Палеогеотермические градиенты (ПГГ) иногда соответствуют или близки современным, но нередко значительно превышали их, особенно в областях тектоно-магматической активизации. ПГГ оценивают, исходя из аналогий с современными условиями с учетом геологических позиций палеопрогибов или расчетным путем, принимая во внимание мощность всех перекрывающих (в том числе смытых) пород и предполагаемые температуры образования углей разной степени метаморфизма.
Наиболее низкими ПГГ характеризуются бассейны древних пассивных платформ, не связанные территориально и генетически со складчатыми образованиями, где их значения вряд ли превышали 1,50С/100м и, вероятно, были близки 1,00С/100м, как в Подмосковном и других схожих бассейнах (Припятском, Камском, Днепровском).
Двукратное увеличение значений ПГГ отмечается в прискладчатых бассейнах тех же древних пассивных платформ (Львовско-Волынском – 3,30С/100м), соизмеримых со значениями градиентов бассейнов внескладчатых и прискладчатых типов молодых платформ (Тургайский, Челябинский и др. – 3,40С/100м).
Высокие ПГГ характерны для бассейнов эпиплатформенного орогенеза (Узгенский и др. – до 4,50С/100м).
Максимальных значений ПГГ достигают в бассейнах древних активизированных платформ даже внескладчатого типа (Тунгусский бассейн: 4-60С/100м для бурых углей, 6-80С – Ж, 9-100С – ПА и А. Ныне: 0,7-2,90С/100м, средние ГГ – 1,2-1,30С/100м).
В бассейнах собственно геосинклинальных и эпигеосинклинальных орогенных ПГГ вполне сопоставимы с градиентами платформенных бассейнов, изменяясь в пределах от 1,5-1,8 (Сахалин) до 4,40С/100м (Западно-Камчатская угленосная площадь). Меньшими ПГГ отличаются бассейны геоантиклинальных поднятий и срединных массивов, а большими – краевых и геосинклинальных прогибов.
Этот вид метаморфизма Ю.Р. Мазор (1985) предлагает называть геотермическим, так как этот термин отражает источник тепла, вызывающий его проявление, и подчеркивает главенствующую роль температуры здесь.
По значениям ПГГ Мазор (1985) делит угольные бассейны и месторождения на три типа:
1. с низкими значениями – от 1,0 до 1,50С/100м,
2. со средними – от 1,5 до 4,50С/100м,
3. с высокими – от 4,5 до 100С/100м и более.
К первому типу относятся:
Q внескладчатые бассейны древних пассивных платформ;
ко второму:
Q прискладчатые бассейны древних пассивных платформ,
Q вне- и прискладчатые бассейны молодых платформ,
Q области эпиплатформенного орогенеза,
Q все геосинклинальные бассейны;
к третьему:
Q древние активизированные платформы.
В крупных палеозойских каменноугольных бассейнах с мощной угленосной толщей, эталонным или близким к нему проявлением регионального метаморфизма четко фиксируются закономерные изменения всех основных свойств углей с глубиной погружения (Донецкий бассейн, Кузнецкий, Печорский и др.). Зональность метаморфизма на площади в бассейнах подобного типа хорошо согласуется со структурой палеопрогиба, коррелируется с изменением мощности угленосной толщи.
Все недоумение перед высокой степенью изменения углей при относительно малой глубине их погружения обычно бывает вызвано либо отсутствием сейчас части перекрывающих отложений, либо неправильной оценкой ПГГ рассматриваемого времени. Сами по себе глубины погружения – не всегда свидетельство значительных изменений углей, которые определяются прежде всего температурой.
* * *
Все остальные виды метаморфизма имеют локальное распространение и наложены на первоначальный фон любых вариантов регионального метаморфизма.
Контактовый метаморфизм.
Наиболее нагляден, давно известен и хорошо изучен контактовый метаморфизм, отражающий изменения состава и свойств углей под воздействием тепла внедрившихся в угленосную толщу интрузий. Мазор (1985) предлагает другое название этому виду метаморфизма, а именно магматермический, так как термин четко указывает на источник тепла, которому он обязан своим проявлением.
Контактовый метаморфизм проявляется локально в узких зонах контакта угольного пласта и интрузии. Его кратковременное мощное тепловое воздействие в узкой зоне вблизи контакта определяется исключительно температурой внедрившейся магмы, не считая давления расплава и его газовой среды, плюс он оказывает влияние на уже сформировавшуюся угленосную толщу и угольные пласты.
