Assessment of Possible Application of Geochemistry to Distinguish Limnic and Paralic Coal-Bearing Parts of the Carboniferous in the Upper Silesian Coal Basin

Open access

Abstract

The paper presents the results of geochemical analyses of samples from the Poruba Beds of the paralic series and from the Zaleskie Beds of the limnic series Upper Silesian Coal Basin (USCB). The contents of the following trace elements and oxides were evaluated using spectrometric method: Cr, Th, U, V, AL2O3, MgO, K2O, P2O5. The following indicators, most commonly used in chemostratigraphy and in the identification of the marine and non-marine sediments ratios, were analyzed: U, Th, Th/U, K2O, Th/K2O, P2O5, Al2O3, P2O5/ Al2O3, V, Cr, V/Cr, and (K2O/Al2O3) / (MgO/Al2O3). The research showed that those ratios may be used to identify sedimentary environments and geochemical correlations of the sedimentary rock sequences in the USCB. Geochemical ratios discussed in the paper allowed distinguishing two populations of samples representing paralic and limnic series.

Adamczyk Z., 1998. Studium petrograficzne wkładek płonnych z pokładów węgla górnych warstw brzeżnych niecki jejkowickiej. Prace Geologiczne 144 - PAN. Wyd. Inst. Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków.

Adams J.A, Weaver P.A., 1958. Thorium to uranium ratios as indicators of sedimentary processes: Examples of concept of geochemical facies. American Association of Petroleum Geologist, Bulletin 42, p. 387-430.

Alastuey A., Jimĕnes A., Plana F., Querol X., Suărez-Ruiz I., 2001. Geochemistry, mineralogy, and technological properties of the main Stephanian (Carboniferous) coal seams from the Puertollano Basin, Spain. International Journal of Coal Geology, 45, p. 247-265.

Algeo T.J., Maynard J.B., 2004. Trace-element behavior and redox facies in core shales of Upper Pennsylvanian Kansas-type cyclothems. Chemical Geology, 206, p. 289-318.

Archard G., Trice R.A., 1990. A preliminary investigation into the spectral radiation of the Upper Carboniferous marine bands. Newsletters on Stratigraphy, vol. 21, p. 167-173.

Breit G.N., Wanty R.B., 1991. Vanadium accumulation in carbonaceous rocks: A review of geochemical controls during deposition and diagenesis. Chemical Geology, Vol. 91, Issue 2, p. 83-97.

Buła Z., Kotas A., 1994. Geological Atlas of the Upper Silesian Coal Basin, Part III Structural Geological Maps. Geological Institute, Poland, Warsaw.

Chodyniecka L., 1973. Karbońskie sferosyderyty ilaste z Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (Studium mineralogiczno-chemiczne). Zeszyty Naukowe Pol. Śl., seria: Górnictwo, z. 369.

Chodyniecka L., Biss D., Mikołajczyk P., 1994. Charakterystyka mineralogiczno-petrograficzna i możliwości wykorzystania przerostów występujących w niektórych pokładach węgla w KWK “Sośnica” (GZW). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 1234, seria: Górnictwo, Gliwice, p. 16-30.

Davies S., McLean D., 1996. Spectral gamma ray and palynological characterisation of Kinderscoutian marine bands in the Namurian of the Pennine Basin, Yorkshire Geological Society, Proceedings, vol. 51, p. 103-114.

Diehl S.F., Goldhaber M.B., Hatch J.R., 2004. Modes of occurrence of mercury and other trace elements in coals from the warrior field, Black Warrior Basin, Northwestern Alabama. Internatinal Journal of Coal Geology, 59, p. 193-208.

Dill H., Teschner M., Wehner H., 1991. Geochemistry and lithofacies of Permo-Carboniferous carbonaceous rocks from the southwestern edge of the Bohemian Massif (Germany). A contribution to facies analysis of continental anoxic enwironments. International Journal of Coal Geology, 18, p. 251-291.

