Utwory węglonośne jednostki magurskiej okolic Jordanowa i Nowego Sącza

R O C Z N I K P O L S K I E G O T O W A R Z Y S T W A G E O L O G I C Z N E G O A N N A L E S D E L A S O C I É T É G É O L O G I Q U E D E P O L O G N E

Vol.. L — 1: 99—117 K r a k ó w 1980

Marian

UTWORY WĘGLONOSNE JEDNOSTKI MAGURSKIEJ OKOLIC JORDANOWA I NOWEGO SĄCZA

(7 fig.)

Coal matter in the Flysch of the Magura nappe between Jordanów and Nowy Sącz (Carpathians, Poland)

(7 Figs.)

T r e ś ć : W piaskow cach w arstw łąckich (środkowy eocen) i w arstw m agur­

skich (górny eocen) płaszczowdny m agurskiej stw ierdzono piaskow ce w ęgliste, lupki w ęg lo w e oraz hum usow y w ęg iel brunatny tw ardy odm iany błyszczącej. P iask ow ce w ęg liste i łupki w ęglow e w ystęp u ją w postaci w arstw o grubośoi od kilku m m do około 15 cm, natom iast w ęg iel brunatny tw orzy soczew ki o grubości do 8 m m oraz nieco grubsze u w ęgliny na spetryfikow anych fragm entach pnd palm . W pro­

cesie sedym entacji m orskiej nastąpiła segregacja szczątków roślinnych na podsta­

w ie ich w ielk ości, co m iało decydujący w p ły w na stopień ich biochem icznego prze­

obrażenia.

WSTĘP

W brzeżnych strefach fliszu karpackiego pojaw iają się w kładki skał w ęglowych w form ie soczewek i w arstw o różnym zasięgu poziomym i grubości od kilku m m do 15 cm. Stanow ią one rzadki, ale dość cha­

rakterystyczny składnik jego najm łodszych ogniw litostratygraficznych, k tó ry nie ibył dotychczas 'bliżej (badany przede wszystkim z pu n k tu wi­

dzenia składu petrograficznego i stopnia uwęglenia.

Najwięcej inform acji w literatu rze dotyczy skał węglowych w ystę­

pujących w obrębie fliszu podhalańskiego. Na obszarze Zachodniego Pod­

hala wśród w arstw zakopiańskich i chochołowskich (górny eocen) obser­

wowano obecność skał piaszczystych z obfitym detrytusem węglistym,.

fragm entam i oznaczalnych szczątków roślinnych oraz soczewkowate sku­

pienia humusowego węgla o grubości kilku m m (Kuźniar, 1910; Soko­

łowski 1959; Bąkowski, 1967; Frankiewicz, 1974).

* Instytut G eologii i Surow ców M ineralnych. A kadem ia G órniczo-H utnicza w K rakow ie 30-059 K raków, al. M ickiew icza 30.

7»

W kładki węgla w górnoeoceńskieh piaskowcach znane są również z brzeżnych stref płaszczowin karpackich z teren u Czechosłowacji i Związku Radzieckiego. W K arpatach Słowackich w obrębie tzw. fli­

szu magurskiego i skibowego soczewki twardego w ęgla brunatnego m ają grubość przeciętnie 0,1 m, lokalnie zaś osiągają 0,8 m, a ich rozprzestrze­

nienie dochodzi do 500 m (Havlena, 1964). Miejsca występow ania tych skał znane są z różnych miejsc w Białych K arpatach, nad górnym Hro- nem i w okolicach Bardziejowa. Dorywczo eksploatowano je w okolicach Żyliny, Liptowskiego M ikulasza i Spiskiej K otliny koło Kisowca.

Z górnoeoceńskieh piaskowców glaukonitow ych jednostki skibowej K arpat U kraińskich opisano w arstew ki humusowego węgla kamiennego 0 niskim stopniu uw ęglenia oraz soczewkowate skupienia kopalnych ży­

wic (Ładyżeński, 1967; Ładyżeński, Sawkiewicz 1968). Grubość w arste­

wek zarówno węgla humusowego, jak i liptobiolitowego wynosi od 2 do 10 cm. U tw ory te znane są m. in, z rejonu Górnego Siniewidnowa w okręgu lwowskim.

W niniejszej! pracy opisano form y w ystępow ania węgla brunatnego tw ardego i innych skał węglowych w ystępujących wśród piaskowców m agurskich (górny eocen) w rejonie Jordanow a oraz piaskowców osie- leckich (środkowy eocen) z rejonu Łabowej koło Nowego Sącza. Podano również w yniki badań petrograficznych i chemiczno-technologicznych węgla.

METODYKA BADAŃ

Prace terenow e przeprowadzono w n aturalnych odsłonięciach pias­

kowców m agurskich w potoku Malej owym we wschodniej części Jo rd a ­ nowa (6 stanowisk), w potoku N apraw ka w N apraw ie Dolnej (1 stano­

wisko) oraz w rejonie stacji kolejowej w południowej części m iasta Jo r­

danów (1 stanowisko — fig. 1 i 2).

Do badań włączono również próbki skał węglowych z profilu Łabo­

wej koło Nowego Sącza, pobrane przez dra inż. Jan a Bromowicza z pias­

kowców osieleckich, w ystępujących wśród m argli łąckich (fig. 1).

Opróbowane skały poddano badaniom laboratoryjnym . W ykonano szczegółowe obserwacje petrograficzne m ikroskopowe oraz oznaczenie param etrów chemicznych i technologicznych węgla, które były podstawą określenia jego stopnia uwęglenia i zwietrzenia. Oznaczono zawartość С 1 H metodą Sheffielda, N — m etodą Kiejdala, S — m etodą zgazowania w tlenie oraz wilgoci, popiołu, części lotnych i bitum inów w edług Pol­

skich Norm.

Ponadto oznaczono niektóre własności koksownicze węgla, jak liczbę Rogi (wg PN/C-04332) i w skaźnik wolnego w ydym ania (wg PN/G-04515).

Zawartość tle n u ^W Węglu obliczono z różnicy udziałów procentow ych oznaczonych pierwiastków .