Размер контактовых зон зависит, главным образом, от мощности внедрившихся тел и их ориентации относительно залегания угольных пластов. Величина зон контактовых изменений в углях оценивается, по данным разных исследователей, в пределах от 50% мощности интрузивного тела и, соответственно, может достигать десятков и сотен метров, редко 1,0-1,5 км.
Наиболее сильное воздействие на угли оказывают внедрившиеся в подошву крупные силы основного состава. Воздействуя на уже измененные до какой-то стадии зрелости угли, контактовый метаморфизм сопровождается рядом последовательных превращений, интенсивность которых зависит от температуры и состава магмы, исходной стадии углефикации. Исходной стадией чаще всего бывают бурые и ранние каменные угли. Ближе к контакту наблюдаются зоны ококсования и/или ографичивания. Природный кокс – матовый, прочный, с характерной столбчатой отдельностью. У самого контакта уголь обычно обожжен, видны многочисленные трещины, заполненные пеком (выделениями смол при нагреве). В ряду контактового метаморфизма фиксируются:
- повышения показателя преломления углей,
- уменьшение выхода летучих веществ, кислорода,
- потеря спекающей способности,
- увеличение зольности за счет развития метасоматических процессов.
Термальный метаморфизм.
При рассмотрении термальногометаморфизма или термометаморфизма как вида изменения углей необходимо учитывать следующие два обстоятельства.
Первое из них заключается в том, что любое воздействие мелких и крупных интрузий при непосредственном их контакте с угольным пластом или контакте через вмещающие породы следует считать проявлением магматермического метаморфизма (контактового), что вытекает из его генетической сути – воздействия тепла магмы на угленосные породы и угли. Размеры же интрузивного тела, как и характер контакта, определяют, прежде всего, количественную сторону этого процесса – величину зоны контактового ореола. Очень важно, что действия интрузий в пространстве ограничены и являются локальными.
Второе обстоятельство связано с общим повышением теплового потока, геотермического градиента вследствие тепловой активизации региона. Эта активизация определяется не теплом отдельных интрузий, а теплом магмы, поднятой в верхние горизонты осадочного чехла, то есть в промежуточные очаги на пути движения магмы от мантийных глубин к поверхности. Промежуточные магматические очаги оказывают весьма значительное влияние на общую прогретость региона и его геотермический режим и градиент. Эффект этого действия можно оценивать как проявление геотермического метаморфизма (регионального). Это тем более верно, так как не существует температурных ограничений проявлений последнего, которые определяются лишь конкретной принадлежностью каждого угольного бассейна или месторождения к древней или молодой платформе, геосинклинальной области.
Таким образом, одни из проявлений, приписываемые термальному метаморфизму, возможно трактовать как явления контактового (магматермического) метаморфизма с выделением двух подвидов:
1. контактовый: непосредственный контакт интрузии с угольными пластами,
2. внеконтактовый: контакт интрузии через вмещающие породы.
Другие явления, такие как:
- повышение геотермической напряженности бассейна вследствие приближения фронта магмы к поверхности или приближение угленосной толщи к нему в процессе прогибания,
- закономерные изменения углей на площади и в разрезе,
можно считать действием регионального (геотермического) метаморфизма.
Динамометаморфизм.
Динамометаморфизм (тектотермический по Мазору, 1985) (дислокационный, фрикциометаморфизм) связан с воздействием на уголь тепла, возникающего в процессе складчатости, с образованием разрывных нарушений. Хотя неоднократные проверки в разных бассейнах не подтверждают этого эффекта, когда, например, пробы из одного пласта в направлении от мест наибольшей дислокации к местам спокойного залегания незначительно отличались и отвечали метаморфизму в пределах одной марки углей. В тех случаях, когда усиление тектонической напряженности сопровождается параллельным региональным увеличением степени изменения углей (например, в бассейнах краевых прогибов), всегда можно наблюдать одновременное увеличение мощности и самих угленосных толщ и перекрывающих отложений.
Но тем не менее, реально ощутимое влияние динамометаморфизма и стрессовых тектонических нагрузок нередко наблюдается и изучено в областях развития метаморфических комплексов архея и протерозоя. Поэтому отсутствие признаков динамического метаморфизма в угольных бассейнах может говорить о слишком малой интенсивности тектонических напряжений.
Гидротермический метаморфизм.
Это когда метаморфизму углей способствуют гидротермальные растворы. Сфера воздействия гидротермальных растворов ограничивается зоной контактов их с угольными пластами и вмещающими породами.