Dubiński J., Turek M., Aleksa H., 2005. Węgiel kamienny dla energetyki zawodowej w aspekcie wymogów ekologicznych. Prace Naukowe Głównego Instytutu Górnictwa, Górnictwo i Środowisko. Kwartalnik nr 2, p. 5-21.

Ehrenberg S.N., Siring E., 1992. Use of bulk chemical analysis in stratigraphic correlation of sandstones: an example from the Statfjord field, Norwegian continental shelf. Journal of Sedimentary Petrology, vol. 62, p. 318-330.

Grygar T., M., Popelka J., 2016. Revisiting geochemical methods of distinguishing natural concentrations and pollution by risk elements in fluvial sediments. Journal of Geochemical Exploration, 170, p. 39-57.

Hanak B., Kokowska-Pawłowska M., 2003. Charakterystyka zmienności udziału wybranych pierwiastków śladowych w skałach towarzyszących pokładom węgla 610 i 620. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 256, seria Górnictwo, p. 95-101.

Hanak B., Kokowska-Pawłowska M., 2004. Zróżnicowanie zawartości pierwiastków śladowych i podrzędnych w skałach płonnych i popiołach węgla z pokład 620. Zeszyty Naukowe Pol. Śl., seria: Górnictwo, z. 260, p. 155-165.

Hanak B., Kokowska-Pawłowska M., 2006a. Zmienności zawartości pierwiastków śladowych w litotypach węgla i ich popiołach na tle profilów pokładu 630 (GZW). Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 22, z. spec. 3, p. 69-77.

Hanak B., Kokowska-Pawłowska M., 2006b. Charakterystyka koncentracji pierwiastków śladowych w skałach towarzyszących z pokładu 630. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej nr 273, seria Górnictwo, p. 27-32.

Hollywood J.M., Whorlow C.V., 1993. Structural development andhydrocarbon occurrence of the Carboniferous in the UK Southern North Sea Basin. [In:] Parker, J.R., ed., Petroleum Geology of Northwest Europe: Proceedings of the Fourth Conference: Geological Society of London, p. 689-696.

Huggins F.E., Huffman G.P., 2004. How do lithophile elements occur in organic association in bituminous coals? International Journal of Coal Geology, 58, p. 193-204.

Jones B., Manning D.A.C., 1994. Comparison of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones. Chem. Geol., vol. 111, p. 111-129.

Jureczka J., Kotas A., 1995. Upper Silesian Coal Basin in The Carboniferous system in Poland. Prace PIG, 168, p. 164-172.

Kombrink H., van OS B.J.H., van der Zwan C.J., Wong Th.E., 2008. Geochemistry of marine and lacustrine bands in the Upper Carboniferous of the Netherlands. Netherlands. Journal of Geosciences - Geologie en Mijnbouw, p. 309-322.

Kotas A., 1982. Zarys budowy geologicznej GZW. Przewodnik 54 zjazdu PTG. Wydawnictwo Geologiczne, Warszawa, 45-72.

Kuhl J., Widawska J., Lach R., 1960. Wykorzystanie rentgenograficznych badań węgla dla celów przeróbki mechanicznej. Prace GIG. Komunikat nr 248. Katowice.

Leeder M.R., Raiswell R., Al-Biatty H., McMahon A., Hardmann M., 1990. Carboniferous stratigraphy, sedimentation and correlation of well 48/3-3 in the southern North Sea Basin: integrated use of palynology, natural gamma/sonic logs and carbon/sulfur geochemistry. Geological Society of London, Journal, vol. 147, p. 287-300.

Lewińska-Preis L., Biedroń J., Fabiańska M., 2001. Geochemiczna ocena rozkładu stężeń pierwiastków śladowych wefrakcjach węgla kamiennego poddanego procesowi bioodsiarczania. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria: Górnictwo, z. 249.

Liu D., Yang Q., Tang D., Kang X., Huang W., 2001. Geochemistry of sulphur and elements in coals from the Antaibao surface mine, Pingshuo, Shanxi Province, China. International Journal of Coal Geology, 46, p. 51-64.

