A MAGYARORSZÁGI KŐSZENEK EGYES KÉMIAI TULAJDONSÁGAINAK FÖLDTANI JELENTŐSÉGE J á m b o r Á r o n * W o l f G y ö r g y ** * M Áll Földtani Intézet Budapest, Népstadion út 14 H 1143 ** Központi Bányászati Fejlesztési Intézet Budapest, Varsányi I u 40 44 H 1027 ETO 550 84 553 94/ 96(439)551 583(439) Tárgyszavak geokémiai indikátor, kőszén, éghajlatjelző, paleoklimatológia Az üledékes kőzetek, így a kőszén és különösen hamuja geokémiai tulajdonságait elsősorban a lepusztulási terület földtani felépítése határozza meg Jelentős befolyásoló tényezőnek kell feltételeznünk a lepusztulási terület mállási kői ulményeit, ezek közül is elsősorban annak éghajlatút Úgy tűnik, a kőszeneknél a hamu modulusának vizsgálatával lehetőség nyílik az éghajlat jellegeinek megkozelítésere A Dunántúli-középhegység tarkaagyag képződményei főelemei eloszlásának vizsgálata során ( J á m b o r Á K o r p á s L 1968) kiderült, hogy az agyagos kőzetek modulusa földtörténeti koronként viszonylag nagy mértékben változik, a különbségek kialakulásában az éghajlati különbségeknek is jelentős szerepe lehetett E lehetőség további vizsgálatának feltételeit a Magyarországon rendszeresen termelt kőszéntelepek kémiai adatainak összegyűjtése és kiadása ( K o v a t s i t s M -né W o l f G y 1980) teremtette meg Az adatsorok ebben a kiadványban az egyes bányatermékek aknaszén, diószén, porszén stb napi minőségellenőrző vizsgálati eredményeinek háromhavi átlagadatait tartalmazzák, azaz az ábrákon szereplő pontok több ezer elemzés átlagát képviselik A cikkben szereplő adatsorok közül elsősorban a hamura vonatkozókat dolgoztuk fel, de ezen túlmenően kerestük a kőszén teljes víz-, továbbá szervesszén-tartalmának földtani összefüggéseit is A feldolgozás első lépéseként az országban működő 25 üzem elemzési adatait földtani kor szerinti 7 csoportba foglalva átlagoltuk (1 táblázat) Az adatokat a jobb áttekinthetőség érdekében az 1 és a 2 ábrán is ábrázoltuk A modulus (A120,/S i0 2) elsősorban a bauxitok minősítésében használatos érték, s mint ilyen, a bauxitban levő allitos, íll sialhtos alkotók mennyiségi és minőségi arányától függ Az allitos alkotókat tartalmazó agyagkőzeteknél ez az érték 1 feletti, átlagos agyagkőzeteknél 0,2 0,5, de elérheti az 1,0-et is, amely több mint a tiszta kaolinit értéke (0,85) A modulus tehát az agyagkőzeteknél is az ásványtani összetétellel van kapcsolatban, s ezt, mint a diagenezis előrehaladtával összefüggő tényezőt, a betemetődés mértéke is erőteljesen befolyásolja Nevezetesen egyelőre még ismeretlen mértékben a diagenezis fokozatosan csökkenti a modulus értékét, mivel nagy, 2000 3000 m-es
A Magyarországon termelt kőszenek egyes Előfordulás és kor Uralkodó érettségi állapot Uralkodó kíséio kőzet Mecseki liász láng- es zsírkoszen argillit, aleurolit és homokko Ajkai felso-kreta kémény barnakőszén agyagmarga, márga Észak-dunántuli eocen kemény barnakőszén agyag, aleunt, mészkő Tokodi oligocen kemény barnakőszén agyag, aleunt Nógrádi és borsodi alsó-miocén lágy barnakőszén agyag, aleunt Várpalotai kozépsó-miocén lágy barnakőszén agyag, olajpala Mátraaljai pliocen lignit agyag, aleunt, homok * Az adatokat az aknatermelvény háromhavi elemzési átlagaiból számítottuk Cr25 Évi kozepftomerseklei k«epeuropai alakulasa WOLDSTEDT /1969/ nyomár 15 10 5 1 abra A Magyarországon bányászott kőszenek egyes kémiai átlagéi tekernek változása Fig 1 Variation o f some o f the aveiage chemical composition o f coals mined in Hungary