P aram etry chemiczno-technologiczne węgla były podstaw ą w ykona­

nia statystycznej analizy stru k tu ry w ew nętrznej, w której w yniku uzy­

skano obraz budowy przeciętnej jego jednostki stru k tu raln ej, a tym sa­

m ym inform acje o stopniu uw ęglenia i zw ietrzenia węgla.

— 101 —

0 10 20 km

Fig. 1. R ozm ieszczenie opisanych punktów w ystępow ania skał w ęglonośnych w pła- szczow inie m agurskiej (schem at tektoniczno-facjalny w g K ozikow skiego 1963). I — strefa H arklow ej; II — strefa rabczańsko-gorlicka; III — strefa rabczańsko-sądecka;

IV — strefa bystrzycko-rabczańska; V — strefa białokarpacko-krynicka; VI — p ie­

niński pas skałkow y; 1 — erozyjny brzeg płaszczow iny m agurskiej; 2 — przy­

bliżone granice stref; 3 — lokalizacja badanych profili, 4 — m iocen

F ig 1. Localization of coal rocks in the Magura nappe (geology after K ozikow ski 1963). I — V — facial zones o f th e Magura nappe; VI — P ienin y K lippen Belt;

1 — erosional border of th e Magura nappe; 2 — approxim ated lim its of faoial iziones; 3 — localization of investigated profiles; 4 — M iocene

Fig. 2. Szikic sytuacyjny odsłonięć skał w ęglow ych w rejonie N apraw y — Jordanow a.

А, В — M alejow a G łębiec; C, D — M alejow a Dolna; E — N apraw a Dolna; G, H — N ow iny; P — Jordanów (stacja PK P)

Fig. 2. Investigated outcrops in the region of Napraw a — Jordanów

FORMY W YSTĘPOW ANIA SKAŁ WĘGLOWYCH

Rejony N apraw y — Jordanow a i Łabowej położone są w północnej części środkowej strefy płaszczowiny m agurskiej, nazyw anej również strefą bystrzycko-rabczańską (Koziikowski, 1968 —■ fig. 1). U tw ory wę­

glowe w ystępują tu w dwóch ogniwach litostratygraficznych: w środko- woeoceńskich piaskowcach osieleckich, które tw orzą w kładki w m arglach łąckich (rejon Łabowej) oraz w śród piaskowców m agurskich w ieku gór- noeoceńskiego (rejon Jordanow a — Naprawy). U sytuow anie profilow a­

nych odsłonięć w rejonie N apraw y i Jordanow a w skazuje, że osady w ę­

glowe związane są z dolną częścią profilu piaskowców magurskich.

U tw ory węglowe charakteryzuje znaczne zróżnicowanie w w ykształ­

ceniu litologicznym. Biorąc pod uwagę zmienność w zawartości hum u­

sowego m ateriału organicznego wyróżniono:

— piaskowce węgliste,

— łupki węglowe,

— węgiel brunatny.

W badanym rejonie piaskowce węgliste są najszerzej reprezentow aną skałą zaw ierającą uwęglony m ateriał roślinny. W ystępują one w formie w arstew ek o grubości od kilku m ilim etrów do około 15 centym etrów . W kierunku bocznym skały te w ykazują dużą ciągłość lateralną (fig. 3 A, B, E).

Piaskowce w ęgliste są skałam i drobnoziarnistym i barw y szarej lub szaroczam ej. M ateriał węglowy w ystępuje w nich w formie nieoznaczal- nego detrytusu o rozm iarach frakcji pelitow ej lub też większych frag ­ m entów roślinnych o długości do 1. centym etra. Nagrom adzenie uwęglo- nych fragm entów w ułożeniu zgodnym z w arstw ow aniem skały powo­

duje jednokierunkow ą łupliwość, zaznaczającą 'się w yraźnie w skałach zw ietrzałych.

Zasadniczym składnikiem m ineralnym piaskowców w ęglistych jest kw arc (44,6—63,1% obj.), którego ziarna m ają pokrój izom etryczny lub wydłużony, rzadko trójkątny. C harakteryzuje je na ogół ściem nianie fa ­ liste. Ziarna kw arcu wykształcone w postaci mozaiki odmiennie zorien­

tow anych optycznie krystaloblastów są rzadkim składnikiem tych skał.

Skalenie (11,2— 13,1% obj.) reprezentow ane są w badanych piaskow­

cach głównie przez ziarna mikrcipeTtytów. Flagiofolazy, jak również po­

jedyncze ziarna skaleni potasowych, są rzadkim składnikiem tych skał.

Łyszczyki (5,8— 7,5% obj.) są częstym składnikiem piaskowców węgli­

stych. N ajliczniejszy jest tu muskowit, którego blaszki często są rozw ar­

stwione, w ykazując na brzegach cechy optyczne hydrom uskow itu. W nie­

których w arstw ach piaskowców dość liczny jest zw ietrzały biotyt.

M inerały węglanowe w ystępują w zm iennych ilościach (0,2—8,9% obj).

Częsty jest tu kalcytow y m ik ry t rozproszony w śród innych składników lub skupiony w gniazda i tw orzący spoiwo kontaktow e typu węglanowo-

65 C.01 C D 2 0?03 0.04 [m]

Fig. 3. Fragm enty odsłonięć piaskow ców m agurskich z rejonu N apraw y •— Jorda­

now a (A—E) i piaskow ców osieleck ich z rejonu Łabowej (F). 1 — piaskow iec;

2 — mułowdec; 3 — iłow iec; 4 — piaskow iec w ę glisty; 5 — łupek w ęglow y; 6 — w ęgiel; 7 — fragm enty iskrzem ionkowanych łodyg roślinnych; 8 — w arstw ow an ie

przekątne; 9 — num er p ró b k i O znaczenia literow e (A—F) jak na fig. 2 Fig. 3. D etails of exposures of the M agura Sandstone from th e region N apraw a Jordanów i(A—E) and O sielec Sandstone from the region of Łabowa <F). 1 — sand­

stone; 2 — m udstone; 3 — d a y sto n e; 4 — coal grit; 5 — coal shale; 6 coal; 7 fragm ents of silicified plant stem s; 8 — cross-bedding; 9 — sam ple num ber

-ilastego. Ponadto obserwowano niedużą ilość okruchów w apieni oraz drobnych szczątków otwornic.

