205486 Coal Geology การจัดจำแนกชนิดถ่านหิน-2 (Classification of Coals-2) Coal Petrography

1. 205486 Coal Geologyการจัดจำแนกชนิดถ่านหิน-2(Classification of Coals-2)Coal Petrography รองศาสตราจารย์ ดร. เบ็ญจวรรณ รัตนเสถียร ภาควิชาธรณีวิทยา คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

2. 6. การวัดค่าแสงสะท้อนจากวิตทริไนต์(Vitrinite reflectance measurement)จากหลักการที่ถ่านหินสลายตัวมาจากส่วนที่เป็นเนื้อไม้หรือคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อน จะมีการสลายตัวอย่างต่อเนื่องในอัตราคงที่ตามลำดับขั้นการกลายเป็นถ่านหิน ปริมาณคาร์บอนที่เพิ่มขึ้นจะสัมพันธ์กับค่าสะท้อนแสงที่เพิ่มขึ้นและการเพิ่มขึ้นของลำดับขั้น ซึ่งสามารถวัดโดยใช้กล้องจุลทรรศน์ที่มีอุปกรณ์เสริมสำหรับวัดค่าแสงสะท้อนในน้ำมันหรือในอากาศ โดยวัดจากแร่อินทรีย์ในกลุ่มของฮิวมิไนต์เท่านั้น

4. 7. การวิเคราะห์ชนิดของแร่อินทรีย์(Maceral analysis)ใช้ในการจำแนกชนิดของแร่อินทรีย์ (Macerals) เพื่อจำแนกชนิดของถ่านหิน (Lithologic classification) เท่านั้น แต่ผลที่ได้อาจจะนำไปใช้ในการประเมินหินต้นกำเนิดน้ำมันและสิ่งแวดล้อมในการสะสมตัว

5. การจัดจำแนกตามลักษณะเนื้อหิน (Lithologic classification)ในปัจจุบันการใช้ผลของการศึกษา Coal petrography ภายใต้กล้องจุล-ทรรศน์ ได้ถูกนำมาประยุกต์ ใช้ในการพิจารณาว่าถ่านหินชนิดนี้เหมาะที่จะนำไปทำถ่านโค้ก การศึกษา การได้ที่ (Maturity) ของแหล่งไฮโดรคาร์บอน ตลอดจนชนิดของหินต้นกำเนิดน้ำมัน (oil source rock) หรือมีลักษณะพิเศษที่น่าจะนำไปแยกเอาไฮโดรคาร์บอนออกมาใช้ประโยชน์เสียก่อนที่จะนำเนื้อถ่าน (char) ไปใช้การอย่างอื่น การศึกษาถ่านหินภายใต้กล้องจุลทรรศน์ทำได้ทั้งแผ่นหินบาง (thin section) และการศึกษาด้วยแสงสะท้อนจากถ่านหินขัดมัน (polished section) พบว่า สามารถที่จะนำไปใช้ประโยชน์ได้อีกมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการศึกษาชนิดของพืชและสิ่งแวดล้อมการเกิดของถ่านหิน นอกจากนี้ความเข้มของการสะท้อนแสงโดยวิตริไนต์จะเพิ่มขึ้นตามลำดับขั้นการกลายเป็นถ่านหิน(coalification rank) จึงใช้เป็นดัชนีอย่างหนึ่งในการจัดลำดับขั้นการกลายเป็นถ่านหิน (Classification of coal by ranks : Stach and others, 1975)

6. Maceral (แร่อินทรีย์)คำนี้ถูกนำมาใช้ครั้งแรกโดย Stopes, M. C. ในปี 1935 จากรากศัพท์ภาษาลาติน หมายถึง to dissolved, to soften, to digestความหมายเฉพาะคือ เป็น constituent หรือ component จากคำจำกัดความ coal macerals จะได้มาจากอวัยวะต่างๆ หรือเนื้อเยื่อของตัวต้นกำเนิดถ่านหินที่มารวมตัวกันในระยะแรกของกระบวนการกลายเป็นถ่านหิน จากความหลากหลายของตัวต้นกำเนิดที่มา และการเปลี่ยนแปลงหลังจากการสะสมตัว จึงเป็นไปได้ยากที่จะจำแนกวัสดุต้นกำเนิดเหล่านั้นได้ด้วยตาเปล่า แร่อินทรีย์มีขนาดเล็กระดับที่จะมองเห็น และตรวจพิสูจน์ได้จากกล้องจุลทรรศน์ และขึ้นอยู่กับปริมาณส่วนประกอบอื่นๆที่เกิดร่วม ซึ่งจะเป็นตัวกำหนดทางเคมี ฟิสิกส์ และสมบัติทางกายภาพและทางเทคนิคอื่นๆของถ่านหินในลำดับขั้น (Rank) นั้นๆ

