеновскую дифрактометрию (XRD-6000), рентгенофлюоресцентный анализ (XRD-6400 Shimadzu, С. Т. Неверов), аналитическую СЭМ (Tescan Vega, Е. М. Тропников, А. С. Шуйский), масс-спектрометрию с индуктивно связанной плазмой (X-SERIES 2 c аналитическим комплексом Thermo Scientific, А. С. Парамонов), рамановскую спектроскопию (Renishaw In Via с лазером 787 нм), изотопную масс-спектрометрию (Delta V. Avantage с аналитическим комплексом Thermo Fisher Scientific). Определение содержаний микроэлементов было осуществлено в ЦКП «Аналитический центр» ИГ КарНЦ РАН, остальные анализы проводились в АО «ВНИГРИуголь» и ЦКП «Геонаука» ИГ Коми НЦ УрО РАН.

Общая характеристика, химизм углей

Угли Мугунского месторождения гумусовые и, несмотря на некоторые колебания по мацеральному составу, весьма однообразные — преимущественно витринитовые [5], что вообще характерно для бурых углей [21]. По блеску среди них наблюдаются полублестящие, тусклоблестящие, полуматовые и реже матовые разности с повышенной зольностью (рис. 2). Текстура углей линзовидно-полосчатая, линзовидно-штриховидная, изредка массивная. Излом преимущественно неправильно-угловатый, ступенчатый по кливажу, реже полураковистый и узловатый [3]. Угли — твердые и трещиноватые, согласно ГОСТ 25543-2013 относятся к бурым, технологической группе 3БВ (третий бурый витринитовый).

Анализу на химический состав подвергались продукты озоления углей, полученные ведущим технологом ИГ Коми НЦ УрО РАН О. В. Кокшаровой. Исходные образцы после растирки подвергались прокаливанию в муфельной печи в несколько этапов до достижения постоянной массы при взвешивании, т. е. до полного выгорания углеродного вещества. Полученные результаты показали следующее.

Образцы углей из пачки 2 пласта II (10 определений) подразделились на малозольные с выходом золы в 2—3 вес. % (встречаемость до 90 %) и высокозольные с выходом золы 45—50 вес. %. Статистическая оценка зольности в этой группе образцов (среднее ± СКО, в скобках коэффициент вариации в %) — 2.58 ± 0.3 вес. % (12).

Среди образцов из пачки 1 пласта II большая часть углей оказалась мало- и среднезольной, с выходом золы 5—20 вес. % (встречаемость 56 %), реже встречаются высокозольные угли с выходом золы 27—45 вес. %. Статистическая оценка зольности — 22.38 ± 15.6 вес. % (70).

В пласте I (12 определений) малозольные угли показали выход золы в 3—7 вес. % (встречаемость 83 %), а высокозольные — до 50 вес. %. Кроме того, здесь установлены углистые аргиллиты с содержанием золы 50—66 вес. %. Статистическая оценка зольности по пласту — 14.31 ± 20.74 вес. % (145).

Таким образом, исследованные образцы углей Мугунского месторождения в среднем на 75 % являются малозольными, т. е. достаточно качественными. При этом минимальной зольностью характеризуются угли пачки 2 пласта II, в пачке 1 пласта II зольность углей возрастает более чем в 1.5 раза, а в пласте I опять сокращается почти до аналогичного показателя в пачке 2 пласта II.

Химический состав золы в исследованных образцах мугунских углей весьма специфичен, характеризуется незначительной сернистостью, но высокой глиноземистостью и железистостью при аномально низкой для терригенных пород кремнеземистостью (табл. 2). Пересчет полученных данных на литохимические модули [22, 24] приводит к выводу о сильной и при этом широко варьирующей гидролитической измененности терригенной примеси в мугунских углях. Так, в углях пачки 2 пласта II терригенная примесь по литохимическим характеристикам соответствует супержелезистым супергидролизатам. В углях пачки 1 пласта II она отвечает гипонорможелезистым гипонормогидролизатам, а в углях пачки 2 пласта II снова поднимается до гипонорможелезистых нормосупергидролизатов. Таким образом, выявляется общий для рассматриваемого разреза углей тренд возрастания степени гипергенного изменения терригенной примеси в направлении снизу вверх (рис. 3, а), что, очевидно, отражает хронологическую тенденцию усиления пенепленизации на соответствующих территориях.

