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Origin of an Underclay as Revealed by Vertical Variations in Mineralogy and Chemistry

Published online by Cambridge University Press:  02 April 2024

Susan M. Rimmer  and
Dennis D. Eberl
Susan M. Rimmer
Affiliation:
Department of Geosciences, The Pennsylvania State University, University Park, Pennsylvania 16802
Dennis D. Eberl
Affiliation:
U.S. Geological Survey, Denver Federal Center, Denver, Colorado 80225
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Abstract

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Regular vertical variations in mineralogy and chemistry indicate that underclay beneath the Herrin (No. 6) coal in southwestern Illinois has undergone in situ alteration. Alteration resulted from the downward movement of hydrogen ions, as indicated by the progressive leaching of acid-sensitive minerals adjacent to the coal. Mineralogical trends observed in the underclay with increasing depth below the coal include: (1) a decrease in the expandability of mixed-layer illite/smectite (I/S); (2) an increase in the amount of ordered I/S with respect to randomly interstratified I/S; (3) an increase in the amount of discrete illite with respect to expandable clays; and (4) an increase in chlorite and calcite. Ordered I/S is the dominant mixed-layer clay where calcite is present, but randomly interstratified I/S dominates where calcite is absent. The pH of the underclay also increases with depth. These trends are consistent with an origin by acid leaching of a preexisting mineral assemblage that included illite, chlorite, and calcite. Other acid-alteration trends may be expected for different precursor minerals and for different leaching intensities and durations.

Резюме

Резюме

Регулярные вертикальные изменения минералогии и химии указывают на то, что подстилающая глина под Герринским (№ 6) углем в южно-западном районе Иллиноя подвергалась видоизменению на своем месте. Видоизменение было следствием движения ионов водорода вниз, на что указывает прогрессивное вымывание кислочувствительных минералов, прилегающих к углю. Минералогические тенденции, наблюдаемые в подстилающих глинах при увеличении глубины под углем, включают: (1) уменьшение расширяемости смешаннослойного иллита/смектита (И/С); (2) увеличение количества упорядоченного И/С по сравнению со случайно внутринапластованным И/С; (3) увеличение количества неявного иллита по сравнению с расширяющейся глиной и (4) увеличение содержания хлорита и кальцита. Упорядоченный И/С является преобладающей смешанно-слойной глиной, если присутствует кальцит, тогда как случайно внутринапластованный И/С преобладает, если кальцит отсутствует. С глубиной также увеличивается pH подстилающей глины. Эти тенденции находятся в согласии с происхождением путем кислого вымывания ранее существующих минеральных скоплений, включающих иллит, хлорит, и кальцит. Другие кислоизменяющие тенденции могут ожидаться для различных предвестников минералов и для различных интенсивностей и продолжительностей. [Е.С.]

Resümee

Resümee

Regelmäßige vertikale Änderungen in der Mineralogie und chemischen Zusammensetzung zeigen, daß der Basalton unter der Herrin-Kohle (No. 6) im südwestlichen Illinois eine in situ Umwandlung mitgemacht hat. Die Umwandlung war die Folge von sich abwärts bewegenden Wasserstoffionen, wie aus der zunehmenden Auslaugung der säureempfindlichen Minerale im an der Kohle angrenzenden Gestein hervorgeht. Mineralogische Trends, die in dem Basalton mit zunehmender Tiefe unter der Kohle beobachtet werden, sind: (1) eine Abnahme der Quellbarkeit der Illit/Smektit-Wechsellagerung (I/S); (2) eine mengenmäßige Zunahme einer regelmäßigen I/S in Bezug auf eine unregelmäßige I/S-Wechsellagerung; (3) eine mengenmäßige Zunahme von Illit an sich in Bezug auf quellbare Tone; und (4) eine Zunahme von Chlorit und Calcit. Eine regelmäßige I/S ist die vorherrschende Wechsellagerung, wenn Calcit vorhanden ist, eine unregelmäßige Wechsellagerung überwiegt jedoch dann, wenn Calcit fehlt. Der pH des Basaltones nimmt mit zunehmender Tiefe zu. Diese Trends stehen in Zusammenhang mit einer Entstehung, die durch eine saure Auslaugung der zuvor existierenden Mineralvergesellschaftung, die aus Illit, Chlorit, und Calcit bestand, bewirkt wurde. Andere Trends einer Säureumwandlung kann man bei anderen Ausgangsmineralen annehmen sowie bei anderen Auslaugungsintensitäten und anderer Auslaugungsdauer. [U.W.]

Résumé

Résumé

Des variations verticales regulières de minéralogie et de chimie indiquent que la sous-argile sous le charbon Herrin (no. 6) en Illinois du sud-ouest a subi une altération in situ. L'altération a résulté du mouvement vers le bas d'ions hydrogène comme l'indique le lavement progressif de minéraux sensibles à l'acide adjacents au charbon. Les tendances minéralogiques observées dans la sous-argile proportionnellement à la profondeur sous le charbon comptent: (1) un décroissement de la capacité d'expansion d'illite/smectite (I/S) à couches mélangées; (2) une augmentation de la quantité d'I/S ordonnée respectivement à l'I/S interstratifiée au hasard; (3) un accroissement de la quantité d'illite discrète par rapport aux argiles expansibles; et (4) une augmentation de chlorite et de calcite. L'I/S ordonnée et l'argile à couche mélangée est dominante où la calcite est présente, tandis que l'I/S interstratifiée au hasard domine où la calcite est absente. Le pH de la sous-argile augmente aussi proportionnellement à la profondeur. Ces tendances sont compatibles avec une origine de lavement par un acide d'un assemblage minéral pré-existant qui comprenait de l'illite, de la chlorite, et delà calcite. D'autres tendances d'altération parun acide peuvent être attendues pour d'autres minéraux précurseurs et pour des intensités et des durées de lavement différentes. [D.J.]