7. ชนิดของแร่อินทรีย์(หรือ maceral) ่เป็นส่วนประกอบทางเคมีของสารอินทรีย์ คำว่า maceral น่าจะเรียกเป็นแร่อินทรีย์ได้ เป็นส่วนประกอบที่สำคัญของ organic rocks สามารถที่จะแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ ได้ดังนี้คือวิตริไนต์ (Vitrinite)เอกซิไนต์ (Exinite) หรือลิบติไนต์ (Liptinite)อินเนอติไนต์ (Inertinite)และ mineral matter เกิดอยู่ร่วมกับถ่านหินส่วนใหญ่เป็นไพไรต์ คาร์บอเนต แร่ดิน และแร่ซิลิเกตอื่น ๆการจัดจำแนกชนิดของ macerals ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบที่สำคัญ 2 ชนิด คือ ชนิดของ organs หรือ tissues ที่ประกอบเป็นแร่อินทรีย์ตัวนั้น และกระบวนการที่มากระทำ แบ่งออกเป็น Brown coals และ Hard coals (Bituminous and Anthracite)

10. กลุ่มวิตริไนต์และฮิวมิไนต์ (Vitrinite และ Huminite group)เป็นส่วนสำคัญในการที่จะทำถ่านโค้ก ประกอบไปด้วยเจลลาตินที่มาจากส่วนประกอบของลิกโนเซลลูโลส วิตริไนต์ ฮิวมิไนต์ ในลิกไนต์จะมีค่าแสงสะท้อนระหว่างอินเนอติไนต์ และเอกซิไนต์ ซึ่งค่าแสงสะท้อนนี้จะสูงขึ้นตาม coalification rank Huminite Ro ต่ำกว่า 0.6% Vitrinite Ro สูงกว่า 0.6%ลักษณะที่สำคัญของ Huminite และ Vitrinite มีอยู่ 2 แบบคือ Telinite หรือ Textinite เป็นส่วนที่มีโครงสร้างและ collinite เป็นส่วนที่ไม่มีโครงสร้างมาจากการละลายจนกลายเป็นเจลลาติน หรือ colloid นอกจากนี้ยังมี corpocollinite หรือ phlobaphinites ซึ่งมักจะเป็นรูปไข่เกิดจากการเข้าไปแทนที่ในช่องว่างของ cell ด้วย tannin secretionVitrinite จะไม่เรืองแสงฟลูออเรสเซนส์ แต่ก็พบว่า Vitrinite ที่มีความสัมพันธ์กับ hydrocarbon source rock จะเรืองแสง Vitrinite พวกนี้จะให้ค่าแสงสะท้อนต่ำ ระหว่าง 0.2-0.4% Ro (วัดในน้ำมัน) ใน transmitted light, vitrinite จะค่อนข้างทึบแสง มี concoidal fracture มีสีน้ำตาลหรือน้ำตาลแดงตามขอบบางๆ

11. Textinite and TelliniteTextinite จะเป็นส่วนของผนังเซลของพืชซึ่งอาจจะเห็นเกี่ยวหรือต่อเนื่องกัน ขนาดจะแตกต่างกันไป และ cell lumens อาจจะเปิด มักเกิดจากplant tissues ที่มีความคงทนต่อกระบวนการกลายเป็นถ่านหิน พบใน coniferous woods หรือ plant organs พวก ราก เปลือก บางครั้งการคงทนอาจจะเกิดจากเกิด resinification โดย tannins จากพืชที่มีปริมาณลิกนินสูง จาก sclerenchymatous tissues เช่นพวก seed coats หรือ bast fibres ทำให้ผนังเซลแข็งแรงขึ้น ทนทานต่อการสลายตัวไปเป็นเจล ส่วนใหญ่จะพบในถ่านหินอายุอ่อนถ้าถ่านหินอายุแก่หรือ Vitrinite reflectance มากกว่า 0.6% ในน้ำมันจะเรียก Telinite,

