Petrography and depositional conditions of the coal seams of the Wałbrzych Formation, Intrasudetic Basin, SW Poland.

Abstract

Abstract Coal-bearing strata of the Intrasudetic Basin comprise three lithostratigraphic units: the Wałbrzych Formation (Namurian A), Biały Kamień Formation (Namurian B, C) and Żacler Formation (Westphalian A, B, C?). The Wałbrzych Formation contains about 30 coal seams; a few of them are of industrial importance. The coal is typified by low sulphur content, usually no more than 1 % and variable ash content. In the study area, the coal is of medium to low-volatile bituminous rank; vitrinite reflectance R0 max ranges from 0.8 to 2.0%, volatile matter content from 29 to 16%. The coal seams of the Wałbrzych Formation contain mainly banded coal. Bright and dull lithotypes occur only sporadically. There is a great variability with respect to the proportion of banded lithotypes in the profile of the Wałbrzych Formation. An amount of banded and banded dull coals increases towards the top of the formation at the expense of banded bright coal. The amount of dull coal is low in all the seams studied and it does not exceed 5% of their thickness. There are generally two types of vertical lithotype successions in the seams. Type 1 is characterized by the presence of bright lithotypes interlayered with elastics. In type 2 clastic partings occur between the successions of lithotypes from brigh to dull; sometimes certain links are missing. The area with a succession of type 1 was probably unstable during peat deposition. A fast, differentiated rate of subsidence caused drowning and, consequently, influx of clastic material. A succession of type 2 may signify stable areas with a fast but uniform rate of subsidence. Such conditions favoured deposition of thick peat layers with plant succession adopted to an increasingly thicker water cover. Comparison of the mean content of three maceral groups for the 680, 678, 672, and 664/665 seams has revealed that in the Wałbrzych Formation there is a tendency of decreasing-upward vitrinite content, from more than 90% in the 680 seam to about 60% in the 664/665 seam. Exinite content increases upward from 0.5 to 10%. There is no regularity in inertinite content. Variation of microlithotype composition corresponds to that of macerals. Vitrite content decreases upward while trimacerite shows a reverse tendency. There is a distinct relationship between coal and clastic deposition. This is manifested by correlation e.g. between root/bottom lithology and seam thickness, distribution of coarse-grained clastic zones below the seams and seam thickness pre-peat topography and distribution of coal facies, petrographic composition of the coal etc. The 675, 672 and 664/665 seams are of diachronous character while the 678 one seems to be isochronous. The termination of the coal seams resulted from gradual drowning of the peat-bogs (e.g. the 661, 662 seams) or channel avulsion (e.g. the 678 seam). In the 672 and 664/665 seams these two factors were relevant. Microfacial analysis of the coal supplemented with litho-facial analysis of the surrounding elastics have permitted reconstruction of depositional conditions of the coal seams studied. The 678 seam deposited in very stable conditions. Peat deposition started almost isochronically over the entire area and it took place mostly in telmatic forest moor and rarely in limno-telmatic forest moor. Peat was temporarily subjected to oxidized conditions. The swamp was removed from main locus of fluvial activity. Temporarily it was fed by meteoric water. Organic matter decayed in acidic conditions, pH below 4.5. The termination of peat growth was caused by abrupt influx of coarse-grained sediments. The deposition of the 672 seam started in low-lying areas located between distributary channels or in abandoned channels. Peat deposited in variable facial conditions: telmatic and limno-telmatic forest moors, telmatic and limno-telmatic reed moors and open moor. Contemporaneous fluvial activity sometimes interrupted peat deposition. The swamp was of low-lying type, fed by surface- and ground waters. The termination of the seam was of diachronous character and took place mainly as a result of gradual drowning of the swamp, sporadically due to channel avulsion. In the 664/665 seam peat-forming plants encroached upon the area of variable stability and with well defined channel and overbank zones. Peat deposition commenced in low-lying morphologically areas between distributary channels, while channel zones were blanketed with peat much later. The coal represents a wide range of peat facies from telmatic forest moor to open moor. Organic matter decayed in a low-lying swamp fed by surface- and groundwaters under pH about 4.6, however, neutral conditions appeared temporarily in the swamp. The termination of the seam resulted from gradual drowning