M ateriał węglowy (8,7— 19,9% obj.) w piaskowcach w ystępuje w fo r­

mie soczewek o grubości od 0,01 do około 0,06 m ilim etra. Często poje­

dyncze soczewki łączą się w w arstew ki o rozległości w k ieru n k u bocz­

nym do 15 mm. Zbudowane są one z kolinitu o subtelnej ziarnistej bu­

dowie. Mniej licznym ilościowo składnikiem m ateriału organicznego jest rezynit w ystępujący po zew nętrznej stronie skupień kolinitu o zacho­

w anym kształcie kutikul. Sporadycznie w badanych piaskowcach obser­

wowano soczewkowate skupienia fuzynitu.

Skład m ineralny piaskowców w ęglistych uzupełniają zmienne ilości m inerałów ilastych (4,9—7,0% obj.).

Łupki węglowe m ają charakter piaszczysty. Zbudowane są one z cien­

kich w arstew ek piaskowca węglistego i węgla brunatnego w ystępują­

cych naprzem ianlegle. Grubość w arstew ek piaskowca jest zm ienna i w y­

nosi przeciętnie 1,5— 5,0 mm, natom iast grubość soczewek lub w arste­

wek węgla nie przekracza 2 mm. Miąższość w arstw łupków węglowych wynosi przeciętnie 2 cm m aksym alnie 6 cm. W ystępują one zawsze wśród piaskowców węglistych, odróżniając się od nich słabym połyskiem spowodowanym obecnością makroskopowo widocznych przew arstw ień węgla (w itrynu). W profilow anych odsłonięciach stw ierdzono duże roz­

przestrzenienie tych skał w kieru n k u bocznym (fig. 3 A. B, E).

Pod względem składu m ineralnego łupki węglowe łączą cechy pias­

kowców węglistych i węgla brunatnego.

Węgiel b ru n atn y obserwowany w obrębie piaskowców m a ch arak ter humusowego węgla twardego. Jest on w różnym stopniu zw ietrzały, co ujaw nia się zasadniczo jego rozpadem na drobne fragm enty o zaokrąglo­

nych kraw ędziach, w m niejszym stopniu takim i cechami jak barw ą, któ­

ra jest czarna, oraz połyskiem, k tó ry określono jako szklisty. P rzełam tego węgla jest muszlowy, natom iast rysa brunatnoczarna.

Wyróżniono dwie form y w ystępow ania węgla brunatnego:

— w postaci soczewek wśród łupków węglistych,

— jako uw ęgliny zm ineralizowanych pni drzew.

Soczewki węgla w ystępują w otoczeniu łupków węglowych. M ają one- grubość od 5 do 8 m ilim etrów i rozległość w k ierunku bocznym od 0,5 do 1,0 m. Zbudowane są zasadniczo z w itrynu, a jedynie w ich części stropow ej w ystępuje cienka w arstew ka (o grubości od 0,1 do 0,3 mm)' fuzynu zmineralizowanego siarczkam i żelaza.

Obserwacje mikroskopowe wykazały, że zasadniczym składnikiem m ikroskopowym węgla jest kolinit, tw orzący tło skalne dla licznych in­

kluzji pirytu, m inerałów ilastych oraz ziaren kw arcu. K olinit w ykazuje spękania kontrakcyjne, które wypełnione są najczęściej m inerałam i ilas­

tymi. N iekiedy przechodzi bocznie w telinit, którego ścianki są silnie

zżelifikowane. W ewnętrzne części kom órek telinitu są najczęściej zaciś­

nięte lub w ypełnione częściowo kaolinitem , rzadko pirytem .

W częściach stropow ych soczewek w itry n u w ystępuje fuzyn. K ontakt tego składnika z koiinitem jest ostry. F uzynit jest reprezentow any przez tzw. degradofuzynit, którego przestrzenie kom órkowe w ypełnione są p i­

rytem , niekiedy chalkopirytem . Jest on silnie rozkruszony, w ykazując w niektórych częściach w arstew ek stru k tu rę łukową.

C harakterystycznym składnikiem węgla są siarczki (13,3 - 14,1% obj.) reprezentow ane głównie przez piryt, rzadko chalkopiryt lub m arkasyt.

N ajbardziej częstą form ą w ystępow ania tych składników są inkluzje w kolinicie o kształcie urozm aiconym : izom etrycznym , sierpow a tym , nie­

kiedy trójkątnym . Średnica pojedynczych kryształków wynosi około 0,005 m ilim etra, a skupiają się one często w form y k ształtu owalnego lu b też tw orzą koncentracje w postaci w ydłużonych taśm. Morfologia skupień siarczków przypom ina nagrom adzenia tzw. p iry tu bakteryjnego lub zm ineralizowane kanały naczyń przewodzących tkanek roślinnych, obserwow anych w różnych przekrojach.

Powłoki uw ęglin w ystępujące na spetryfikow anych pniach drzew lub ich fragm entach m ają grubość od 0,6 do 7 cm (fig. 3C, D, F). Zbudowa­

ne są one wyłącznie z w itrynu, pociętego gęstą siatką spękań w ypełnio­

nych kalcytem.

Składnikiem mikroskopowym tego węgla jest wyłącznie kolinit, za­

w ierający zm ienną ilość ziarn kw arcu i skupień m inerałów ilastych.

Zw raca uwagę nieobecność w tych uw ęglinach siarczków żelaza oraz m acerałów węglowych grupy inertynitu, które były charakterystycznym składnikiem soczewek węgla w ystępujących w śród łupków węglowych.

Na szczególną uwagę zasługują spetryfikow ane części roślin w ystę­

pujące w śród piaskowców. Stwierdzono dw ojaką formę zachowania tych części:

— jako piaskowcowy odlew pnia drzewa,

— jako zm ineralizow any krzem ionką, kalcytem i siarczkam i fragm ent pnia z zachowaną stru k tu rą komórkową.

Odlew pnia drzewa obserwowano w ścianie nieczynnego kam ienioło­

m u w M alejowej (fig. 2, 3C, D). W w arstw ie piaskowca m agurskiego o grubości 1,5 m etra tkw ił poziomo ułożony pień palm y z zachowaną częścią korzeniową o szerokości około 0,4 m etra. Część środkowa pnia została zachowana w postaci odlewu zbudowanego z piaskowca drobno­

ziarnistego takiej samej odm iany co skała otaczająca. Na zew nętrznej pow ierzchni odlewu w ystępują podłużne bruzdy, przypom inające m or­

fologicznie odciski kory palm y, a część w ew nętrzna odlewu nie w ykazu­

je stru k tu ry komórkowej. Ponadto w otaczającym piaskowcu zostały za­

chowane odlewy korzeni przybyszowych.