Также обращают на себя внимание крайне низкие во всех образцах значения модуля нормированной щелочности, колеблющиеся за редким исключением в пределах 0.004—0.13. Это свидетельствует о том, что в терригенной примеси исследованных углей очень мало полевых шпатов (для альбита НЩ = 0.61) и слюд (НЩ = 0.3). Это также признак высокой степени гипергенного изменения терригенного материала.

Необходимо подчеркнуть, что выявленные колебания степени гипергенной измененности терригенной примеси в мугунских углях обратно и сильно коррелируются с содержанием этой примеси. С ростом зольности углей состав зол явно изменяется в направлении от супергидролизатного до гипонормогидролизатного. Это весьма существенный вывод, поскольку он указывает на обратную корреляцию объема поступления терригенного материала в область углеобразования со степенью гипергенного изменения горных пород на подвергающихся эрозии территориях. Фактически это является формулой именно пенепленизации — постепенного выравнивания рельефа.

Следует, наконец, отметить, что на диаграмме М. Херрона (рис. 3, б) точки состава зол из мугунских углей сильно сдвинуты относительно невыветрелых терригенных пород в область аномального обогащения алюминием и железом в полном соответствии с различиями зол по степени гипергенной измененности. Это тоже подтверждает наш вывод о сносе терригенного материала в мугунские угли с территорий, на которых горные породы подвергались значительному химическому выветриванию.

Минерально-фазовый состав углей

Фазовый состав углей и зол анализировался методами рентгеновской дифрактомерии и аналитической сканирующей электронной микроскопии. Как известно, в углях углеродное вещество состоит из трех рентгенографических фаз [9]: 1) промежуточной (Пф) с широким гало на дифрактограммах с максимумом при d = 3—3.5 Å — аморфная смесь органических молекул; 2) полинафтеновой (Н_ф) с гало при d = 4—5 Å — плоские молекулы с клатратной структурой, состоящие из конденсированных нафтеновых групп, разделенных метиленовыми мостиками, и парафиновые цепочки; 3) неизвестной пока в самостоятельном виде, но проявляющейся на дифрактограммах полосами при d = 8 и 15—20 Å. Исследования мугунских углей показали, что их образцы по рентгенографическим свойствам можно подразделить на два типа (рис. 4—6).

К первому типу относятся малозольные угли, характеризующиеся на дифрактограммах только гало с максимумом при 4—4.5 Å. Это соответствует преобладанию в соответствующем углеродном веществе полинафтеновой фазы. Состояние (зрелость) этой фазы можно оценить по величине уширения дифрактометрической полосы на половине ее высоты — FWHM. Анализ показал, что эта величина в рассматриваемом типе углей колеблется в пределах от 16 до 8, явно упорядочиваясь по группам образцов. Для образцов из пачки 2 пласта II она статистически составляет 14.1 ± 1.85; для образцов из пачки 1 пласта II — 8.6 ± 0.84; для образцов из пласта I — 11.96 ± 1.68. Таким образом, из приведенных данных следует, что проанализированные образцы не только различаются по степени зрелости Нф (с ростом зрелости гало становится уже), но и различаются именно в соответствии с ростом
степени гипергенного изменения терригенной примеси. Образцы с наиболее измененной примесью в пачке 2 пласта II, венчающей угольный разрез, характеризуются углеродистым веществом с наименьшей степенью зрелости Нф.

Ко второму типу мы отнесли образцы высокозольных углей, в рентгеновских дифрактограммах которых гало проявляется в гораздо меньшей степени (подъем кривой в области 18—30° углов 2Тета), но при этом присутствует множество узких рефлексов, отвечающих в основном каолиниту и кварцу. Эти рефлексы, очевидно, соответствуют важнейшим минералам терригенной примеси в углях.

