PETROLOGIA WĘGLA

9.10.2015 r.

kaustobiolity (kaustos – palny, bios – życie, lithos – skała) – skały palne pochodzenia organicznego

kaustobiolity stałe:

•

torf

•

węgle brunatne

•

węgle kamienne

•

antracyty

•

łupki węglowe

•

skały sapropelowe

•

łupki glonowe

historia badań węgla:

•

1830 r. - pierwsze zastosowanie mikroskopu do badań węgli w Wielkiej Brytanii (Lindley i
Hutton) oraz w Niemczech (Goeppert i Link) → przy użyciu światła przechodzącego

•

1838 r. - Link znalazł szczątki roślin o wyraźnej budowie komórkowej w badanych węglach

•

połowa XIX w. - odkrycie udziału drzew w powstawaniu węgli

•

lata 70-te XIX w. - potwierdzenie, że węgiel powstał ze szczątków lądowych i
wprowadzenie terminu „uwęglenie” na określenie procesu przemian zachodzących w
materii organicznej pod wpływem temperatury i ciśnienia na przestrzeni lat

•

koniec XIX w. - sformułowanie teorii allochtoni i autochtoni

•

1883 r. - H. Glümbel zauważył, że szczątki roślin występujące w węglach zachowały się w
mniej więcej takim samym stanie jak wszystkie inne skamieniałości. Materiał roślinny tylko
częściowo uległ gniciu. Niektóre tkanki rozkładały się łatwiej niż inne na ciała huminowe

•

Karczewski – pierwszy polski badacz węgli

•

1919 r. - początek współczesne petrografii węgla (Marie Stopes → litotypy węgla)

•

1927 r. - E. Stach – wprowadzenie techniki zgładów polerowanych z zastosowaniem imersji
olejowej → przy użyciu światła odbitego

•

1929 r. - Seyler, a w 1932 r. Jenker i Hoffman – odkrycie zależności pomiędzy
refleksyjnością witrynitu a stopniem uwęglenia

•

1935 r. - wprowadzenie terminu „macerały” przez M. Stopes

•

1951 r. - pierwszy „Atlas stosowanej petrografii węgla” autorstwa Abramskiego,
Mackowskiej, Mentla i Stach

•

1953 r. - założenie ICCP (

www.iccop.org

)

•

1958 r. - zastosowanie pomiarów refleksyjności do badania okruchów pochodzenia
organicznego rozproszonych w nieorganicznych skałach osadowych przez M. Teichmüller

•

1984 r. - założenie TSOP (

www.tsop.org

)

fazy tworzenia się węgla:

1. faza biochemiczna – następuje w niej do nagromadzenia materiału organicznego, jego

rozkład i żelifikacja (lub utlenianie); faza ta wpływa na wykształcenie facji węglowej (typu
węgla) czyli na skład macerałów i mikrolitotypów w pokładzie węgla

2. faza geochemiczna – zaczyna się od przykrycia materiału organicznego materiałem

nieorganicznym; w tej fazie przebiega zasadniczy proces uwęglenia

czynniki wpływające na powstanie pokładów węgla:

•

rozwój flory

•

klimat

•

ukształtowanie terenu

ad. rozwój flory:

•

ze środkowego huronu, w stanie Michigan (USA) znane są pierwsze węgle o wysokiej
zawartości pierwiastka C (antracyty)

•

w rogowcach z tego samego okresu wyizolowano szczątki alg i grzybów

•

pierwsze ślady roślin naczyniowych (Psilophytina) pojawiły się w sylurze (wychodzenie
roślin na ląd)

•

w dewonie: powstanie cienkich warstewek węgla w Reńskich Górach Łupkowych

•

pierwsze rośliny, które współuczestniczyły w powstaniu dolno-emskich łupków
węglanowych w Górach Eiflu (Niemcy); doprowadził też do powstania cienkich warstewek
węglanowych (dewon)

•

w późnym dewonie pojawiły się paprocie, skrzypy widłaki

•

dolny karbon – pierwsze pokłady węgla o znaczeniu ekonomicznym

•

górny karbon – największe złoża węgla; rośliny: lepidodendron, sigilaria, kalamity; klimat
wilgotny, gorący

•

węgle permskie – flora glossopterisowa; klimat bardziej chłodny; tzw. węgle Gondwany

•

węgle karbon, perm – małe zróżnicowanie gatunków roślin

•

węgle mezozoiczne – duże zróżnicowanie gatunków roślin

•

w powstawaniu węgli uczestniczyły również bakterie, sinice, zielenice, brunatnice, grzyby i
krasnorosty

ad. klimat:

•

klimat wilgotny, ciepły do tropikalnego, ze znacznymi opadami

•

klimat chłodny do umiarkowanego, wilgotny

•

im cieplejszy i wilgotniejszy klimat, tym bardziej zróżnicowana jest flora; bagniska leśne
przeważają nad bagniskami mszystymi i trzcinowymi (ulegają odnowieniu co 7-9 lat);
drzewa do 30m i więcej

•

w klimacie chłodnym i umiarkowanym drzewa tylko 5-6 m (w chłodnym nawet mniej)

•

im cieplejszy klimat tym szybciej następuje rozkład i żelifikacja materiału organicznego

•

wpływ na skład petrograficzny węgli

•

węgle utworzone w wilgotnym i ciepłym w klimacie zawierają wiele grubych warstewek
węgla błyszczącego. Zostały one utworzone z korzeni i pni. Wiele warstw węgla
utworzonych w chłodnym lub umiarkowanym klimacie zawiera mniej węgla błyszczącego

•

w klimacie ciepłym więcej witrynitu

•

w klimacie chłodnym więcej inertynitu

•

wysoka zawartość inertynitu w wielu węglach Gondwany można tłumaczyć tym, że
torfowiska w okresie letnim były pokryte wodą o znacznej zawartości tlenu, a zimą
zakumulowany materiał ulegał wysychaniu

podstawowe warunki do rozwoju grubych osadów torfowiskowych:

•

ciągły powolny wzrost poziomu wód gruntowych, który pozostaje mniej więcej stały w
stosunku do górnej powierzchni osadów torfowiskowych – subsydencja