W w arstw ie piaskowca w ystępującej poniżej tak zachowanego pnia obserwowano licznie soczewki w itry n u o grubości dochodzącej do 3 mm.

— 105 —

Częste są tu ta j również słabo zachowane odciski liści palmowych.

Drobne soczewki w itry n u można uważać, jak się w ydaje, za zżelifiko- w ane i uw ęglone fragm enty liści lub drew na, naniesione do zbiornika sedym entacyjnego.

[mj

H

3 * . m *

w

К

1 ^ 4 . 2 Z 3 5

9. 9. 10. 11^.

Fig. 4. Profile litologiczne odsłonięć: H — piaskow ce m agurskie w N ow inach; К — piaskow ce osieleckie w Łabow ej. 1 — piaskow iec średnioziarnisty; 2 — piaskow iec drobnoziarnisty; 3 — m ułow iec; 4 — ilow iec (łupek ilasty); 5 — piaskow iec węgl-i- sty; 6 — łupek w ęglow y; 7 — m argiel; 8 — piaskow iec uziarniony frakcjonalnie;

9 — piaskow iec w arstw ow an y przekątnie; 10 — płat deform acyjny z w ęglem ; 11 —

numer próbki

Fig. 4. Lithological (profiles of exposures: H — the M agura Sandstone at Now iny;

К — the O sielec Sandstone at Łabowa, il — m edium -grained sandstone; 2 — fin e - -grained sandstone; 3 — m udstone; 4 — claystone (shale); 5 — coal grit; 6 coal shale; 7 — marl; 8 — sandstone w ith graded bedding; 9 — cross-bedded sand­

stone; 10 — deform ation lobe w ith coad; 11 — sam ple number

Bardzo ciekawą form ą zachowania szczątków roślinnych jest zmine- ralizow any fragm ent pnia drzewa, k tó ry znaleziono w śród piaskowców osieleckich w Łabowej. W osuwiskowej części w arstw y piaszczystej tkw ił fragm ent zmineralizowanego drew na o długości około 15 cm i grubości średnio 4 cm (fig. 3F, 4F).

W przekroju poprzecznym widoczna jest strefow a budowa tego frag ­ m entu. Część zew nętrzną tw orzy w itrynow a uw ęglina o grubości 3 - 6 mm, natom iast część w ew nętrzna wykształcona jest w postaci tw ardej ośrodki pozbawionej połysku, czym różni się od uwęgliny.

Ośrodka posiada zachowaną stru k tu rę komórkową. W yróżniono tk a n ­ kę przewodzącą drew na, która zbudowana jest z tek sty n itu im pregno­

wanego chalcedonem, kw arcem i kalcytem , natom iast w brzeżnych czę­

ściach pirytem , m arkasytem , chalkopirytem i bornitem . Przestrzenie między naczyniam i przewodzącymi wypełnia tkanka drzew na, zbudowa­

na również z tek sty n itu im pregnow anego chalcedonem i kwarcem.

Część zew nętrzna pędu ma niew yraźną stru k tu rę komórkową, tw o­

rząc strefę przejściową między b ezstru k tu raln ą uw ęgliną w itrynow ą a dobrze zachowaną częścią w ew nętrzną ośrodki. W skazuje to na dość długotrw ały proces żelifikacji pędu roślinnego.

Badania stru k tu ry kom órkowej zm ineralizowanego ksylitu w ykazały, że jest on fragm entem pnia palmowego (inform acja d r Bolesława B rzys­

kiego).

CHARAKTERYSTYKA CHEM ICZNO-STRUKTURALNA WĘGLA

W odsłonięciach fliszu karpackiego spotyka się odm iany od węgla świeżego do dość silnie zwietrzałego. S trefa skał zw ietrzałych ma g ru ­ bość do 0,7 m. Jest ona w yraźnie większa w ścianach odkryw ek niż w dnie potoków.

Węgiel w ietrzejący jest silnie rozdrobniony, tw orząc lokalnie skupie­

nia ziemiste. W ystępuje on w form ie ciem noszarych smug w zw ietrzeli- nie piaskowcowej osuw ającej się ze ścian odsłonięć.

Zawartość pierw iastka С w w ęglu zw ietrzałym jest niska i wynosi od 49,9 do 53,9% wag. Również zawartość H jest niska (3,5 - 3,9% wag. — tabl. 1). W ęgiel ten odznacza się natom iast zwiększoną zaw artością O (36,8 - 43,5% wag.). Zawartość zaś N i S organicznej (1,4 - 1,9% wag.) nie odbiega w zasadniczy sposób od analogicznych param etrów dla węgla świeżego (tab. 1).

Węgiel zw ietrzały nie w ykazuje własności koksowniczych, charakte­

ryzuje go duża zawartość popiołu (24,4 - 28,8% wag.), wilgoci całkowitej (44,5—46,0% wag.) i części lotnych (55,9-—58,5% wag.).

Węgiel niezw ietrzały wyróżnia się natom iast w yraźnie cechami fi­

zycznymi i chemicznymi. Są one typow e dla w itry n u węgla brunatnego twardego. Zawartość pierw iastka С kształtuje się na poziomie 71—73%

— 107 —

О<d аз

ЛЯгН (0 О о

и л

лP«

и л о

ю

Л йО

О

9 и

pQ

V

о,

мл Рн й •о

К Pi

• « • • « « * • t

fr fr fr Es fr fr fr V

о о о о о о о о

л Pi Pf » p< P4 P4 л

•Ö пЭ •в 'О *a тЗ

о о о о о о о о

• • • •

№о frо 0 frо в Ö d Ö â в d frо

р. P4 смto 04 У—to CMto to to into 40to СОto Ol

N N о N о о о о о о о N

Шto to VO

Ш ч«*- to

1 1 1 1 1 1 1 1 1 СП

o> СП VO СП СП о C4I г- f— m

1 to to to to to to to to to to to

T_ *“ *“ CM 0J CM CM CM CM

К> 40 ш 40 VO tn tn КЧ

to to to to to to to to to to to

1 *“ г- v” г™ r- T— T— T—■ T—

Шto to into соto t-to 40to CMto to СПto оto I--to

VO о m см 40 CM 40 СП CO m

1 Ю СЧ| m m tn CM y— CM

cn» оto into шto оto CMto mto c-to CMto tnto to

1 Ю 1П Ю кл in in K**

o\ cn см CO Г— T“ VO m СП

* to to to to to to to to to to to

ГП cn о in r- о in 4— tn

1 in г- in in in 40 40 t- t- 40

CvJ CM

О о \ о о о о о 1 1 \ 1

о аэо т— о о о о T— 4"