 Часть минералов в мугунских углях была зарегистрирована в ходе электронно-микроскопических исследований [6]. Это прежде всего относительно крупные частицы каолинита размером (60—200) × (30—90) мкм и несколько более мелкие зерна кварца размером (70—80) × (15—20) мкм. Обнаружены также единичные индивиды циркона, барита, сфалерита размером (15—85) × (5—45) мкм и фрамбоиды пирита диаметром 30—50 мкм, особенно характерные для бурых углей [8]. Фазовая диагностика пирита осуществлена по важнейшим для него рентгеновским отражениям (d, Å, в скобках индексы hkl): 3.12—3.13 (111); 2.70—2.71 (200); 2.42 (210); 2.21 (211); 1.912—1.914 (220); 1.631—1.633 (311); 1.561—1.563 (222). Особый интерес представляют находки в углях микрокристаллов пирита размером до 50 мкм очень редкого для этого минерала октаэдрического габитуса. Ранее аутигенный пирит с такой кристалломорфологией был описан в ископаемых копролитах земноводных раннетриасового и палеогенового возраста как результат кристаллизации в кислых условиях [16]. Кроме упомянутых выше минералов, в мугунских углях был установлен ильменит состава (Fe_0.98(Mg,Co)_0.04)_1.02TiO₃ [27].

Рентгеновское исследование непосредственно угольных зол значительно расширило ассортимент минеральных примесей в мугунских углях. Отмеченные ниже наиболее распространенные в золах минералы охарактеризованы системами соответствующих рентгеновских отражений (d, Å; в скобках индексы hkl).

Ангидрит: 3.85—3.89 (111); 3.48—3.49 (002); 3.14 (200); 2.85—2.86 (210); 2.78—2.79 (121); 2.47—2.48 (022); 2.33—2.34 (202); 2.21 (212); 2.17—2.19 (103); 2.08—2.09 (113); 2.000—2.003 (301); 1.930—1.937 (222); 1.866—1.870 (230); 1.745—1.747 (004); 1.647—1.649 (232); 1.588 (133); 1.562—1.564 (024).

Кварц: 4.23—4.27 (100); 3.33—3.34 (101); 2.45—2.47 (110); 2.27—2.28 (102); 2.23—2.24 (111); 2.12—2.13 (200); 1.975—1.981 (201); 1.814—1.817 (112); 1.800—1.801 (003); 1.669—1.676 (202); 1.658 (103); 1.543 (211).

Плагиоклаз: 6.48 (110); 4.69 (022); 4.04 (202); 3.91 (112); 3.68 (200); 3.62 (130); 3.26 (220); 3.19 (204); 3.13 (220); 3.04 (132); 2.94 (042); 2.84 (132); 2.02 (404); 1.966 (221); 1.928 (040); 1.886 (400); 1.713 (240); 1.691 (420); 1.601 (041).

Слюда: 9.93—10.07 (002); 5.00—5.03 (004); 4.46—4.48 (110); 3.33—3.34 (006); 2.99 (025); 2.85 (115); 2.57 (202); 2.51 (008); 2.00—2.01 (0010);

Гематит: 3.66—3.67 (012); 2.66—2.70 (104); 2.51—2.54 (110); 2.21 (113); 1.836—1.840 (024); 1.591—1.595 (018).

Муллитоподобная фаза (в печных золах): 5.39 (110); 3.77 (200); 3.42 (120); 3.39 (210); 2.89 (001); 2.69 (220); 2.54 (111); 2.43 (130); 2.40 (310); 2.29 (201); 2.21 (121); 2.12 (230).

Отсутствие в золах каолинита, наиболее типичного для терригенной примеси в исследованных углях, объясняется его диссоциацией при нагревании. Очевидно, что обнаруженная в золах муллитоподобная фаза и есть продукт термического превращения исходного каолинита.

Микроэлементы

В составе мугунских углей выявлено 49 микро­элементов с общим содержанием 295—1250 г/т [6], прямо коррелирующимся с содержанием в углях терригенной примеси. В собственно угольной золе такое содержание составляет 5660—6112 г/т (табл. 3). Сравнительная оценка этих данных с кларками в бурых и каменных углях, а также их золах [22] показывает следующее.

