Марка А (антрацит).
Антрациты объединяют уголь с показателем отражения витринита более 2,59%.При выходе летучих веществ менее 8% к антрацитам относятся также угли с показателем отражения витринита от 2,2 до 2,59%. Основная масса антрацитов используется в энергетических целях. Средние и крупные классы их служат в качестве бездымного топлива в коммунально-бытовом секторе. Часть антрацитов направляется на производство термоантрацита, который, в свою очередь, используется в качестве основного углеродистого наполнителя при изготовлении катодных блоков для электролизеров в алюминиевой промышленности. Антрациты применяются также для производства карбида кремния и карбида алюминия.

Марка Д (длиннопламенный) .
Уголь длиннопламенный представляют собой угли с показателем отражения витринита от 0,4 до 0,79% с выходом летучих веществ более 28-30% при порошкообразном или слабоспекающемся нелетучем остатке. Длиннопламенные угли не спекаются и относятся к энергетическим углям. Направления использования этих углей - энергетическое и коммунально-бытовое топливо, поэтому их наиболее существенной характеристикой является теплота сгорания. При переходе к следующей марке ДГ теплотворная способность углей существенно увеличивается. Исследования показали, что длиннопламенный уголь с невысокой зольностью может служить хорошим сырьем для производства синтетического жидкого топлива и химических продуктов, получения формованного кокса и сферических абсорбентов,низкотемпературного (до 700 градусов) коксования.

Марка ДГ (длиннопламенный газовый).
Угли длиннопламенные газовые представляют собой уголь с показателем отражения витринита от 0,4 до 0,79% с выходом летучих веществ более 28-30% при порошкообразном или слабоспекающемся нелетучем остатке. Эти угли являются переходными между углями марок Д и Г. От длиннопламенных углей они отличаются наличием спекаемости (толщина пластического слоя 6-9 мм, а от газовых с аналогичной спекаемостью - более незначительной хрупкостью и повышенной механической прочностью. Последнее обстоятельство обусловливает преобладание среди таких углей крупно-средних классов. Уголь марки ДГ также относят к группе энергетических углей. Для участия в коксовых шихтах они мало пригодны, т.к. образующийся кокс отличается низкой механической прочностью и повышенной реакционной способностью.

Марка Г (газовый).
Уголь газовый имеет две технологические группы. Витринитовые угли (показатель отражения витринита от 0,5 до 0,89%) с выходом летучих веществ 38% и более, при толщине пластического слоя от 10 до 12 мм образуют группу 1Г, витринитовые и инертинитовые угли с показателем отражения витринита 0,8 - 0,99%, выходом летучих веществ 30% и выше и толщиной пластического слоя от 13 до 16 мм образуют группа 2Г.Влажность газового угля обычно не превышает 10 %, зольность изменяется в пределах от 7 до 35% с преобладанием зольности 10-15%. Газовые угли используются в основном как энергетическое и коммунально-бытовое топливо. На коксование направляют уголь группы 2Г с толщиной пластического слой более13мм.Ограниченная возможность применения газовых углей в шихтах коксохимических заводов, производящих металлурги¬ческий кокс, связана с тем, что они при слоевом коксовании обусловливают образование микротрещин в коксе, существенно снижающих его прочность. Газовый уголь с толщиной пластического слоя 8-12 мм используются для производства формованного кокса и сферических абсорбентов, а угли с толщиной пластического слоя менее 8 мм - для газификации и полукоксования. Витринитовые малозольные угли марки Г с выходом летучих веществ более 42% являются хорошим сырьем для производства синтетического жидкого топлива.
Марка Б (Бурый).
Уголь бурый характеризуется низким значением показателя отражения витринита (менее 0,6%) и высоким выходом летучих веществ (более 45%). Бурые угли делятся в зависимости от влажности на технологические группы: 1Б (влажность свыше 40%), 2Б (30-40%), 3Б (до 30%). Бурые угли Канско-Ачинского угольного бассейна представлены в основном группой 2Б и частично - 3Б (показатель отражения витринита 0,27-0,46%), бурые угли Подмосковного бассейна относятся к группе 2Б, угли Павловского и Бикинского месторождений (Приморский край) относятся к группе 1Б. Бурый уголь используют как энергетическое топливо и химическое сырье.

Марка ГЖО (газовый жирный отощенный).
Угли газовые жирные отощенные по значениям выхода летучих веществ и толщины пластического слоя занимают промежуточное положение между углями марок Г и ГЖ. Выделяют две технологические группы. В техноло-гическую группу 1ГЖО выделены уголь с показателем отражения витринита менее 0,8% и выходом летучих веществ менее 38%, с толщиной пластического слоя от 10 до 16 мм. В группу 2ГЖО входят угли с показателем отражения витринита 0,80-0,99%, выходом летучих веществ менее 38%, с толщиной пластического слоя 10-13 мм, а также угли с показателем отражения витринита 0,80-0,89% с выходом летучих веществ 36% и более при толщине пластического слоя 14-16мм. Влажность марки ГЖО колеблет¬ся в пределах 6-8%, зольность - 6-40%. Содержание уг¬лерода изменяется в пределах 78-85%, водорода - от 4,8 до 6,0%, серы 0,2-0,8%. Уголь марки ГЖО характеризуются широкой вариацией свойств, что не позволяет рекомендовать для их использования какое-либо одно направление. Уголь группы 1ГЖО при толщине пластического слоя менее 13 мм могут составлять не более 20% шихт коксохимических заводов, и лишь при условии, что остальная часть шихты содержит хорошо спекающиеся угли с показателем отражения витринита от 1 до 1,5%. Уголь группы 2ГЖО являются хорошим сырьем для коксования (особенно при показателе отражения витринита не менее 0,85%) и могут составлять более половины шихты. Фюзинитовый уголь группы 1ГЖО (подгруппа 1ГЖОФ) совершенно непригоден для производства металлургического кокса,и могут использоваться в коммунально-бытовом (крупные классы) или энергетическом (мелкие классы) секторах.

Марка ГЖ (газовый жирный).
Угли газовые жирные занимают промежуточное положение между марками углей Г и Ж и делятся на две группы. Группа 1ГЖ объединяет уголь с показателем отражения витринита 0,5-0,79%, выходом летучих веществ 38% и более и толщиной пластического слоя более 16 мм. Группа 2ГЖ объединяет уголь с показателем отражения витринита 0,8-0,99%, выходом летучих веществ 36% и более, толщиной пластического слоя 17-25 мм. От газовых углей марка ГЖ отличается более высокой спекаемостью, а от углей марки Ж — более высоким выходом летучих веществ. Угли марки ГЖ в основном используются в коксохимическойпромышленности и входят в группу марок углей, особо ценных для коксования. В большинстве случаев они могут полностью заменить жирные угли в шихтах коксохимических заводов. Концентраты угля марки ГЖ с зольностью менее 2% целесообразно применять в качестве связующего при производстве электродной и углеграфитовой продукции; угли марки ГЖ пригодны и для производства синтетического жидкого топлива.

Марка Ж (жирный).
Угли жирные подразделяются на две группы. К первой группе (1Ж) относятся уголь с показателем отражения витринита 0,8-1,19%, выходом летучих веществ 28-35,9% и толщиной пластического слоя 14-17 мм. Ко второй группе (2Ж) относятся угли с показателем отражения витринита 0,8-0,99%, выходом летучих веществ 36% и более, при толщине пластического слоя 26 мм и более. К этой же группе относятся угли с такими же значениями показателя отражения витринита, но с выходом летучих веществ от 30 до 36% при толщине пластического слоя 18 мм и выше. Также в группу 2Ж включаются уголь с показателем отражения витринита 1-1,19% с выходом летучих веществ не менее 30% при толщине пластического слоя не менее 18 мм. Уголь марки Ж относятся к особо ценным коксующимся углям и применяются главным образом в коксохимической промышленности, составляя от 20 до 70% коксовых шихт. Кокс, полученный из углей марки Ж, обладает высокой структурной прочностью.

Марка КЖ (коксовый жирный).
Угли коксовые жирные выделяются как уголь с показателем отражения витринита 0,9-1,29%, толщиной пластического слоя 18 мм, с выходом летучих веществ 25-30%. Основным потребителем угля марки КЖ является коксохимическая промышленность. Из всех марок уг¬лей, применяемых для получения кокса, они обладают наиболее высокой коксуемостью.Высококачественный металлургический кокс из них получается без смешивания с уг¬лями других марок. Кроме того, они способны принимать без изменения качества кокса до 20% присадочных углей марок КО, КС и ОС.