of the swamp as well as channel avulsion.Petrografia i warunki depozycji pokładów węgla formacji wałbrzyskiej w niecce śródsudeckiej (SW Polska)AbstraktSeria węglonośna niecki śródsudeckiej składa się z trzech jednostek litostratygraficznych: formacji wałbrzyskiej (namur A), białokamieńskiej (namur B, C) i żaclerskiej (westfal A, B, C?). Formacja wałbrzyska zawiera około 30 pokładów węgla, z których kilka ma znaczenie przemysłowe. Węgiel charakteryzuje się niską zawartością siarki (zazwyczaj poniżej 1%) i zmienną zawartością popiołu. Na badanym obszarze jest to średnio i wysoko uwęglony węgiel o zawartości części lotnych od 29 do 16% i refleksyjności witrynitu od 0,8 do 2%. Pokłady węgla formacji wałbrzyskiej zawierają głównie węgiel pasemkowy. Odmiany matowe i błyszczące występują sporadycznie. Stwierdza się duże zróżnicowanie udziału węgli pasemkowych błyszczących, pasemkowych i pasemkowych matowych w profilu formacji. Udział węgli pasemkowych błyszczących i pasemkowych wyraźnie maleje ku stropowi formacji na rzecz węgli pasemkowych matowych i matowych. W pokładach stwierdzono generalnie dwa typy pionowej sekwencji litotypów. W typie l litotypy błyszczące przewarstwiają się ze skałą płonną, a w typie 2 pomiędzy przewarstwieniami klastycznymi obserwuje się przejście od litotypów błyszczących w spągu do litotypów matowych w stropie. Typ l prawdopodobnie charakteryzuje obszary niestabilne w czasie depozycji torfowej, o szybkim i niejednakowym tempie subsydencji, co powodowało szybkie zatopienie torfowiska i w konsekwencji inwazję materiału klastycznego. Typ 2 natomiast wskazywałby na obszary stabilne, o szybkim i względnie stałym tempie subsydencji, co umożliwiało depozycję grubych ławic torfu z sukcesją roślinną przystosowaną do coraz wilgotniejszych warunków. Porównanie średniej zawartości trzech grup macerałów dla pokładów 680, 678, 672 i 664/665 wykazało, że w obrębie formacji wałbrzyskiej zaznacza się tendencja malejącej ku górze zawartości witrynitu, od ponad 90% w pokładzie 680 do około 60% w pokładzie 664/665. Zawartość egzynitu rośnie ku stropowi formacji od 0,5% do 10%, natomiast nie zauważono regularności w zmianie zawartości inertynitu. Zmienność mikrolitotypów naśladuje zmienność macerałów. Zawartość witrytu maleje ku stropowi na rzecz trimacerytu. Obserwuje się wyraźne związki pomiędzy depozycją torfową a sedymentacją klastyczną. Wyrażone są one np. korelacją pomiędzy litologią stropu/spągu a miąższością pokładów, rozmieszczeniem stref z przewagą osadów gruboklastycznych pod pokładami a miąższością pokładów, topografią sprzed rozwoju torfowiska a rozmieszczeniem facji węglowych, składem petrograficznym węgla itd. Pokłady 675, 672 i 664/665 mają wyraźnie diachroniczny charakter, a pokład 678 jest względnie izochroniczny. Zakończenie depozycji torfowej spowodowane zostało stopniowym zatopieniem torfowisk (np. pokłady 661 i 662) lub awulsją koryt na ich obszar (np. pokład 678). W przypadku pokładów 672 i 664/665 obydwa wymienione czynniki przyczyniły się do zakończenia depozycji torfu. Analiza mikrofacjalna węgla uzupełniona analizą litofacjalną osadów klastycznych otaczających pokłady umożliwiła rekonstrukcję warunków depozycyjnych badanych pokładów. Pokład 678 tworzył się w bardzo spokojnych warunkach. Depozycja torfu rozpoczęła się prawie jednocześnie na całym badanym obszarze i odbywała się w strefie telmatycznej, rzadko limno-telmatycznej torfowiska leśnego. Torfowisko położone było poza zasięgiem działalności koryt fluwialnych, a okresowo zasilane było głównie przez wody opadowe. Substancja organiczna ulegała rozkładowi w środowisku kwaśnym o pH poniżej 4,5 a torf okresowo eksponowany był na oddziaływanie tlenu atmosferycznego. Zakończenie depozycji torfu spowodowane było awulsją koryt i nagłą dostawą grubookruchowego materiału. Depozycja pokładu 672 rozpoczęła się od opuszczonych koryt, a także obniżeń pomiędzy korytami. Przebiegała ona w warunkach telmatycznych i limno-telmatycznych zarówno torfowiska leśnego, jak i szuwarowego, jak również w strefie wód otwartych, a przerywana była dostawą materiału detrytycznego, a także opadem tufu wulkanicznego. Torfowisko było typu niskiego, zasilane przez wody powierzchniowe i gruntowe. Zakończenie depozycji torfu miało charakter diachroniczny i nastąpiło w wyniku zarówno zatopienia, jak i awulsji koryt. W przypadku pokładu 664/665 roślinność torfotwórcza wkroczyła na obszar zróżnicowany pod względem tempa subsydencji. Depozycja torfu rozpoczęła się od obniżeń pomiędzy korytami rozprowadzającymi, strefy korytowe zostały zasiedlone znacznie później. Węgiel reprezentuje szeroki zespól facji, od telmatycznej strefy leśnej do strefy wód otwartych. Było to torfowisko niskie, przeważnie z pH poniżej 4,6, jakkolwiek okresowo charakter torfowiska zmieniał się na neutralny. Zakończenie depozycji torfu było wynikiem zatopienia torfowiska, lokalnie awulsji koryta.