В образцах малозольных углей кларки концентрации (КК) микроэлементов составляют в среднем 0.71, что, очевидно, объясняется именно малым содержанием терригенной примеси. В образцах средневысокозольных мугунских углей значения КК уже достигают в среднем 1.21. Золы таких углей характеризуются средним КК = 1.25. Таким образом, устанавливается факт обогащения микроэлементами большинства исследованных образцов мугунских углей и угольных зол относительно соответствующих кларков, что, скорее всего, объясняется гипергенной измененностью терригенной примеси.

По отношению к углеродному веществу микро­элементы в мугунских углях можно подразделить на три функциональные группы [14]: 1) элементы-эссенциалы, накапливающиеся в растительных и животных организмах; 2) физиогенно-активные элементы, промежуточные по отношению к организмам; 3) элементы-антибионты, токсичные для организмов и имеющие источником горные породы. Согласно полученным данным, суммарная концентрация микроэлементов в мугунских углях составляет (793.61 ± 397.61) г/т при коэффициенте вариации 50.1 %. В золах этих углей концентрация тех же элементов почти на порядок выше — (5921.07 ± 231.79) при гораздо более однородном распределении — коэффициент вариации 4 %.

Расчеты показали, что валовое содержание микроэлементов в исследованных образцах прямо коррелирует с зольностью углей (коэффициент 0.83), т. е. микроэлементы в углях в основном обеспечиваются именно золой. Тем не менее отношение групповых концентраций элементов-эссенциалов и антибионтов оказалось заметно выше именно в относительно бедных микроэлементами углях — 1.11 ± 0.4, а не в золах — 0.86 ± 0. 07. То же демонстрируют и отношения содержаний эссенциального Zn к физиогенно-активной Cu: в углях это отношение составляет (2.26 ± 1.74) г/т, а в золах — (0.33 ± 0.01). Таким образом, как минимум часть эссенциальных микроэлементов обеспечивается преимущественно углеродным веществом.

В связи с выявленным фактом гипергенной измененности терригенной примеси в мугунских углях целесообразно рассмотреть пропорцию между групповым содержанием микроэлементов-гидролизатов и суммой щелочных и щелочно-земельных микроэлементов. Расчеты показали, что в углях отношение между этими группами элементов составляет 2.86 ± 1.78, а в золах — 2.14 ± 0.14. Таким образом, устанавливается, что и в углях, и в золах содержание элементов-гидролизатов, обычно накапливающихся именно в продуктах латеритного выветривания, значительно превышает содержание подвижных при гипергенезе щелочных и щелочно-земельных элементов. Это, конечно, согласуется с нормосупергидролизатным составом терригенной примеси в исследованных углях.

Среди выявленных микроэлементов особый интерес представляют лантаноиды, попадающие в угли исключительно с терригенным материалом и являющиеся в силу этого важным геохимическим индикатором. В нашем случае было проведено нормирование содержаний лантаноидов в мугунских углях и их золах на PAAS-эталон (среднее содержание элементов в пост­архейских австралийских сланцах). Полученные результаты (рис. 7) приводят к следующим выводам.

Исследованные образцы углей характеризуются в 5—10 раз меньшей концентрацией лантаноидов, чем типичные терригенные породы, а постугольные золы, напротив, по сравнению с эталонными породами заметно обогащены этими элементами. Кривые нормированных концентраций в углях и золах, кроме двух исключений, имеют субгоризонтальное простирание (La_N/Yb_N = 0.36—0.78). К исключениям из этого правила относятся, во-первых, кривая, полученная для образца углей из пачки 2 пласта II, характеризующегося золой с высокой степенью химического выветривания (ГМ = 7.59), а во-вторых, кривая для образца № 8 из пласта I, отличающегося наименьшей степенью гидролитического изменения (ГМ = 0.86—0.88) терригенной примеси. В первом аномальном случае выявлен тренд последовательного и сильного возрастания нормированных концентраций лантаноидов иттриевой подгруппы (La_N/Yb_N = 0.13), как это уже отмечалось для продуктов химического выветривания [25]. А во втором случае в образце углей с наименьшей степенью гипергенной измененности терригенной примеси, напротив, наблюдается тренд понижения (La_N/Yb_N = 2.98) нормированных концентраций иттриевых лантаноидов. Таким образом, выявляется факт зависимости содержания лантаноидов в мугунских углях от степени гипергенного изменения в них терригенной примеси: PAAS-нормированные концентрации иттриевых лантаноидов в углях повышаются в направлении от углей с наименее гипергенно измененной терригенной примесью (пачка 2 пласта II) к углям с промежуточно измененной примесью (пласт I) и далее скачкообразно возрастают в углях с максимально измененной примесью (пачка 2 пласта II).