Марка К (Коксовый).
Уголь коксовый характеризуют показателем отражения витринита от 1 до 1,29%, а также хорошей спекаемостью. Толщина пластического слоя составляет 13-17 мм у углей с показателем отражения витринита 1,0-1,29% и 13 мм и выше с показателем отражения витринита 1,3-1,69%. Выход лету¬чих веществ находится в пределах 24-24,9%. Без смешивания их с углями других марок обеспечивают получение кондиционного металлургического кокса. Качество кокса может существенно возрастать при смешивании углей марки К с 20-40% углей марок Ж, ГЖ и КЖ.

Марка КО (Коксовый отощенный).
Уголь коксовый отощенный представляют собой уголь с выходом летучих веществ, близким по значениям к коксовым углям, но с меньшей толщиной пластического слоя - 10-12 мм. Показатель отражения витринита - 0,8-0,99%. Уголь марки КО применяются в основном для производства металлургического кокса в качестве одного из присадочных углей к маркам ГЖ и Ж.

Марка КСН (коксовый слабоспекающийся низкометаморфизованный).
Угли коксовые слабоспекающиеся низкометаморфизованные характеризуются показателем отражения витринита от 0,8 до 1,09%. При коксовании без смешивания с другими углями они дают механически мало прочный, сильно истирающийся кокс. Применяются как в коксохимической промышленности, так и в энергетике и коммунально-бытовом секторе. Уголь марки КСН может также использоваться для получения синтетического газа.

Марка КС (Коксовый слабоспекающийся).
Угли коксовые слабоспекающиеся характеризуются низкой спекаемостью (толщина пластического слоя 6-9 мм с показателем отражения витринита 1,1-1,69%. Уголь марки КС используются в основном в коксохимической промышленности в качестве отощающего компонента. Часть угля используется для слоевого сжигания в промышленных котельных и в коммунально-бытовом секторе. Угли коксовые слабоспекающиеся характеризуются низкой спекаемостью (толщина пластического слоя 6-9 мм с показателем отражения витринита 1,1-1,69%. Уголь марки КС используются в основном в коксохимической промышленности в качестве отощающего компонента. Часть угля используется для слоевого сжигания в промышленных котельных и в коммунально-бытовом секторе.

Марка ОС (отощенный спекающийся).
Угли отощенные спекающиеся имеют показатели отражения витринита от 1,3 до 1,8% и выход летучих веществ не более 21,9%. Толщина пластического слоя для группы 2ОС составляет 6-7 мм, а для группы 1ОС - 9-12 мм при витринитовом составе и 10-12 мм при фюзинитовом. Влажность добытых углей марки ОС не превы¬шает 8-10%. Зольность колеблется от 7 до 40%. Содержание серы в Кузнецком бассейне не превышает 0,6%, в Ка¬рагандинском достигает иногда 1,2%, в Донбассе 1,2-4,0%. Содержание углерода составляет 88-91%, водорода 4,2-5,%. Основным потребителем угля марки ОС является коксохимическая промышленность; эти угли - одна из лучших отощающих компонентов в коксовых шихтах. Некоторые угли марки ОС даже без смешивания с углями других марок дают высококачественный металлургический кокс; но при коксовании они развивают большое давление распирания на стенки коксовых печей, кокс из печей выдается с большим трудом, что приводит к быстрому выходу печей из строя. Поэтому уголь марки ОС обычно коксуют в смеси с углями марок Г и ГЖ, обладающими высокой степенью усадки.

Марка ТС (тощий слабоспекающийся).
Угли тощие слабоспекающиеся характеризуются выходом летучих веществ менее 22% и весьма низкой спекаемостью (толщина пластического слоя менее 6 мм. Влажность добытого угля марки ТС низкая - 4-6%. Зольность находится в пределах 6-45%. Содержание углерода 89-91%, водоро¬да 4,0-4,8%.Содержа¬ние серы в углях Кузбасса 0,3-0,5%, Донбасса 0,8-4,5%. Уголь марки ТС используются как в коксохимической промышленности, так и, в основном, в энергетике; крупно-средние классы углей этой марки являются хорошим бездымным топливом для мелких котельных и индивидуального бытового применения.

Марка СС (слабоспекающийся).
Угли слабоспекающиеся характеризуются показателем отражения витринита в пределах 0,7-1,79%, толщиной пластического слоя менее 6 мм и выходом летучих веществ, характерным для хорошо коксующихся углей марок Ж, КЖ, К, КС и ОС. Влажность добытого угля достигает 8-9%. Зольность колеблется от 8 до 45%. Содержание серы обычно не превышает 0,8%. Содержание углерода колеблется от 74 до 90%, водорода от 4,0 до 5,0%. Применяются главным образом на крупных электростанциях, в промышленных котельных и коммунально-бытовом секторе. В ограниченном количестве отдельные разновидности углей марки СС применяются в шихтах коксохимических заводов.

Марка Т (тощий).
Уголь тощий характеризуется выходом летучих веществ от 8 до 15,9% с показателем отражения витринита от 1,3 до 2,59%; спекаемость отсутствует. Используются в основном в электроэнергетике и в коммунально-бытовом секторе; при условии малой зольности могут использоваться для получения углеродистых наполнителей в электродном производстве.

Измерение отражательной способности витринита Ro% относится к наиболее распространённым методом оценки степени созревания ОВ в осадках. Отражательная способность витринита измеряется как отношение интенсивностей отражённого и падающего пучков света. Согласно физическим законам отражения и преломления света,

Доля интенсивности, Rо, луча монохроматического света, который нормально отражается от плоской поверхности куска витринита с показателем преломления n, погружённого в масло с показателем преломления, n o (или в воздух с показателем n а), равна:

Показатели преломления n и n o , определяются интегральной температурной историей образца витринита, т.е. функцией T(t). Основу метода составляет представление о том, что в процессе углефикации витринит меняет свою отражательную способность от значений Ro = 0.25% на стадии торфа до Ro=4.0% на стадии антрацита (Лопатин, Емец, 1987). Огромный фактический материал, накопленный к настоящему времени, дает возможность идентифицировать те или иные стадии созревания по измеренным значениям Ro%. При этом возможны вариации в значенияx Ro% для ОВ разного типа, а также в зависимости от содержания примесей в ОВ. Так, Ro = 0.50 % приблизительно соответствует началу главной стадии образования нефти для высокосернистыx керогенов, тогда как Ro = 0.55 - 0.60% - той же стадии для керогенов типа I и II (см. ниже), а Ro = 0.65 - 0.70% - для керогенов типа III (Gibbons et al., 1983; Waples 1985). Один из вариантов предполагаемого соответствия значений Ro% основным стадиям созревания ОВ и вычисляемым значениям температурно-временного индекса (ТВИ), обсуждаемого ниже, можно увидеть в табл.1-7а , а также на рис. 1-7 . Соответствие стадий катагенеза значениям Ro, приведенное в таблице, основано на корреляционной связи вычисленных Температурно-Временных Индексов (ТВИ) и значений Ro%, измеренных в разных бассейнах мира, и является приближённым. Тем не менее, оно широко используется в литературе и обсуждается подробнее в разделе 7-5-1. Для удобства ориентации в различных шкалах катагенеза ОВ в табл.1-7б приводится также шкала соответствия значений

Табл.1-7а. Соответствие значений Ro% и ТВИ стадиям катагенеза ОВ (Waples,1985)

отражательной способности витринита %Ro стадиям зрелости ОВ, принятым в российской нефтяной геологии.

Табл.1-7б. Соответствие значений Ro% стадиям катагенеза ОВ, принятым в российской нефтяной геологии (Парпарова и др., 1981)

Диагенез: ДГ3, ДГ2 и ДГ1 ------ Ro < 0.25%

Протокатагенез: ПК1 (0.25 £ Ro £ 0.30%)

ПК2 ((0. 30 £ Ro £ 0.42%)

ПК2 ((0.42 £ Ro £ 0.53%)

Мезокатагенез: МК1 (0.53 £ Ro £ 0.65%)

МК2 ((0. 65 £ Ro £ 0.85%)

МК3 ((0.85 £ Ro £ 1.15%)

МК4 ((1. 15 £ Ro £ 1.55%)

МК5 ((1.55 £ Ro £ 2.05%)

Апокатагенез: АК1 (2.05 £ Ro £ 2.50%)

АК2 ((2. 50 £ Ro £ 3.50%)

АК3 ((3.50 £ Ro £ 5.00%)

АК4 ((Ro > 5.00%)

Коротко скажем о некоторых проблемах, связанных с использованием измерений %Ro для оценки степени катагенеза ОВ. Они связаны прежде всего со сложностью выделения витринитовыx мацералов из ОВ осадочныx пород из-за иx большого разнообразия. Использование отражательной способности витринита для контроля палеотемпературных условий возможно, вообще говоря, лишь на основе витринита из угольных пластов и с меньшей надёжностью витринита из континентального (“terrestrial”) материнского ОВ в глинах с содержанием органического углерода, не превосходящим 0.5% . Но и в этих континентальных (terrestrial) сериях следует соблюдать осторожность, так как в таких породах как песчаники основная часть ОВ может быть переработана и изменена (Durand et al.1986). Необходимо учитывать также и тот факт, что в любом случае для Ro > 2% отражательная способность будет зависеть ещё и от давления. Следует соблюдать осторожность и в распространении концепции витринита на морские и озёрные серии пород, так как в таких породах частицы, отражательная способность которых измеряется, редко являются витринитами высших растений и в большинстве случаев

Рис. 1-7. Корреляция отражательной способности витринита, Ro%, и степени углефикации с другими индексами зрелости и с положением зон генерации и разложения нефти и газа Вверху: по (Kalkreuth and Mc Mechan, 1984), внизу по (Tissot et al., 1987).

