Петрографический состав углей

При петрографических исследованиях углей изучают микро- и макро-компоненты /ингредиенты/.

Микрокомпоненты угля - выделяемые под микроскопом составные части со сходными физическими и химическими свойствами - различаются между собой по исходному составу /высшие и низшие растения/ и характеру химического преобразования разложившегося под влиянием биохимических процессов исходного растительного вещества.

Основные виды химического преобразования - гумификация, гелификация, фюзенизация и битумизация органической массы. Гумификация /of лат. humus- почва и facio- делаю/ - превращение лигнино-целлюлозных тканей высших растений в темноокрашенные гумусовые вещества во влажной среде при ограниченном доступе кислорода. Гелификация - превращение лигнино-целлюлозных тканей высших растений в условиях обводненности без доступа кислорода в аморфную однородную коллоидную массу /гель/.

Фюзенизация /от франц. fusain- вытянутый, волокнистый/ - окисление продуктов гелификации и остатков лигнино-целлюлозных тканей высших растений при свободном доступе кислорода, сопровождающееся почернением и обуглероживанием, с образованием твердого коллоида, в котором сохраняются детали исходного строения /фюзен/.

Битумизация - превращение белково-углеродо-жирового комплекса /воски и жиры/ низших растений и морских микроорганизмов в водной среде в восстановительной обстановке в битумы, обогащенные водородом и углеродом.

В углях под микроокопом выделяются группы микрокомпонентов витринита /гуминита/, семивитринита, инертинита, липтинита и альгинита /рис .6/.

Группы витринита /плотные бурые угли и каменные угли/ и гуминита /мягкие бурые угли/ образуются в результате гелификации в различной степени лигнино-целлюлозных частей растений. Отражательная способность принята за эталонную.

Группа инертинита представлена фюзенизированными лигнито-целлюлозными частями растений, в различной степени сохранивших клеточное строение. Отражательная способность наиболее высокая.

Микрокомпоненты группы семивитринита занимают промежуточное положение-между группами вигринита и инертинита.

Группа липтинита - сохранившиеся в углях и не подвергшиеся биохимическому разложению стойкие форменные части растений /оболочки спор, пыльца, кутикула, включения смол, жиров, воска и коровых тканей/. Отражательная способность наиболее низкая.

Группа альгинита - продукты преобразования низших растений и планктона, представленные водорослями или бесструктурной сапропелевой массой.

Макрокомпоненты /ингредиенты или литотипы/ различаются в углях невооруженным глазом - по блеску, цвету, излому, структуре и трещиноватости; сложены одним или несколькими микрокомпонентами. В гумитах выделяют витрен, кларен, дюрен и фюзен.

Витрен /or лат.vitrum - стекло/ сложен микрокомпонентами группы витринита, образует в пластах угля узкие линзообразные прослои мощностью до 3 мм, отличается черным цветом, сильным блеском, раковистым изломом, хорошо выраженной эндогенной вертикальной трещиноватостью.

Кларен /от лат. clarus - ясный, блестящий/ состоит в основном из микрокомпонентов группы витринита /более 75 %/ с примесью микрокомпонентов групп липтинита и инертинита, образует мощные слои и пласты угля, внешне напоминает витрен.

Дюрен /англ. durain, от лат. durus- твердый/ представлен различным сочетанием микрокомпонентов групп липтинита и инертинита, в котором доля гелифицированного вещества составляет 10-25 %. Он характеризуется плотным однородным строением, матовым и матово-жирным блеском, высокой твердостью, вязкостью, способностью раскалываться на крупные куски. Слагает угольные пласты.

Фюзен сложен микрокомпонентами группы инертинита, сцементированными небольшим количеством витринита. По внешнему виду напоминает древесный уголь - черный или серо-черный матовый волокнистого /реже - однородного/ строения с шелковистым блеском и низкой механической прочностью /легко растирается пальцами в порошок/. Фюзен обычно образует в пластах угля линзы и примазки мощностью до 1 ом.