На всех кривых нормированных концентраций проявляется европиевый минимум, что характерно именно для горных пород, претерпевших на земной поверхности гипергенные преобразования и по этой причине практически не содержащих полевых шпатов и темноцветных силикатов.

Углеродное вещество

Наиболее общей характеристикой углеродного вещества в углях являются данные термического анализа [4]. На полученных нами довольно однообразных кривых нагревания в диапазоне 20—650 °С зарегистрированы один эндотермический и серия экзотермических эффектов (рис. 8—10, табл. 4). Эндотермический эффект с максимумом при 88—106 °С соответствует этапу «высушивания» препарата, т. е. потери абсорбционной химически слабо связанной воды. Экзотер­мические эффекты, обусловленные выгоранием углеродного вещества, представлены на кривой нагревания пиками и перегибами разной интенсивности в диапазоне 255—610 °С. При этом на всех кривых выделяется основной пик наибольшей интенсивности, располагающийся примерно посредине вышеуказанного диапазона. Положение его максимума варьируется в среднем от 390 °С на термограммах образцов из пачек 1, 2 пласта II до 435 °С в образцах из пласта I. Возможно, причина такого расхождения состоит в том, что угли пласта I характеризуются более высокой степенью гумификации [7]. Это и приводит к увеличению в них содержания углерода и гуминовых кислот и, как следствие, к возрастанию термической устойчивости.

Полученные термические данные могут помочь в определении происхождения и степени углефикации первичного углеродного вещества. В качестве источника такой информации могут выступить скоррелированные температуры начала и максимума выгорания углеродного вещества, отвечающие основному экзотермическому пику на кривых нагревания [13]. На соответствующей диаграмме (рис. 11) практически все точки исследованных образцов попали на ступень II «лестницы Жерара», отвечающей термическим свойствам гумито-сапропелитов, низших керитов и асфальтитов. Очевидно, что это вполне соответствует бурым углям с относительно невысокой степенью углефикации исходного углеродного вещества.

Фазовый состав углеродного вещества в мугунских углях анализировался методом рамановской (комбинационного рассеяния) спектроскопии, весьма эффективной при исследованиях структурного состояния и степени метаморфизации подобного рода объектов [15]. Известно, что в соответствующих спектрах растительного и животного органического вещества выявляется только сильная люминесценция в интервале 640—815 нм при полном отсутствии рамановских линий. Это объясняется первичным органомолекулярным строением ОВ. В спектрах, полученных от углеродизированных осадков и бурых углей, преобладает люминесценция в области 650—810 нм, но уже с проявлением малоинтенсивных уширенных рамановских линий с максимумами при 1350—1380 см^–1 (линия D, обусловленная A_1g-модой колебаний атомов углерода) и 1580—1605см^–1 (линия G, E_2g-мода). Такой спектр свидетельствует об углеродном веществе, уже полимеризованном на ранней стадии метаморфизации. В спектрах каменных углей преобладают рамановские линии — более интенсивная и менее уширенная D-линия с максимумом при 1350—1380 см^–1 и G-линия с максимумом при 1580—1605 см^–1. Антрациты демонстрируют почти исключительно рамановские спектры с двумя интенсивными и узкими линиями D и G с максимумами соответственно при 1300—1350 и 1550—1600 см^–1 при соотношении интенсивностей D > G. Такая спектроскопия свидетельствует о том, что антрациты уже обладают полукристаллическим строением, что иногда приводит к их отождествлению с графитоидами [20]. Наконец, графиты, в отличие от охарактеризованных выше углеродных веществ, обладают кристаллическим строением, что выражается присутствием в рамановских спектрах узкой и интенсивной G-линии с максимумом при 1590—1600 см^–1, сочетающейся с одной-двумя дополнительными линиями второго порядка с максимумами в области 2500—2650 см^–1. Иногда в КР-спектрах графитов появляется малоинтенсивная уширенная линия при 1290—1300 см^–1, свидетельствующая об ультрадисперсной («наноструктурной») примеси разупорядоченного графитоида.

