MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV GEOLOGICKÝCH VĚD LADA NAVRÁTILOVÁ MĚŘENÍ ODRAZNOTI VITRINITU A MODELOVÁNÍ TEPELNÉ A EROZIVNÍ HISTORIE Rešeršní část Vedoucí práce: Doc. RNDr. Rostislav Melichar, PhD. Školitel: RNDr. Juraj Franců, CSc. Brno 2009 1 OBSAH 1. ÚVOD ............................................................................................................................................... 5 2. PŘEHLED POZNATKŮ O ORGANICKÉ PETROOGII ............................................................... 6 2.1. Petrologie uhlí ............................................................................................................................ 6 2.2 Klasifikace uhlí ........................................................................................................................... 7 2.2.1 Dělení kaustobiolitů podle způsobu vzniku a sloţení na genetické skupiny ...................... 7 2.2.2 Dělení dle kvalitativního posouzení .................................................................................... 8 2.2.2.1 Makropetrografická klasifikace ................................................................................. 8 2.2.2.2 mikroskopická klasifikace ....................................................................................... 10 2.3. Kerogen (struktura, sloţení a evoluce) .................................................................................... 12 2.4. Macerálové sloţení uhlí ........................................................................................................... 15 2.4.1 SKUPINA VITRINITU/HUMINITU ............................................................................... 17 2.4.2 SKUPINA LIPTINITU ..................................................................................................... 18 2.4.3 SKUPINA INERTINITU .................................................................................................. 19 2.5 Měření odraznosti vitrinitu ....................................................................................................... 21 2.5.1 Měření v nepolarizovaném světle Ro ............................................................................... 22 2.5.2 Měření v polarizovaném světle Rmax, Rmin .................................................................. 23 2.6 Parametry vhodné pro určení stupně prouhelnění .................................................................... 25 3. ZÁVĚR A DALŠÍ PLÁN V PRÁMCI BAKALÁŘDKÉ PRÁCE ................................................ 26 4. PŘÍLOHA ....................................................................................................................................... 27 4.2 Mokrofotografické příklady macerálů ...................................................................................... 27 4.1 vysvětlivky ................................................................................................................................ 29 5. LITERATURA ............................................................................................................................... 30 2 2009 Lada Navrátilová Všechna práva vyhrazena 3 OBSAH 4 1. ÚVOD Uhlí vyskytující se v pohřbených sedimentárních horninách jako sloj nebo jako rozptýlená uhelná částečka neboli disperzinit označované podle Malána (1976), reaguje na změnu vyvolané vlivem metamorfózy mnohem citlivěji neţ okolní horniny, proto pojetí metamorfního vývoje, jaké známe z petrologie minerálů a hornin, se pro přeměnu uhlí nepouţívá. Vývoj se vysvětluje prouhelňováním. Tento pojem označuje proces od doby, kdy se rozloţená organická substance v závislosti na čase začala nořit se sedimenty do hloubky, aţ k vytvoření příslušného stupně prouhelnění Havlena (1963). Na základě tohoto stupně prouhelnění se pak posuzuje zralost organické hmoty. S tím souvisí laboratorně zjistitelné veličiny: procentuální zastoupení organicky vázaného uhlíku, obsah prchavé hořlaviny a světelná odraznost. Pro určení zralosti nejlépe koresponduje stanovení odraznosti vitrinitu měřené v mikroskopu v procházejícím a odraţeném bílém světle. V posledním půlstoletí se touto problematikou zabývali hlavně ve svých pracech Teichmüller a Taylor, Sweeney, J.J. a Burnham, A.K. a Dow, W.G. (Welte, D.H., Cook, A.C., Tissot et al. (1974) a další). Určení tepelné zralosti organické hmoty umoţní zjistit, za jakých teplotních, oxidačních a tektonických podmínek probíhal vznik okolních sedimentů, v nichţ je tato hmota obsaţena. Tato zralost se odvozuje z hodnot, získaných měřením odrazu vitrinitové skupiny, která je jednak nejhojnější sloţkou v uhelné hmotě a také nejlépe reprezentuje svým homogenním sloţením výsledky měření. Dopita havlena Pešek str43-ještě upravit 5 2. PŘEHLED POZNATKŮ O ORGANICKÉ PETROOGII 