Самостоятельные угольные пласты слагают макрокомпоненты кларен и дюрен, а витрен и фюзен образуют в них маломощные прослойки. В зависимости от преобладания того или иного ингредиента различают угли дюреновые /матовые/, клареновые /блестящие/ и дюрено-клареновые или кларено-дюреновые /полосчатые/.

Собственно сапропелиты /богхеды/ состоят из альгинита и микринита /бесструктурное фюзенизированное вещество/, характеризуются бурой окраской, отсутствием слоистости и высокой прочностью.

Свойства углей

К свойствам углей относятся: цвет, цвет в порошке, блеск, отражательная способность, твердость, плотность, излом, хрупкость, упругость, прочность, отдельность, трещиноватость, кливаж, пористость, структура, текстура, электрическая проводимость, тепловые и акустические особенности.

Цвет бурых углей варьируется от светло-коричневого до черного; каменные угли, как правило, черного цвета, иногда с сероватым оттенком, антрациты - серовато-черные, реже - серые с металлическим оттенком. Часто цвет угля искажается за счет минеральных примесей, неодинакового блеска и неровной поверхности скола. Поэтому распространение получило определение цвета порошка угля /цвет черты на неглазурованной фарфоровой пластинке/: у бурых углей - коричневый и желтовато-коричневый, у каменных углей низких степеней метаморфизма - коричневый и темно-коричневый, высоких степеней метаморфизма - черный и темно-серый, у антрацитов - интенсивно- и бархатисто-черный.

Блеск определяет способность угля отражать падающий свет. Визуально можно выделить блестящий, полублестящий, полуматовый и матовый уголь. Иногда применяют дополнительные определения, отражающие интенсивность блеска в углях разных стадий углефикации: жирный, смолистый, стеклянный, алмазный и др. В углях блеск увеличивается при преобладании микрокомпонентов группы витринита и при повышении стадий углефикации, но понижается с увеливением доли микрокомпонентов групп инертинита и липтинита с возрастанием зольности.

Отражательная способность углей (R) характеризует степень отражения света, падающего на полированную поверхность. Эта величина измеряется под микроскопом с помощью фотометров и эталонов в отраженном естественном или поляризованном свете в воздушной (R_a) либо иммерсионной (R₀) среде, выражаатоя показателем отражения, представляющим собой отношение /в процентах/ интенсивности света, отраженного полированной поверхностью, к интенсивности падающего света. Максимальная отражательная способность отмечена у микрокомпонентов группы инертинита, минимальная - липтинита.

Двуотражение /анизотропия отражения/ A_R - разность между большим и меньшим показателями отражения при одной призме Николя, проявляющаяся при повороте столика микроскопа в изменении интенсивности отражения и обусловленная векториальной абсорбционной способностью. Анизотропия отражения витринита в антраците изменяется от 30 до 70%.

Твердость по шкале Мооса бурых углей равна 2, каменных - 2,5-3, антрацитов - 3,5-4.

Плотность бурых углей составляет 0,8-1,35 г/см³ каменных - 1,08-1,35 г/см³ и антрацитов - 1,37-1,78 г/см³.

Излом характеризует характер поверхности, получаемой в результате раскалывания угля вне плоскости напластования. У бурых углей отмечается землистый и неровный излом, у каменных углей и антрацитов - зернистый и раковистый.

Прочность /хрупкость/ определяет степень сопротивления углей раздавливанию, истиранию и удару. Наиболее прочны длиннопламенные угли и антрацит, наименее - гумусовые угли средней степени метаморфизма. По возрастанию прочности и снижению хрупкости петрографические микрокомпоненты располагаются в такой последовательности: фюзен, витрен, кларен и дюрен. Полосчатые угли менее прочные, нежели однородные.

Трещиноватость углуй по происхождению подразделяется на эндогенную /первичную/, экзогенную /вторичную/ и гипергенную /выветривания/.

