Паудер-Ривер бассейні: геологиялық құрылым және көмір кен орындары

Кіріспе

АҚШ-тың батысындағы геологиялық құрылымдық алап.

Паудер Ривер бассейні – Монтана штатының оңтүстік-шығысы мен Вайоминг штатының солтүстік-шығысында орналасқан геологиялық құрылымдық алап. Оның ені шығыстан батысқа қарай 193 км (120 миль), ал ұзындығы солтүстіктен оңтүстікке қарай 322 км (200 миль) шамасында. Бұл аймақ кең көлемдегі көмір қорымен белгілі. Бұрын Оглала Лакота тайпасының аң ауру жері болған бұл өңірде халық тым сирек қоныстанған, және оның төрткөз далалары мен жартылай шөлейтті климатымен ерекшеленеді. Бассейн – топографиялық су жинау алабы және геологиялық құрылымдық алап болып табылады. Оны Паудер Ривер, Шайенн Ривер, Танг Ривер, Бихорн Ривер, Литл Миссури Ривер, Платт Ривер және олардың салалары кесіп өтеді. Аймақтағы ірі қалалар – Вайоминг штатындағы Гиллетт және Шеридан, ал Монтана штатындағы Майлс-Сити. 2007 жылы бұл аймақ 396 миллион тонна (436 миллион қысқа тонна) көмір өндірді, бұл көрсеткіш екінші орындағы Батыс Вирджиния штатының өндірісінен екі есе көп, сондай-ақ Аппалачи аймағының барлық өндірісінен де жоғары. Паудер Ривер бассейні – АҚШ-тағы ең ірі көмір өндіруші аймақ. Бұл аймаққа АҚШ-тағы ең өнімді Black Thunder көмір кеніші және екінші ең өнімді Солтүстік Антилопа Рошель кеніші кіреді. Соңғы жылдары аймақ табиғи газдың, атап айтқанда, кәдімгі табиғи газ бен көмір қабаттарындағы метанның ірі өндірушісіне айналды.

Геологиялық тарихы

Паудер-Ривер бассейнінде кембрийден голоценге дейінгі, қалыңдығы 5182 метрге жететін фанерозойлық тау жыныстарының қабаты кездеседі.

Қырыққабат

Powder River бассейнінің ең қалың бөлігі Креда кезеңінің жыныстарынан құралған, негізінен теңіздік шиферлер мен құмтастардан тұратын, Батыс Ішкі Теңіз жолында шөгіндірген жалпы регрессиялық тізбек.

Үшінші деңгейлі

Бұл аймақтағы көмір қабаттары шамамен 60 миллион жыл бұрын, жердің қалың теңізден көтеріле бастауымен қалыптасты. Бассейннің шығысындағы Блэк Хиллз және оңтүстік-шығысындағы Хартвилл көтерілістері Powder River бассейніне қазіргі пішінін берді. Көмір қабаттары қалыптасқан кезде, аймақтағы климат субтропиктік болды, орташа жылдық жауын-шашын мөлшері шамамен 400 миллиметрді құрады. 25 миллион жыл бойы бассейннің түбі көлдер мен батпақтармен жабылған. Батпақтардың кең аумағы болғандықтан, органикалық заттар теңізге ағып кетпей, торфты батпақтарда жиналды. Торф қабаттары мерзімік түрде жақын жердегі таулардан келген шөгінділермен жабылатын. Соңында климат құрғақтап, суытыла бастады. Бассейн шөгінділермен толып, торфты мыңдаған фут тереңдікке көміп, оның қабаттарын қысып көмірге айналдырды. Соңғы бірнеше миллион жыл ішінде үстіндегі шөгінділердің көп бөлігі эрозияға ұшырап, көмір қабаттары жер бетіне жақын қалды.