•

zabezpieczenie torfowiska przez plaże, wały piaskowe itp. przed zalewaniem przez morze
oraz przed naturalnymi wylewami wezbranych rzek

•

ograniczony dopływ materiały mineralnego

facja węglowa – suma pierwotnych litologicznych i paleontologicznych własności, wyrażona w
skale osadowej, na podstawie których można wnioskować o genezie i środowisku tworzenia się
węgla. Są one związane z pierwotnymi genetycznymi typami węgla zależnymi od środowiska, w
którym powstał torf będący prekursorem danego węgla. Fację charakteryzuje skład litotypów,
macerałów, mikrolitotypów i materii mineralnej

czynniki wpływające na ukształtowanie facji węglowej:

•

typ osadzania

•

torfotwórcze zespoły roślinne

•

środowisko osadzania

•

warunki odżywiania roślinności bagiennej

•

pH, bakterie i siarka w środowisku osadzania

•

temperatura torfu

•

warunki utleniająco-redukcyjne

ad. typ osadzania:

•

teoria autochtonii (biosedymentacji) – złoża węgla powstały z materiału roślinnego w
miejscu jego utworzenia; znaczny udział materiału mineralnego przyniesionego przez wiatr

•

teoria allochtonii – pokłady węgla powstały z roślinności złożonej w pewnej odległości od
miejsca jej wegetacji (w węglach: równoległe ułożenie fragmentów roślin; zanieczyszczenie
materią mineralną)

torfy hipautochtoniczne – torfy, w których część roślin została przemieszczona w czasie powodzi;
cechy torfów hipautochtonicznych:

•

struktura drobnodetrytyczna

•

wyższa zawartość materii mineralnej niż torfu autochtonicznego

•

wyraźne mikrowarstwowanie

•

obecność wapniowych muszli, małż, albo, igieł i gąbek

współczesne przykłady przenoszenia dużych mas drzew:

•

NE wybrzeże Spitzbergenu

•

delty: Missisipi, Amazonki i Kongo

16.10
typy bagien:

•

obszary otwartych wód z roślinnością wodną

•

otwarte bagno trzcinowe

•

bagna leśne

•

bagna porośnięte mchem

torfotwórcze zespoły roślinne:

•

ił

•

muł wapienny

•

muł organiczny (drobny, detrytyczny lub grubookruchowy)

•

torf szuwarowy

•

torf trzcinowy

•

torf leśny

•

trzcina

•

turzyce

•

grzybienie

torf swagnowy (mszysty – sphagnum):

•

obecność roślin zielnych

•

wysoka kwasowość

•

niewielka aktywność bakterii

•

słabe rozłożenie torfów

•

szczątki roślin są dobrze zachowane

•

wysoka zawartość celulozy, chemicelulozy

•

niska zawartość wosków i tłuszczy

akumulacja gytii, mułu organicznego – utworzony ze szczątków roślin pływających po powierzchni
zbiornika wodnego, np. małych alg, dodatkowo występują bakterie i drobne szczątki zwierząt
wodnych; ten typ jest bogaty w materię mineralną

przyrost torfu zależy od:

•

charakteru roślinności

•

klimatu w jakim dany torf się tworzy

•

od fazy tworzenia się samego torfowiska:
- faza żyzna (eutroficzna) – przyrost 5 mm/rok
- faza końcowa – przyrost 2,2-2,8 mm/rok

klimat:

•

umiarkowany:
- torfowiska niskie → przyrost 0,5-1 mm/rok
- torfowiska wysokie → przyrost 1-2 mm/rok

•

tropikalny → przyrost 3-4 mm/rok

•

subarktyczny → przyrost 0,1-1 mm/rok

ilość torfu potrzebna do utworzenia 1cm węgla będzie zależna od rodzaju torfu:

•

kompakcja torfów leśnych karbonu górnego osiągnęła proporcję 7:1 w stadium węgla
koksowego

•

powstałe z gytii górnokarbońskie duryty zostały sprasowane w stosunku 20:1 po osiągnięciu
stadium koksowego

•

przyjmuje się proporcję 6:3:1 ubytku grubości przy przejściu od stadium torfu poprzez
stadium węgla brunatnego do stadium węgla kamiennego

•

z 1m torfu powstanie ok. 20cm węgla kamiennego

czas wymagany do powstania 1m miękkiego węgla brunatnego szacowany jest na 2400-3000 lat;
natomiast czas na powstanie 1m węgla kamiennego reprezentuje okres akumulacji torfu wynoszący
6000 – 9000 lat

temperatura torfu:

•

torfy Florydy 24-28ºC

•

optymalna temperatura rozkładu celulozy to 35-40ºC

← temperatura odgrywa duże znaczenie w procesie rozkładu torfu (szczególnie w początkowym
procesie); aktywność bakterii w klimacie ciepłym jest znacznie większa niż w klimacie
umiarkowanym

warunki utleniająco redukcyjne:

•

próchnienie

•

butwienie

•

torfienie

•

gnicie (fermentacja)

← w kolejności malejącej zawartości tlenu

faza geochemiczna powstawania węgla:

uwęglenie (coalification) – proces chemicznych i fizycznych zmian zachodzących w materii
organicznej od stadium torfu do stadium grafitu
czynniki wpływające na proces uwęglenia:

•

temperatura

•

ciśnienie

•

czas

wpływ temperatury na przebieg procesu uwęglenia:

•

paleotemperatura (temp. pierwotna) – działa na materiał organiczny na głębokości jego
pogrzebania; przyrost tej temperatury na każde 100m nazywany jest paleogradientem; ze
zwiększaniem się głębokości pogrzebania zmniejsza się zawartość tlenu

wzrost stopnia uwęglenia wraz z głębokością jest znany jako reguła Hilta. Często jest
spowodowany wzrostem temperatury wraz z głębokością (zazwyczaj wyrażanych w ºC/100m).
Gradient uwęglenia jest wyrażony w %R

r

/100m i jest on porównywany w gradientem

geotermicznym

Rr – refleksyjność przypadkowa (random)

temperatura rzędu ok 300ºC była niezbędna dla procesu antracytyzacji węgli kredowych przy
głębokości 2000-3000 m. Przy normalnym gradiencie taka temperatura wymagałaby głębokości 10-
12 km

typowe temperatury uwęglenia wynoszą:

- dla węgli kamiennych 100-170ºC
- dla antracytów 170-250ºC

•

temperatura kontaktowa – występuje wtedy gdy węgiel był poddany gwałtownemu działaniu
intruzji wulkanicznych; wielkość zmian zachodzących w węglu pod wpływem temperatury
kontaktowej zależy od odległości intruzji od pokładu węgla i jej temperatury; na skutek
ogrzewania węgiel traci części lotne; gwałtowne ogrzanie pokładu węgla może spowodować
powstanie koksu; otaczające skały również doświadczają wpływu metamorfizmu

wpływ intruzji magmowej zależy od:

- stopnia uwęglenia
- składu petrograficznego węgla

gdy intruzja wchodzi pomiędzy pokłady węgla ma większy zasięg oddziaływania niż gdy przecina
warstwy prostopadle

produkt oddziaływania temperatury → naturalny koks (porowaty, silna anizotropia, fragmenty
wyjściowych składników mikroskopowych węgla; występuje w Indiach)

wpływ ciśnienia:

•

ciśnienie tangencjalne – ma znaczenie głównie w powstawaniu grafitu. Ma również lokalny
wpływ na uwęglenie tam gdzie wystąpiły gwałtowne ruchy tektoniczne, których skutkiem są
uskoki lub nasunięcia

•

ciśnienie statyczne – ma znaczenie głównie w stadium początkowym, odpowiadającym
stadium węgli brunatnych. Zmniejsza się tu porowatość osadu oraz zostaje zapoczątkowane
horyzontalne ukierunkowanie jego cząsteczek. Odgrywa ważna rolę w procesie kompakcji
osadów w stadiach torfu i węgla brunatnego

parametry stopnia uwęglenia:

•

parametry chemiczne:
- zawartość części lotnych
- wartość opałowa
- zawartość wilgoci
- zawartość pierwiastka węgla
- zawartość wodoru

•

parametry fizyczne:
- refleksyjność = zdolność odbicia światła witrynitu

części lotne – CO, CO2, CH4, wilgoć – istotne do określenia węgli bogatych w witrynit; zawartość
części lotnych maleje wraz ze wzrostem refleksyjności

wartość opałowa – rośnie z uwęgleniem; im wyższa wartość opałowa tym mniejsza wartość wilgoci

zawartość wilgoci – istotny parametr w przypadku węgli brunatnych; w miękkich węglach
brunatnych maleje o 3-4% na 100 m głębokości; w twardych węglach brunatnych maleje o 1% na
100 m głębokości

zawartość węgla – rośnie ze wzrostem stopnia uwęglenia

zawartość wodoru – ma znaczenie w węglach wysoko uwęglonych

Rr – refleksyjność przypadkowa; mierzona mikroskopowo (mikroskop do światła odbitego); jest
mierzona bez obrotu stolika mikroskopu przy wyłączonym polaryzatorze; wyrażana w %

węgle ze wzrostem stopnia uwęglenia stają się anizotropowe i do takich węgli wyżej uwęglonych
wykonuje się pomiary refleksyjności max i min (Rmax i Rmin). Te pomiary wykonywane są
mikroskopowo w świetle odbitym, przy włączonym polaryzatorze; w trakcie pomiaru wykonujemy
obrót stolikiem o 360º. Uzyskamy dwa maksima i dwa minima – pod uwagę bierze się mniejsze
minimum i większe maksimum

birefleksyjność – różnica pomiędzy Rmax a Rmin; zawsze wartość dodatnia

refleksyjności nie mierzy się na dowolnych składnikach. Mierzy się ją na witrynicie (macerał –
kolotelinit) ← gdy chcemy określić stopień uwęglenia

zmiany refleksyjności przypadkowej, maksymalnej i minimalnej ze wzrostem stopnia uwęglenia:

•

Rmin - rośnie do zawartości pierwiastka C (ok 95%) następnie zaczyna maleć

•

Rmax – cały czas rośnie

najwyższa wartość birefleksyjności wynosi 18% dla grafitu

mikrotwardość rośnie do pewnego poziomu → maleje → gwałtownie rośnie

porowatość – związana z ciśnieniem nadkładu; rośnie wraz z procesem debituminizacji
uporządkowanie lamel aromatycznych:

•

w węglu we wczesnym stopniu uwęglenia są chaotyczne

•

ze wzrostem stopnia uwęglenia lamele łączą się w klastry, następnie w coraz większe klastry

stadia uwęglenia:

•

diageneza – zachodzą w niej zmiany fizyczne i chemiczne: zmniejszenie porowatości,
odwodnienie, stratyfikacja osadu, przeobrażenia fizyczne i chemiczne macerałów;
refleksyjność 4%

•

metamorfizm – jest zaawansowanym procesem przeobrażenia materiału organicznego;
metaantracyty (od refleksyjności 4%) zaliczane są do metamorfizmu właściwego, a grafity
do ultrametamorfizmu

R

0

(%)

Produkty

metamorfizmu

Stadia uwęglenia wg:

Robert Puttman

(1988r.)

Teichmüller (1979r.)