tulajdonságai és kémiai átlagadatai* 1 tablazal 2 SiOa AJ2O3 P62O3 CaO MgO k 2o Na20 S 0 3 ÖSSZ HsO Modulus k 3o / N a20 CaO / MgO Corg 5 4, 5 2 4, 7 1 0, 6 1, 7 1, 1 3, 1 0, 4 2, 5 7, 8 0, 4 5 7, 8 1, 5 5 0,1 1 9,7 1 6,5 8, 9 2 8, 5 3, 4 0, 3 0, 3 2 1, 7 2 2, 8 0, 8 4 1, 0 8, 4 3 6,0 3 7, 8 1 9,1 9, 2 1 1, 8 3, 5 1,1 1, 6 1 2, 3 1 3,9 0,5 1 0, 7 3, 4 4 3, 8 3 7, 9 1 9, 6 2 0, 6 7,0 4, 3 1, 4 3, 0 6, 0 1 5,1 0,5 1 0, 4 6 1, 6 4 7, 6 6 4, 3 1 5, 2 1 0, 5 8, 8 2, 3 1,4 1, 2 8, 7 2 5,0 0, 2 4 1,2 3, 8 3 7, 5 2 9, 5 7,1 7, 7 2 8, 9 4, 4 1,6 0, 8 1 8,7 4 4,1 0, 2 4 2, 0 6,6 2 9, 0 5 9, 3 2 0, 5 6, 4 4, 8 2, 0 0, 9 0, 2 2, 9 4 5, 3 0, 3 5 4, 5 2, 2 1 8,4 2 ábra A Magyarországon bányászott kőszenek egyes kémiai átlagértékéinek változása Fig 2 Variation o f some o f the average chemical composition o f coals mined in Hungaiy
mélységekben már csak kevéssé ismert kémiai összetételű íllit és klont marad az agyagkőzetekben, amelyeknek a modulusa kisebb a kaolini tekénél Természetesen egy-egy agyagkőzet modulusában az agyagásványokon kívüli ásványos összetevők, elsősorban a kőzetliszt frakcióban levő kvarc és foldpát szemcsék mennyisége is szerepet játszik Ezek aránya azonban éppen úgy az éghajlat függvénye, mint az agyagásványoké A melegebb és csapadékosabb éghajlat a modulus növekedését eredményezi Nyilvánvaló ebből, hogy az agyagkőzetek modulusa abszolút mérőszámként nem használható az éghajlat meleg-csapadékos voltának meghatározására, de a paleontológiái adatok mellett sok esetben jó tájékozódási támpontot adhat A hazai kőszeneknél a felső-kréta kőszén modulusa kiugróan magas értékű (0,84) Szoros összhangban van ez a palynológiai vizsgálatokból (GóczÁx F 1972) kapott adatokkal, miszerint a felső-kréta éghajlata trópusi meleg és csapadékos volt, de a bauxit képződéshez szükséges értéket már nem érte el A modulus a felső-krétától a bádenng erőteljesen csökken, a liász fekete kőszenek hamujának értéke valamivel alatta marad az eocén és oligocén barna kőszenekének, majd a pliocén (felső-pannómai) lignité ismét nagyobb A felsőkrétától a kozépső-miocénig jelentkező csökkenést a hőmérséklet csökkenésével értelmezzük Az eocén és oligocén kőszenek modulusa azonos, bár az oligocénben egyértelműen kimutatható az alacsonyabb hőmérsékletű klíma Az azonosság az oligocénben a csapadékosabb éghajlattal értelmezhető A liászban észlelhető modulus-csokkenés egyrészt a kedvezőtlenebb éghajlattal, másrészt az előrehaladottabb diagenezissel (1 táblázat), a pliocénben jelentkező modulus növekedés pedig a miocénbehnél kisebb diagenetikus fokkal értelmezhető A bányatermékek hamujának kémiai összetétele két komponenstől függ Egyrészt a növények által a talajból felszívott, testükbe beépített és a szénulés során megőrződött szervetlen alkotók, másrészt a termékekbe a fejtés és a termékelőállítási folyamat eredményeként óhatatlanul bekerülő mellékkőzetek, illetve kőzetbeágyazások milyensége