Көмір

Powder River Basin (PRB) көмірі "суббитуминоздық" деп жіктеледі және құрамында орташа шамамен 8,500 BTU/фунт, аз күкірт мөлшері бар. Бұл, шығыс Аппалачи битуминоздық көмірінен өзгеше, оның құрамында орташа 12,500 BTU/фунт және жоғары күкірт мөлшері болады. PRB көмірі электр станцияларынан шығатын ауаның ластануы (негізінен күкірт диоксиді немесе "SO2") алаңдатушылық тудырғанға дейін құндылығы болмады. Аппалачи көмірін жағуға арналған электр станциясын SO2 шығарылымдарын азайту үшін модификациялау қажет, бұл 1999 жылы SO2 тоннасына шамамен 322 долларға бағаланды. Егер станция PRB көміріне ауысса, бұл шығын SO2 тоннасына 113 долларға дейін төмендейді. SO2 шығарылымдарын азайту скрубберлерді орнату арқылы жүзеге асырылады. Powder River Basin АҚШ-тағы ең ірі көмір өндіру аймағы болып табылады, бірақ көмірдің көп бөлігі экономикалық тұрғыдан қолжетімді болу үшін тым тереңге көмілген. Powder River Basin көмір қабаттары созылған икемді ыдыс сияқты, және кендер Powder River Basin-де шығыстан батысқа қарай кеңейгенде, олар "ыдыстың қабырғаларымен төмен қарай" жылжиды. Бұл, жер қабатының (көмірдің үстіндегі тау жыныстары) және қазу көрсеткішінің (көмірдің бір тоннасын өндіру үшін жылжыту қажет тау жыныстарының арақатынасы) артатынын білдіреді. АҚШ Геологиялық қызметі (USGS) елдегі негізгі көмір өндіруші аймандардағы көмірдің экономикалық қолжетімділігі туралы бірнеше зерттеулер жүргізді. Зерттеулер көрсеткендей, көмірдің тек шағын бөлігі ғана сол кездегі 10,47 доллар/тонна бағасымен экономикалық тұрғыдан қолжетімді болар еді. 2008 жылдың тамызында USGS Powder River Basin-дегі көмірдің жаңартылған бағасын жариялады. Қазу көрсеткіштерін және өндіріс шығындарын ескергеннен кейін, USGS сол уақытта бастапқы ресурстың тек 6%-ы, яғни 10,1 миллиард тонна көмір экономикалық тұрғыдан өндірілуі мүмкін деген қорытындыға келді. Алайда, 60 доллар/тонна бағасымен, көмірдің шамамен жартысы (48%) өндіру үшін экономикалық болар еді. Көмірге төленетін бағаны арттыру экономикалық тұрғыдан өндірілуі мүмкін көмірдің мөлшерін арттыра алады, бірақ көмір бағасын арттыру оның өндіріс құнын да арттырады. Көмір қатты зат болғандықтан, оны мұнай мен газ сияқты көптеген шашыраңқы ұңғымалардан өндіруге болмайды. Керісінше, көмірді кендерден өндіру керек, олар үлкен көлемдегі жер қабатын жылжыту арқылы баяу кеңейеді.

Powder River Basin (PRB) coal is classified as "sub bituminous" and contains an average of approximately 8,500 btu/lb, with low sulfur. Contrast this with eastern, Appalachian bituminous coal containing an average of 12,500 btu/lb and high sulfur. PRB coal was essentially worthless until air pollution emissions from power plants (primarily sulfur dioxide, or "SO2") became a concern. A coal fired plant designed to burn Appalachian coal must be modified to remove SO2 at a cost estimated in 1999 to be around $322 per ton of SO2. If it switched to burning PRB coal, the cost dropped to $113 per ton of SO2 removed. Removal is accomplished by installing scrubbers. The Powder River Basin is the largest coal mining region in the US, but most of the coal is buried too deeply to be economically accessible. The Powder River Basin coal beds are shaped like elongated bowls and as mines expand from east to west in the Powder River Basin, they will be going "down the sides of the bowl". This means that the overburden (rock lying over the coal) will increase as will the stripping ratio (the ratio of rock that needs to be moved to produce a ton of coal). The United States Geological Survey (USGS) has conducted a series of studies on the economic accessibility of coal in the major coal producing regions of the country. The studies typically found that only a small fraction of the coal would be economically accessible at the price then of $10.47/ton. In August 2008, the USGS issued an updated assessment of coal in the Powder River Basin. After considering stripping ratios and production costs, the USGS concluded that at that time, only 6% of the original resource, or 10.1 billion short tons of coal, was economically recoverable. At a price of $60/ton, however, roughly half (48%) of the coal would become economic to produce. Increasing the price paid for coal can increase the amount of economically recoverable coal, but increasing the price of coal also increases its production cost. Because coal is a solid, it cannot be produced from many scattered wells like oil and gas can be. Rather, coal has to be produced from mines that expand slowly by moving massive quantities of overburden.