Mielecki T., Krzyżanowska W., 1961. Charakterystyka chemiczna popiołów węgli górnośląskich. Monografia Polskich Węgli, Komunikat 273, Katowice.

Olkuski T., Stala-Szlugaj K., 2009. Występowanie pierwiastków promieniotwórczych w węglach kamiennych pochodzących z GZW, w skałach przywęglowych, w wodach kopalnianych oraz w odpadach. Gospodarka Surowcami Mineralnymi, t. 25, z. 1, p. 2-14.

O’Mara P.T., Turner B.R., 1997. Westphalian B marine bands and their subsurface recognition using gamma-ray spectrometry. Yorkshire Geological Society, Proceedings, p. 307-316.

Parzentny H., 1989a. Różnice w zawartości i sposobie związania niektórych pierwiastków w węglu Górnośląskiego Zagłębia Węglowego w profilu pojedynczego pokładu. Przegląd Górniczy, nr 4, p. 17-21.

Parzentny H., 1989b. Związek miedzi, kobaltu i niklu z organiczną i mineralną substancją węgla ze wschodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przegląd Górniczy, nr 6, p. 20-23.

Parzentny H., 1990. Rola substancji mineralnej w kształtowaniu zawartości cynku, ołowiu i kadmu w węglu ze wschodniej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przegląd Górniczy, nr 3, p. 16-19.

Parzentny H., 1991. Zróżnicowanie zawartości ołowiu w węglach i łupkach węglowych z facji limnicznej po rozciągłości Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Przegląd Górniczy, nr 6, p. 33-36.

Parzentny H., 1999. Petrograficzna i geofizyczna charakterystyka skupień nieorganicznej substancji mineralnej w pokładzie węgla 504 w rejonie Czeladzi. Przegląd Górniczy, nr 10, p. 32-40.

Pearce T.J., Besly B.M., Wray D., Wright D.K., 1999. Chemostratigraphy: a method to improve interwell correlation in Barren sequences - a case study using onshore Duckmantian/Stephanian sequences (West Midlands, U.K.). sedimentary environment sedimentary environment sedimentary environment ary Geology, vol. 124, p. 197-220.

Pearce T.J., Mclean D., Wright D.K., Jeans C.J., Mearns E.W., 2005a. Stratigraphy of the Upper Carboniferous Schooner Formation, southern North Sea: chemostratigraphy, mineralogy, palynology and Sm-Nd isotope analysis. [In:] Collinson, J.D., Evans, D.J., Holliday, D.W., and Jones, N.S., eds., Carboniferous Hydrocarbon Geology: The Southern North Sea and Surrounding Onshore Areas: Yorkshire Geological Society, Occasional Publications Series no. 7, p. 165-182.

Pearce T.J., Wray D.S., Ratcliffe K.T., Wright D.K., Moscariello A., 2005b. Chemostratigraphy of the Upper Carboniferous Schooner Formation, southern North Sea. [In:] Collinson, J.D., Evans, D.J., Holliday, D.W., and Jones, N.S., eds., Carboniferous Hydrocarbon Geology: The Southern North Sea and Surrounding Onshore Areas: Yorkshire Geological Society, Occasional Publications Series no. 7, p. 47-164.

Pearce T.J., McLean D., Martin J.H., Ratcliffe K., Wray D.S., 2010. A whole-rock geochemical approach to the recognition and correlation of “Marine Bands”. Society for Sedimentary Geology, p. 221-238.

Racey A., Love M.A., Bobolecki R.M., Walsh J.N., 1995. The use of chemical element analysis in the study of biostratigraphically barren sequences: an example from the Triassic of the central North Sea (UKCS). [In:] Dunay, R.E., and Hailwood, E.A., eds., Non-Biostratigraphical Methods of Dating and Correlation: Geological Society of London, Special Publication 89, p. 69-105.

Ratcliffe K.T., Wright A.M., Hallsworth C., Morton A., Zaitlin B.A., Potocki D., Wray D.S., 2004. Alternative correlation techniques in the petroleum industry: an example from the (Lower Cretaceous) Basal Quartz, Southern Alberta. American Association of Petroleum Geologists, Bulletin, vol. 88, p. 1419-1432.