12. Ulminite และ colliniteคำว่า Ulminite หมายถึง plant tissue ที่ละลายเป็นเจลจนหมด ถูกใช้ในความหมายว่า completely gelified plant material in coal ลักษณะที่พบอาจจะอยู่ในรูปเซลเดี่ยวหรือหลายเซลต่อเนื่องกัน Cell lumens อาจจะปิดเต็มที่หรือปิดเป็นบางส่วน Texto-ulminite หมายถึงเซลที่ได้กลายเป็นเจลที่ cell lumens อาจจะปิดเป็นบางส่วน ผนังเซลสามารถมองเห็นได้อย่างจางๆ แต่ cell structure สามารถจะเห็นได้ชัดเจน Eu-ulminite หมายถึงเซลที่ได้กลายเป็นเจลที่ cell lumens ปิดสนิท structure ของผนังเซลไม่สามารถจะเห็นได้ ส่วน cell structure ของเนื้อเยื่อจะเห็นจางๆ ในกรณีของ Hard coals จะถูกเรียกว่า Teliniteลักษณะที่เห็นภายใต้กล้องจุลทรรศน์สำหรับถ่านหินขัดมัน จะมีสีเทาปานกลางถึงสีเข้ม มีสีน้ำตาลจางๆฉาบ ในถ่านหินอายุอ่อนสีจะจางกว่า Textinite เล็กน้อย ในบางกรณีจะพบช่องว่างที่เกิดจากการแห้งหดตัวของเจล

13. Attrinite คำว่า Attrinite หมายถึง gelified particles ใน brown coal ที่มีขนาดเล็กกว่า 50 ไมครอน เป็นชิ้นส่วนของ humic detritus ซึ่งอาจจะเคยเป็นลิกนินและเซลลูโลส ที่มาประกอบกันอยู่อย่างหลวมๆ จะพบเฉพาะในถ่านหินลิกไนต์ที่ระดับต่ำ หรือ soft brown coal เท่านั้น ไม่แสดงลักษณะเด่นของชิ้นส่วนใดๆนอกจากจะมีค่าแสงสะท้อนต่ำเนื่องจากจะพบในถ่านหินอายุอ่อนเท่านั้นDensinite เป็นส่วนของ gelified detritus ที่มีขนาดเล็ก ไม่มีรูปร่างและชนิดของส่วนประกอบที่แน่นอน อยู่ในกลุ่ม Humodetrinite เช่นเดียวกับ Attrinite แต่จะอัดแน่นกว่า Attrinite จากผลของ gelification process และเชื่อมเข้าด้วยกัน พบในพวกถ่านหินลิกไนต์ที่มีลำดับขั้นสูง หรือ Hard brown coals ใน Hard coals จะกลายไปเป็น Desmocollinite

14. Geliniteเป็น humonitic gel ที่ตกจมมาอยู่กันเป็นชั้นอยู่ในกลุ่มย่อย humocolliniteไม่มีรูปฟอร์มที่ชัดเจน แต่จะจำได้ง่ายจากรอยแตก (shrinkage cracks) จากการสูญเสียน้ำ ซึ่งมักจะพบตั้งฉากกับชั้นถ่าน หรืออาจจะเห็นในรูปเข้าไปอยู่ใน cell lumens ถ้ามีลักษณะเป็นรูพรุนละเอียด หรือ microgranular เรียกว่า Porigeliniteแต่ถ้าเป็นเนื้อเดียวกัน หรือ structureless ก็เรียกว่า Levigelinite ถ้ามาจากสารละลายโดยกำเนิดก็เรียกว่า Eugeliniteหรือ secondary filling ในช่องว่างอื่นๆ Gelinite จะพบในถ่านหินระดับต่ำ ถ้ามีอยู่มากจะทำให้ถ่านหินผุพังง่าย ถ้าเป็นถ่านหินที่ระดับสูงกว่าจะกลายไปเป็น Collinite

15. Huminite Group Gelinite Textinite&Texto-ulminite Densinite

16. Eu-ulminite Vitrinite Group Tellinite Vitrinite

18. กลุ่มเอกซิไนต์หรือลิบติไนต์ (Exinite or Liptinite group)เป็นกลุ่มของแร่อินทรีย์ที่ให้แสงสะท้อนต่ำหรือไม่ให้เลย ค่าแสงสะท้อนจะต่ำกว่า Vitrinite เสมอ คำว่า Exinite มาจากการที่แร่อินทรีย์ในกลุ่มนี้มาจากส่วนนอกที่เป็นเปลือกของพืช ซึ่งมีปริมาณไฮโดรเจนประกอบอยู่ด้วยสูง สามารถแบ่งออกเป็น 4 กลุ่มได้ดังนี้1.กลุ่มที่มาจากอวัยวะสืบพันธ์ (reproductions organ) ที่สำคัญได้แก่Sporinite มาจาก spore และ pollen grainซึ่งมีขนาดและรูปร่างต่างๆกัน โปร่งแสงใน transmitted light ซึ่งถ้าระดับความเป็นถ่านหินสูงขึ้นจะทึบแสงใน reflected light จะตรงกันข้าม คือถ้าระดับต่ำจะต่ำกว่าวิตริไนต์ แต่ถ้าการกลายเป็นถ่านหินระดับสูงขึ้นจะสะท้อนแสง เท่ากันหรือมากกว่าวิตริไนต์ เมื่อ Ro 1.3-1.5% ซึ่งเรียกว่า coalification jumpในแสงฟลูออเรสเซนส์ sporinite จะเรืองแสงสีเขียวไปเหลือง และน้ำตาลแดงตามลำดับขั้นการกลายเป็นถ่านหิน