являются битуминоидами от планктона, ошибочно принимаемые за витринит (Waples, 1985; Durand et al. 1986). По термофизическим свойствам они отличаются от витринита. Аналогичная проблема существует и для континентальных (terrestrial) пород кембрий-ордовика и более древних возрастов. Они не могут содержать витринита, так как высших растений тогда не существовало. Во всех красноцветных формациях ОВ окислено. В известняках витриниты сохраняются реже и, если они присутствуют там, то их отражательная способность может отличаться от значений для нормального витринита той же степени углефикации (Buntebarth and Stegena, 1986).

Определённые ошибки в этом методе оценки катагенеза ОВ будут возникать и вследствие значительных разбросов в измеряемыx значенияx Ro, а также из за того факта, что в разрезе бассейна всегда будут присутствовать горизонты, в которых выделение витринита затруднено или невозможно вовсе. Например, при низких уровнях зрелости выделение витринитовых мацералов представляет большую проблему, и в связи с этим надёжность измерений Ro для значений меньших 0.3 - 0.4% крайне низка (Waples et al. 1992). Зависимость отражательной способности витринита от исходного химического состава витринита будет существенной (Durand et al.1986). Это объясняет тот факт, что большой разброс в значениях Ro% часто наблюдается даже в пределах одного бассейна (Tissot et al.1987). Чтобы сделать ошибку от вариаций в химическом составе витринита минимальной измерения Ro% проводят на образцах правильного витринита, выделенного стандартной процедурой из органической материи континентального происхождения. Не рекомендуется использовать эквивалентные виды витринита в ОВ типов I и II при создании универсальных шкал соответствия значений Ro% степеням преобразования ОВ (Tissot et al. 1987).

И всё же, при разумном учете сделанных замечаний метод оценки уровня зрелости ОВ и контроля через него палеотемпературных условий погружения осадочной толщи по измерениям отражательной способности витринита относится в настоящее время к наиболее надежным и распространённым методам в практике анализа нефетгазоносных бассейнов.

7.3 Использование измерений %Ro и других методов для оценки максимальных температур пород в истории погружения бассейна

Первоначально измерения отражательной способности витринита использовались для оценки максимальных температур T max в истории погружения свит. Для подобных целей в геологических исследованиях применялись и применяются целый ряд методов, таких как (Yalcin et al., 1997): 1) оценки T max по уровню зрелости ОВ (степени углефикации, отражательной способности витринита; 2) оценки, основанные на минералогических изменениях при диагенезе глинистых минералов и кристаллизации иллита; 3) методы, основанные на анализе жидкостных включений, например, температуры гомонизации жидкости; 4) геотермометры, основанные на специфических химических реакциях, например, характеризующих равновесие устойчивых изотопов (Hoefs, 1987) или равновесные состояния системы SiO 2 -Na-K-Ca (Ellis and Mahon, 1977); 5) Физзион-трэк анализ (анализ распределения следов от деления радиоактивных элементов в аппатите; Green et al., 1989; 1995); 6) на основе комбинации определений радиометрического возраста таких радиометрических систем, как K-Ar, Rb-Sr и U, которые замыкаются при различных температурах (Buntebarch and Stegena, 1986). Так как оценки палеотемператур до сих пор широко распространены в геологической литературе, мы коротко охарактеризуем каждый из этих методов. Начнём изложение с оценок максимальных температур пород по значениям отражательной способности витринита.

Отметим сразу, что развитие методов оценки максимальных температур в истории погружения осадочных свит (T max) связано с тем, что в 70-ые и 80-ые годы прошлого века многие исследователи рассматривали температуру как основной и по сути единственный фактор эволюции зрелости ОВ осадков. Влиянием времени на процесс созревания ОВ при этом пренебрегалось. Считалось, что измеренные (или вычисленные) значения отражательной способности витринита %Rо должны отражать максимальные температуры пород в истории их погружения. Следуя таким взглядам, предлагались различные корреляционные соотношения между значениями T max и отражательной способностью витринита породы в воздухе %R а и в масле %Ro . Например, в работах Аммосова и др. (1980) и Курчикова (1992) предлагается оценивать значения T max по измеренным величинам %R а из соотношения

10×R а (%) = 67.2× (7-1)

Для образцов углистых прослоек в породах, из соотношения

10×R а (%) = 67.2× (7-2)

Для песчаников и алевролитов и по уравнению

10×R а (%) = 67.2× (7-3)

Для глин и аргиллитов. В приведённых выражениях T max выражена в °С. Прайс (Price, 1983) также полагал, что время в один и даже более млн. лет не оказывает заметного влияния на процесс созревания ОВ и на основании этого предложил соотношение, подобное (7-1) – (7-3), связывающее T max с отражательной способностью витринита в масле (%Ro):

T max (°С) = 302.97×log 10 Ro(%) + 187.33 (7-4)

Несколько подобных соотношений было рассмотрено К. Баркером (Barker and Pawlevicz, 1986; Barker, 1988, 1993). Первое из них (Barker and Pawlevicz, 1986):

ln Ro(%) = 0.0078×T max (°С) - 1.2 (5)

опиралось на 600 измерений T max в 35 скважинах различных бассейнов мира. По мнению авторов, оно справедливо в интервале температур 25 £ T max £ 325°C и отражательных способностей витринита 0.2% £ Ro £ 4.0%. К. Баркер (Barker, 1988) предложил соотношение, описывающее ситуации с постоянной скоростью нагревания пород при погружении в бассейне:

T max (°С) = 104×ln Ro(%) + 148. (7-6),

и основанное на кинетической модели созревания витринита (Burnham and Sweeney, 1989). М. Джонсон и др. (Johnsson et al., 1993), анализируя эту формулу, замечают, что она неплохо описывает ситуацию со скоростями нагревания V = 0.1 – 1 °C/млн. лет, но для скоростей V = 10 – 100 °C/млн. лет недооценивает значения T max в области Ro < 0.5% и переоценивает их при Ro > 2%. В своей более поздней работе Баркер (Barker, 1993) предложил ещё один вариант корреляционной связи T max с %Ro, не содержащий ограничения на скорости нагревания пород,:

T max (°С) = [ ln(Ro(%) / 0.356) ] / 0.00753 (7-7)

Таким образом, в литературе предлагается достаточно много корреляционных соотношений T max - %Ro. На рис. 2-7 они сопоставлены друг с другом по результатам оценок T max для значений 0.4% £ Ro £ 4.0%.

Рис. 2-7. Соотношения, связывающие максимальную температуру T max в истории погружения породы с измеренными значениями отражательной способности витринита в масле %Ro, по различным литературным источникам: 1 (для углей), 2 (для песчаников и алевролитов), 3 (для глин и аргиллитов) – (Аммосов и др., 1980; Курчиков, 1992); 4 - (Price, 1983); 5 - (Barker and Pawlevicz, 1986); 6 - (Barker and Pawlevicz, 1986); 7 - (Barker, 1993); 8 - по температуре гомогенизации жидких включений (Tobin and Claxton, 2000).

Из этого рисунка очевиден значительный разброс в значениях T max , отвечающих фиксированным значениям Ro, который достигает 60 - 100°С для зрелости Ro ³ 0.7%. Этот разброс однозначно свидетельствует о том, что значение температуры (пусть даже и максимальное) одно не может определять зрелость ОВ в породах, и что время выдержки температуры играет заметную роль в созревании ОВ. Не исключено, что в отдельных интервалах Ro и в особых условиях осадконакопления (типа тех, что обеспечивают неизменную скорость прогревания пород) некоторые из приведённых соотношений неплохо описывают ситуацию, но как показывают исследования (см. ниже), одни и те же значения %Ro могут быть достигнуты, например, при более низких температурах но с большим временем выдержки породы (см. ниже). По этой причине всегда находится бассейн и формация с соответствующим интервалом зрелости и температур, для которых оценки по соотношениям (7-1) – (7-7) будут приводить к заметным ошибкам. Это обстоятельство имело следствием то, что популярность выписанных соотношений заметно снизилась за последние 10-15 лет.

