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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

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