о» to to to to to to 1 to to to 1

о О о о о о о о о о

t—to ч«t 1 1 VOto СПto to оto to 1 \ 1

о о о о r— T— T”

СП о in с*- CM -<*- fn о о CM

to to to to to V. to to to to to to

in 40 со tn о in in VO о CM in

in in in \Г\ r<\ ■«* in in

m со 40 о t— cn t- in CVJ T-. m

* » to to to to to Ф. to • to to

СО аэ СП ^ ■ in ao CM in СП a> СП T—

1— см CM CM *“ CM

<T» VO 40 r- to

РО 40 Ш to to to to to

to «к to 4— CM CO t'­ K\ ITS CM

KV К\ y— t—■ to « to

СП f - 40

CM r~

см t— in 40 in en

to to to to to to to

t— ш 1 in СП in 1

см К\ tn CM CM CM CM

т— см CM ■*- in VO r- Ш <T\ T—

\< \m \m \о \о \a \о \и \a \Ü \p \ß4

wag., H od 5,0 do 5,3% wag. i O od 18,0 do 24,4% wag. (tab. 1). Węgiel ten w ykazuje stosunkow ą niską zawartość wilgoci całkowitej (około 16%

wag.) i popiołu (9,1 do 9,6% wag.) oraz wysoką zawartość części lotnych (od 46,0 do 52,0% wag.). Ma on również niskie własności koksownicze (liczba Rogi około 0,1 i w skaźnik wolnego w ydym ania około 1/2). Pod w pływ em gorącego roztw oru w odorotlenku potasowego rozdrobniony węgiel w ykazuje obecność niedużej ilości kwasów humusowych, co od­

różnia go od węgla zwietrzałego, który traktow any już zim nym roztw o­

rem w odorotlenku odznaczał się dużą wydajnością oksykwasów h u m u ­ sowych.

Tabela — T able 2 A nalizy chemiczno technologiczne w ybranych próbek w ęgla brunatnego

tw ardego odm iany błyszczącej. Oznaczenia jak w tabeli 1

C hem ical-technological analyses of chosen sam ples of hard-lustrous brown coal. For explanation see Table 1

L o k a liz a c j a _próbkiS r

.

— 109 —

Kościelisko

-potok Buto- W/2 15,6 4 8,3 70,1 5 ,4 2 1 ,6 1 ,5 rowy

Złoże

Prewalje P/l 18,7 45,8 6 8 , 8 “ 5,5 22,9 1,4 1 ,*

Złoże Hand­

lowa H/1 1 2,6 - 77-, 8 4 ,9 14,0 2 ,0 4 ,9

P aram etry chemiczno-technologiczne próbek węgla z różnych odsło­

nięć oraz z różnych głębokości w ykazyw ały zmienność, spowodowaną m niej lub bardziej zaaw ansowanym stopniem zwietrzenia. Obserwowana zmienność, powodująca w pojedynczym profilu w yraźną strefow ość a n a­

lizowanych param etrów , została w ykorzystana do ustalenia przebiegu zmian tych param etrów na skutek procesu wietrzenia. W tym celu w ykonano szczegółowe zdjęcie litologiczno-petrograficzne uw ęgliny pnia palmowego w kamieniołomie w M alejowej, pobierając 10 próbek co 0,1 m w głąb odsłonięcia.

A nalizy chemiczne tych próbek były podstawą do określenia budow y przeciętnej jednostki stru k tu ra ln e j węgla świeżego i zwietrzałego m e­

todą statystyczną zaproponowaną przez Van K revelena i Schuyera (1961).

Węgiel ndezwietrzały zawiera w przeciętnej jednostce stru k tu raln ej około 22 atom ów C, z których 13 zaangażowanych jest w połączenia ty -

pu arom atycznego (wskaźnik arom atyczności fa = • 0,58 — tab. 3). Podo­

bna w artość w skaźnika kondensacji pierścieniowej tej jednostki

inform uje, że atom y С arom atycznego tw orzą skondensowane pierście­

nie, które należy lokalizować w rdzeniu tej jednostki. W ym iar po­

w ierzchni arom atycznej podstawowej (przeciętnej) jednostki s tru k tu ra l­

nej tego węgla wynosi około 31 A.

W m iarę w zrostu zw ietrzenia węgla (zmniejszanie się procentowej zaw artości pierw iastkow ej С, H i w zrastanie zaw artości O) w skaźnik aro­

matyczności f a przybiera coraz wyższe wartości (tab. 3), osiągając w p ró b ­ ce nr C/4 w artość 0,93.

Dla węgla o najw iększym stopniu zw ietrzenia (próbki n r C /l i C/2) w skaźnika arom atyczności nie można wyznaczyć, ponieważ p aram etr D— oznaczający ilość pierścieni przypadających na statystyczny atom C,

a któ ry jest podstawą obliczenia f a, przybiera w artość ujem ną, co ozna­

cza brak pierścieni w przeciętnej jednostce stru k tu raln ej badanego wę­

gla.

Fig. 5. Porów nanie niektórych param etrów strukturalnych badanych w ę g li (funkcja zaw artości pierw iastka С). A — w skaźnik arom atyczności; В — w skaźnik konden­

sacji pierścieniow ej; С — pow ierzchnia arom atyczna przeciętnej jednostki struk- Fig. 5. Structural param eters of the exam in ed coals as th e function o f С elem ent content. A •— aromatic index; В — ring condensation index; С — arom atic surface

A

3 0

С

0 ,2

5 0 SS 6 0 65 7 0 75 9 0 ç*t%l SO 55 6 0 ëS 7 0 ^{iS 9 0}

5 0 55 6 0 65 "Я ëO cbftŁI 0,20 одо 0/.0 050 oeo qto (rç

5

D

turalnej; D — stosunek atom ow y H/C

of average structural unit; D — atom ic ratio H/C

I l l —

Należy zaznaczyć, że w przypadku węgla silnie zwietrzałego pojęcie jednostki stru k tu raln ej traci sens, ze względu na niemożliwość w yróżnie­

nia jej części centralnej (rdzenia) i peryferycznej.