<0,5

węgle brunatne

diageneza

diageneza

0,5 – 2,0

węgle kamienne

katageneza

2,0 – 4,0

paraantracyty i

ortoantracyty

metageneza

>4,0

metaantracyty

metamorfizm

metamorfizm

Stadium uwęglenia

Zasięg uwęglenia

Dominujący proces

Zmiany fizyko-
chemiczne

torfienie

torf

•

maceracja

•

humifikacja

•

żelifikacja

•

fermentacja

•

koncentracja
odpornych
materiałów

•

tworzenie się
substancji
humusowych

•

wzrost
aromatyzacji

odwodnienie

węgle brunatne (lignity
do twardych węgli
brunatnych)

•

odwodnienie

•

kompakcja

•

utrata grup
tlenowych

•

ekspulsja CO

2

,

COOH i H

2

O

•

zmniejszenie
zawartości
wilgoci

•

zmniejszenie
stosunku O/C

•

wzrost
zawartości
opałowej

•

wzrost lamel
aromatycznych

bituminizacja

węgle kamienne (od
płomiennych do
koksowych)

•

wydzielanie i
uwięzienie
węglowodorów

•

depolimeryzacja
masy podstawowej

•

wzrastające
wiązania
wodorowe

wzrost:

•

R

0

•

fluorescencji

•

wydajności
ekstraktów

•

twardości

•

zmniejszenie
gęstości i
dostępności
sorbantów

debituminizacja

węgle koksowe do
chudych

•

kraking

•

ekspulsje
węglowodorów o
małych masach
cząsteczkowych -
szczególnie
metanu

zmniejszenie:

•

fluorescencji

•

ciężaru
molekularnego
ekstraktu

•

stosunku H/C

•

twardości

•

wzrost łączeń
między
pierścieniami

grafityzacja

semiantracyt do
metaantracytu

•

łączenie i
uporządkowanie
pregrafitowych
lameli
aromatycznych

•

utrata wodoru i
azotu

•

zmniejszenie
stosunku H/C

•

intensywniejsze
piki XRD

•

zwiększenie
anizotropii

•

zwiększenie
twardości

•

zwiększenie
kondensacji
pierścieni

23.10
Torfowiska

podział torfowisk:

•

niskie

•

wysokie

•

przejściowe

(w Polsce dominują torfowiska niskie)

roślinność torfowisk niskich:

•

grzybień

•

grążel

•

trzciny

•

pałki

•

zdrojek

•

manna

•

skrzyp bagienny

•

torfowiec

•

turzyce

•

sierpowiec

•

próchniczek

•

mokradłosz

•

olcha

•

brzoza

roślinność torfowisk wysokich:

•

torfowiec

•

płonnik

•

żurawina

•

rosiczka

•

borówka bagienna

•

wełnianka

•

modrzewnica

•

bagnica

•

turzyca

•

swagnum (sphagnum) – roślina posiadająca zdolność akumulacji wody; jej obecność
powoduje, że torfowiska mogą mieć kształt kopulasty; rodzaj mchu torfowego

roślinność torfowisk przejściowych:

•

torfowce

•

turzyce

•

bagnica

•

mchy (mokradłosz, sierpowiec, prątnik)

•

zbiorowiska leśne (brzoza, sosna, wierzba)

różnice pomiędzy głównymi grupami roślin na torfowiskach:

Grupy roślin

Udział gatunków

Torfowiska niskie

Torfowiska wysokie

mchy

torfowce

zielne

krzewiaste

drzewa

22

8

42
13
15

5

21
33
36

5

trzy zbiorowiska roślinne:

•

mszary – występują na obszarach mocno podtopionych; tworzą kożuchy roślinne utworzone
z torfowca; występują: bagnica, turzyce

•

łąki mszysto-turzycowe – zajmują znaczne obszary na torfowiskach; znaczny udział
torfowców; występują: turzyce, mchy

•

zbiorowiska leśne – tworzą je: olchy, brzozy;krzaczaste skupienia; w dolnej partii wśród
drzew występują: torfowiec, płonnik

stopień rozkładu torfu – zawartość rozłożonej substancji bezpostaciowej do pozostałej nierozłącznej
ilości torfu; wyrażany w %

na stopień rozkładu torfu mają wpływ warunki hydrologiczne i hydrogeologiczne:

•

torfowiska silnie zawodnione → torf słabo rozłożony

•

torfowiska przesuszone → stopień rozkładu większy

podział torfów ze względu na stopień rozkładu:

•

torfy słabo rozłożone 10-25%

•

torfy średnio rozłożone 30-45%

•

torfy silnie rozłożone >45%

składniki torfu:

•

substancja humusowa – bezpostaciowa substancja o zabarwieniu ciemnym lub czarnym;
makroskopowo nie widać struktury; składa się z silnie rozłożonej, rozdrobnionej substancji
organicznej oraz wytrąconych kwasów huminowych;

•

składniki detrytusowe – z naziemnych części roślin, które nie są związane z systemami
korzeniowymi; często pochodzenia allochtonicznego

•

składniki torfowe – makroskopowe części mchów, roślin zielnych, roślin zdrewniałych
(głównie części podziemne lub te części roślin, które przylegają do systemów
korzeniowych); pochodzenia autochtonicznego

•

mszyste – powstały z mchów oraz fragmentów łodyżek, liści, mszaków; nierozłożony –
elastyczny; jasne zabarwienie

•

zielne – związany z systemami korzeniowymi i przykorzeniowymi – łodygi, liście; słabo
rozłożony – znaczna elastyczność; może występować w formie sfilcowanej

•

drzewne – obejmują pnie, odgałęzienia; torf brzozowy, torf olchowy

•

mineralne – domieszki substancji mineralnej jaka występuje w torfach: Al

2

O

3

, SiO

2

, Fe

2

O

3

,

CaO, MgO

podział torfów ze względu na zawartość popiołu:

•

niskopopiołowe 0,5-5%

•

średniopopiołowe 5-10%

•

wysokopopiołowe 10-40%

gospodarcze wykorzystanie torfów:

•

rolnictwo i ogrodnictwo

•

przemysł papierniczy

•

przemysł metalurgiczny

•

przemysł chemicznych

•

produkcja materiałów izolacyjnych

•

produkcja biostymulatorów

macerały – podstawowe wyróżniane mikroskopowo składniki węgla; pod mikroskopem wyróżniane
są na podstawie: refleksyjności, barwy, fluorescencji, morfologii, wielkości i twardości; powstały
one ze szczątków roślinnych
Mogą występować jako rozproszona materia organiczna w innych skałach, np. w piaskowcu lub
mułowcu

macerały pierwotne – powstały na etapie torfowym i przeobrażały się na etapie uwęglenia → były
w węglu od początku; dominują: sporynit, alginit, kolotelinit, witrodetrynit, fuzynit i funginit

macerały wtórne – powstały z innych macerałów w czasie uwęglenia, np.: mikrynit, bituminit i
eksudatynit

macerały różnią się genezą i właściwościami chemicznymi

grupy macerałów (pod względem genetycznym):