Keywords

Acid leachingCoalExpandabilityIllite/smectiteMixed layerUnderclay
Type
Research Article
Information
Clays and Clay Minerals , Volume 30 , Issue 6 , December 1982 , pp. 422 - 430
Copyright
Copyright © 1982, The Clay Minerals Society

References

Austin, G. S. and Leininger, R. K., 1976 The effect of heattreating sedimented mixed-layer illite-smectite as related to quantitative clay mineral determinations J. Sediment. Petrol. 46 206–215.Google Scholar
Brown, G., 1961 The X-ray Identification and Crystal Structure of Clay Minerals London Mineral. Soc..Google Scholar
Churchman, G. J., 1980 Clay minerals formed from micas and chlorites in some New Zealand soils Clay Miner. 15 59–76.CrossRefGoogle Scholar
Eberl, D. D. and Hower, J., 1976 Kinetics of illiteformation Geol. Soc. Amer. Bull. 87 1326–1330.2.0.CO;2>CrossRefGoogle Scholar
Gresley, W. S., 1887 Notes on the formation of coal seams, as suggested by evidence collected chiefly in the Leicestershire and South Derbyshire coal fields Geol. Soc. London Quart. J. 43 671–674.CrossRefGoogle Scholar
Griffin, G. M. and Carver, R. E., 1970 Interpretation of X-ray diffraction data Procedures of Sedimentary Petrology New York Wiley-Interscience 541–569.Google Scholar
Grim, R. E. and Allen, V. T., 1938 Petrology of the Pennsylvanian underclays of Illinois Geol. Soc. Amer. Bull. 49 1485–1514.CrossRefGoogle Scholar
Hopkins, M. E. and Simon, J. A., 1975 Pennsylvanian system Handbook of Illinois Stratigraphy 95 163–201.Google Scholar
Huddle, J. W. and Patterson, S. H., 1961 Origin of Pennsylvanian underclay and related seat rocks Geol. Soc. Amer. Bull. 72 1643–1660.CrossRefGoogle Scholar
Logan, W. E., 1842 On the character of the beds of clay lying immediately below the coal seams of South Wales Geol. Soc. London Proc. 3 275–277.Google Scholar
Lyell, C. and Skinner, H. C., 1841 On the stigmaria clay in the Blossberg coalfield of Pennsylvania Charles Lyell on North American Geology New York Amo Press 225–228.Google Scholar
McMillan, N. J., 1956 Petrology of the Nodaway underclay (Pennsylvanian) Kansas State Geol. Surv. Bull. 119 187–249.Google Scholar
Norrish, K. and Serratosa, J. M., 1973 Factors in the weathering of mica to vermiculite Proc. Int. Clay Conf., Madrid, 1972 Madrid Div. Ciencias, C.S.I.C. 417–432.Google Scholar
Parham, W. E. and Bradley, W. F., 1964 Lateral clay mineral variations in certain Pennsylvanian underclays Clays and Clay Minerals, Proc. 12th Natl. Conf., Atlanta, Georgia, 1963 New York Pergamon Press 581–602.Google Scholar
Reynolds, R. C. and Hower, J., 1970 The nature of interlayering in mixed-layer iUite-montmorillonites Clays & Clay Minerals 18 25–36.CrossRefGoogle Scholar
Schultz, L. G., 1958 Petrology of underclays Geol. Soc. Amer. Bull. 69 363–402.CrossRefGoogle Scholar
Shimp, N. F., Leland, H. V., and White, W. A. (1970) Distribution of major, minor and trace constituents in unconsolidated sediments from southern Lake Michigan: Ill. State Geol. Surv. Env. Geol. Note 32, 19 pp.Google Scholar
Stepusin, S. M. R., 1978 Vertical variations in the mineralogical and chemical composition of the underclay of the Herrin (No. 6) coal in southwestern Illinois Illinois Illinois, Urbana.Google Scholar
Stout, W., 1931 Pennsylvanian cycles in Ohio Ill. State Geol. Surv. Bull. 60 195–216.Google Scholar
Wanless, H. R., 1931 Pennsylvanian cycles in Western Illinois Ill. State Geol. Surv. Bull. 60 179–193.Google Scholar
Wanless, H. R., 1947 Regional variations in Pennsylvanian lithology J. Geol. 55 237–253.CrossRefGoogle Scholar
Ward, C. R. (1977) Mineral matter in the Springfield-Harrisburg (No. 5) Coal Member in the Illinois Basin: Ill. State Geol. Surv. Circ. 498, 35 pp.Google Scholar
Weller, J. M., 1930 Cyclical sedimentation of the Pennsylvanian period and its significance J. Geol. 38 97–135.CrossRefGoogle Scholar
Weller, J. M., 1931 The conception of cyclical sedimentation during the Pennsylvanian period Ill. State Geol. Surv. Bull. 60 163–177.Google Scholar
Weller, J. M., 1956 Diastrophic control of late Paleozoic cyclothems Amer. Assoc. Pet. Geol. Bull. 40 17–50.Google Scholar
Williams, E. G., Bergenback, R. E., Falla, W. S. and Vdagawa, S., 1968 Origin of some Pennsylvanian underclays in western Pennsylvania J. Sediment. Petrol. 38 1179–1193.Google Scholar