W m iarę w zrastającego zw ietrzenia węgla zm niejsza się w artość

D __ 1

w skaźnika kondensacji pierścieniowej 2--- , który przybiera wartości znacznie niższe od wskaźnika ^{f s} (tab. 3, fig. 5A, B). Oznacza to, że w pro­

cesie w ietrzenia węgla równolegle z utlenianiem węglowodorów łańcu­

chów bocznych rozryw ane zostają również skondensowane pierścienie rdzenia jednostki. Na tak i przebieg procesu w ietrzenia w skazuje ponadto:

— zmniejszanie się przeciętnej liczby atomów С w jednostce stru k tu ­ ralnej (tab. 3),

* T abela — Table 3

W artość param etrów strukturalnych w ęg li karpackich i w yhranych w ęg li brunat­

nych twardych. H/C, O/C, O + N/C — stosunki atom ow e odpow iednich pierw iast- ków; R/C — liczba pierścieni przypadająca na atom C; 2 - _] — w skaźnik kon-

t v<

densacji pierścieniow ej; f a — w skaźnik arom atyczności; Ca — ilość atom ów С aro­

m atycznego w przeoiętnej jednostce strukturalnej w ęgla; S •— w ielk ość pow ierzchni arom atycznej przeciętnej jednostki strukturalnej w ęgla

V alues of structural param étrés o f th e Carpathian coals and chosen hard brown, coals H/C, O/C, O + N/C — atom ic ratios of elem ents, R/C •— num ber of rings per atom C, 2 _I- — indicator o f ring condensation, f a — indicator o f arom atic,.

С — number of С atoms in average coal structural unit, Ca — num ber of aro­

m atic С atom s in average coal structural unit, S — size of arom atic surface of average coal structural unit

Ir

próbki H/C

o/c

Д /

C/1 0,83 0,66 0 ,68 0 - - - - -

C/2 0,84 0,64 0,67 0 - - - - -

C/4 0,85 0,49 0,52 0,11 0,22 0,93 в,з 7 ,7 18,78

C/5 0,86 0,45 0,44 0,15 0,30 0,84 ' 9,5 8 ,0 19,62

C/6 0,85 0,40 0,42 0,17 0,34 0,81 10,5 9»5 2 0,78

C/7 0,85 0,30 0,32 0,27 0,54 0,61 16,0 9 ,8 24,02

C /8 0,86 0,21 0,22 0,30 0,60 0,54 22,0 11,9 29,18

D /9 0,86 0,18 0,20 0 ,2 8 0,56 0 ,5 8 21,9 12,7 31,06

W/2 0,91 0,23 0,25 0,28 0,56 0,53 21,4 11.3 27,72

P/1 0,95 0,25 0,27 0,30 0,60 0,45 18,2 8 ,4 26,61

H/1 0,76 0,14 0,16 0,24 0 ,48 0,76 20,2 15,3 37,47

— zmniejszanie się powierzchni arom atycznej tej jednostki (fig. 5C),

— w zrost liczby grup hydroksylow ych i karboksylow ych w w ęglu zwie­

trzałym , co w arunkuje jego rozpuszczalność w roztw orach wodoro­

tlenków.

Fig. 6. Przypuszczalny przebieg przem ian chem icznych przeciętnej jednostka struk­

turalnej w ęgla w procesie w ietrzenia (wg Van K revelena i Schuyera 1961, nieco zm ienione)

Fig, 6. Assum ed chem ical changes of an average structural coal unit during w eath­

ering (according to Van K rovelen and Schuyer 1961, slightly changed)

Przypuszczalny przebieg w ietrzenia węgla obrazuje graficzny sche­

m at (fig. 6) sporządzony według propozycji Van K revelena i Schuyera (1961). Przedstaw ia on przem iany w trakcie w ietrzenia przeciętnej je­

dnostki stru k tu raln ej w itrynu o niskim stopniu uw ęglenia (C = 8 0 —83%

wag., ---=0,78), której wzór chemiczny (C13H140 2);] i model budowyH

Vy

został ustalony w opraciu o analizę elem entarną, pom iary polim eryzacji, magnetycznego rezonansu jądrowego i absorbcji w podczerwieni. Model budow y jednostki badanego węgla niezw ietrzałego zdaje się być po­

dobnym, na co w skazuje zawartość pierw iastka С rów na 73,3% wag.

i stosunek atom owy _ u rów ny 0,85 oraz przybliżony wzór stechio- C

m etryczny /C16H140 3/„.

Schem at ten w yjaśnia, między innym i, zjawisko dość znacznego zmniejszania się w ydajności części lotnych w początkowym etapie wie­

trzenia (tab. 1, fig. 7). Zjawisko to sygnalizowano już w literatu rze (Ko­

w alski W. M. 1977, Krukowiecki, 1967), lecz nie zostało ono wyjaśnione.

W ydaje się, że spadek wydajności części lotnych związany jest z tym etapem w ietrzenia, gdy węglowodory części peryferycznych jednostki stru k tu raln ej węgla zostają usunięte w form ie C 0 2 i H20 , a degradacja stru k tu ry nie zaznaczyła się jeszcze głęboko w śród skondensow anych pierścieni rdzenia tej jednostki. Gdy pierścienie rdzenia ulegają roze­

rw aniu, to proces utleniania przebiega już szybciej. Związany jest z tym ponow ny w zrost części lotnych, choć niew ątpliw ie następuje zm iana ich składu chemicznego. W yjaśnienie tego procesu potw ierdzają w yniki ba­

dań Van K revelena i Schuyera (1961) wskazujące, że części lotne w węglu

— и з —

kopalnym pow stają w skutek oderw ania w podwyższonej tem peraturze m niej stabilnych pod względem energetycznym związków alifatycznych łańcuchów bocznych przeciętnej jednostki stru k tu ra ln e j węgla.