Другим распространённым методом оценки палеотемператур пород в бассейнах является определение T max по анализу состава жидкостей, захваченных в процессе диагенеза матрицей пород. Применение метода возможно при выполнении следующих условий (Burruss 1989): 1) включение является однофазной жидкостью, 2) объём этой жидкоcти не меняется после её захвата породой, 3) состав её также оставался неизменным, 4) влияние давления на состав жидкости заранее известно, 5) время и механизм улавливания жидкости также известны. Перечисленные условия говорят о том, что необходима известная осторожность в применении метода (Burruss 1989). Во-первых, необходимы детальные петрографические исследования, чтобы установить относительное время формирования жидкого включения. Во-вторых, необходим тщательный анализ тектонического развития района и истории погружения бассейна для детализации истории вмещающих пород. Необходим также анализ фазового поведения и химического состава захваченной жидкости. Но и после этого остаются две важных проблемы - одна, связанная с предположением о неизменности химического состава жидкости после её захвата матрицей породы (имеются убедительные свидетельства, что это не всегда так), и другая, связанная с определением величины и типа давления, существовавшего в период вмещения жидкости - было ли оно литостатическим или гидростатическим (Burruss 1989). В случае, если все указанные проблемы решены, температура породы на момент захвата жидкости определяется по соответствующей Р-Т диаграмме равновесия жидкой и твёрдой фаз исследуемого вещества. В развитие этого метода Тобин и Клакстон (Tobin and Claxton, 2000) предложили использовать корреляционную связь температуры гомогенизации жидких включений T hom и отражательной способности витринита Ro% (Рис. 2-7):

Ro% = 1.9532 ´ log T hom – 2.9428 (7-8)

Они установили, что при использовании «идеального» ряда измерений соотношение (7-8) выполняется с коэффициентом корреляции 0.973 и дисперсией данных менее 0.12% Ro. Если же используется весь ряд мировых данных то соотношение вида:

Ro = 2.1113 ´ log T hom – 3.2640 (7-9)

будет выполняться c коэффициентом корреляции 0.81 и максимальной дисперсией данных менее 0.32% Ro (Tobin and Claxton, 2000). Температуру гомогенизации T hom часто используют как оценку максимальной температуры пород T max в процессе её погружения в бассейне. Однако, рис. 2-7 показывает, что кривая, построенная по формуле (7-9), заметно отличается от оценок T max по формулам (7-1) – (7-7), пересекая остальные линии на рис. 2-7. Она явно занижает температуры для Ro < 1.5% и даёт нереально высокие значения при Ro > 2% (Th = 540, 930 и 1600°C для Ro=2.5, 3 и 3.5%, соответственно).

Рис.3-7 Изменение изотопного отношения d 13 C с глубиной для газового месторождения бассейна Анадарко (США; Price, 1995).

В ряде работ (Rooney et al., 1995; Price, 1995 и др.) для оценки температуры генерации углеводородов предлагается использовать изменение изотопного состава углерода в ходе катагенеза ОВ (рис. 3-7) . Результаты экспериментов по генерации газов ОВ типа II (материнские породы бассейнов Делавар и Вал-Верде в западном Техасе) при постоянной скорости нагревания пород 1°С/мин (левый рис. 4-7 ; Rooney et al., 1995) демонстрируют заметное изменение изотопного состава газов

Рис. 4-7. Температура генерации газа и изотопное отношение d 13 C для метана (d 13 C 1), этана (d 13 C 2) и пропана (d 13 C 3), генерированных керогеном типа II материнских пород бассейнов Делавар и Вал-Верде в западном Техасе при скорости нагревания пород 1°С/мин (левый рис., по Rooney et al., 1995) и Изотопное отношение d 13 C для метана, генерированного при различных температурах в ходе гидроидного пиролиза образцов пород с ОВ различного типа (правый рис., по Price, 1995).

с температурой и тем самым подтверждают принципиальную возможность использования этой зависимости для оценки температуры генерации газов ОВ данного типа. О том же говорят и результаты гидроидного пиролиза образцов пород с ОВ различного типа, приведённые на левом рис. 4-7. Они также наглядно демонстрируют изменение изотопного отношения d 13 C для метана, генерированного при разных температурах (Price, 1995). Однако, эти эксперименты указывают и на крайне высокую чувствительность изменений d 13 C к вариациям в составе и типе ОВ, в силу чего применение метода возможно лишь после детального анализа состава ОВ и получения соответствующих зависимостей именно для анализируемого типа вещества. Широкий разброс в значениях d 13 C с глубиной, показанный на рис. 3-7 для типичного разреза осадочного бассейна, в основном и вызван вариациями в составе и типе ОВ в породах макро и микро слоёв разреза. Такой разброс сильно ограничивает достоверность оценок температур по изотопным отношениям в газах реальных осадочных разрезов.

Процесс преобразования смектита в иллит в глинистых минералах также иногда используется для контроля палеотемпературных условий в бассейнах. Однако, рис. 5-7 показывает, что интервалы температур, характерные для процесса, довольно широки. Такой разброс по температурам не удивителен, так как лабораторные исследования показывают, что процесс преобразования смектита в иллит управляется кинетической реакцией 6-ого порядка (Pytte and Reynolds, 1989) и, следовательно, время влияет на скорости этих переходов наряду с температурой. Подробнее эти реакции будут рассмотрены в заключительном разделе этой главы, здесь же отметим, что разумные оценки температуры перехода смектита в иллит возможны лишь для изотермического варианта преобразования минералов, но и тогда погрешность метода будет заметной.

Рис.5-7 Преобразование глинистых минералов по данным анализа образцов из 10 скважин Северного моря (Dypvik, 1983). Процессы исчезновения смектита и слоёв иллита разных уровней в смешаннослойных смектит-иллитовых глинистых минералах привязаны к значениям температур и отражательной способности витринита.

ВНЕСЕН Госстандартом России

2. ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 6-94 от 21 октября 1994 г.)

Наименование государства	Наименование национального органа по стандартизации
Азербайджанская Республика	Азгосстандарт
Республика Армения	Армгосстандарт
Республика Беларусь	Белгосстандарт
Республика Грузия	Грузстандарт
Республика Казахстан	Госстандарт Республики Казахстан
Кыргызская Республика	Кыргызстандарт
Республика Молдова	Молдовастандарт
Российская Федерация	Госстандарт России
Республика Узбекистан	Узгосстандарт
	Госстандарт Украины

3. Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст ИСО 7404-5-85 «Уголь битуминозный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 5. Метод микроскопического определения показателей отражения витринита» и содержит дополнительные требования, отражающие потребности народного хозяйства

4. ВЗАМЕН ГОСТ 12113-83

Дата введения 1996-01-01

Настоящий стандарт распространяется на угли бурые, каменные, антрациты, угольные смеси, твердые рассеянные органические вещества и углеродистые материалы и устанавливает метод определения показателей отражения.

Показатель отражения витринита применяется для характеристики степени метаморфизма углей, при их поисках и разведке, разработке месторождений и классификации, для установления термогенетической преобразованности твердого рассеянного органического вещества в осадочных породах, а также для определения состава угольных смесей при обогащении и коксовании.

Дополнительные требования, отражающие потребности народного хозяйства, выделены курсивом.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает метод определения минимального, максимального и произвольного показателей отражения с помощью микроскопа в иммерсионном масле и в воздухе на полированных поверхностях аншлиф-брикетов и аншлиф-штуфов витринитовой составляющей угля.

ГОСТ 12112-78Угли бурые. Метод определения петрографического состава

ГОСТ 9414.2-93 Уголь каменный и антрацит. Методы петрографического анализа. Часть 2. Метод подготовки образцов угля

3. СУЩНОСТЬ МЕТОДА

Сущность метода заключается в измерении и сравнении электрических токов, возникающих в фотоэлектронном, умножителе (ФЭУ) под влиянием светового потока, отраженного от полированных поверхностей мацералов или субмацералов исследуемого образца и стандартных образцов (эталонов) с установленным показателем отражения.

4. ОТБОР ПРОБ И ПОДГОТОВКА ОБРАЗЦОВ

4.1. Отбор проб для приготовления аншлиф-брикетов производят по ГОСТ 10742 .

4.2. Аншлиф-брикеты изготовляют по ГОСТ 9414.2 .

Из проб, предназначенных для измерения показателей отражения с построением рефлектограмм, изготовляют по два аншлиф-брикета диаметром не менее 20 мм.

4.3. Для приготовления аншлиф-брикетов из пород с включениями твердого рассеянного органического вещества предварительно производят обогащение измельченной породы, например методом флотации, методом химического разложения составной неорганической части пород и другими.

