Roca Carbón: Propiedades, características

El carbón es un combustible fósil que se encuentra en las rocas sedimentarias y, actualmente, es una de las fuentes de energía comercial más dominante en el mundo. El carbón es bastante diferente de otras rocas sedimentarias.

A diferencia de la piedra caliza y el chert, que son ricos en calcita o sílice, el carbón está hecho principalmente de materia orgánica. Un examen minucioso de un trozo de carbón bajo un microscopio o una lupa a menudo revela estructuras de plantas como hojas, corteza y madera que han sido alteradas químicamente pero que aún son identificables.

Esto respalda la conclusión de que el carbón es el producto final de grandes cantidades de material vegetal enterrado durante millones de años. Además, es una fuente importante de roca para gas y, en algunos casos, también para el petróleo.

El carbón corresponde a rocas sedimentarias de color marrón a negro, blandas a duras, de baja densidad y ricas en carbono orgánico.

Por definición, deben contener menor al 33% de material inorgánico (impurezas) pero generalmente tienen menos del 10% de arcilla, limo y arena, así como una gran cantidad de minerales presentes en cantidades menores y trazas.

Son un tipo de sedimento muy común (y económicamente importante) que se reconoce fácilmente en el campo. La mayoría de los carbones son húmicos, formados por la acumulación in situ de material vegetal.

Los carbones sapropélicos (o de corrientes), por el contrario, se han formado a partir de la dispersión y posterior acumulación de restos de plantas, esporas, polen y / o algas fragmentadas. El rango de carbón se refiere al grado de metamorfismo (o coalificación) de la materia orgánica.

Los carbones húmicos se pueden dividir en función de su rango en varias categorías.

Características sedimentarias del carbón

El carbón es una de las rocas sedimentarias bien conocidas en formaciones de todas las edades desde finales del Devónico, poco después de que las plantas terrestres evolucionaron y proliferaron por primera vez.

Se reconocen fácilmente en el campo, sobre la base de su color negro, peso ligero y lechos de raicillas asociados, y proporcionan información ambiental importante.

Sin embargo, muchas de sus características específicas se definen más fácilmente mediante muestreo de rutina y análisis de laboratorio.

Gran parte del trabajo sedimentológico sobre los carbones se lleva a cabo en núcleos recuperados de pozos poco profundos.

Depósito

Las capas de carbón tienden a ser más delgadas (<3 m) pero más extensas lateralmente en entornos deltaicos, mientras que son más gruesas y restringidas en secuencias fluviales.

Algunas de las vetas de carbón más gruesas (hasta varios cientos de metros) se encuentran en sistemas de abanicos fluviales y aluviales.

Incluso las capas muy delgadas (<5 cm) pueden tener un extenso sistema de raíces.

Las capas de carbón y los sistemas de raíces más gruesos y bien establecidos pueden haber lixiviado el sedimento subyacente (arena o barro) dando una capa distintiva, generalmente de color pálido, de tierra de asiento.

Estructuras

No se observan estructuras sedimentarias dinámicas, pero es común la estratificación de milímetros (laminación) a centímetros de diferentes microlitotipos.

Estos se conocen como bandas.

Un método algo subjetivo y lento pero muy útil para la descripción macroscópica de los carbones implica el registro visual de las bandas en las vetas de carbón, tanto en el campo como en los núcleos.

Cada capa puede desarrollar un perfil de bandas distintivo, que puede facilitar la identificación y la correlación de la capa a través de la cuenca de carbón.

Se puede caracterizar las capas de la siguiente manera:

• C1 Carbón brillante (bandas brillantes> 90%).
• C2 Carbón con banda brillante (bandas brillantes 90–60%).
• C3 Bandas de carbón (bandas brillantes 60–40%).
• C4 Carbón opaco con bandas (bandas brillantes 40–10%).
• C5 Carbón opaco (bandas brillantes <10%).
• C6 mate con brillo satinado, friable, con hasta 10% de otros litotipos de carbón.

Las uniones verticales (conocidas como tacos en las capas de carbón) se producen en muchos carbones, a menudo recubiertos con diferentes minerales.

También puede haber evidencia de fallas syn-sedimentarias y / o superficies de deslizamiento paralelas a las capas.

Las divisiones de otros tipos de rocas (por ejemplo, lutita carbonosa, arenisca, ceniza volcánica) pueden estar presentes dentro de las vetas de carbón, y ayudar más en la identificación y correlación.

Los horizontes de las raíces son comunes debajo de las vetas de carbón e incluso ocurrirán en ausencia de una capa de carbón preservada.

Su presencia en una sucesión sedimentaria puede indicar la aparición de carbones adyacentes lateralmente.

Textura

El carbón es una roca compacta de grano fino, de un tamaño de grano equivalente a las rocas de barro (lodolitas).

Por lo tanto, los granos individuales no son visibles en el campo, incluso con una lente de mano (lupa).