В полученных для мугунских углей спектрах (рис. 12) явно преобладает люминесценция, на фоне которой для части образцов намечаются две сильно уширенные малоинтенсивные рамановские линии с максимумами около 1340—1345 см^–1 (D-линия) и 1535—1540 см^–1 (G-линия). При этом установлено, что для малозольных углей (2.5—5.5 вес. %) характерен исключительно люминесцентный тип спектра, который обычно приписывают наименее углефицированному органическому веществу [26]. А вот средне- и высокозольным (11—45 вес. %) мугунским углям более свойственны смешанные люминесцентно-рамановские спектры с тенденцией увеличения интенсивности КР-линий по мере возрастания зольности углей. В целом полученные нами спектры вполне отвечают именно бурым углям.

Фундаментальной характеристикой органических веществ является изотопный состав углерода и азота [17]. В рассматриваемом случае изотопные данные (табл. 5) определенно свидетельствуют о континентальном древесно-растительном происхождении органического вещества мугунских углей, отличаясь как от соответствующих параметров в континентально-зоогенном первичном веществе (рис. 13), так и в органическом веществе морских осадков [11]. Это совпадает с данными углепетрографии и свидетельствует о гумусовой природе мугунских углей.

Заключение

Впервые получены результаты комплексных спектроскопических, минералого- и изотопно-геохимических исследований углей Мугунского буроугольного месторождения раннесреднеюрского возраста, входящего в состав Иркутского угленосного бассейна. Изученные образцы углей подразделились на малозольные с выходом золы в 2—10 вес. % (встречаемость до 90 %) и высокозольные с выходом золы до 50 вес. %.

Химический состав золы, полученной за счет мугунских углей, весьма специфичен, характеризуясь незначительной сернистостью, но высокой глиноземистостью и железистостью при аномально низкой для терригенных пород кремнеземистостью. Пересчет полученных данных на литохимические модули привел к выводу о сильной и при этом широко варьирующей гипергенной измененности терригенной примеси в исследованных углях, большей частью отвечающей нормосупержелезистым нормосупергидролизатам. Выявлены тенденция возрастания степени выветрелости терригенной примеси в углях в направлении снизу вверх по угленосному разрезу и обратная корреляция объема поступления терригенного материала в область углеобразования со степенью гипергенного изменения горных пород на подвергающихся эрозии пенепленах.

По рентгенографическим свойствам исследованные образцы можно подразделить на два типа. К первому типу относятся малозольные угли, характеризующиеся на дифрактограммах только гало с максимумом при 4—4.5 Å. Это соответствует преобладанию в соответствующем углеродном веществе полинафтеновой фазы, зрелость которой обратно коррелирует со степенью гипергенного изменения терригенной примеси в углях. Ко второму типу отнесены образцы высокозольных углей, в рентгеновских дифрактограммах которых гало проявляется в гораздо меньшей степени, но присутствует множество узких рефлексов, отвечающих в основном каолиниту и кварцу.

В составе мугунских углей выявлено 49 микроэлементов с общим содержанием 295—1250 г/т, прямо коррелирующим с содержанием в углях терригенной примеси. Большинство изученных образцов мугунских углей и угольных зол обогащено относительно угольных кларков микроэлементами, что объясняется гипергенной измененностью терригенной примеси. По отношению к углеродному веществу микроэлементы в мугунских углях можно подразделить на три функциональные группы: 1) элементы-эссенциалы, накапливающиеся в растительных и животных организмах; 2) физиогенно-активные элементы, промежуточные по отношению к организмам; 3) элементы-антибионты, обусловленные терригенной примесью. Расчеты показали, что групповые содержания микроэлементов прямо коррелируют с зольностью углей, т. е. микроэлементы всех функциональных групп в углях в основном обеспечиваются именно золой. Тем не менее обнаружено, что часть эссенциальных элементов связана с углеродным веществом. Выявлена также важная геохимическая информативность лантаноидов в мугунских углях. PAAS-нормированные концентрации иттриевых лантаноидов в углях повышаются в направлении от углей с наименее гипергенно измененной терригенной примесью к углям с промежуточно измененной примесью и далее скачкообразно увеличиваются в углях с максимально измененной примесью.

