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

Abstract Coal-bearing strata of the Intrasudetic Basin comprise three lithostratigraphic units: the Walbrzych Formation (Namurian A), Bialy Kamien Formation (Namurian B, C) and Żacler Formation (Westphalian A, B, C?). The Walbrzych 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 R 0 max ranges from 0.8 to 2.0%, volatile matter content from 29 to 16%. The coal seams of the Walbrzych 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 Walbrzych 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 Walbrzych 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 pokladow wegla formacji walbrzyskiej w niecce środsudeckiej (SW Polska) Abstrakt Seria weglonośna niecki środsudeckiej sklada sie z trzech jednostek litostratygraficznych: formacji walbrzyskiej (namur A), bialokamienskiej (namur B, C) i zaclerskiej (westfal A, B, C?). Formacja walbrzyska zawiera okolo 30 pokladow wegla, z ktorych kilka ma znaczenie przemyslowe. Wegiel charakteryzuje sie niską zawartością siarki (zazwyczaj ponizej 1%) i zmienną zawartością popiolu. Na badanym obszarze jest to średnio i wysoko uweglony wegiel o zawartości cześci lotnych od 29 do 16% i refleksyjności witrynitu od 0,8 do 2%. Poklady wegla formacji walbrzyskiej zawierają glownie wegiel pasemkowy. Odmiany matowe i blyszczące wystepują sporadycznie. Stwierdza sie duze zroznicowanie udzialu wegli pasemkowych blyszczących, pasemkowych i pasemkowych matowych w profilu formacji. Udzial wegli pasemkowych blyszczących i pasemkowych wyraźnie maleje ku stropowi formacji na rzecz wegli pasemkowych matowych i matowych. W pokladach stwierdzono generalnie dwa typy pionowej sekwencji litotypow. W typie l litotypy blyszczące przewarstwiają sie ze skalą plonną, a w typie 2 pomiedzy przewarstwieniami klastycznymi obserwuje sie przejście od litotypow blyszczących w spągu do litotypow matowych w stropie. Typ l prawdopodobnie charakteryzuje obszary niestabilne w czasie depozycji torfowej, o szybkim i niejednakowym tempie subsydencji, co powodowalo szybkie zatopienie torfowiska i w konsekwencji inwazje materialu klastycznego. Typ 2 natomiast wskazywalby na obszary stabilne, o szybkim i wzglednie stalym tempie subsydencji, co umozliwialo depozycje grubych lawic torfu z sukcesją roślinną przystosowaną do coraz wilgotniejszych warunkow. Porownanie średniej zawartości trzech grup maceralow dla pokladow 680, 678, 672 i 664/665 wykazalo, ze w obrebie formacji walbrzyskiej zaznacza sie tendencja malejącej ku gorze zawartości witrynitu, od ponad 90% w pokladzie 680 do okolo 60% w pokladzie 664/665. Zawartośc egzynitu rośnie ku stropowi formacji od 0,5% do 10%, natomiast nie zauwazono regularności w zmianie zawartości inertynitu. Zmiennośc mikrolitotypow naśladuje zmiennośc maceralow. Zawartośc witrytu maleje ku stropowi na rzecz trimacerytu. Obserwuje sie wyraźne związki pomiedzy depozycją torfową a sedymentacją klastyczną. Wyrazone są one np. korelacją pomiedzy litologią stropu/spągu a miązszością pokladow, rozmieszczeniem stref z przewagą osadow gruboklastycznych pod pokladami a miązszością pokladow, topografią sprzed rozwoju torfowiska a rozmieszczeniem facji weglowych, skladem petrograficznym wegla itd. Poklady 675, 672 i 664/665 mają wyraźnie diachroniczny charakter, a poklad 678 jest wzglednie izochroniczny. Zakonczenie depozycji torfowej spowodowane zostalo stopniowym zatopieniem torfowisk (np. poklady 661 i 662) lub awulsją koryt na ich obszar (np. poklad 678). W przypadku pokladow 672 i 664/665 obydwa wymienione czynniki przyczynily sie do zakonczenia depozycji torfu. Analiza mikrofacjalna wegla uzupelniona analizą litofacjalną osadow klastycznych otaczających poklady umozliwila rekonstrukcje warunkow depozycyjnych badanych pokladow. Poklad 678 tworzyl sie w bardzo spokojnych warunkach. Depozycja torfu rozpoczela sie prawie jednocześnie na calym badanym obszarze i odbywala sie w strefie telmatycznej, rzadko limno-telmatycznej torfowiska leśnego. Torfowisko polozone bylo poza zasiegiem dzialalności koryt fluwialnych, a okresowo zasilane bylo glownie przez wody opadowe. Substancja organiczna ulegala rozkladowi w środowisku kwaśnym o pH ponizej 4,5 a torf okresowo eksponowany byl na oddzialywanie tlenu atmosferycznego. Zakonczenie depozycji torfu spowodowane bylo awulsją koryt i naglą dostawą grubookruchowego materialu. Depozycja pokladu 672 rozpoczela sie od opuszczonych koryt, a takze obnizen pomiedzy korytami. Przebiegala ona w warunkach telmatycznych i limno-telmatycznych zarowno torfowiska leśnego, jak i szuwarowego, jak rowniez w strefie wod otwartych, a przerywana byla dostawą materialu detrytycznego, a takze opadem tufu wulkanicznego. Torfowisko bylo typu niskiego, zasilane przez wody powierzchniowe i gruntowe. Zakonczenie depozycji torfu mialo charakter diachroniczny i nastąpilo w wyniku zarowno zatopienia, jak i awulsji koryt. W przypadku pokladu 664/665 roślinnośc torfotworcza wkroczyla na obszar zroznicowany pod wzgledem tempa subsydencji. Depozycja torfu rozpoczela sie od obnizen pomiedzy korytami rozprowadzającymi, strefy korytowe zostaly zasiedlone znacznie poźniej. Wegiel reprezentuje szeroki zespol facji, od telmatycznej strefy leśnej do strefy wod otwartych. Bylo to torfowisko niskie, przewaznie z pH ponizej 4,6, jakkolwiek okresowo charakter torfowiska zmienial sie na neutralny. Zakonczenie depozycji torfu bylo wynikiem zatopienia torfowiska, lokalnie awulsji koryta.