Көмір өндіру

Powder River бассейнінде он бес кен орны жұмыс істейді, олардың көпшілігі Cheyenne өзенінің арналарында орналасқан. АҚШ жылына шамамен 600 миллион тонна көмір пайдаланады, оның шамамен 40% Powder River бассейнінен келеді. Соңғы 20 жылда Powder River бассейнінен алынатын көмірдің көлемі артып келеді, сондай-ақ қосымша қазба жұмыстарын бастау үшін жабдықтарға үлкен инвестициялар жасалуда. Powder River бассейнінде қазылатын көмірдің көп бөлігі Форт-Юнион формациясының (палеоцен) құрамына кіреді, бұл аймақтағы көмірдің күкірт және күлдің төмен мөлшеріне байланысты оны өте қажет етеді. Көмір АҚШ-тың электр энергиясының шамамен бес бөлігін қамтамасыз етеді. Powder River бассейнінің кен орындары осы станцияларды (негізінен Роки тауларының шығысында) электр энергиясын өндіруге қажетті көмірдің шамамен 40% -ын жеткізеді. Кен орындары 1:1 (яғни, бір тонна тасқа бір тонна көмір) және 3:1 аралығындағы тазалау коэффициенттері бар жерлерде жұмыс істейді. Кен орындары кеңейген сайын тазалау коэффициенті де артады. Көбірек тас жылжытылуы керек болғандықтан (электрмен жұмыс істейтін үлкен арқанды экскаваторлар және дизельдік және электрлік жүк көліктерін пайдалану арқылы) өндіріс құны да артады. Кен орындары көбінесе кәсіподақтарсыз жұмыс істейді және еңбек қызметін басу тарихына ие. Тарихшы Райан Дрискелл Тейттің сөзіне сәйкес, шалғай аймақтардағы ашық кен өндіру Апалачияда иық тігіп, жер астында жұмыс істейтін көміршілерге тән "кәсіби байланыстың" деңгейін төмендетті.

Мұнай және газ

Powder River бассейнінде мұнайдың ірі кен орындары бар, оның ішінде алып Salt Creek мұнай кені де бар. Мұнай мен газ Пенсильваниядан Терциарға дейінгі тау жыныстарынан өндіріледі, бірақ көбінесе қалың кредалық тау жыныстарындағы құмтастардан алынады. Көлденең бұрғылау және гидравликалық жарудың нәтижесінде мұнай мен газ өндірісі жақында қайта жанданды. Бұл жандану негізінен бассейннің Вайоминг бөлігінде жүзеге асуда, ол тарихи тұрғыдан бассейннің мұнайының бастауы ретінде белгілі. 2009 жылы бассейнде күніне 38 000 баррель мұнай өндірілді. 2014 жылдың бірінші тоқсанында бұл көрсеткіш күніне 78 000 баррельге дейін күрт өсті. Bell Creek кені – Muddy Sandstone құмтасындағы төменгі кредалық стратиграфиялық тұзақ. 1967 жылы Exeter Drilling Co. No. 33 1 Federal McCarrell ұңғымасымен табылды, ол 4500 фут тереңдікте 27 фут пайдалы қабатты тапты.

