Важным вопросом, который необходимо рассмотреть в связи с закономерностями распределения серы в угольных пластах, является связь сернистости с литологическим и фациальным составом пород угленосной толщи и, главным образом, с породами кровли пластов.
А.3. Юровский на примере нескольких пластов Донецко-Макеевского геолого-промышленного района Донбасса показал, что высокое содержание серы, как правило, совпадает с наличием в кровле пласта известняка или песчаника. Глинистому составу кровли (аргиллиты, алевролиты) соответствует различная, но обычно низкая сернистость. А. 3. Юровский полагает, что роль кровли могла состоять в регулировании кислотности торфяника (воды, просачивающиеся через известняк, всегда имели щелочную реакцию, способствующую процессу восстановления сульфатов). Различная проницаемость пород кровли регулирует доступ железосодержащих пресных вод в торфяной пласт.
Таким образом, в интерпретации связи сера – породы кровли А.З. Юровский следует гипотезе накопления некоторой части серы (сульфидной) после погребения пласта. В то же время он указывает, что тип кровли угольных пластов является далеко не единственным фактором, определяющим сернистость углей.
Характеристика сернистости некоторых угольных пластов в зависимости от литологического состава перекрывающих поро по литературным данным, фондовым материалам и материалам автора приведены в табл. 10.
Анализ данных таблицы позволяет сделать ряд важных выводов.
Среднее содержание серы в пластах, перекрытых аргиллитами и алевролитами, различается незначительно, т.е. эти типы кровли представляли в целом равные возможности для накопления серы в углях. Среднее содержание серы в пластах с песчанистой и известняковой кровлей значительно выше.
Максимальные концентрации серы в пластах с разными типами кровли - аргиллитами, алевролитами, песчаниками, известняками – представляют собой следующий ряд: 4,7 – 5,0 – 5,9 – 4,5. Таким образом, наибольшую сернистость обнаруживают пласты, зале-гающие под песчаной кровлей.
В пластах, имеющих на разных участках разную кровлю, максимум сернистости может быть связан с любым из литологических типов перекрывающих пород. В этом легко убедиться, если сравнить данные по пластам h3, i13, k2, k6, l1. В пластах, имеющих все типы кровли (пласты i13, k2в, l6, m9), максимальные содержания серы отмечены на площадях с алевролитами и песчаниками.
Произвольное расположение максимумов сернистости проявляется и при сопоставлении литологии кровли не со средними содержаниями серы в пласте, а с сернистостью только его верхних частей (пачек), где влияние кровли, казалось бы, должно быть особенно заметным. В качестве примера показательны данные таблицы 1, где приведены содержания серы в верхней пачке пласта k2н (Каменско-Гундоровский геолого-промышленный район) в зависимости от состава кровли. Наибольшее содержание серы в данном случае под аргиллитами явно не соответствует гипотезе проникновения сульфат-содержащих растворов из кровли в угольный пласт.
Таблица 1
| Литологический тип кровли | Количество точек опробования | Содержание серы в верхней пачке, % |
| Аргиллиты | 30 | 3,4 |
| Алевролиты | 19 | 2,9 |
| Песчаники | 6 | 2,5 |
В свете приведенных фактов становится очевидным отсутствие однозначной связи между содержанием серы в углях и литологическим составом перекрывающих пород. Значительно более определена связь сернистости фациальным типом перекрывающих пласт пород.
Только известняки в каменноугольных отложениях Донбасса всегда являются морскими образованиями и поэтому их присутствие в перекрывающих угольные пласты осадках служит неоспоримым доказательством прибрежно-морского торфонакопления. Это объясняет постоянную ассоциацию высокосернистых углей с известковой кровлей пластов. Все остальные литологические типы пород кровли распределены по широкому спектру фациальных обстановок от морских до континентальных. Вследствие этого сернистость пластов, залегающих под аргиллитами, алевролитами и песчаниками, варьирует в широких пределах, достигая максимальных значений в тех случаях, когда соответствующие литологические типы пород представляют собой морские или прибрежно-морские отложения. С этой точки зрения повсеместно высокая и малозависящая от состава кровли сернистость некоторых пластов (k2в, l6, m9) легко объясняется близкой фациальной принадлежностью различных типов перекрывающих их осадков, а максимумы, связанные с песчаными породами, по-видимому, определяются тем, что последние отлагались на участках понижений рельефа торфяных массивов, которые обычно наилучшим образом снабжались сульфатами на торфяной стадии формирования угольного пласта.
Приведённые выше данные убеждают в том, что анализ связи сернистости угольных пластов с вмещающими, главным образом перекрывающими породами, должен осно-вываться не на литологических, а на фациальных характеристиках последних.
Гипотеза о наличии связи между высокой сернистостью углей и наличием морских отложений в их кровле была, по-видимому, впервые высказана Д.Уайтом и Р. Тиссеном и позднее подтверждена многими исследователям.
В отечественной литературе наиболее обстоятельное изучение связи сернистости углей с вмещающими породами выполнены в Донецком бассейне.
Впервые Е.О. Погребицкий указал на закономерную связь сернистости углей с фациальной обстановкой угленакопления. В дальнейшем этот вопрос был исследован А.З. Широковым, который установил связь содержания серы в углях с фациальным составом перекрывающих пород.
Высокая сернистость в сочетании с наличием в кровле морских отложений характерна для угольных пластов Подмосковного, Кизеловского и некоторых других угольных бассейнов страны. Таким, образом, факт связи сернистости пластов с фациальным составом кровли представляется в достаточной степени бесспорным. Значительно менее ясен вопрос о генетической основе этой связи.
Большинство исследователей вовсе не касаются этой стороны проблемы, ограничиваясь лишь констатацией факта. Однако некоторые приходят к ыводу о влиянии процессов формирования кровли на сернистость, указывая на проникновение (инфильтрацию) серосодержащих растворов из перекрывающих пород в погребённый торфяник.
Неприемлемость последней точки зрения вытекает из всей приведенной выше аргументации в пользу формирования сернистости в торфяную стадию угольных пластов.
Иными словами, к моменту перекрытия пласта породами кровли его сернистость фактически уже была сформирована и дальнейшие преобразования касались более минералогической формы серосодержащих соединений, чем изменения их количества.
Наличие в кровле пласта морских отложений следует рассматривать как указание на то, что торфонакопление происходило в прибрежно-морской зоне и торфяник в период формирования находился под более или менее значительным влиянием морских вод. Следовательно, связь морских осадков в кровле пласта и его высокой сернистости является отражением общих особенностей палеографической обстановки торфо- и осадконакопления.