4.4. Для приготовления аншлиф-штуфов углей отбирают образцы от основных пластообразующих литотипов размером не менее 30?30?30 мм. При взятии проб из керна буровых скважин допускается отбирать образцы размером 20?20?20 мм.

4.5. Для приготовления аншлиф-штуфов из пород с включениями твердого рассеянного органического вещества отбирают образцы, в которых включения твердого органического вещества видны микроскопически или по типу отложений можно предположить их наличие. Размер образцов зависит от возможности отбора (естественные обнажения, горные выработки, керн буровых скважин).

4.6. Приготовление аншлиф-штуфов состоит из трех операций: пропитывания с целью придания образцам прочности и монолитности для последующих шлифования и полирования.

4.6.1. В качестве пропитывающих веществ применяют синтетические смолы, карнаубский воск, канифоль с ксилолом и др.

Для некоторых видов углей и пород с включениями твердого рассеянного органического вещества достаточно погрузить образец в пропитывающее вещество.

Если образец обладает достаточной прочностью, поверхность, перпендикулярную к плоскости наслоения, слегка шлифуют.

Образцы слабоуплотненных песчано-глинистых пород, содержащих мелкие рассеянные органические включения, перед пропитыванием в канифоли с ксилолом просушивают в сушильном шкафу при температуре 70 °C в течение 48 ч.

Образцы обвязывают проволокой, к концу которой прикрепляют этикетку с паспортом, и помещают в один слой в фарфоровую чашку, насыпают в нее канифоль, раздробленную на зерна величиной от 3 до 7 мм, и заливают ксилолом (3 см 3 на 1 г канифоли) так, чтобы образцы были покрыты раствором полностью.

Пропитывание проводят в вытяжном шкафу при нагревании на закрытой плитке в течение 50 - 60 мин до полного выпаривания ксилола. Затем образцы извлекают из чашки и охлаждают до комнатной температуры.

4.6.2. Шлифуют две взаимно параллельные плоскости пропитанного образца, перпендикулярные к наслоению, и полируют одну из них.

Шлифование и полирование проводят по ГОСТ Р 50177.2 и ГОСТ 12113.

4.7. При исследовании длительно хранившихся аншлиф-брикетов и аншлиф-штуфов, а также ранее измерявшихся образцов необходимо их перед измерениями показателя отражения сошлифовать на 1,5 - 2 мм и заново отполировать.

5. МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ

5.1. Калибровочные эталоны

5.1.1. Эталоны показателя отражения, представляющие собой образцы с полированной поверхностью, удовлетворяют следующим требованиям:

а) изотропны или представляют собой основное сечение одноосных минералов;

б) прочны и коррозионноустойчивы;

в) сохраняют постоянный показатель отражения в течение длительного времени;

д) имеют низкий показатель абсорбции.

5.1.2. Эталоны должны быть толщиной свыше 5 мм или иметь форму трехгранной призмы (30/60°) во избежание попадания в объектив количества света больше того, которое отражается от его верхней (рабочей) поверхности.

В качестве рабочей поверхности для определения показателя отражения используют отполированную грань. Основание и боковые стороны эталона покрывают непрозрачным черным лаком или помещают в прочную непрозрачную оправу.

Ход луча в клинообразном эталоне, вставленном в черную смолу, при фотометрических измерениях показателя отражения показан на рисунке 1.

5.1.3. При проведении измерений применяют не менее трех эталонов с показателями отражения, близкими или перекрывающими область измерения показателей отражения исследуемых образцов. Для измерения показателя отражения угля, равного 1,0 %, следует применять эталоны с показателями отражения приблизительно 0,6; 1,0; 1,6 %.

Средние показатели преломления и отражения для общеупотребительных эталонов приведены в таблице 1.

5.1.4. Истинные значения показателя отражения эталонов определяют в специальных оптических лабораториях или рассчитывают по показателю преломления.

Зная показатель преломления n и показатель абсорбции? (если он значительный) эталона при длине волны 546 нм, можно вычислить показатель отражения (R ) в процентах по формуле

Если показатель преломления не известен или предполагается, что свойства поверхности могут не точно соответствовать номинальным основным свойствам, показатель отражения определяют тщательным сравнением с эталоном с известным показателем отражения.

5.1.5. Нулевой эталон применяют для устранения влияния темнового тока фотоэлектронного умножителя и рассеянного света в оптической системе микроскопа. В качестве нулевого эталона можно использовать оптическое стекло К8 или аншлиф-брикет, изготовленный из угля с размером частиц менее 0,06 мм и имеющий в центре углубление диаметром и глубиной 5 мм, заполненное иммерсионным маслом.

Рисунок 1 - Ход луча в клинообразном эталоне, вставленном в черную смолу,
при фотометрических измерениях показателя отражения

Таблица 1

Средние показатели преломления отражения для общеупотребительных эталонов

5.1.6. При чистке эталонов следует соблюдать осторожность, чтобы не повредить полированную поверхность. В противном случае необходимо заново отполировать его рабочую поверхность.

5.2. Масло иммерсионное, удовлетворяющее следующим требованиям:

некоррозионное;

не высыхающее;

с показателем преломления при длине волны 546 нм 1,5180 ± 0,0004 при 23 °C;

с температурным коэффициентом d n /d t менее чем 0,005 K -1 .

Масло не должно содержать токсичные компоненты и необходимо ежегодно проверять его показатель преломления.

5.3. Спирт-ректификат,

5.4. Вата гигроскопическая, ткань для оптики.

5.5. Предметные стекла и пластилин для закрепления исследуемых образцов.

6. АППАРАТУРА

6.1. Монокулярный или бинокулярный поляризационный микроскоп с фотометром для измерения показателя в отраженном свете. Оптические части микроскопа, применяемые для измерения показателя отражения, показаны на рисунке 2. Составляющие детали не всегда располагаются в указанной последовательности.

6.1.1. Источник света А. Можно использовать любой источник света со стабильным излучением; рекомендуется кварцевая галогенная лампа мощностью 100 Вт.

6.1.2. Поляризатор Д - поляризационный фильтр или призма.

6.1.3. Апертура для регулировки света, состоящая из двух переменных диафрагм, одна из которых фокусирует свет на задней фокальной плоскости объектива (осветителя В ), другая - на поверхности образца (полевая диафрагма Е ). Должна быть обеспечена возможность центровки по отношению к оптической оси системы микроскопа.

6.1.4. Вертикальный осветитель - призма Берека, пластинка из простого стекла с покрытием или осветитель Смита (сочетание зеркала со стеклянной пластинкой З ). Типы вертикальных осветителей показаны на рисунке 3.

6.1.6. Окуляр Л - два окуляра, один из которых снабжен перекрестием нитей, которое может иметь такую шкалу, чтобы общее увеличение объектива, окуляров и в некоторых случаях тубуса составляло от 250 ° до 750 ° . Может потребоваться третий окуляр М на пути света к фотоумножителю.

А - лампа; Б - собирающая линза; В - апертура осветителя; Г - тепловой фильтр;
Д - поляризатор; Е - полевая диафрагма; Ж - фокусирующая линза полевой диафрагмы;
З - вертикальный осветитель; И - объектив; Р - образец; К - столик; Л - окуляры;
М - третий окуляр; Н - измерительная апертура, О - 546 нм интерференционный фильтр;
П - фотоэлектронный умножитель

Рисунок 2 - Оптические части микроскопа, применяемого для измерения показателя отражения

6.1.7. Тубус микроскопа, имеющий следующие приспособления:

а) измерительную апертуру Н , которая позволяет регулировать световой поток, отраженный в фотоумножитель от поверхности образца Р , площадью менее 80 мкм 2 . Апертура должна быть отцентрирована с перекрестием нитей окуляра;

б) приспособления для оптической изоляции окуляров для предотвращения попадания лишнего света во время измерений;

в) необходимое зачернение для поглощения рассеянного света.

Примечание- Соблюдая предосторожность, часть светового потока можно отводить в окуляр или телекамеру для непрерывного наблюдения при измерении показателя отражения.

6.1.8. Фильтр О с максимумом полосы пропускания при (546 ± 5) нм и полушириной полосы пропускания менее 30 нм. Фильтр должен располагаться на пути светового потока непосредственно перед фотоумножителем.

А - нить накала; Б - собирающая линза; В - апертура осветителя (положение отражения нити накала);
Г - полевая диафрагма; Д - фокусирующая линза полевой диафрагмы; Е - призма Берека;
Ж - обратная фокальная плоскость объектива (положение изображения нити накала и апертуры осветителя);
З - объектив; И - поверхность образца (положение изображения поля зрения);

а - вертикальный осветитель с призмой Берека; б - осветитель со стеклянной пластиной; в - осветитель Смита

Рисунок 3 - Схема вертикальных осветителей

6.1.9. Фотоумножитель П , закрепленный в насадке, смонтированной на микроскопе и дающий возможность световому потоку через измерительную апертуру и фильтр попадать в окно фотоумножителя.