befolyásolja Az elemzések kínálta lehetőséggel élve megvizsgáltuk, vajon a szénben gazdag, vagy a szénben szegényebb termékek modulusa nagyobb-e, illetve van-e különbség a kőszénhamu modulusa és a meddő kőzetek modulusa kozott A 3 ábra egyértelműen jelzi a finomabb széntermékek tisztább voltát Ugyanakkor ezek modulusa a felső-kréta, alsó-eocén, ohgocén és alsó-miocén kőszenekben rendre nagyobb A növények által felszívott és beépített anyag nagyobb hőmérsékletről, csapadékosabb éghajlatról tanúskodik tehát, mint a bezáró meddő, azaz a feku és fedő üledékes kőzet Természetesen a kőszenek hamujának Si02- és Al20 3-tartalma egyértelműen jelzi a lepusztulási terület változásait A liásztól az ohgocémg mindkét érték hasonlóan alakul Az alsó-miocénben a Si02 nagy előnyre tett szert, s ezt végig megtartotta a földtörténet során, összhangban az ősföldrajzi tényezőkkel A hamu kéntartalma a kőszén lepusztulási területének karbonátos kőzetekben való gazdagságától függ Ezt a kéntartalom földtörténeti változásai a magyarországi kőszenekben is egyértelműen igazolják A mecseki liász kőszenek tartalmazzák a legkevesebb ként Ez bizonyítja, hogy elvi lehetőség ugyan volt a Mecsek D-i előterében a kozépső-tnász karbonátos osszlet felszínre bukkanására (Nagy E 1962), a kőszenek kemizmusa viszont a lepusztulási terület karbonátkőzetektől teljesen mentes voltát jelzi
V 0. * i 20 30 2t- 30 40 50 60 suly!4 60 sjlyh KOZEPSO-MIOCEN Curg 3 ábra Az egyes kőszenek modulusának kapcsolata a hamu- és C0rg tartalommal 1 Corg» 2 hamu Fig 3 Relationship between the modulus o f the mdividual coal types and the ash and Corg contents 1 Corg) 2 ash A bakonyi és ajkai felső-kréta telepek nagy kéntartalma szoros összhangban van a részletesen ismert ősföldrajzi képpel (H a a s J 1979), miszerint a lepusztulási területen nagyon jelentős, íll döntő szerepe volt a karbonátos kőzeteknek A Dunántúli-középhegység mezozóos mészkő dolomit tömegének elbontása már az eocén eleji transz gr esszió során is jól foghatóan jelentkezik Az oligocén elejére már alig maradt karbonátos tömeg a felszínen, a Dunántúlikozéphegység nagy része ismét uledékgyűjtővé vált Itt a kéntartalom ismét összhangban van az osszlet részletes elemzése során nyert ismeretekkel (K o r -
p á s L 1981) Lényeges ez a megerősítés, mert a jelenlegi roghegységi képből ismételten más következtetésre jutott a kutatók egy része Az észak-magyarországi alsó-miocén kőszéntelepek közepes-, továbbá a várpalotai kozépső-miocén kőszéntelepek nagy kéntartalma az ősföldrajzi tényekkel (H ám ok G 1978) ismét szoros összhangban van Az alsó-miocén telepek környezetében csak kevés karbonátos lepusztulási terület volt, a várpalotai kozépső-miocén kőszénlápot viszont teljesen körülvették a karbonátos kőzetekből álló dombok A művelt pliocén telepek kéntartalma a lepusztulási terület szinte teljes karbonátos képződményektől mentes voltát igazolja, úgy, amint az az eddigi ősföldrajzi összesítésekből már nyilvánvalóvá vált (B a l á zs E et al 1981) Kis merészséggel az adatok szoros egybehangzása miatt kijelenthetjük, hogy a kőszenek kéntartalmából számszerű adatokat kaphatunk a karbonátos képződményeknek a lepusztulási területen betöltött