Результаты изучения термических свойств мугунских углей указали на соответствие последних гумито-сапропелитам, низшим керитам и асфальтитам, что вполне соответствует бурым углям с невысокой степенью углефикации.

В КР-спектрах, полученных для мугунских углей, явно преобладает люминесценция, на фоне которой для части образцов намечаются две сильно уширенные и малоинтенсивные рамановские линии с максимумами около 1340—1345 (D-линия) и 1535—1540 (G-линия) см^–1. При этом установлено, что для малозольных углей характерен исключительно люминесцентный тип спектра, а вот для высокозольных — смешанный люминесцентно-рамановский. При этом интенсивность рамановских линий возрастает с увеличением зольности углей.

Полученные изотопные данные свидетельствуют о континентальном древесно-растительном происхождении первичного органического вещества мугунских углей, что характеризует их как типичные гумусовые угли.

1. Бушнев Д. А., Бурдельная Н. С., Кузьмин Д. В., Валяева О. В., Деревесникова А. А., Белый В. А. Химическая структура углей Воркутинского района и выделенных из них гиперуглей по данным аналитического пиролиза // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2018. № 8. С. 8-12.

2. Галимов Э. М. Природа биологического фракционирования изотопов. М.: Наука, 1981. 247 с.

3. Джумаян Н. Р. Петрология углей Мугунского месторождения // Структура, вещество, история литосферы Тимано-Североуральского сегмента: Материалы 28-й науч. конф. ИГ Коми НЦ УрО РАН. Сыктывкар: Геопринт, 2019. С. 42-46.

4. Джумаян Н. Р., Наставкин А. В. Исследование бурых углей Мугунского месторождения методом дериватографического анализа // Химия твердого топлива. 2018. № 4. С. 11-15.

5. Джумаян Н. Р., Наставкин А. В. Мицеральный и химический составы бурых углей Мугунского месторождения // Химия твердого топлива. 2019. № 4. С. 3-8.

6. Джумаян Н. Р., Шумилова Т. Г., Светов С. А. Элементы-примеси в углях Мугунского месторождения (Иркутский угольный бассейн) // Химия твердого топлива. 2021. № 6. С. 59-66.

7. Иванова В. П., Касатов Б. К., Красавина Т. Н., Розинова Е. П. Термический анализ минералов и горных пород. Л.: Недра, 1974. 399 с.

8. Кизильштейн Л. Я. Генезис серы в углях. Ростов н/Д: Изд-во Ростовского ун-та, 1975. 200 с.

9. Королев Ю. М. Закономерности рентгеновских фазовых преобразований органических веществ в природных условиях и в лабораторно-технологических процессах // ДАН. 2002. Т. 382. № 2. С. 221-224.

10. Ожогина Е. Г., Серов И. В., Кривощеков Н. Н., Ануфриева С. И., Луговская И. Г., Шувалова Ю. Н., Чан­турия Е. Л. Особенности вещественного состава каменных углей Хакассии и продуктов их сжигания // Углерод: минералогия, геохимия и космохимия: Материалы международной конференции. Сыктывкар: Геопринт, 2003. С. 133-135.

11. Орлова А. Ю., Хисамов Р. С., Базаревская В. Г., Полудеткина Е. Н., Фадеева Н. П., Шарданова Т. А. Геохимия органического вещества отложений карбонатного девона Южно-Татарского свода // Георесурсы. 2021. Т. 2. № 2. С. 87-98.

12. Решения III Межведомственного регионального стратиграфического совещания по мезозою и кайнозою Средней Сибири / МСК СССР. Новосибирск, 1981. 91 с.

13. Силаев В. И., Ковалева О. В., Меньшикова Е. А., Петровский В. А. «Лестница сгорания» Шарля Жерара или шкала термической устойчивости углеродистых веществ в приложении к геологии // Органическая минералогия: Материалы III Российского совещания по органической минералогии. Сыктывкар: Геопринт, 2009. С. 42-47.