Fig. 7. W ydajność części lotnych jako funkcja .zawartości pierw iastka С dla ba­

danych w ęgli

Fig. 7. V olatile m atter content aa function of С elem en t content in th e exam ined coals

Przeprow adzona analiza zm ian w ietrzeniow ych węgla z piaskowców m agurskich wykazała, że w ystępuje w nich węgiel b ru n atn y tw ard y odm iany błyszczącej. Podobne w artości param etrów chemicznych i stru k ­ tu raln y ch węgla brunatnego (w itrynu) znane są w złożach Handlowa (CSRS) i P rew alje (Jugosławia). Taką sam ą pozycję w szeregu węglowym zajm uje również węgiel stw ierdzony we fliszu podhalańskim w rejonie Kościeliska (tab. 2, fig. 5, 6).

W ARUNKI SEDYM ENTACJI I FOSYLIZACJI M ATERIAŁU ROŚLINNEGO

Piaskowce m agurskie i osieleckie należą do utw orów fliszowych po­

w stałych w strefie hem ipelagicznej. Na sedym entację w tej strefie w pływ ląd u jest znaczny, na co w skazuje m iędzy innym i duża zawartość m a­

te ria łu roślinnego.

D robny m ateriał roślinny był transportow any do morza z pobliskiego lądu przez rzeki i osadzany w górnej części skłonu kontynentalnego.

K łody lub całe drzewa odbyły nieco inną drogę do stoku k o n tynentalne­

go. Można przypuszczać, że transportow ane one były przez w ezbrane rzeki i zdeponowane u ich ujść w postaci zatorów, jak to obserw uje się w ujściu współczesnych rzek do mórz. Działalność m orskich fal w stre ­ fie przybrzeżnej, pływ y m orskie lub w ezbrany n u rt rzeczny w okre­

sach burzow ych powodowały „rozluźnienie” zatorów i tran sp o rt kłód od brzegu morskiego.

8 — R o c z n ik P T G 50/1

50" 55 60 65 70 75 60 Cb [%I

W wodzie rzecznej m ateriał roślinny podlegał żelifilkacji bez udziału mikroorganizmów (TeiehmulTler M., Teichmuliler R. 1967). Proces ten dalej postępujący w środowisku morskim , ale już przy udziale b ak terii pochłaniających tlen, a w ydzielających siarkow odór i dw utlenek węgla, powodował w ytw orzenie się powłok żelowych na pow ierzchniach uno­

szonych w wodzie fragm entów roślin i w rezultacie powodował ich za­

topienie. K onsekwencją takiego sposobu tran sp o rtu było w ytw orzenie gru ­ bej powłoki żelciwej.

W górnej części stoku kontynentalnego pow staw ały osuwiska podm or­

skie, wiskutek przekroczenia rów now agi stoku. M ateriał ro ślinny był przem ieszczany do basenów fliszowych przez prąd y zawiesinowe.

Największe elem enty m ateriału roślinnego, jak pnie i ich fragm enty tkw ią w piaskowcach, które są najniższym elem entem sekw encji prądu zawiesinowego. W arstw y piaskowców są dość grube (od 0,8 do 10,0 m) i m a­

ją zazwyczaj nieuporządkow aną teksturą. Cechą tych skał jest również obecność uziarnienia frakcjonalnego, choć jest ono słabo wykształcone, oraz w ystępow anie licznych synsedym entacyjnych zaburzeń w arstw , z któ­

rych pospolite jest rozdrobnione uław icenie zaburzone. Polega ono na obecności w piaskowcach wspom nianych już płatów deform acyjnych zawiniętych, w których często tkw ią fragm enty uwęglonego drew na (fig. 4B).

Soczewki węglowe, które powstały, jak się wydaje, przez sprasow a­

nie zżelifikowanych fragm entów drew na w w yniku ciśnienia nadkładu oraz w arstw y łupków węglowych, w ystępują w śród piaskowców o zna­

cznie m niejszej grubości w arstw (od 0,1 do 0,4 m). Są one przedzielone w arstw am i mułowców o podobnej grubości (fig. 3, 4). Cechą tych skał jest uziarnienie frakcjonalne przechodzące ku górze w lam inację rów ­

noległą. Osady węglowe w ystępują zazwyczaj powyżej łupków piasz­

czystych, lecz obserwowano je również powyżej piaskowców o uziarnie- niu frakcjonalnym .

W arstew ki piaskowców w ęglistych w ystępują najczęściej ponad w ars­

tw am i piaskowców o lam inacji przekątnej (fig. 3, 4). N iekiedy obserwo­

wano je w stropow ej części gruboławicowych piaskowców, w ystępują­

cych w profilu niżej od b ezstrukturalnych iłowców. W ydaje się, że pia­

skowce węgliste są jednym z najw yższych elem entów sekw encji p rą ­ dów zawiesinowych.

Przedstaw ione obserwacje wskazują, że depozycja szczątków roślin­

nych w odm iennych częściach sekw encji fliszowych uzależniona była od ich rozm iarów objętościowych. Duże szczątki zgrom adzone zostały w dol­

nych częściach om aw ianych sekwencji. Szczątki m niejszych rozm iarów (kaw ałki drew na lub korzeni) w ystępują wśród piaskowców pow stałych nieco dalej od stoku kontynentalnego (środkowa część sekwencji), natom iast d etry tu s roślinny tw orzy w arstw ow e nagrom adżenia W gór­

nych częściach sekw encji, poniżej iłowców. -

Segregacja szczątków roślinnych w prądach zawiesinowych miała de­

cydujący w pływ na proces ich ostatecznego biochemicznego przeobraże­

nia. Intensyw ność działalności b akterii była niew ątpliw ie zależna od szybkości pogrzebania m ateriału organicznego w osadzie, co dokum entu­

ją spirytyzow ane kolonie tych organizmów. Są one liczne wśród socze­

wek węglowych, natom iast nie w ystępują w uw ęglinach większych szczątków organicznych.

Z działalnością bakterii wiążą się również procesy skrzem ionkow ania fragm entów roślinnych. Obniżenie pH środowiska spowodowane działal­

nością życiową tych mikroorganizm ów sprzyja tem u procesowi (Sharm a 1965).