szerepéről A kőszenek hamujának CaO-tartalma természetesen a karbonátos környezettel, így a kéntaitalommal is szoros összhangban változik, pedig ásványtani kapcsolat nincs koztuk A kalcium többségében a karbonátokban, a kén pedig többségében a pintben olt ásványos alakot A MgO-tartalom a karszt-kőszenekben nagyobb, mint a nemkarszt-kőszenekben, de míg az előbbiekben a CaO többletben van, addig az utóbbiakban mindegyik esetben (liász, oligocén, alsó-miocén, pliocén) kisebbségben marad A CaO/MgO viszonylat ennek megfelelően alakul, bár az alsó-miocén telepeknél bizonyos ellentmondással Az egyéb mert alkotók a Ee20 3-ban megadott összes vas, a K 20 és a Xa20 mennyiségének alakulása már sokkal nehezebben értékelhető A vastartalom viszonylag stabil, 6 10% közötti értékű Eltekintve az oligocén telepekben mutatkozó 21%-os adattól, a földtörténet során gyengén csökkenő irányzatú, s viszonylag szoros korrelációban van a X a20 -tartalommal A két elem korrelációs kapcsolatának és az oligocénben levő anomális értékeknek jelenleg nem ismert a földtörténeti háttere Hasonlóan ellentmondásosan értelmezhető a K 20-tartalom alakulása is A liászban levő legnagyobb érték szoros összhangban van a gránitos lepusztulási terület káliumgazdagságával A felső-kréta minimum, s az eocén és oligocén növekvő K 20 értéke is jelzi, hogy a karszt típusú kőszenekben alacsony ez az érték, de a viszonylag nagy kozépső-miocén és alacsony pliocén érték e tekintetben ellentmondást jelent A nagy K 20/N a 20 viszony az esetek többségében jól jelzi a nem karsztos típusú telepeket, de az oligocén és a kozépsőmiocén telepek értéke ellentmondásosan alakul A kőszenek víztartalmát összevetve a szervesszén-tartalommal (Corg) a szoros ellentett korrelációs kapcsolat nyilvánvaló Mindkettő az epigenezis, azaz a szénulés előrehaladásától függ Figyelemre méltó azonban a felső-kréta kőszén nagy víz- és kicsiny Cor tartalma Bizonyítja ez a felső-kréta telepek alacsony epigenezisfokát, aminek egyértelműen az az oka, hogy a harmadidőszak során csak vékony lefedettséget kaptak A korábbiakkal ellentétben itt az ősföldrajzi kutatások számára kapunk támpontot, amennyiben így nyilvánvaló, hogy a paleogén és a neogén során is csak vékony uledéktakaró került az ajkai és padragkúti felső-kréta telepek fölé Az eocén telepek nagyobb szénultségi átlagértékének oka egyértelműen a dorogi, a tatabányai és a felsőgallai szenek nagyobb mélységből bányászott volta Az oroszlányi és a dudar balmkai ala
csonyabb szénultség itt is egyértelműen jelzi az oligocén neogén kon kismértékű elborítottságot Az oligocén kőszeneknek a szervesszén-tartalomban az eocénhez viszonyítottan mutatkozó nagyobb szénultsége látszólagos Az eocén széntermékek alacsony Cor!; tartalmát az oligocén telepeknél kevésbé jelentkező fejtési szennyezési problémák okozzák, mert kevesebb meddő betelepülést tartalmaznak A kőszenek víztartalma az eocéntől kezdve végig emelkedik, kereken 12%-ról 46%-ra növekszik a pliocémg Ügy tűnik, a kőszenek osszvíztartalma az epigenezisnek ebben a korai szakaszában nevezetesen a felső gázzónában éppen úgy, mint az agyagos kőzetek kötetlen víztartalma (H a l m a i J et al 1982) érzékenyebb mutatója