19. Sporinite

20. 2.กลุ่มที่มาจาก plant secretions ที่สำคัญได้แก่Cutiniteเป็นส่วนที่เป็นผิวบางบนสุดของใบไม้ที่ป้องกันการระเหยของน้ำจากใบ มีลักษณะโปร่งแสงใน transmitted light และให้แสงสะท้อนต่ำมากใน reflected light เรืองแสง สีเขียวอมน้ำตาลหรือเขียวอมเหลือง ใน fluorescence และมีลักษณะเช่นเดียวกันกับ sporitnite เมื่อ coalification สูงขึ้นจะทึบแสงและสะท้อนแสงได้มากเมื่อ Ro มากกว่า 1%Fluorinite หรือ Chlorophylliniteเป็น left secretion ภายใต้ certex มีลักษณะเด่นคือจะเรืองแสงสีเขียวเข้มจนถึงสีเหลืองหรือสีแดง โปร่งแสงใน transmitted light ถ้าถูกความร้อนจะทึบแสง และเมื่อส่วนใหญ่เปลี่ยนไปเป็นไฮโดรคาร์บอนลักษณะ fluorinite จะหายไป

21. Cutinite & Chlorophyllinite

22. Terpenite เป็นแร่อินทรีย์ที่คาดว่าจะเป็น essential oil ในพืช มีลักษณะเป็นหยดเล็กๆโปร่งแสงอยู่ภายในใบหรือโครงสร้างอื่นๆ เช่น texto-ulminite ต่างจาก fluorinite มีลักษณะและรูปร่าง การเรืองแสงจะคล้ายกันแต่จะออกไปค่อนข้างเหลือง terpenite จะหายไปเมื่อ coalification สูงขึ้น ค่าแสงสะท้อนในน้ำมันมากกว่า 1% ขึ้นไป คาดว่าจะเข้าไปรวมกับ resiniteResinites เป็นแร่อินทรีย์ที่มาจาก secretion จากส่วนต่างๆของพืชใน transmitted light จะมีลักษณะเป็นก้อนเล็กๆ สีเหลืองหรือแดง ซึ่งจะเข้มขึ้นตามลำดับการกลายเป็นถ่านหินใน reflected light จะสะท้อนแสงได้ดีกว่า เอกซิไนต์ตัวอื่นๆ และเรืองแสงให้สีเหลืองถึงสีน้ำตาล การเรืองแสงจะลดลงและหายไปเมื่อระดับสูงขึ้น มีค่าแสงสะท้อนในน้ำมันมากกว่า 1%

23. Resinite

24. Suberinite พบเฉพาะใน Tertiary coal และเพียงเล็กน้อยที่พบใน Mesozoic coals พบใน Corkified cell walls ที่พบในเปลือก หรือ ราก ลำต้น หรือแม้แต่ผลไม้ มีลักษณะเป็นชั้นๆ ระหว่าง lignified cellulose และ suberin ที่มีลักษณะเป็นไขคล้ายคิวติน แต่การ polimerized ต่ำกว่า Kolattukudy (1980) ให้ความเห็นว่าน่าจะเป็น polymer ที่เป็น aromatic และ polyesters

25. Suberinite

26. 3.กลุ่ม microscopic algae ที่สำคัญได้แก่Alginiteเป็นแร่อินทรีย์ที่มีกำเนิดมาจากสาหร่ายชนิดต่างๆ และมีชื่อเรียกต่างกันออกไปแบ่งเป็น 2 กลุ่มคือ (1) Telalginite (Alginite A)มาจากสาหร่ายที่มีรูปร่างค่อนข้างกลม เป็น unicellular หรือเป็นกลุ่มได้แก่พวก Tasmanite และ Botryocaccus, Gloeocapsomerpha และ (2) Lamaginite(alginite B)ซึ่งมาจากสาหร่ายที่มมีลักษณะเป็น thin lamellar หรือ filament หรือพวก SchizophyclaeAlginite จะมีขนาดเล็กมาก แต่จะเรืองแสงสีเข้มตั้งแต่สีเขียวไปเหลือง จนถึงน้ำตาลแดงระหว่าง 0.3-1.0 ซึ่งเปลี่ยนไปตามลำดับขั้นของการกลายเป็นถ่านหิน โปร่งแสงเมื่อระดับต่ำ การสะท้อนแสงจะเข้มขึ้นและสูงกว่า vitrinite เมื่อ Ro มากกว่า 1.3-1.5%