•

grupa huminitu/witrynitu

•

grupa liptynitu/egzynitu

•

grupa inertynitu

podział macerałów ze względu na ich zachowanie w procesach technologicznych:

•

macerały reaktywne

•

macerały inertne

•

macerały semireaktywne/semiinertne

macerały reaktywne – charakteryzują się stosunkowo niską zawartością pierwiastka C, a wysoką
zawartością części lotnych. Macerały te w procesach technologicznych (np. spalanie, koksowanie)
szybko ulegają przeobrażeniu i w stałych pozostałościach po tych procesach tworzą formy
całkowicie przeobrażone i w niczym nie przypominające macerałów wyjściowych
Do tej grupy zaliczane są takie macerały jak: liptynit, witrynit oraz tzw. reaktywny semifuzynit,
mikrynit, nisko refleksyjny funginit, makrynit, inertodetrynit
Cechy optyczne – w świetle odbitym białym mają barwę ciemnobrunatną, ciemnoszarą, szarą i
czarną; niska refleksyjność, wykazują fluorescencję

macerały inertne – charakteryzują się wysoką zawartością pierwiastka C i niską zawartość części
lotnych; najwyższa refleksyjność ze wszystkich grup macerałów; nie ulegają odgazowaniu,
mięknięciu w procesach technologicznych
W stałych pozostałościach po procesach technologicznych mają one taką smutną morfologię jak w
węglach wyjściowych
Do tej grupy zaliczane są takie macerały, jak: fuzynit, pirosemifuzynit; wysokorefleksyjny
makrynit, funginit, sekretynit, inertodetrynit, witrynit (w węglach o wysokim stopniu uwęglenia);
nie ulegają fluorescencji

macerały semireaktywne/semiinertne – charakteryzują się średnią zawartością części lotnych i
pierwiastka C w porównaniu z macerałami inertnymi i reaktywnymi
W procesach technologicznych ulegają uplastycznieniu w pewnym stopniu. W stałych
pozostałościach po procesach technologicznych można w nich rozpoznać cechy macerałów
wyjściowych

30.10
macerały huminitu i witrynitu

huminit (huminite) – grupa macerałów o barwie średnio szarej i refleksyjności (do 0,4%) zazwyczaj
pomiędzy refleksyjnością współwystępującego ciemniejszego liptynitu i jaśniejszego inertynitu

witrynit (vitrinite) – grupa macerałów o barwie szarej i refleksyjności (do 4%) zazwyczaj pomiędzy
refleksyjnością współwystępującego ciemniejszego liptynitu i jaśniejszego inertynitu w zakresie
uwęglenia, gdzie te trzy grupy macerałów występują

geneza tej grupy macerałów:

jest związana z roślinami, które mają tkanki utworzone z celulozy i ligniny – te tkanki w różnym
stopniu mogą zostać zachowane; w niektórych macerałach poszczególne komórki są dobrze
widoczne, w innych widać jednorodne pasemka z rozdrobnienia tkanek, jeszcze inne macerały
powstały z żeli humusowych

barwa w świetle odbitym:

barwa ta jest szara, zazwyczaj pośrednia pomiędzy ciemniejszymi macerałami z grupy liptynitu a
jaśniejszymi macerałami z grupy inertynitu

witrynit → barwa staje się coraz jaśniejsza wraz ze wzrostem stopnia uwęglenia; aż w antracycie
staje się żółtawo-biała

w węglach wysoko uwęglonych barwa witrynitu staje się jaśniejsza od barwy współwystępującego
inertynitu

barwa w świetle przechodzącym:

w węglach o niskim stopniu uwęglenia barwa jest czerwonawa

kiedy stopień uwęglenia witrynitu wzrasta (czyli wzrasta zawartość C) to barwa będzie ciemnieć aż
witrynit stanie się czarny i nieprzezroczysty

fluorescencja w witrynicie:

•

pierwotna – występuje wyłącznie w węglach nisko uwęglonych; jest ona związana z
obecnością celulozy w węglach; celuloza zanika w procesach uwęglenia → fluorescencja
pierwotna również zaniknie; obserwowana w refleksyjności 0,5-0,6%

•

wtórna – związana z procesem bituminizacji; zanika powyżej refleksyjności 1,3-1,35%

gdy R jest wysokie = jasne macerały; gdy R jest niskie = macerały ciemne (stwierdzenie prawdziwe
dla węgli nisko i średnio uwęglonych); dla węgli wysoko uwęglonych R witrynitu > R inertynitu

Skład chemiczny [%]

huminit

witrynit

węgiel

60-77

77-96 (czasem 98)

wodór

4-6

6-1

tlen

12-18

16-1

Występowanie:

bardzo częste występowanie w węglach karbońskich – na półkuli północnej stanowi dominującą
grupę macerałów; w węglach Gondwany występuje rzadko

macerały w węglach występują w formie jednorodnych pasemek, soczewek od ułamka mm do kilku
cm; mogą występować też w formie małych, izolowanych ziaren; czasem wypełniają komórki
innych macerałów

znaczenie praktyczne:

macerały łatwo ulegają spalaniu – są to najczęściej macerały reaktywne; w węglach wysoko
uwęglonych macerały witrynitu mogą zachowywać się w sposób inertny

formy w popiołach i żużlach są przeobrażone i łatwo ulegają odgazowaniu

procesy koksowania – macerały powodują powstawanie mezofazy w koksie (spoiwo w koksie);
w powstawaniu gazu szczególnie ważne są kolodetrynit i witrodetrynit

niższa zawartość wodoru:

•

barwa jaśniejsza

•

refleksyjność wyższa

•

fluorescencja słabsza

wyższa zawartość wodoru:

•

barwa ciemniejsza

•

refleksyjność niższa

•

fluorescencja silniejsza

podział macerałów grupy huminitu (R <0,4%)

podgrupa

macerał

telohuminitu

tekstynit
ulminit

detrohuminitu

atrynit
densynit

żelohuminitu

żelinit
korpohuminit

Podział macerałów grupy witrynit (R>0,4%)

podgrupa

macerał

telowitrynitu

telinit
kolotelinit

detrowitrynitu

kolodetrynit
witrodetrynit

żelowitrynitu

żelinit
korpożelinit

podgrupa telohuminitu/telowitrynitu – grupa macerałów, która wykazuje budowę komórkową
(dobrze widoczną lub komórki pozaciskane); komórki mogą być też wypełnione innymi
macerałami (np. korpohuminitem, rezynitem), żywicą, materią mineralną (np. pirytem, węglanami);
duże ilosci macerałów z tych podgrup wykazują, że węgiel tworzył się w facji leśnej

tekstynit/telinit:

•

widoczna budowa komórkowa

•

poszczególne komórki mogą być zaciśnięte w różnym stopniu w wyniku kompresji

•

światła komórek mogą być puste lub wypełnione

•

występowanie: pasemka, soczewki różnej grubości

ulminit:

•

słabiej uwęglony kolotelinit

•

silniejsza fluorescencja

•

widoczne spękania

kolotelinit:

•

struktura komórkowa zhomogenizowana

•

na tym macerale mierzymy R chcąc określić stopień uwęglenia węgla

podgrupa detrohuminitu/detrowitrynitu – powstała wskutek rozdrobnienia tkanek roślinnych
utworzonych z celulozy ligniny; poszczególne ziarna nieregularne, o wymiarach <10μm

atrynit:

•

drobne, nieregularne ziarna

•

pory pomiedzy ziarnami

•

przechodzi w densynit pod wpływem zaciskania się porów pomiędzy poszczególnymi
ziarnami atrynitu (pod wpływem ciśnienia nadkładu)

densynit:

•

nieregularne ziarna

•

mogą występować porowatość

•

może stanowić spoiwo dla innych macerałów

kolodetrynit:

•

wielkość ziaren <10μm

•

nieregularne ziarna

•

nie widać granic poszczególnymi ziarnami (zatarte granice)

•

często spaja inne macerały

•

wyższa zawartość wodoru niż kolotelinit

•

powstał w wyniku silnego rozłożenia na etapie torfowym z pni, korzeni

witrodetrynit:

•

wielkość ziaren <10μm

•

nieregularne ziarna

•

granice pomiędzy poszczególnymi ziarnami wyraźnie zaznaczone

•

poszczególne ziarna mogą występować wśród minerałów ilastych

•

w zakresie uwęglenia 0,5-1,4% obserwuje się stopniowe przejście do inertodetrynitu

•

geneza związana z intensywnym rozkładem korzeni, pni, łodyg

•

ważny składnik kerogenu trzeciego typu (lądowy)

•

uznaje się go za główne źródło gazu

podgrupa żelohuminitu/żelowitrynitu – utworzona z żeli humusowych, które uległy zestaleniu;
mogą wypełniać szczeliny i spękania w węglu oraz spajać inne macerały

żelinit – w grupie huminitu wyraźne dwa rodzaje:

•

poriżelinit:
- wypełnia światła komórek w tekstynicie
- drobnoziarnisty
- produkty wytrącania żeli z humusowych roztworów koloidalnych
- zanika w czasie uwęglenia
- z niego powstaje macerał z grupy inertynitu → mikrynit

•

lewizelinit:
- gładki, jednorodny
- pojawiają się spękania związane z wysychaniem
- jego nagromadzenie w węglu brunatnym określane jest terminem dopleryt
- może wypełniać światła komórek
- kształt i wielkość dopasowuje do wielkości i kształtu pustki, w którą wnika

żelinit jest najrzadziej występującym macerałem w grupie witrynitu

korpohuminit/koropożelinit:

•

kształt kulisty lub owalny silnie wydłużony

•

w korpohuminicie mogą być charakterystyczne wgłębienia

•

gładki, jednorodny

pseudowitrynit:

•

posiada krótkie, nieregularne spękania

•

gładki, jendorodny

•

barwa jaśniejsza w porównaniu z kolotelinitem

•

najczęściej nie zawiera pirytu

•

nieco bardziej inertny od pozostałych macerałów z grupy witrynitu

•

mniejsza zdolność uplastycznienia

•

geneza związana z utlenianiem żeli humusowych jeszcze na etapie torfowiska

czarny witrynit:

•

ciemniejszy w porównaniu z innymi macerałami witrynitu

•

występuje w skałach sapropelowych

•

zawiera więcej bituminów (stąd ciemniejsza barwa)

•

występuje w skałach, które zawierają duże ilości liptynitu

13.11
macerały liptynitu i inertynitu

liptynit – grupa macerałów o refleksyjności najniższej w porównaniu z pozostałymi grupami
macerałów; barwa w świetle odbitym białym i w imersji jest ciemnobrunatna do prawie czarnej,
ciemnostalowoszarej; mogą pojawić się pomarańczowe refleksy wewnętrzne; barwa będzie zawsze
najciemniejsza w porównaniu z pozostałymi grupami macerałów

•

w czasie drugiego skoku uwęglenia na skutek utraty części lotnych, bituminów, które się
wydzielają, barwa macerałów liptynitu będzie jaśniała

•

barwa jednego macerału w tym samym węglu może być różna

•

w świetle przechodzącym barwa jest żółta, pomarańczowa

•

fluorescencja wszystkich macerałów może być różna (grupa liptynitu ma najintensywniejszą
fluorescencję)

•

barwa i intensywność fluorescencji będzie się zmieniała w czasie uwęglenia

•

ze wzrostem stopnia uwęglenia następuje przesunięcie się fal o większych długościach
(czerwienie) → barwa będzie się stawać coraz bardziej żółta, pomarańczowa, czerwona

•

liptynit zanika w skałach o refleksyjności 1,3-1,35% (upodabnia się wtedy do macerałów z
grupy witrynitu)

•

grupa macerałów liptynitu ma najbardziej skomplikowaną budowę chemiczną; utworzona z
substancji takich jak woski, tłuszcze, oleje, sporopoleina, suberyna, kutyna; mają silny
charakter alifatyczny

•

charakteryzuje się najwyższą zawartością wodoru, najwyższym stosunkiem wodoru do
węgla oraz największą zawartością części lotnych