Көмір кен орнындағы метан

Соңғы кезде аймақтағы көмір қабаттық метаның кең көлемде өндірілуіне байланысты даулар туып отыр. Соңғы он жылда осындай 7 мыңға жуық ұңғыма бұрғыланды. Осы ұңғымаларды байланыстыратын газ құбырларының кең желісі, сондай-ақ жүйе жұмыс істеуі үшін электр қуатын қамтамасыз ететін электр желілері мен қысымды арттыру станциялары салынды. Бұған қоса, мыңдаған шақырымдық жаңа жолдар салынды. Газды өндіру үшін көмір қабатында тұтқындалған газды босату үшін су жер бетіне сорылып шығарылуы керек. Судың бір бөлігі мал суару және егінге су беру сияқты ауыл шаруашылығы өндірісінде сәтті пайдаланылса, ал кейбір сулардың тұздылығы және натрий сіңіру коэффициенті табиғи түрде жоғары. Осы тұзды суларды қалай басқару мәселесі бойынша пікірлер қалыптасып отыр. 2007 жылы Powder River бассейніндегі көмір кен орны 442 миллиард куб фунт газ өндірді, бұл кен орнын АҚШ-тағы табиғи газдың үшінші ірі көзіне айналдырды.

Уран

Сонымен қатар, аймақта құмтастарда орналасқан уранның ірі кен орындары кездеседі. (Уайомингтегі уран өндіруге қараңыз). Васатч формациясы (эоцендік кезең) "Pumpkin Buttes" ауданында кездесетін "roll front" типті уран кенінің кен орындарын қамтиды. Cameco Corporation еншілес компаниясы Power Resources Inc. бұл бассейнде уран кенін өндірумен айналысады.

Көлік

2005 жылдың көктемінде шахталардан шығарылған көмірдің тоннасы шамамен 5 долларға сатылатын. Дегенмен, АҚШ-тың шығысындағы электр станциялары мен өндіріс орындары бір тоннаға 30 доллардан астам төлеп отырды – бұл айырма көліктік шығындармен байланысты болды. (2008 жылдың қазан айында Powder River Basin көмірінің шахта бағасы тоннасына шамамен 15 долларға жуық болды.) Бассейннен көмірді тасымалдау үшін Powder River Basin-нің оңтүстік бөлігі бойымен BNSF Railway және Union Pacific Railroad компанияларына бірлесіп тиесілі темір жол желісі бар. Үшінші темір жол – Dakota, Minnesota and Eastern Railroad көмір өндіру аймағына темір жол желісін кеңейту әрекеттеріне көптеген тараптардан күшті қарсылық көріп, бірақ жоспар реттеуші органдармен мақұлданғаннан кейін, темір жол Canadian Pacific Railway компаниясы сатып алғаннан кейін жоба тоқтатылды. 2013 жылы Тынық мұхитының солтүстік-батысында Powder River Basin көмірін Азия нарықтарына экспорттау үшін бес көмір экспорттау терминалы ұсынылды. 2016 жылдың ақпан айына қарай, кейбір көмір терминалының ұсыныстары кері тартылып, екі өтінім қарау үстінде қалды. Бұл шешімге сұраныстың төмендеуі және оның салдарынан көмір бағасының түсуі себеп болды.