Фотоумножитель должен быть типа, рекомендуемого для измерения световых потоков небольшой интенсивности, должен иметь достаточную чувствительность при 546 нм и малый темновой ток. Его характеристика должна быть линейной в области измерений, а сигнал должен быть стабилен в течение 2 ч. Обычно применяют прямой умножитель диаметром 50 мм с оптическим входом на торце, имеющим 11 диодов.

6.1.10. Предметный столик микроскопа К , способный поворачиваться на 360° перпендикулярно к оптической оси, который может быть отцентрирован регулировкой столика или объектива. Вращающийся столик соединен с препаратоводителем, обеспечивающим перемещение образца, с шагом 0,5 мм в направлениях X и Y , оснащенным приспособлением, позволяющим производить небольшую регулировку перемещений в обоих направлениях в пределах 10 мкм.

6.2. Стабилизатор постоянного тока для источника света. Характеристики должны удовлетворять следующим условиям:

1) мощность лампы должна составлять 90 - 95 % нормы;

2) колебания мощности лампы должны быть менее 0,02 % при изменении мощности источника питания на 10 %;

3) пульсация при полной нагрузке менее 0,07 %;

4) температурный коэффициент менее 0,05 % К -1 .

6.3. Стабилизатор постоянного напряжения для фотоумножителя.

Характеристики должны удовлетворять следующим условиям:

1) колебания напряжения на выходе должны быть не менее 0,05 % при изменении напряжения источника тока на 10 %;

2) пульсация при полной нагрузке менее 0,07 %;

3) температурный коэффициент менее 0,05 % К -1 ;

4) изменение нагрузки от нулевой до полной не должно изменять напряжение на выходе более чем на 0,1 %.

Примечание - Если в период измерений напряжение источника питания падает на 90 %, между источником питания и обоими стабилизаторами следует установить автотрансформатор.

6.4. Показывающее устройство (дисплей), состоящее из одного из следующих приборов:

1) гальванометра с минимальной чувствительностью 10 -10 А/мм;

2) самописца;

3) цифрового вольтметра или цифрового индикатора.

Прибор должен быть отрегулирован так, чтобы его время срабатывания на всю шкалу значений составляло менее 1 с, а разрешение составляло 0,005 % показателя отражения. Прибор должен быть оснащен приспособлением для снятия небольшого положительного потенциала, возникающего при разряде фотоумножителя и за счет темнового тока.

Примечания

1. Цифровой вольтметр или индикатор должны позволять хорошо различать значения максимального показателя отражения, когда образец поворачивают на предметном столике. Отдельные значения показателя отражения могут запоминаться электронной аппаратурой или записываться на магнитной ленте для последующей обработки.

2. Для усиления сигнала фотоумножителя при подаче его на показывающий прибор можно использовать усилитель с низким уровнем шумов.

6.5. Приспособление для придания полированной поверхности исследуемого образца или эталона положения, параллельного предметному стеклу (пресс).

7. ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

7.1. Подготовка аппаратуры (в 7.1.3 и 7.1.4 буквы в круглых скобках относятся к рисунку 2).

7.1.1. Начальные операции

Убеждаются, что температура в помещении (23 ± 3) °C.

Включают источники тока, света и другую электроаппаратуру. Устанавливают напряжение, рекомендуемое для данного фотоумножителя его изготовителем. Для стабилизации аппаратуры до начала измерений выдерживают 30 мин.

7.1.2. Регулировка микроскопа для измерения показателей отражения.

Если измеряют произвольный показатель отражения, поляризатор удаляют. Если измеряют максимальный показатель отражения, поляризатор устанавливают в нулевое положение при использовании стеклянной пластинки или осветителя Смита, или под углом 45°, когда используют призму Берека. Если применяют поляризационный фильтр, его проверяют и заменяют в том случае, когда он дает значительное обесцвечивание.

7.1.3. Освещение

На полированную поверхность установленного на предметном стекле и выравненного аншлиф-брикета наносят каплю иммерсионного масла и помещают его на предметный столик микроскопа.

Проверяют правильность регулировки микроскопа для освещения по Келеру. Регулируют освещенное поле с помощью полевой диафрагмы (Е ) так, чтобы его диаметр составлял около 1 / 3 всего поля. Апертуру осветителя (В ) регулируют так, чтобы снизить отсвечивание, но без излишнего снижения интенсивности светового потока. В дальнейшем размер отрегулированной апертуры не меняют.

7.1.4. Регулировка оптической системы. Центрируют и фокусируют изображение полевой диафрагмы. Центрируют объектив (И ) но отношению к оси вращения предметного столика и регулируют центр измерительной апертуры (Н ) так, чтобы он совпадал или с перекрестием нитей или с заданной точкой в поле зрения оптической системы. Если изображение измерительной апертуры невозможно увидеть на образце, выбирают поле, содержащее маленькое блестящее включение, например кристалл пирита, и совмещают его с перекрестием нитей. Регулируют центровку измерительной апертуры (Н ) до тех пор, пока фотоумножитель не даст наивысший сигнал.

7.2. Проверка надежности и калибровка аппаратуры

7.2.1. Стабильность аппаратуры.

Эталон с самым высоким показателем отражения помещают под микроскопом, фокусируют в иммерсионном масле. Напряжение фотоумножителя регулируют, пока показание на дисплее не совпадает с показателем отражения эталона (например 173 мВ соответствует показателю отражения 173 %). Сигнал должен быть постоянным, изменения показания не должны превышать 0,02 % в течение 15 мин.

7.2.2. Изменения показаний при вращении эталона показателя отражения на предметном столике.

Помещают эталон с показателем отражения в масле от 1,65 до 2,0 % на столик и фокусируют в иммерсионном масле. Медленно поворачивают столик, чтобы убедиться, что максимальное изменение показателей составляет менее 2 % показателя отражения взятого эталона. Если отклонение выше этого значения, необходимо проверить горизонтальность положения эталона и обеспечить строгую перпендикулярность его к оптической оси и вращение в одной и той же плоскости. Если после этого колебания не станут менее 2 %, проверку механической устойчивости столика и геометрию микроскопа должен проверить изготовитель.

7.2.4. Линейность сигнала фотоумножителя

Измеряют показатель отражения других эталонов при том же постоянном напряжении и той же настройке световой апертуры, чтобы проверить, что система измерения имеет линейную зависимость в измеряемых пределах и эталоны соответствуют своим расчетным значениям. Вращают каждый эталон так, чтобы максимально приблизить показания к расчетному значению. Если значение для какого-либо из эталонов отличается от расчетного показателя отражения более чем на 0,02 %, эталон следует почистить и повторить процесс эталонирования. Эталон нужно еще раз отполировать до тех пор, пока показатель отражения не будет отличаться от расчетного более чем на 0,02 %.

Если показатель отражения эталонов не дает линейной диаграммы, проверяют линейность сигнала фотоумножителя, используя эталоны из других источников. Если они не дают линейный график, снова проверяют линейность сигнала, применяя несколько калибровочных фильтров нейтральной плотности, чтобы снизить поток света до известной величины. Если подтверждаются нелинейность сигнала фотоумножителя, заменяют лампу фотоумножителя и проводят дальнейшую проверку до тех пор, пока не будет получена линейность сигнала.

7.2.5. Калибровка аппаратуры

Установив надежность аппаратуры, нужно добиться того, чтобы показывающий прибор давал правильные показания для нулевого эталона и трех эталонов отражения исследуемого угля, как указано в 7.2.1 - 7.2.4. Показатель отражения каждого эталона, показанный на дисплее, не должен отличаться от расчетного более чем на 0,02 %.

7.3. Измерение показателя отражения витринита

7.3.1. Общие положения

Методика измерения максимального и минимального показателей отражения приведена в 7.3.2, а произвольного в 7.3.3. В этих подпунктах термин витринит относится к одному или более субмацералам группы витринита.

Как сказано в разделе 1, от выбора субмацералов, на которых производятся замеры, зависит результат и, поэтому важно решить, на каких субмацералах следует производить замеры показателя отражения и отметить их при сообщении результатов.

7.3.2. Измерение максимального и минимального показателей отражения витринита в масле.

Устанавливают поляризатор и проверяют аппаратуру согласно 7.1 и 7.2.

Сразу после калибровки аппаратуры помещают выравненный полированный препарат, изготовленный из испытуемой пробы, на механический столик (препаратоводитель), позволяющий производить измерения, начиная с одного угла. Наносят иммерсионное масло на поверхность образца и производят фокусировку. Слегка передвигают образец с помощью препаратоводителя, пока перекрестие не сфокусируется на подходящей поверхности витринита. Поверхность, на которой производят измерения, не должна иметь трещин, дефектов полирования, минеральных включений или рельефа и должна находиться на некотором расстоянии от границ мацерала.