Las secciones delgadas pulidas en el laboratorio muestran que algunos de los macerales componentes (ver más abajo) pueden ser del tamaño de limo o arena.

En la turba, pueden verse los fragmentos más gruesos de material vegetal no descompuesto.

Composición

Los componentes fundamentales (microscópicos) de los carbones se conocen como macerales, que se derivan de diferentes partes del material vegetal original (Tabla 2).

Componentes principales del carbón y su origen.
Macerales principales	Origen primario
Grupo vitrinita	Derivado del material de la pared celular (tejido leñoso) de plantas compuestas de polímeros, celulosa y lignina.
Grupo liptinita	Derivado de partes cerosas y resinosas de plantas, como poros, cutículas y resinas, y también algas. Sensible a la carbonificación avanzada y generalmente desaparece de carbones bituminosos de rango medio a bajo volátil.
Grupo inertinita	Derivado de material vegetal que ha sido fuertemente alterado y degradado durante la etapa de turba de la carbonización por oxidación. Incluye carbón fósil (conocido como fusinita).

Tabla 2

Estos pueden variar significativamente para diferentes tipos y edades de carbón.

Los ensamblajes macerales caracterizan microlitotipos específicos, que cuando son visibles en muestras manuales se conocen como litotipos de carbón.

Los litotipos más comunes son:

• Vitrain: bandas brillantes, fractura vidriosa, quebradiza, concoidal.
• Clarain: bandas brillantes y opacas, finamente laminadas, sedosas, con una fractura suave.
• Durain: bandas opacas, duras, sin brillo.
• Fusain: similar al carbón, suave, polvoriento, ensucia los dedos.

Con el aumento de rango, los macerales tienden a perder su carácter específico y el carbón se vuelve más homogéneo y progresivamente más duro.

El material vegetal macroscópico (fósiles) solo puede reconocerse claramente en los carbones de menor rango: turba y lignito.

Una variedad de componentes inorgánicos también puede estar presente en el carbón.

Estos incluyen cuarzo detrítico, minerales arcillosos, minerales pesados, sulfatos y fosfatos, así como nódulos diagenéticos de pirita (muy común), marcasita, siderita, ankerita, dolomita y calcita.

Otras observaciones de campo

Ciertas otras características pueden ser muy importantes para los estudios de carbón. El tipo y la naturaleza de los estratos subyacentes y suprayacentes (arenisca, lutita, etc.), así como la proporción de carbón y sedimentos no carbonizados, son importantes para los ingenieros de mínas.

También lo es la geometría del carbón: adelgazamiento / engrosamiento rápido, acuñamiento de capas. La presencia de rocas ígneas, intrusivas o extrusivas puede haber causado que el carbón se vea afectado por el calor, que haya madurado demasiado rápido y, por lo tanto, que se deteriore su calidad.

Es importante tener en cuenta cualquier característica que pueda ayudar a la correlación, como la presencia de separaciones, capas de cenizas, nódulos diagenéticos y bandas.

Las fallas syn-sedimentarias, así como las observaciones sobre las direcciones de los tacos y otras características estructurales, ayudarán con la interpretación general de la cuenca del carbón.

Ambiente geológico y ocurrencia del carbón

Las facies de carbón se asocian principalmente con entornos tanto (deltaicos y costeros) como con sucesiones limnicas (fluviales y lacustres), y no ocurren dentro de sistemas completamente marinos.

Se forman a partir de la acumulación de material vegetal principalmente terrestre y su conservación en condiciones anóxicas o bajas en oxígeno. Esto ocurre más fácilmente en climas húmedos.

Los carbones más abundantes son de edad carbonífera y pérmica tardía en el hemisferio norte (especialmente en América del Norte y Europa), principalmente en sucesiones deltaicas y costeras. Los carbones de la edad pérmica en sucesiones límnicas son típicos de muchas ocurrencias del hemisferio sur formadas en el antiguo continente de Gondwanaland.

Otros picos de formación de carbón ocurren en todo el mundo, y especialmente en China, en los períodos Jurásico, Cretácico y Terciario medio. Los carbones terciarios son típicamente carbones ligníticos o marrones de menor rango.

Los carbones raros, precoces paleozoicos y precámbricos son exclusivamente derivados de algas. Los carbones carboníferos del hemisferio norte son típicamente ricos en macerales de grupo de vitrinita (60–90%), junto con 5–15% de liptinitas y 5–40% de inertinita.

Los carbones terciarios son típicamente carbones ligníticos o marrones de menor consumo, excepto donde están profundamente enterrados o muy influenciados por el calentamiento ígneo / tectónico.

Los carbones de canales (fluviales) y de las ciénagas están dominados por macerales de liptinita.También se pueden encontrar carbones raros, tempranos paleozoicos y precámbricos, y son exclusivamente de derivación de algas.