Ratcliffe K.T., Hughes A.D., Lawton D.E., Wray D.S., Bessa F., Pearce T.J., Martin J., 2006. A regional chemostratigraphically- defined correlation framework for the late Triassic TAG-I in Blocks 402 and 405a, Algeria. Petroleum Geoscience, vol. 12, p. 3-12.

Ratcliffe K.T., Morton A., Ritcey D., Evenchick C.E., 2008. Whole rock geochemistry and heavy mineral analysis as exploration tools in the Bowser and Sustut Basins, British Columbia, Canada. Bulletin of Canadian Petroleum Geology, v. 55, p. 320-337.

Roga B., Ihnatowicz A., Węclewska M., Ihnatowicz M., 1958. Badania nad zawartością boru w polskich węglach. Prace GIG, Komunikat nr 212, Katowice.

Roaldset E., 1978. Mineralogical and chemical changes during weathering, transportation and sedimentation in different environments with particular references to the distribution of Yttrium and lanthanide elements. Ph.D. Thesis, Geol. Inst., Univ. of Oslo, Norway.

Różkowska A., 1993. Pierwiastki podrzędne i śladowe w węglu z głębokich poziomów karbonu produktywnego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego (GZW). Przegląd Geologiczny, vol. 41, nr 11, p. 780-784.

Różkowska A., Ptak B., 1995. Pierwiastki podrzędne i śladowe w górnośląskich węglach kamiennych. Przegląd Geologiczny, vol. 43, nr 6, p. 478-481.

Ryczek M., 1959. Występowanie germanu i galu w węglu kamiennym oraz sposoby jego wzbogacania. Przegląd Górniczy nr 9.

Spears D., 1965. Boron in some British Carboniferous sedimentary rocks. Geochemica Cosmochimica Acta, nr 28 p. 315-328.

Taylor S.R., McLennan S., 1985. The continental crust its composition and evolution. Blackwell, Oxford, pp. 312

Tribovillard N., Algeo T.J., Lyons T., Riboulleau A., 2006. Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies: An update. Chemical Geology, 232, p. 12-32.

Widawska-Kuśmierska J., 1981. Występowanie pierwiastków śladowych w polskich węglach kamiennych. Przegląd Górniczy, nr 7-8, t. XXXVII, p. 455-459.

Wignall P.B., Myers K.J., 1988. Interpreting benthic oxygen levels in mudrocks: a new approach. Geology, vol. 16, p. 452-455.

Winnicki J., 1973. Występowanie i sposób związania niektórych pierwiastków rzadkich w krajowych węglach kamiennych. Prace Naukowe Instytutu Chemii Nieorganicznej i Metalurgii Pierwiastków Rzadkich. Konferencje nr 8, p. 3-71.

Wray D.S., 1999. Identification and long-range correlation of bentonites in Turonian-Coniacian (Upper Cretaceous) chalks of northwest Europe. Geological Magazine, vol. 136, p. 361-371.

Xu G., Hannah, J.L., Bingen B., Georgiev S., Stein H., J., 2012. Digestion methods for trace element measurements in shales: Paleoredox proxies examined. Chemical Geology, 324-325, p. 132-147.

Zhang J., Ren D., Zhu Y., Chou Ch., Zeng R., Zheng B., 2004. Mineral matter and potentially hazardous trace elements in coals from Qianxi Fault Depression Area in southwestern Guizhou, China. International Journal of Coal Geology, 57, 49-61.

Archives of Mining Sciences

The Journal of Committee of Mining of Polish Academy of Sciences

Journal Information


IMPACT FACTOR 2016: 0.550
5-year IMPACT FACTOR: 0.610

CiteScore 2016: 0.72

SCImago Journal Rank (SJR) 2016: 0.320
Source Normalized Impact per Paper (SNIP) 2016: 0.950

Metrics

All Time Past Year Past 30 Days
Abstract Views 0 0 0
Full Text Views 225 225 41
PDF Downloads 136 136 42