Пропускают свет через фотоумножитель и поворачивают столик на 360° со скоростью не более 10 мин -1 . Записывают наибольшее и наименьшее значения показателя отражения, которое отмечено при вращении столика.

Примечание- При повороте препарата на 360° в идеальном случае могут быть получены два идентичных максимальных и минимальных показания. Если два показания сильно различаются, следует установить причину и скорректировать погрешность. Иногда причиной ошибки могут быть пузырьки воздуха в масле, попадающие на измеряемый участок. В таком случае показания не учитывают и устраняют пузырьки воздуха, опуская или поднимая столик микроскопа (в зависимости от конструкции). Переднюю поверхность линзы объектива протирают тканью для оптики, снова наносят каплю масла на поверхность образца и производят фокусировку.

Образец перемещают в направлении X (длина шага 0,5 мм) и производят измерения, когда перекрестие попадает на подходящую поверхность витринита. Для того, чтобы быть уверенным, что измерения производятся на подходящем участке витринита, образец можно переместить препаратоводителем на расстояние до 10 мкм. В конце пути образец передвигается на следующую линию: расстояние между линиями не менее 0,5 мм. Расстояние между линиями выбирают такое, чтобы измерения распределились равномерно на поверхности шлифа. Продолжают измерять показатель отражения, пользуясь этой методикой опробования.

Через каждые 60 мин снова проверяют калибровку аппаратуры по эталону, который ближе всего к наивысшему показателю отражения (7.2.5). Если показатель отражения эталона отличается более чем на 0,01 % от теоретического значения, отбрасывают последние показания и выполняют их снова после перекалибровки аппаратуры по всем эталонам.

Измерения показателя отражения делают до тех пор, пока не будет получено требуемое число измерений. Если аншлиф-брикет подготовлен из угля одного пласта, то производят от 40 до 100 измерений и выше (см. таблицу 3 ). Количество измерений увеличивают с повышением степени анизотропии витринита. В каждом измеряемом зерне определяют максимальное и минимальное значения отсчета и при вращении предметного столика микроскопа. Средние максимальные и минимальные показатели отражения вычисляют как среднее арифметическое значение максимальных и минимальных отчетов.

Если используемый образец является смесью углей, то производят 500 измерений.

На каждом аншлиф-штуфе должно быть измерено 10 или более участков витринита, в зависимости от степени анизотропии исследуемого образца и целей исследования.

Перед началом измерений аншлиф-штуф устанавливают так, чтобы плоскость наслоения была перпендикулярна к падающему лучу оптической системы микроскопа. В каждой измеряемой точке находят положение максимального отсчета, а затем записывают отсчеты через каждые 90° поворота столика микроскопа при его вращении на 360°.

Максимальный и минимальный показатели отражения (R 0, max и R 0, min) вычисляют как средние арифметические значения максимальных и минимальных отсчетов соответственно.

7.3.3. Измерение произвольного показателя отражения витринита в иммерсионном масле (R 0, r )

Применяют методику, описанную в 7.3.2, но без поляризатора и вращения образца. Выполняют калибровку, как описано в 7.2.5

Измеряют показатель отражения витринита до тех пор, пока не будет зарегистрировано требуемое количество измерений.

На каждом аншлиф-брикете необходимо выполнить от 40 до 100 и более измерений (таблица 3 ) в зависимости от однородности и степени анизотропии исследуемого образца.

Количество измерений увеличивают с повышением неоднородности в составе группы гуминита и витринита, а также при выраженной анизотропии каменных углей и антрацитов.

Количество измерений для образцов, содержащих твердое рассеянное органическое вещество, определяется характером и размерами этих включений и может быть значительно ниже.

Для установления состава угольных смесей по рефлектограммам необходимо провести не менее 500 измерений на двух образцах, исследуемой пробы угля. Если участие углей различной степени метаморфизма, входящих в состав шихты, нельзя установить однозначно, проводят еще 100 измерений и в дальнейшем до тех пор, пока их количество не будет достаточным. Предельное количество измерений - 1000.

На каждом аншлиф-штуфе выполняют до 20 измерений в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для этого аншлиф-штуф устанавливают так, чтобы плоскость наслоения была перпендикулярна к падающему лучу оптической системы микроскопа. Участки для измерений выбирают так, чтобы они располагались равномерно по всей поверхности витринита исследуемого аншлиф-штуфа.

Произвольный показатель отражения (R 0, r ) вычисляют как среднее арифметическое всех измерений.

7.3.4. Измерения показателей отражения в воздухе.

Определения максимального, минимального и произвольного показателей отражения (R a, max , R a, min и R a, r) допускается проводить для предварительной оценки стадий метаморфизма.

Измерения в воздухе проводят аналогично измерениям в иммерсионном масле при более низких значениях апертурной диафрагмы, напряжения осветителя и рабочего напряжения ФЭУ.

На исследуемом аншлиф-брикете необходимо выполнить 20 - 30 измерений, на аншлиф-штуфе - 10 и более.

8. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

8.1. Результаты могут быть выражены в виде отдельного значения или рядом чисел с интервалом 0,05 % показателя отражения (1 / 2 V -шага) или с интервалом 0,10 % показателя отражения (V -шаг). Средний показатель отражения и стандартное отклонение вычисляют следующим образом:

1) Если известны отдельные показания, то средний показатель отражения и стандартное отклонение вычисляют по формулам (1) и (2) соответственно:

(2)

где ?R - средний максимальный, средний минимальный или средний произвольный показатель отражения, %.

Ri - отдельное показание (измерение);

n - число измерений;

Стандартное отклонение.

2) Если результаты представлены в виде ряда измерений в 1 / 2 V -шаге или V -шаге, используют следующие уравнения:

где R t - среднее значение 1 / 2 V -шага или V -шага;

X - число замеров показателя отражения в 1 / 2 V -шаге или V -шаге.

Регистрируют субмацералы витринита, к которым относятся значения ?R независимо от того, какой показатель отражения измеряли, максимальный, минимальный или произвольный, и количество точек измерения. Процентное содержание витринита для каждого 1 / 2 V -шага или V -шага можно представить в виде рефлектограммы. Пример выражения результатов приведен в таблице 2, соответствующая рефлектограмма на рисунке 4.

Примечание - V -шаг имеет диапазон в 0,1 показателя отражения, а 1 / 2 - 0,05 %. Во избежание перекрытия значений показателя отражения, выраженных с точностью до второго знака после запятой, интервалы значений представлены, например, следующим образом:

V- шаг - 0,60 - 0,69; 0,70 - 0,79 и т.д. (включ.).

1 / 2 V- шага: 0,60 - 0,64; 0,65 - 0,69 и т.д. (включ.).

Средняя величина ряда (0,60 - 0,69) - 0,645.

Средняя величина ряда (0,60 - 0,64) - 0,62.

8.2. При необходимости произвольный показатель отражения (R 0, r ) вычисляют по средним значениям максимального и минимального показателей отражения по формулам:

для аншлиф-штуфа R 0, r = 2 / 3 R 0, max + 1 / 3 R 0, min

для аншлиф-брикета

Величина занимает промежуточное положение между R 0, max и R 0, min и связана с ориентировкой зерна в аншлиф-брикете.

8.3. В качестве дополнительного параметра вычисляют показатель анизотропии отражения (A R) no формулам:

8.4. Обработку результатов измерений в обыкновенном и поляризованном свете в воздухе по аншлиф-брикетам и аншлиф-штуфам проводят аналогично обработке результатов измерений в иммерсионном масле (8.1 ).

Рисунок 4 - Рефлектограмма, составленная по результатам таблицы 2

Таблица 2

Измеренный показатель отражения произвольный

Субмацералы витринита телоколлинит и десмоколлинит

Показатель отражения	Количество наблюдений	Процент наблюдений

Общее количество измерений n = 500

Средний показатель отражения ?R 0, r = 1,32 %

Стандартное отклонение? = 0,20 %

9. ТОЧНОСТЬ

9.1. Сходимость

Сходимость определений средних значений максимального, минимального или произвольного показателей отражения представляет собой значение, на которое отличаются два отдельных показания, выполненных при одинаковом числе измерений одним и тем же оператором на одном и том же препарате с использованием одной и той же аппаратуры при доверительной вероятности 95 %.

Сходимость вычисляют по формуле

где? t - теоретическое стандартное отклонение.

Сходимость зависит от ряда факторов, включающих:

1) ограниченную точность калибровки с помощью эталонов показателя отражения (6.2.5);

2) допустимое смещение калибровки во время измерений (6.3.2);

3) число сделанных измерений и диапазон значений показателя отражения для витринита одного угольного пласта.

