The impact of calcination on changes in the physical and mechanical properties of the diatomites of the Leszczawka Member (the Outer Carpathians, Poland)

The work concerned the effects of the thermal treatment of diatomites from the Jawornik deposit (an example of the diatomites of the Leszczawka Member of the Polish Outer Carpathians). Five distinct lithological varieties were subjected to calcination at 600°C in ambient air. The thermal impact induced the following changes to the rocks. Their overall rock porosity increased, most distinctly in the initially softer varieties, and the internal pores of the siliceous frustules themselves usually became larger due to the initial melting of the silica phases. Most of the diatoms, quartz and feldspars cracked as a result of their brittle fracturing under compressive strain resulting from substantial and differing size changes of growing grains. Clay minerals were thermally transferred, changing their volume. The organic matter dispersed throughout the diatomites was partly oxidized and removed. At the same time, the structure of the rocks was strengthened, as confirmed by an increase in their microhardness. The microhardness of soft and porous diatomite varieties increased considerably on heating, but that of the hard and compact variety changed to a smaller degree. The increase is directly related to the content of the clay minerals. The impact of other mineral components was not detected. The calcination of lithologically diversified diatomites provided the mineral with raw material with deicing and antisliding properties. The technology of its production has been determined by the authors and submitted as a patent

Diatomaceous rocks of the Jawornik deposit (the Polish Outer Carpathians): petrophysical and petrographical evaluation.

AbstractDiatomites are identified as a group of the critical minerals that are essential to many industrial applications due to a unique combination of their physical properties, i.e. porous and permeable structure, high specific surface area and adsorption capacity, low density and thermal conductivity, and chemical inertness. The present study was undertaken to analyse the relationships between the pore network characteristics, petrophysical parameters, and mineralogical variability of the Lower Miocene diatomites from the Jawornik deposit (Skole Unit, the Polish Outer Carpathians, SE Poland). Five varieties of the diatomites, distinguished on the basis of the macroscopic features, i.e., colour and fracturing effects, have been investigated by SEM, chemical and XRD analysis, mercury intrusion porosimetry, helium pycnometry, and the Vickers hardness tests. Significantly differing are two varieties. The light-coloured, massive and block-forming diatomites consist mainly of poorly cemented siliceous skeletal remains of diatoms, and represent the rocks with high porosity, low bulk density and low microhardness. The dark-gray silicified diatomites with a platy or prismatic splitting reveal obscured microfossils of diatoms and are the most compact and hard rocks, with poor porosity and higher bulk density. The spatial distribution of the field identifiable rock varieties allows selective exploitation of the diatomites with the predictable petrophysical characteristics that define their future use.

Petrogeneza a właściwości zbiornikowe dolnokredowych piaskowców grupy średniej między Krosnem a Sanokiem (Karpaty zewnętrzne) : rozprawa doktorska /

Recenzenci pracy: Jan Kuśmierek, Piotr Such.Praca doktorska. Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica (Kraków), 2008.Bibliogr. k. 183-191.Pozycja geologiczna obszaru badań, zróżnicowanie facjalne serii śląskiej, podśląskiej, zmienność facjalna dolnej kredy, tektonika rejonu krośnieńsko-sanockiego, tektonika strefy czołowego spiętrzenia jednostki śląskiej, tektonika jednostki podśląskiej, profile piaskowca grodziskiego, warstw węglowieckich, lgockich, zmienność udziałów litofacji w profilu piaskowca grodziskiego, zmienność udziałów litofacji w profilu warstw węglowieckich, lgockich, opis charakteru facjalnego profili, petrograficzna charakterystyka piaskowców dolnej kredy, metodyka, opis petrograficzny piaskowców, piaskowce grodziskie, węglowieckie, dolnych warstw lgockich jednostki śląskiej, warstw gezowych górnych, właściwości zbiornikowe, zmienność gęstości pozornej, nasiąkliwości objętościowej, charakterystyka przestrzeni porowej, zmienność właściwości przestrzeni porowej, właściwości zbiornikowych, dane z dokumentacji otworów wiertniczych, dolna kreda, sedymentacja, diageneza, paleogeografia basenu śląskiego, podśląskiego w dolnej kredzie, klasyfikacja genetyczna piaskowców, budowa obszaru źródłowego, wpływ procesów diagenetycznych na właściwości zbiornikowe piaskowcó