2.1. Petrologie uhlí V současné době se čerpá z různých druhů klasifikací. Některé jsou součástí norem, u nás ČSN, novější jsou normy ČSN ISO a v USA pak ASTM. Normy jsou vydány na základě zasedání komitétu pro uhelnou petrografii (ICCP). Dále existují nomenklatury vycházející z různých institucí. Jsou to většinou speciální klasifikace, jako příklad lze uvést tzv., „Mezinárodní klasifikaci uhlí ve slojích―, kterou vypracovala pracovní skupina pro uhlí (Working Party on Coal) v Ekonomické komisi Spojených národů pro Evropu (Economic Commission for Europe UN). Dalším klasasifikacím se věnovali jednotliví autoři citovaných publikací Thomase (2002), Hoňka (2005), Taylor et al. (1998), Dopita M. al. (1985), Havleny (1963), Svoboda, J.V.-Beneš, K.(1955), Stopes, M.C. (1919). U nás se zaběhala klasifikace popisovaná Havlenou (1963). O petrografii uhlí píšou J. V. Svoboda a K. Beneš (1955), M. Süs (1959), V. Havlena (1963), Taylor a Teichmüller et al. (1998) Máme-li třídit organickou hmotu, dá se to provádět podle dvou hlavních kritérií, tak jak je popsal Havlena, V. (1983). -kvantitativně morfologické hledisko: posuzování organické hmoty v loţisku jako slojové uhlí nebo jako rozptýlené v sedimentu, popisované Malánem (1980) jako disperzinity. Obecnější odlišení je pak vitrodisperzinit, který označuje rozptýlený vitrinit (maceral) Malán (1980) in Havlena, V. (1983) -kvalitativní hledisko: podle Havleny se kvalita uhlí hodnotí posouzením chemického sloţení nebo podle petrografických rozdílů makroskopických i mikroskopických. V této práci je důleţité členění uhlí tímto kritériem. Organická hmota, určujeme-li ho z chemického hlediska, se dá také třídit do tří skupin podle rozpustnosti v určitých rozpouštědlech. Určujícím parametrem je podíl rozpuštěného uhlíku tzv. uhlíková bilance ve vzorku Havlena (1983). -v alkalických rozpouštědlech se rozpouštějí humnové látky (Cbit) -v organických rozpouštědlech to jsou bitumeny (Chum) -podíl, který je nerozpustný se označuje kerogen (Czbyt) 6 2.2 Klasifikace uhlí 2.2.1 Dělení kaustobiolitů podle způsobu vzniku a sloţení na genetické skupiny Kaustobiolit je hořlavý organogenní sediment. Rozlišují se(Petránek, J 199): 1. kaustobiolity uhelné řady neboli humolity 2. kaustobiolity ţivičné řady neboli sapropelit humity-horniny humusové Především rašelina a uhlí. Vznikly z cévnatých rostlin, buď jako velké strukturné zbytky lodyh a hlavně kmenů, nebo ve formě gelózní hmoty. Ta je málokdy čistá, značný podíl přímněsí- spor, kutikul, zbytky hub, pletiv, kousků vizitu a pryskyřičných tělísek. (Havlena 1963), vznikají z nekromasy cévnatých rostlin, hlavně z jejich dřeva za intenzity rašelinění, rozklad není úplný. Bohaté na humnové látky a chudé na uhlovodíky. (Dopita, M., Havlena, V., Pešek, J 1985). Většina uhlí hnědé, černé a antracit. Vyznačují se páskovanou stavbou Svoboda, J.V.-Beneš, K.(1955). sapropelity-horniny sapropelitové Patří sem ropa, asfalt, ozokerit, kenel a boghed (Petránek, J. 199). Vytvořily se rozkladem z niţších rostlinných a ţivočišných organismů za trvale redukčních podmínek. V důsledku tohoto procesu se na dně sedimentačního prostoru tvořil zahnívající hlen, tzv. hnilokalu Svoboda, J.V.- Beneš, K.(1955), proto hnilokalová uhlí, která vedou ke vzniku uhlovodíků. Sapropelity se svým obsahu biomasy liší podle Dopity, M., Havleny, V., Pešeka, J (1985): kanel (cannes coal), chápaný jako sapropelit s hojnými sporami a lasturnatým lomem boghedy (boghead coal), coţ je označení pro sapropelit s hojnými řasami liptobiolity-horniny vosko-pryskyřičné U liptobiolity nerozlišujeme ţádné sloţky (litotypy). Obecně jsou tvořené z odolné hmoty ( Havlena 1963). Vznikají za trvale působících oxidačních podmínek rašelinění, které vede k rozkladu rostlinných těl a k hromadění odolných látek a částí rostlin-spor, vosků, kutikul, pryskyřic a pylových zrn. Voskopryskyřičná uhlí, zahříváním dostaneme uhelný bitumen(Dopita, M., Havlena, V., Pešek, J 1985). Humolity-humity a liptobiolity (Havlena 1963) 7 2.2.2 Dělení dle kvalitativního posouzení 2.2.2.1 Makropetrografická klasifikace Části, které jsou rozpoznatelné pouhým okem(makrostruktura). Poprvé se o nich zmiňoval Stopes (1919), kdyţ popisoval viditelné složky v páskovaném bituminózním uhlí. Jako uhelný litotyp ho označil Seyler (1954). Jsou to okem viditelné vrstvy nebo pásky v profilu uhlí jednoznačně od sebe rozlišitelné. Popisný název obsahuje koncovku –it. Svoboda, J.V.-Beneš, K.(1955). Určování makro-sloţek černého uhlí se zabývala řada autorů. Ve starších pracích Svoboda, J.V.-Beneš, K.(1955), v novějších se problematikou zabývali Honěk et al. (1998), Taylor et al. (1998) aj. Stručný přehled této klasifikace je uveden v tabulkách 1-3. Pro makropetrografickou sloţku černého uhlí, označovanou jako litotyp, se pouţívá českých výrazů. Definovat