W stadium geochemicznym uwęglenia, już pod nadkładem m ineral­

nym , nastąpiła w itrynizacja zżelifikowanego m ateriału organicznego z w ytw orzeniem kolinitu oraz telin itu z m niej przeobrażanego m ateriału.

W ytw orzenie fuzynitu należy wiązać z okresem wcześniejszym, gdy lo­

kalnie pow staw ały w osadzie w arunki silnie redukcyjne (duże nagrom a­

dzenie H2S).

Dalsze poszukiwania skał węglowych w płaszczowinach karpackich mogłyby znacznie poszerzyć wiadomości o sedym entacji węglotw órczej w paleogenie Polski, która obecnie znana jest jedynie z obszaru Niżu Polskiego.

M aszynopis nadesłano I I I 1979, p r z y ję to do druku V 1979

— 115 —

WYKAZ LITERATURY — REFERENCES

B ą k ó w , s k i J. (1967). R ośliny eoceńskie z Tatr d Podhala. Eocene plants from th e Tatra Mts. and th e Podhale Region. Pr. Muz. Z ie m i 10: 167—213, W arszawa.

F r a n k i e w i c z J. (1974), Z naleziska eoceńskiej flory w e fliszu podhalańskim . Spr. z pos. Kom. PA N 17, 1: 311—312.

H a v l e n a V. <1064), G eologie uhélnych loźisek. 2: U h li paleogenu: 354—355. Cech.

Akad. Vied, Praha.

K o w a l s k i W. M. (1977), Petrografia pstrych utw orów górnośląskiej serii pias­

kow cow ej (namur górny) R ybnickiego Okręgu W ęglowego, {The petrography o f red beds from The Upper S ilesian sandstone series (Upper Namuxian) of th e R ybnik Coal D istrict {Upper Silesian Coal Basin). Zesz. Nauk. AGH. K w a r t . Geologia. 3, 15—56, W arszawa.

K o z i k o w s k i H. (1968), Problem y roponośności regionu m agurskiego. Pr. Inst.

Naft. 83: 25—-31, K atow ice.

K r u k o w i e c k i W. (1967), Pobieranie próbek kopalin i ich badanie cz. 2: 1—212.

PW N W arszawa—K raków.

K u ź n i a r W. <1910), Eocen Tatr i Podhala. Spr. Kom. Fiz. Akad. Urn. 44: 36— 76, Kraków.

S h a r m a G. <(1965), Form ation oif siilica cem ent and its replacem ent by cambonates.

J. petrol. 70: 112—145, N ew York.

S o k o ł o w s k i S. (1959), Z d jęcie geologiczne strefy eocenu num ulitow ego w zdłuż północnego brzegu Tatr Polskich. (G eological M ap o f th e N u m m u litk E ocene

R egion (Northern Margin of the Polish Tatra). Biul. IG 149, 5: 197— 215, War­

szawa.

Ś l ą c z k a A. <1970), K arpaty fliszow e. In: G eologia 1 surow ce m ineralne Polski.

Biul. IG 261: 558-572, W arszawa.

T e i c h m u l l e r M. , T e i c h m u l l e r R. (1967), D iagenesis of coal. In: Larsen G., Chillingan G. ’(eds) D iagenesis in sedim ents: 391—415, E lsevier Am sterdam . V a n K r e v e l e n D. W. , S c h u y e r J. (19S1), Goal 1—310. Perg. Press., London.

Ł a d y ż e ń s k i G. N. — Л а д ы ж е н с к и й Г. H. (1967), Некоторые данные oö ископаемых смолах верхнеэоценого флиша Советских Карпат. Геологиа и разветка 4: 386—389, Москва.

Ł a d y ż e ń s k i G. N., S a w k d e w i c z S. S. — Л а д ы ж е н с к и й Г. H., С а в- к е в и ч С. С. (1968), О минералогии ископаемых смол из Скибовой зоны Со­

ветских Карпат. Мин. сбор. 22. в. 4: 410—413, Львов.

SUMMARY

In the Eocene Flysch of the M agura Nappe th ere are found in te r­

calations of coal-bearing rocks (Fig. 1, 2). They have been recorded among the M agura Sandstone (region of N apraw a — Jordanów ) and in the Osielec Sandstones (region of Łabowa near Nowy Sącz) associated w ith Łącko M arls w hich form intercalations in th e both above m en­

tioned lithostratigraphic units.

The following kinds of coal bearing rocks have been distinguished:

coal grits, coal shales and h ard-lustrous brow n coal.

In the Magura Sandstone the m ost freq u en t are the coal grits for­

m ing layers 1— 15 cm thick (Fig. 3). F requently th ey are accompanied by coal shales. The la tte r are built of altern atin g lam inae of coal grits and coal. The average thickness of coal shales is 5 cm.

H ard-lustrous brow n coal is present in the form of lentiles 5— 8 mm thick or forms coating around petrified palm stem s or th e ir fragm ents (Fig. 3).

The brow n coal is hum ic in character. It is alm ost entirely built of collinite, telin ite and fusinite are its accesory components. The coal present in n a tu ra l exposures is usually m ore or less w eathered.

Its chemical composition depends on the degree of w eathering. The carbon content is 49,9—73,3, hydrogen 3.5— 5.3 and oxygen 43.5— 18 per cent by weight. The volatile components content is 35.4— 58.5 per cent by weight. The least content of volatile components has been recorded in coal showing the initial stage of w eathering (Table 1, Fig. 7). An a tte m p t at explaining this phenom enon has been m ade (Table 1, 3, Figs.

5; 6) by constructing a model of stru ctu ral unite of the exam ined coals w ith the help of statistical m ethod of analysis of m olecular stru ctu re suggested by Van K revelen and Schuyer (1961).

It seems that, a considerable decrease of volatiles m atter during the initial' stage of désintégration is connected w ith th e elim ination of hydro­

117 —

carbons from peripheral p arts of stru c tu ra l units. The peripheral h y ­ drocarbons are less stable th an hydrocarbons present in the cores of units in the shape of condensed rings (Fig. 6).

The coal bearing rocks dealt w ith are strictly connected w ith tu r- bidites of M agura and Osielec Sandstones form ing p a rt of tu rb id ite c u rren t sequences as is shown on Fig. 4.

Translated by E. Surm ińska