Часто в углях наблюдается система параллельных трещин, пересекающих слоистость или согласных с ней, - так называемый кливаж /от франц. clivage- расслаивание/. Эндогенная трещиноватость образуется под влиянием внутренних причин, обусловлена сокращением угольной массы в пласте в результате углефикации, характеризуется двумя взаимно перпендикулярными системами - основной и торцевой, по которым происходит раскалывание угля. В прочных гумусовых углях /длиннопламанные и антрациты/ трещины расположены через 2-3 см, в хрупких /жирные, коксовые и отощенные спекающиеся/ - 2-5 мм. В бурых углях кливаж выражен слабо /трещины через 10-50 см/. Отмечена более интенсивная трещиноватосгь блестящих витреновых и клареновых углей по сравнению с полуматовыми и матовыми. Экзогенная трещиноватость вызвана наложенными /вторичными/ тектоническими процессами под влиянием внешних сил. Эта генетическая группа характеризуется расположением трещин чаще всего под углом 45° по отношению к слоистости, наличием на поверхности следов перемещений /зеркальный.блеск, ребристость, струйчатость и др./, одинаковой ориентировкой простирания с крупными рвзрывными нарушениями. Экзогенный кливаж в большей степени проявляется в хрупких углях /блестящие угли средней степени метаморфизма/, в крутопадающих пластах и в сводах антиклинальных складок. Гипергенные трещины образуются при выветривании углей. Их форма, количество и интенсивность проявления зависят от характера процесса выветривания.

Отдельность - свойство угля раскалываться по трещинам кливажа и плоскостям напластования с образованием блоков определенной геометрической формы. Форма блоков зависит от генетического типа кливажа. В результата проявления эндогенной трещиноватости в основном образуется пластинчатая отдельность /и как ее разновидность - кубическая, призматическая и параллелепидальная/, экзогенной - пластинчатая, гребенчатая, косопризматическая и ромбоэдрическая, гипергенной - неправильная.

Текстура /сложение/ угля определяет характер пространственного расположения и распределения в нем составных частей, отражает условия угленакопления. По состоянию твердые горючие ископаемые бывают плотными и рыхлыми. Плотные угли характеризуются массивным /состоят из одного макрокомпонента/, полосчатым /полоски углей разного состава/ и слоистым /в угле присутствуют породные прослои/ сложениям. Среди по-лосчатых текстур в зависимости от мощности и протяженности полосок угля иного состава различают штриховое /мощность до 1 мм, длина 10-15 мм/, а при значительной протяженности - тонкополосчатое /мощность 1-2 мм/, среднеполосчатое /мощность 2-7 мм/ и крупнополосчатое /мощность 10-15 мм/ сложение. Слоистые текстуры подразделяются по мощности слоев на тонко- /1-10 см/, средне- /25-50 см/ и крупнослоистые /50-100 см/, по типу-горизонтально-, волнисто- и косослоистые. Рыхлые угли могут иметь обломочное и землистое сложение.

Структура /строение/ определяется формой и размером углеобразующего компонента. Наиболее распространено зернистое /равномерно- и различнозернистое/ строение. Волнистая структура наблюдается в фюзеновых углях, обладающих волокнистым строением, лигнитовая - в бурых углях, сохранивших отчетливо видимое древесное строение, листоватая -в гумусовых липтобиолитовых углях, обогащенных кутикулами.

Электрические свойства зависят от степени метаморфизма, влажности, зольности и петрографического состава углей. Уголь низкой, средней и высокой степени метаморфизма проявляет себя соответственно как диэлектрик, полупроводник и проводник. В горючих ископаемых одинаковой степени метаморфизма отмечается большой разброс значений электрического сопротивления, обусловленный различной влажностью, зольностью, петрографическим составом, сложением и т.д.

Акустические свойства характеризуются скоростью прохождения ульразвука в трех направлениях /перпендикулярно наслоению - поперечные волны; по наслоению во взаимно перпендикулярных направлениях - продольные волны/ и акустической анизотропией, выражающейся отношением скоростей продольных и поперечных волн. В углях средней степени метаморфизма скорость распространения ультразвука и акустическая анизотропия минимальны.