•

ciężar właściwy w granicach 1,15-1,26 g/cm

3

, gdzie ciężar właściwy witrynitu wynosi 1,20-

1,70 g/cm

3

← niski ciężar właściwy spowodowany jest przez wysoką zawartość części

lotnych

•

macerały o morfologii owalnej, kulistej, nitkowatej, tasiemkowatej

znaczenie praktyczne:

•

zdolność przemiałowa – obecność macerałów grupy liptynitu utrudnia mielenie węgli

•

spalanie – w czasie spalania macerały liptynitu szybko ulegają odgazowaniu – brak śladu w
popiołach i żużlach; ułatwiają spalanie (utrzymanie płomieni węgla)

•

koksowanie – macerały liptynitu wraz z macerałami witrynitu powodują powstanie
metafazy w koksie (spajają inne składniki w koksie); gdy występują z witrynitem powodują
obszary anizotropowe, obniżają lepkość węgla w czasie koksowania

•

zgazowanie – bez macerałów grupy liptynitu zgazowanie i upłynnienie byłoby znacznie
utrudnione

sporynit:

•

najczęściej występujący macerał

•

utworzony ze spor i pyłków roślin

•

wyglądem przypomina spłaszczone pętle, które mogą ulec rozerwaniu

•

zewnętrzna krawędź może być gładka lub ornamentowana

•

barwa ciemnobrunatna, ciemnostalowoszara

•

powierzchnia ziarnista

•

wysoka zawartość części lotnych

•

barwa fluorescencji jest najczęściej żółta, pomarańczowa do czerwonej

•

ilość spor w węglu zależy od klimatu → klimat umiarkowany = więcej spor; klimat
subtropikalny/tropikalny = mniej spor

•

silne rozłożenie sporynitu związane jest z warunkami utlenienia (rozerwane/zdeformowane
spory współwystępują z inertynitem)

•

wielkość:
- megasporynit – duże spory, najczęściej żeńskie
- mikrosporynit – mały spory, najczęściej męskie

kutinit:

•

geneza związana z liśćmi (tym co je pokrywa)

•

substancja, która ulega zachowaniu to kutan – odporna na warunki panujące w torfowisku

•

morfologia nitkowata lub tasiemkowata; mogą być gładkie lub ornamentowane

*krassikutynit:

•

gruby kutynit (grubość kilka μm)

•

związany z drzewami szpilkowymi

*tenuikutynit:

•

barwa w świetle przechodzącym – żółtawa, pomarańczowa; w świetle odbitym białym
ciemnobrunatna do czarnej

•

fluorescencja żółtawa, pomarańczowa

•

nagromadzenie kutynitu w węglu brunatnym tworzy węgiel nabłonkowy

alginit:

•

macerał powstały z alg jednokomórkowych lub wielokomórkowych

•

częsty składnik skał sapropelowych, rzadko skał humusowych

•

geneza związana ze środowiskiem jeziornym

•

kształt owalny, bochenkowaty (gruzełkowaty w węglach kamiennych)

•

intensywna żółto-zielona barwa fluorescencji

•

barwa w świetle odbitym białym ciemnobrunatna (występują pomarańczowe refleksy
wewnętrzne)

•

łatwo ulega rozkładowi → z niego tworzą się dwa macerały wtórne: bituminit i mikrynit

suberynit:

•

utworzony z tkanki korowej (suberyny)

•

wyraźna budowa komórkowa (poszczególne komórki mają pokrój tabliczkowaty)

•

silna fluorescencja

•

niska refleksyjność

•

tworzy się z substancji okrywającej niektóre owoce i łodygi

rezynit:

•

utworzony z wosków, tłuszczy, olejków

•

różna wielkość poszczególnych ziaren

•

może tworzyć samodzielne ziarna jak również występować w skupieniach

•

może wypełniać światła komórek w tekstynicie, telinicie

•

barwa w świetle odbitym białym pomarańczowa, ciemnoszara, czarna

•

fluorescencja jaskrawożółta, ciemnopomarańczowa, czerwonawa

*rezynit terpenowy:

•

utworzony z terpenów, estrów, fenoli i wyższych alkoholi

•

skład rezynitu jest zależny od typu rośliny; ciekłe żywice określane są mianem balsamów

•

żywice tworzą się z wydzielin tkanek niektórych roślin

•

obecnie tworzy się w klimacie umiarkowanym, szczególnie z roślin szpilkowych

*rezynit lipidowy:

•

utworzony z wosków i tłuszczy

•

występowanie żywic jest związane z roślinami tworzącymi nasiona

•

woski koncentrują się na powierzchni liści i owoców w formie małych ziaren, występują
również w tkankach i pniach (tworzą one warstwę ochronną zapobiegającą wysychaniu
roślin w klimacie tropikalnym i pustynnym)

eksudatynit:

•

macerał wtórny, który pojawia się w czasie uwęglenia węgla

•

geneza związana z procesem bituminizacji – z różnych macerałów wydzielają się bituminy,
które wypełniają pustki, spękania w węglu, światła komórek w funginicie

•

kształtem dopasowuje się do pustki, w którą wnika

•

migrabituminy – do nich należy eksudatynit; mają zdolność migracji na odległość

•

fluorescencja i refleksyjność podobnie jak u innych macerałów grupy liptynitu

bituminit:

•

macerał wtórny, który powstaje w czasie uwęglenia, bardzo często z rozkładu alg

•

brak morfologii – może być ziarnisty, nitkowaty

•

niska refleksyjność (zawsze niższa od współwystępującego huminitu)

•

barwa żółtawa lub brunatna

•

mogą występować w większych agregatach

•

znaczna ilosć świadczy o potencjale roponośnym danej skały

chlorofyllinit:

•

geneza związana z chlorofilem (zielonym barwnikiem roślin)

•

występuje w formie drobnych ziaren o charakterystycznej czerwonej fluorescencji

•

występuje wyłącznie w miękkich węglach brunatnych

liptodetrynit:

•

drobne fragmenty różnych macerałów liptynitu

•

fluorescencja jaskrawożółta, pomarańczowa

•

może pochodzić z alg jednokomórkowych

inertynit – grupa macerałów obejmująca macerały o refleksyjności wyższej w porównaniu z innymi
macerałami grup liptynitu i witrynitu (w węglach o niższym stopniu uwęglenia); macerały te
charakteryzuje brak fluorescencji (a jeśli jest to niższa niż w witrynicie)

podział macerałów inertynitu:

•

macerały o wyraźnej budowie komórkowej: fuzynit, semifuzynit, funginit

•

macerały nie wykazujące budowy komórkowej: sekretynit, makrynit, mikrynit

•

macerały detrytyczne: inertodetrynit

•

barwa w świetle odbitym białym od szarej do żółtawobiałej

•

barwa w świetle przechodzącym najczęściej czarna, nieprzezroczysta, bądź ciemnobrunatna

•

brak fluorescencji lub bardzo słaba fluorescencja

•

refleksyjność zawsze wyższa od refleksyjności pozostałych macerałów

•

skład chemiczny: C 71-94%; H = 2-4%; O 2,2-20,3%

•

najniższa zdolność ekstrahowania bituminów

•

główne składniki: celuloza, lignina

•

geneza związana z pożarami, z wysuszeniem i odwodnieniem, utlenieniem pni, korzeni –
gdy poziom wody w torfowisku obniża się, wtedy część wystająca zostaje wysuszona
(proces nieodwracalny)

•

budowa komórkowa widoczna w różnym stopniu

•

kształt kulisty, owalny

•

występowanie znacznie częstsze w węglach południowej półkuli

•

składnik kerogenu IV typu

znaczenie praktyczne:

•

zdolność przemiałowa – w czasie mielenia, eksploatacji stanowią główny składnik pyłów

•

spalanie – w czasie spalania ich podatność na spalanie będzie zależna od własności
konkretnego ziarna; część inertynitu nie będzie ulegała żadnemu uplastycznieniu

•

koksowanie – w czasie koksowania zachowanie zależne od ziarna: ziarna o wysokiej
refleksyjności rozproszone w koksie wzmacniają strukturę koksu; większe fragmenty
inertynitu powodują kruchość koksu

•

zgazowanie – macerały bardziej reaktywne będą ulegały uplastycznieniu i będą tworzyły
tzw. mezofazę koksu; semireaktywny inertynit będzie działał jako materiał schładzający w
mieszankach węglowych; w procesie wzbogacania te macerały koncentrują się w frakcji i
większym ciężarze właściwym

fuzynit:

•

wyraźna budowa komórkowa

•

barwa jasnoszara do żółtawobiałej

•

brak fluorescencji

•

komórki mogą być puste lub wypełnione

*pirofuzynit:

•

kopalny węgiel drzewny, powstały wskutek pożarów torfowisk – w czasie pożarów ma
miejsce większe zużycie tlenu (jego niedobór powoduje powstanie nie do końca spalonej
tkanki roślinnej → przypuszczalnie jego powstanie związane jest z temperaturami rzędu
400-600°C

•

dobrze zachowana cienkościanowa struktura komórkowa

•

najsilniejsza refleksyjność

•

barwa w świetle białym biało-żółta

*degradofuzynit (oksyfizynit):

•

powstał na skutek ekspozycji materiału organicznego na atmosferę nad powierzchnią lustra
wody

•

nieodwracalne reakcje w styku z powietrzem

•

prawdopodobnie związany z działalnością grzybów

•

niższy relief

•

słabiej zachowana struktura komórkowa niż w pirofuzynicie

*fuzynit metamorficzny:

•

powstał z tkanek drzewa nasyconych żywicą

•

w komórkach występują substancje pigmentowe (fitomelany) o pierwotnie wysokiej
refleksyjności

*fuzynit pierwotny:

•

pasemka, soczewki w węglach; w skałach innych niż węgiel występuje w postaci
rozproszonych ziarn

•

może występować in situ lub być przyniesiony przez wiatr lub wodę

semifizynit:

•

jeden z najczęściej występujacych macerałów węgla

•

zatarta budowa komórkowa

•

barwa w świetle odbitym białym może wykazywać zróżnicowanie – od szarej do
żółtawobiałej

•

fluorescencja możliwa (ciemniejsze osobniki)

•

refleksyjność wyższa od refleksyjności kolotelinitu

•

barwa związana z genezą

•

można obserwować przejście semifuzynitu do fuzynitu lub fuzynitu do kolotelinitu

funginit:

•

geneza związana z występowaniem grzybów

•

jest obecny w skałach od dewonu do dziś

•

inaczej wygląda w węglach brunatnych i węglach kamiennych

•

wyraźna budowa komórkowa

•

barwa od jasnoszarej do żółtawobiałej

•

brak fluorescencji

•

wypełnienie świateł komórek eksudatynitem

•

wielkość od 10-80 μm

sekretynit:

•

kształt okrągły

•

barwa w świetle odbitym białym od jasnoszarej do żółtawobiałej

•

wysoka refleksyjność

•

brak fluorescencji

•

charakterystyczne nieregularne spękania (ciemniejsza obwódka wokół spękań)

•

geneza związana z utlenianiem żywic lub żeli humusowych

makrynit:

•

geneza związana z utlenianiem żeli humusowych

•

kształt owalny, okrągły, nieregularny

•

w węglach brunatnych może być masą spajającą inne macerały

•

barwa w świetle odbitym jasnoszara do żółtawobiałej

•

fluorescencja możliwa w przypadku ciemniejszych osobników

mikrynit:

•

macerał wtórny, powstał w czasie uwęglenia

•

refleksyjność 0,5-1,7%

•

geneza zwiazana z przeobrażaniem poriżelinitu; może powstać jako stałe residuum przy
rozkładzie alg lub z bardzo pokruszonych macerałów inertynitu

•

charakterystyczne pojedyncze ziarna 1-2μm

•

tworzy smugi, soczewki

•

barwa w świetle odbitym perłowobiała

•

macerał reaktywny w grupie inertynitu

inertodetrynit:

•

ziarna macerałów inertynitu <10μm

•

barwa w świetle odbitym od szarej do białej