Charakterystyka petrograficzna a właściwości fizyczno-mechaniczne aktualnie eksploatowanych wapieni pińczowskich – odmiany wapieni litawskich (zapadlisko przedkarpackie, południowa Polska)

The subject of the research was the Middle Miocene red algal limestone from the Włochy deposit, which is currently the only place of exploitation of the Pińczów Limestone representing a local type of the Leitha Limestone. The collected samples of this rock belong to the organodetric facies of diverse grain size and sorting of clastic material. Considering the proportions of characteristic skeleton remains, the composition of the coarse-grained organodetric facies is red algal-foraminiferalbryozoic, while of the fine-grained facies is foraminiferal-red algal. The cement of these rocks is predominantly sparite compared to micrite-clay matrix. A complement to petrographic studies was the chemical analysis and identification of mineral phases with X-ray diffraction. Moreover, physical and mechanical properties of samples were analyzed. Porosity of the rock was assessed in the polarizing and scanning microscope (SEM-EDS) observations, as well as with a porosimetric tests. The coarse-detrital limestone with a dominant binder in the form of intergranular cement is characterized by the apparent density sometimes exceeded 1.90 Mg/m3, while fine-grained limestone has the highest water absorbability (above 20%) and total porosity (about 40%). The above properties influenced high water absorption by capillarity, limiting the possibility of using limestone in places exposed to moisture. The observed relationship between the ultrasonic waves velocity and the uniaxial compressive strength gives the possibility of predicting the value of the latter parameter in the future. The limestones from Włochy deposit do not differ in quality from the previously used Pińczów Limestones, and their technical parameters predestine them for use as cladding material with insulating properties.Przedmiotem badań były środkowomioceńskie wapienie krasnorostowe ze złoża Włochy, jedynego obecnie miejsca eksploatacji wapieni pińczowskich, reprezentujących lokalny typ wapieni litawskich. Pobrane próbki tych skał reprezentują fację organodetrytyczną o zróżnicowanym uziarnieniu i wysortowaniu materiału okruchowego. Biorąc pod uwagę proporcje charakterystycznych szczątków szkieletowych, skład facji gruboziarnistej jest krasnorostowo-otwornicowo-mszywiołowy, zaś drobnoziarnistej – otwornicowo-krasnorostowy. Spoiwo tych skał stanowi cement sparytowy, przeważający nad matriks mikrytowo-ilastą. Uzupełnieniem obserwacji petrograficznych była analiza składu chemicznego i identyfikacja faz mineralnych przy pomocy dyfraktometrii rentgenowskiej (XRD). Ponadto wykonano badania właściwości fizycznych i mechanicznych. Porowatość skały oceniono na podstawie obserwacji w mikroskopie polaryzacyjnym i skaningowym (SEM-EDS) oraz w testach porozymetrycznych. Wapienie grubodetrytyczne z dominującym spoiwem w postaci cementu intergranularnego odznaczają się gęstością pozorną przekraczającą czasem 1,90 Mg/m3, podczas gdy drobnoziarniste mają najwyższą nasiąkliwość wagową (pow. 20%) i porowatość całkowitą (ok. 40%). Wpływa to na wysoką nasiąkliwość kapilarną, ograniczającą możliwości zastosowania wapienia w miejscach narażonych na zawilgocenia. Stwierdzona zależność pomiędzy prędkością fal ultradźwiękowych a wytrzymałością na ściskanie jednoosiowe daje możliwość prognozowania wartości tego ostatniego parametru w przyszłości. Wapienie ze złoża Włochy mają jakość podobną do innych wapieni pińczowskich eksploatowanych w przeszłości, a ich parametry techniczne predestynują je do zastosowania jako materiału okładzinowego o właściwościach izolacyjnych