27. Green River Valley type AlginiteLamaginite Mae Moh Temperate thick wall type

28. Na Hong Alginite -Lamaginite Mae Tun Mae Than

29. AlginiteBotryococcus sp. Pila type Fang type Botryococcus brounii

30. 4.กลุ่มที่เป็น Secondary exinite หรือ liptiniteLiptodetriniteเป็นผลเนื่องจากการแยกหรือสลายตัวของแร่อินทรีย์เดิมExsudatinite เป็น secondary exinite ที่มีการเคลื่อนที่ไปสะสมตัวอยู่ในรอยแตก รอยแยกหรือช่องว่างอื่นๆในเนื้อถ่าน จะเรืองแสงตั้งแต่สีเขียวเหลืองไปจนถึงสีแดง ในถ่านหินขั้นต่ำจะเป็น oil window (รูปที่3.3) เป็นอย่างดี ซึ่งถ้าเป็นน้ำมันจะเรืองแสงสีเขียวใสBituminiteเป็น secondary exinite เช่นกันแต่มีลักษณะเป็นกลุ่มหรือก้อนเล็กๆเรืองแสงสีน้ำตาลแดง ส่วนประกอบส่วนใหญ่จะเป็นไฮโดรคาร์บอนที่มีปริมาณคาร์บอนสูง เนื่องจากไฮโดรคาร์บอนส่วนเบาได้แยกตัวออกไปแล้ว

31. Exsudatinite

32. กลุ่มอินเนอติไนต์ (Inertinite group)กลุ่มนี้เป็นกลุ่มที่ให้แสงสะท้อนสูงสุด มีชื่อมาจากการที่ไม่มีปฏิกิริยาระหว่งกระบวนการทำถ่านโค้ก ส่วนใหญ่มาจาก structure plant tissues สามารถจำแนกเป็นแร่อินทรีย์ที่สำคัญ ได้แก่Fusiniteเป็นแร่อินทรีย์ที่ถือว่าเป็น mother of coal มีลักษณะเฉพาะคือ ลักษณะ cellular และ vesicular structure แร่อินทรีย์ตัวนี้บ่งลักษณะการออกซิไดซ์ของพืชพรรณในอากาศ อันเนื่องมาจากไฟป่าหรือการสลายตัวทางชีวเคมีก่อนหรือระหว่างการสะสมตัวของพืชที่เป็นถ่านหินFusinite ให้แสงสะท้อนสูงแม้แต่ระดับความเป็นถ่านหินต่ำ ตั้งแต่ 3-6% ไม่ค่อยขึ้นกับcoalification rank จึงไม่สามารถจะใช้เป็น thermal หรือ coalification rank parameter ได้

33. Semifusiniteคล้ายกับ fusinite แต่ต่างกันตรงที่โครงสร้างจะไม่เป็นระเบียบ และแสงสะท้อนจะต่ำกว่า และเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าSclerotinite มีลักษณะเป็นรูปทรงกลมหรือรูปไข่ ภายในมักจะเป็นช่องๆมากหรือน้อยต่างกัน มาจากอวัยวะสืบพันธ์ของพวกรา หรือเป็นผลมาจากการออกซิไดซ์ (oxidation) ของพวกลิกโนเซลลูโลส ที่มีรูปทรงกลมๆ ในกรณีของ Fungi-sclerotinite (teleutospore และ sclerotia) ยังเป็นลักษณะเฉพาะที่จะพบใน Tertiary brown coals เท่านั้น ในแสง transmitted light แร่อินทรีย์ในกลุ่มอินเนอติไนต์นี้จะมีลักษณะเป็น opaque ligneous debris

34. Inertinite Semifusinite Fusinite

35. Inertinite-Funginite

36. Microlithotypeเป็นการจัดจำแนกโดยใช้ส่วนประกอบทางด้านแร่อินทรีย์ที่อยู่ในเนื้อถ่านหินนั้นมาเป็นตัวกำหนดเนื้อถ่านหินMonomaceral -Vitrite -Liptite -InertiteBimacerals -Clarite -Vitrinerite -Durite Trimacerals -Trimacerite

39. การใช้ ศิลาวรรณนาถ่านหินในการหาแหล่งน้ำมันและก๊าซธรรมชาติ* Type of Source Rocks** Maturation