14. Силаев В. И., Кокин А. В., Павлович Н. В., Шанина С. Н., Киселева Д. В., Васильев Е. А., Мартиросян О. В., Смолева И. В., Филиппов В. Н., Хазов А. Ф., Шуйский А. С., Щемелинина Т. Н., Игнатьев Г. В., Слюсарь А. В. Первые результаты комплексных исследований современных микроорганизмов физико-химическими и минералого-геохимическими методами // Вестник геонаук. 2021. № 9. С. 3-33.

15. Силаев В. И., Лютоев В. П., Петровский В. А., Хазов А. Ф. Опыт исследований природных углеродистых веществ и некоторых их синтетических аналогов методом рамановской спектроскопии // Минералогический журнал. 2013. Т. 35. № 3. С. 33-47.

16. Силаев В. И., Юшкин Н. П., Киселева Д. В., Лютоев В. П., Симакова Ю. С., Филиппов В. Н. Ископаемые копролиты мезокайнозойских животных как источник минералого-геохимической, палеонтологической и палеоэкологической информации // Литосфера. 2019. Т. 19. № 3. С. 393-415.

17. Силаев В. И., Смолева И. В., Антошкина А. И., Чайковский И. И. Опыт сопряженного анализа изотопного состава углерода и азота в углеродистых веществах разного происхождения // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении: Научные чтения памяти П. Н. Чир­винского. Пермь: Изд-во Пермского ун-та, 2012. Вып. 15. С. 342-366.

18. Тимофеев П. П. Юрская угленосная формация Южной Сибири и условия ее образования. М.: Наука, 1970. 207 с.

19. Угольная база России. Том III. Угольные бассейны и месторождения Восточной Сибири (южная часть) / Под ред. В. Ф. Череповского. М.: Геоинформцентр, 2002. 488 с.

20. Хотылев А. О., Козлова Е. В., Белохин В. С., Майорова А. А., Исакова Т. Г., Пронина Н. В., Калмыков Г. А., Хотылева О. В. Битумы как причина возникновения зон низкого электрического сопротивления в породах фундамента Западно-Сибирской плиты // Вестник МГУ. 2021. Сер. 4. Геология. № 3. С. 35-49.

21. Штах Э., Маковски М. П., Тейхмюллер М., Чандра Д., Тейхмюллер Р., Глушнев С. В. Петрология углей. М.: Мир, 1978. 554 с.

22. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. В лабиринтах геохимии // Вестник Института геологии Коми НЦ УрО РАН. 2012. № 1. С. 26-31.

23. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Кларки лантаноидов в углях // Вестник ИГ Коми НЦ УрО РАН. 2005. № 10. С. 13-16.

24. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. Основы литохимии. СПб.: Наука, 2000. 479 с.

25. Юдович Я. Э., Козырева И. В., Кетрис М. П., Швецова И. В. Геохимия РЗЭ в зоне межформационного контакта на хр. Малдынырд (Приполярный Урал) // Геохимия. 2001. № 1. С. 115-127.

26. Bridwell Ju. E., Jubb A. M., Hackley P. C., Hatcherian J. J. Compositional evolution of organic matter in Boguillas shale across a thermal gradient at the single particle level // Intern. J. of Coal Geology, 2021. V. 248.

27. Dzhumayan N. R., Nastavkin A. V. Scanning Electron Microscopy of Pyrite from Brown Coal (Mugum Coal Deposit, Irkutsk Basin) // Minerals: Structure, Properties, Methods of Investigation. Ekaterinburg: Springer, 2020. P. 29-34.

28. Herron, M. M. Geochemical Classification of Terrigenous Sands and Shales from Core or Log Data // Journal of Sedimentary Petrology. 1988. Vol. 58. P. 820-829.

29. Schwartz-Naebonne R., Longstaffe F. J., Kardunal K. J., Druckenmiller P., Hobson K. A., Jass C. N., Metcalfe J. Z., Zazula G. Reframing mammoth Steppe: Insights from analysis of isotopic niches // Quaternary Science Reviews, 2019. V. 215. P. 1-21.

30. Takanohashi T., Yanagida T., Iito M., Mainwaring D. E. Extraction and swelling of low-rank coals with Various solvents at room temperature // Energy and Fuels, 1996. V. 10. P. 1128-1132.