Wykorzystanie cyfrowych fotografii i ortofotomapy kamieniołomu do oceny geometrii i intensywności spękań w złożu piaskowców

A lithological profile and measurements of the orientation and spacings of natural discontinuity planes were carried out in the Górka-Mucharz sandstone excavation (Krosno Beds, Outer Carpathians, Poland). In addition, the density of the discontinuities was assessed by measuring their spacings using oriented digital photographs of the quarry walls. An orthophotomap was also used in assessing the orientation and density of fractures with the tools available in QGIS. It was shown that digital image analysis can be used as an alternative to direct field measurements, especially in situations where access to an outcrop is difficult. The distributions of spacings larger than 40 cm, obtained by direct measurements and based on digital images of the quarry, were comparable. As a consequence, both measurement techniques yielded similar values of the quantity of blocks (QB), which differed by less than 2% for the minimum block volume in the range 0.4-1.0 m3 and by 6-7% for larger blocks. On the other hand, measurements of discontinuity spacings that were taken on the basis of an orthophotomap can only serve to estimate the approximate maximum value of this parameter. However, the use of orthophotomaps gives a more explicit spatial pattern of the main vertical joint sets than direct measurements in the quarry.The analysis results also showed the following: (i) the presence of tectonic disturbances visible at the highest level of the deposit; (ii) higher density of set A fractures with planes deepening in the NE direc-tion and a considerable reduction of the QB parameter, particularly in the peripheral NE and SW parts of the deposit; (iii) differences in the orientation of the discontinuity system between particular beds. The variable density of the discontinuities in the excavation is related to the presence of the faults that limit the Górka-Mucharz deposit.Przedstawiono profil litologiczny oraz wyniki pomiarów orientacji i odległości naturalnych płaszczyzn podzielności w wyrobisku złoża piaskowców krośnieńskich Górka-Mucharz (Karpaty Zewnętrzne, Polska). Ponadto, intensywność występowania spękań oceniono pomiarami ich rozstępów z wykorzystaniem cyfrowych fotografii zorientowanych ścian kamieniołomu. W ocenie orientacji i intensywności spękań wykorzystano też ortofotomapę wykorzystując do analizy narzędzia GIS. Wykazano, że analiza zdjęć cyfrowych może być wykorzystana jako alternatywa bezpośrednich pomiarów terenowych, szczególnie w sytuacji utrudnionego dostępu do odsłonięć. Uzyskane metodą bezpośrednich pomiarów i na podstawie cyfrowych zdjęć kamieniołomu rozkłady rozstępów były zbliżone dla wartości tego parametru powyżej 40 cm. W konsekwencji obie techniki pomiarów dały podobne wartości wskaźnika bloczności (QB), różniące się o niespełna 2% dla objętości bloku minimalnego w zakresie 0,4-1,0 m3 i 6-7% dla bloków większych. Natomiast pomiar rozstępów płaszczyzn podzielności wykonany na podstawie ortofotomapy może służyć jedynie do oceny przybliżonych maksymalnych wartości tego parametru. Jednak, wykorzystanie ortofotomapy daje bardziej jednoznaczny obraz przestrzennej orientacji głównych zespołów pionowych spękań niż pomiary bezpośrednie w kamieniołomie.W wyniku analizy stwierdzono również: (i) obecność zaburzeń tektonicznych widocznych w najwyższym poziomie złoża; (ii) wyższą intensywność spękań zespołu A o płaszczyznach zapadających w kie-runku NE i znaczne zmniejszenie bloczności (QB), szczególnie w peryferyjnych NE i SW fragmentach złoża; (iii) różnice w orientacji systemu nieciągłości odnotowane pomiędzy poszczególnymi warstwami. Ponadto, wykazano, że obecność uskoków ograniczających złoże Górka-Mucharz może wiązać się ze zmienną intensywnością płaszczyzn nieciągłości w wyrobisku