Тарих

Бастапқыда 1972 жылдан 1979 жылға дейін кезең-кезеңмен салынған, бір рельстік Burlington Northern темір жолы, солтүстіктегі Donkey Creek тоғысынан Вайоминг штатындағы Caballo қаласына дейін 13 мильге (21 км) созылды, содан кейін Converse округіндегі Shawnee қаласына дейін 103 мильге (166 км) дейін жалғасты. Chicago and North Western темір жолы солтүстік бөлігіне жақын орналасқан, ал Union Pacific Caballo қаласында да жақын болды. 1982 жылы C&NW және UP бірлесіп Western Railroad Properties, Inc. (WRPI) құрды, ол Shawnee Junction мен Coal Creek Junction арасындағы Burlington Northern көмір желісінің жартысын сатып алды. 1986 жылдың 15 желтоқсанында WPRI, Coal Creek Junction мен East Caballo Junction арасындағы BN желісінің 11 милін (18 км) сатып алды. 1983 жылдың 27 маусымынан бастап WPRI, Shawnee Junction-нан 6 миль (10 км) жаңа темір жол салды. Shawnee-ден Crandall-ға дейінгі C&NW желісінің 45 милі (72 км) қайта жаңартылып, Crandall-дан Небраска штатындағы Joyce қаласына дейін 56 миль (90 км) жаңа темір жол салынды. Алғашқы коммерциялық пойыз 1984 жылдың 16 тамызында жүріп өтті. 1985 жылға қарай желінің көп бөлігі бір рельстік болды және 19 миллион тонна көмір тасымалдады. 1990 жылы "Таза ауа туралы" заңның екінші кезеңі күшке енгеннен кейін таза көмірге деген сұраныс күрт өсті. C&NW екі рельстік желіге сыйымдылықты арттыруға тырысты, бірақ 1994 жылы желіде көптеген ақаулар туды, нәтижесінде 1995 жылы Union Pacific C&NW-ді сатып алды. UP келесі бес жылда PRB-дан көмір тасымалын басқару үшін бүкіл желідегі сыйымдылықты кеңейтуге 855 миллион доллар жұмсады. 2005 жылға қарай бірлескен желінің сыйымдылығы рекордтық 325 миллион тоннаға жетті және желінің барлық бөлігінде екі немесе үш рельс болды. 2004 жылдың соңы мен 2005 жылдың басында бірлескен желідегі рельстер мен локомотивтердегі түрлі ақаулар келісімшарт бойынша көмірді жеткізуге кедерілді, нәтижесінде электр энергиясының бағасы 15 пайызға өсті. 2006 жылы Union Pacific 194 миллион тонна көмір тасымалдап рекордтық көрсеткішті орнатты, бұл 2005 жылғы көрсеткіштен 8 пайызға көп. Компания бұл көрсеткішке пойыздардың ұзындығын арттыру арқылы қол жеткізді, олардың орташа салмағы 15 000 тоннадан асты, бұл 2005 жылдың төртінші тоқсанындағы орташа салмақтан 200 тоннаға артық. 2016 жылдың басында Powder River бассейнінен күн сайын 80-100 пойыз көмір тасымалданатыны хабарланды. 2019 жылы пойыздар күніне орта есеппен 50 рейс жасады.

Originally a single track Burlington Northern Railway line built in stages from 1972 to 1979, the rail line ran south from Donkey Creek Junction in the north 13 mile (21 km) to Caballo, Wyoming; and then for 103 mile (166 km) to Shawnee in Converse County. The Chicago and North Western Railway ran close to the northern section, as did the Union Pacific at Caballo. In 1982 C&NW and the UP formed Western Railroad Properties, Inc. (WRPI), to acquire half interest in the Burlington Northern coal line from Shawnee Junction to Coal Creek Junction. On December 15, 1986 WPRI purchased 11 mile (18 km) more of BN line from Coal Creek Junction to East Caballo Junction. Beginning June 27, 1983 WPRI constructed 6 mile (10 km) of new railroad from Shawnee Junction. to Shawnee, rebuilt 45 mile (72 km) of C&NW line from Shawnee to Crandall and 56 mile (90 km) of new railroad from Crandall to Joyce, Nebraska. The first commercial train ran on August 16, 1984. By 1985, the line was single track for almost its entire length, and it was handling 19 million tons of coal. The implementation of the second stage of the Clean Air Act (1990) caused demand for clean coal to rise quickly. The C&NW struggled to upgrade capacity to dual track, resulting in numerous failures on the line in 1994, and eventually Union Pacific's purchase of C&NW in 1995. The UP spent $855 million over the next five years expanding capacity over its entire network to handle coal shipments from the PRB. By 2005 the Joint Line capacity had grown to handle an all time record 325 million tons, and was either dual or three track capacity for its entire length. Due to various trackage and locomotive failures on the Joint Line in late 2004 and early 2005, the line failed to deliver the amount of contracted coal supplies, and electricity rates increased by 15 percent. In 2006, Union Pacific set a record by hauling 194 million tons of coal – an 8% increase compared with 2005 tonnage. The company achieved this by increasing train size, with trains averaging more than 15,000 tons, a 200 ton weight increase compared with fourth quarter 2005's average. In early 2016 it was reported that 80 to 100 trains of coal were being shipped from the Powder river basin every day. In 2019 train loadings averaged about 50 per day.