a szénultségnek, mint a vitrmitreflexió, amely itt csak 0,2 0,5 kozott változik IRODALOM - REFERENCES A n d r e á n s z k y G 1951 Ősnovénytan Akadémiai Kiadó, Budapest B a l á z s E et al 1981 Magyarország molassz képződményei Foldt Int kiadv G o c z a n E 1972 Comparative palynology and the paleoclimate o f bauxit forination Hungary Jahib Geol A Sonderband 19 36 37 G oczatst F 1973 Oberkretazische Kohlenbildung in Ungain ím Lichte de Palynologie Proc III Internat Palyn Conf 28 35 Moscow H a a s J 1979 A felsőkréta Ugodi Mészkő Formáció a Bakonyban Foldt Int Évk 61 H a l m a i J et al 1982 A Tengelic 2 sz fúrás földtani eredményei Foldt Int Évk 65 H á m o r G 1978 Az eszakmagyarorszagi miocén ősföldrajzi térkepei (1 200 000) Foldt Int Adattár, kézirat J á m b o r Á K o r p á s L 1968 A Bakony felsó-oligocén neogon tarkaagyag képződményeinek rótegtam vizsgálata Foldt Int Adattal, keznat K o r p á s L 1981 _ A Dunantúli-kozephegység oligoccn alsó-miocén képződményéi Foldt Int Évk 64 K o v a t s it s M -k e - W o l j Gy 1980 A hazai keieskedelmi szenterniekek minőségi katasztere K B F 1 MSZT Budapest Tatabanya N a g y E 1962 A pécsi alsó-liász kószenosszlet földtani újra vizsgálata Foldt Int Adattár, kézirat O d o r L 1969 Jelentés a Balinka II terület eocen barnakőszónosszleten végzett geokémiai vizsgálatokról Foldt Int É v ije i 1967-rol 315 343 S z á d e c z k y - K a r d o s s E 1952 Szenkőzettan Budapest
GEOLOGICAL IMPORTANCE OF SOME CHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE HUNGARIAN COALS by Á J á m b o r * G y W o l f ** * Hungarian Geological Institute Budapest, Népstadion út 14 H 1143 ** Cential Institute of Mining Development Budapest, Yaisanyi I u 40/44 H 1027 UDC 550 84 551 94/ 96(439)551 583(439) Key-words geochemical indicators, coal, climate tiaccs, paleoclinidtology In Hungary, coal indications or deposits are known m a lot of stratigraphic horizons from the Upper Carboniferous up to the Pliocene From among these, a great number of chemical analyses are available from deposits under systematic mining operation For the present investigation three-month averages of the individual analyses of the industrial coal products and their ashes were used Grouped according to geological age, the averages were further averaged The data for seven groups outlined upon the local circumstances evaluated by the aid of Fig 1 and 2 In this context a number of relationships between the compositional averages and the geological pattern have been recognized Most essential is, perhaps, the fact that m the course of geological evolution history, from the Cretaceous up to the Bademan, and parallel with the change from a tropical climate to a moderate one, the modulus of coal ash displays a reduction from 0 84 to 0 24 The sulphur content grows parallel with the abundance of carbonate rocks in the geological environment, with the CaO content of the ash and with the CaO/MgO ratio The Al20 3-content varies m an opposite sense, while the water content is clearly interconnected with the geological age and the degree of burial, i e with the maturity of the sediment In addition, other relations are also dealt with in this study