Общее влияние этих факторов может быть выражено стандартным отклонением среднего показателя отражения до 0,02 % для пробы одного отдельного угля из одного пласта. Это соответствует сходимости до 0,06 %.

9.2. Воспроизводимость

Воспроизводимость определений средних значений максимального, минимального или произвольного показателей - это значение, на которое отличаются значения двух определений, выполненных с одинаковым числом измерений двумя различными операторами на двух различных препаратах, изготовленных из одной и той же пробы, и использованием различной аппаратуры, с доверительной вероятностью 95 %.

Воспроизводимость вычисляют по формуле

где? 0 - действительное стандартное отклонение.

Если операторы соответствующим образом подготовлены для идентификации витринита или соответствующих субмацералов, а показатель отражения эталона достоверно известен, стандартные отклонения определений среднего показателя отражения различными операторами в разных лабораториях составляют 0,03 %. Воспроизводимость таким образом составляет 0,08 %

9.3. Допускаемые расхождения между результатами средних значений показателей отражения двух определений указаны в таблице 3 .

Таблица 3

Показатель отражения, %	Допускаемые расхождения % абс.		Количество измерений
Показатель отражения, %	в одной лаборатории	в разных лабораториях	Количество измерений
До 1,0 включ.

10. ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЯ

Протокол испытания должен включать:

2) все подробности, необходимые для идентификации пробы;

3) общее число измерений;

4) тип выполненных измерений, т.е. максимальный, минимальный или произвольный показатель отражения;

5) тип и соотношение субмацералов витринита, использованных в этом определении;

6) полученные результаты;

7) другие особенности образца, замеченные при анализе и которые могут быть полезными при использовании результатов.

Рассчитываются показатели отражательной способности витринита как на воздухе R а, так и в масляной иммерсии R o . r . По значению R o . r оценивается класс каменного угля в промышленно – генетической классификации (ГОСТ 25543-88).

На рис. 2.1 приведена связь между расчётным значением параметра и показателем отражения витринита на воздухе R а.

Между и R а имеется тесная корреляционная связь: коэффициент парной корреляции r = 0,996, детерминации – 0,992.

Рис.2.1. Взаимосвязь между параметром каменного угля и показателем

отражения витринита на воздухе R а (светлые и тёмные точки –

различные источники)

Представленная зависимость описывается уравнением:

R а = 1,17 - 2,01. (2.6)

Между расчётным значением и показателем отражения витринита в масляной иммерсии R о. r связь нелинейная. Результаты исследований показали, что имеется прямолинейная связь структурного параметра витринита ( Vt) с показателями липтинита ( L) и инертинита ( I).

Для углей Кузбасса взаимосвязь между показателями R о. r и следующая:

R о. r = 5,493 - 1,3797 + 0,09689 2 . (2.7)

На рис.2.2 приведена взаимосвязь между показателями отражения витринита в масляной иммерсии R о. r (оп) и вычисленном по уравнению (2.7) R o . r (выч).

Рис.2.2. Корреляция между опытными R о. r (оп) и вычисленными R o . r (выч)

значениями показателя отражения витринита углей Кузбасса

Представленная на рис. 2.2 графическая зависимость характеризуется следующими статистическими показателями: r = 0,990; R 2 = 0,9801.

Таким образом, параметр однозначно характеризует степень метаморфизма каменных углей.

2.3.Действительная плотность угля d r

Является важнейшей физической характеристикой ТГИ. Используется

при расчёте пористости топлив, процессов и аппаратов их переработки и др.

Действительная плотность угляd r рассчитывается по аддитивности с учётом содержания в нём количества молей углерода, водорода, азота, кислорода и серы, а также минеральных компонентов по уравнению:

d = V o d + ΣV Mi d Mi + 0,021, (2.8)

где V о и V – объёмное содержание в угле органической массы и отдельных минеральных примесей в долях единицы, %;

d и d Mi – значения действительных плотностей органической массы угля и минеральных примесей;

0,021- поправочный коэффициент.

Плотность органической массы угля рассчитывается на 100г её массы d 100 ;

d 100 = 100/V 100 , (2.9)

где величина V 100 – объёмное содержание в угле органической массы, доли единицы. Определяется по уравнению:

V 100 = n C + H n H + N n N + O n O + S n S , (2.10)

где n C o , n H o , n N o , n O o и n S o – число молей углерода, водорода, азота и серы в 100г ОМУ;

H , N , O и S – эмпирические коэффициенты, определённые экспериментально для различных углей.

Уравнение для расчета V 100 витринита углей в интервале содержания в ОМУ углерода от 70,5% до 95,0% имеет вид

V 100 = 5,35 C o + 5,32 H o + 81,61 N o + 4,06 O o + 119,20 S o (2.11)

На рис.2.3 приведена графическая зависимость между расчётными и действительными значениями плотности витринита углей, т.е. d = (d )

Между значениями истинной плотности витринита расчетной и экспериментальной имеется тесная корреляционная связь. При этом коэффициент множественной корреляции составляет 0,998, детерминации – 0,9960.

Рис.2.3. Сопоставление расчётных и экспериментальных

значений истинной плотности витринита

Выход летучих веществ

Рассчитывается по уравнению:

V daf = V x Vt + V x L + V x I (2.12)

где x Vt ,x L и x I – доля витринита, липтинита и инертинита в составе угля (x Vt + x L + x I = 1);

V , V и V – зависимость выхода летучих веществ из витринита, липтинита и инертинита от параметра :

V = 63,608 + (2,389 – 0,6527 Vt) Vt , (2.7)

V = 109,344 – 8,439 L , (2.8)

V = 20,23 exp [ (0,4478 – 0,1218 L) ( L – 10,26)], (2.9)

где Vt , L и I – значения параметров , рассчитанные для витринита, липтинита и инертинита по их элементному составу.

На рис.2.4 представлена связь расчётного выхода летучих веществ на сухое беззольное состояние с определённым по ГОСТ. Коэффициент парной корреляции r = 0,986 и детерминации R 2 = 0,972.

Рис.2.4. Сопоставление опытных V daf (оп) и расчётных V daf (расч) значе

ний выхода летучих веществ из петрографически неоднородных углей

Кузнецкого бассейна

Взаимосвязь параметра с выходом летучих веществ из углей месторождений ЮАР,США и Австралии представлена на рис. 2.5.

Рис.2.5.Зависимость выхода летучих веществ V daf от структурно - химического

параметра витринитовых углей:

1 – Кузнецкого угольного бассейна;

2 – месторождений угля ЮАР, США и Австралии.

Как следует из данных рисунка связь с выходом летучих веществ указанных стран очень тесная. Коэффициент парной корреляции составляет 0,969, детерминации - 0,939. Таким образом параметр с высокой достоверностью позволяет прогнозировать выход летучих веществ из каменных углей мировых месторождений.

Теплота сгорания Q

Важнейшая характеристика ТГИ как энергетического топлива показывает возможное количество тепла, которое выделяется при сжигании 1кг твёрдого или жидкого или 1м 3 газообразного топлив.

Различают высшую (Q S) и низшую (Q i) теплоты сгорания топлив.

Высшая теплота сгорания определяется в колориметре с учётом теплоты конденсации водяных паров, образовавшихся при сгорании топлива.

Расчёт теплоты сгорания твёрдого топлива производится по формуле Д.И.Менделеева на основании данных элементного состава:

Q = 4,184 [ 81C daf +300H daf +26 (S - O daf)], (2.16)

где Q - низшая теплота сгорания, кДж/кг;

4,184 –коэффициент перевода ккал в мДж.

Данные результатов исследований ТГИ показали, что учитывая неидентичные условия углеобразования угольных бассейнов значение коэффициентов при C daf , H daf , S и O daf будут отличными и формула для расчёта теплоты сгорания имеет вид:

Q = 4,184, (2.17)

где q C , q H , q SO – коэффициенты, определяемые экспериментально для различных угольных месторождений.

В табл. 2.1 приведены уравнения регрессии для расчёта низшей теплоты сгорания углей различных месторождений ТГИ Российской Федерации.

Таблица 2.1 - Уравнения для расчёта низшей теплоты сгорания по бомбе углей

различных бассейнов Российской Федерации

Представленные в таблице значения коэффициента парной корреляции между теплотами сгорания расчётными по уравнениям и определёнными по бомбе показывают их тесную корреляционную связь. При этом коэффициент детерминации изменяется в пределах 0,9804 – 0,9880.

Количество фюзенизированных компонентов ∑ОК определяют категорию каменного угля и позволяют в комплексе с другими показателями дать оценку использования угля в технологии коксования.

Параметр ∑ОК представляет собой сумму содержания в угле инертинита I и части (2/3) семивитринита S v:

∑ОК = I+ 2/3 S v . (2.18)

Результатами исследований показано, что наиболее тесно содержание в углях отощающих компонентов коррелируется с совместным влиянием параметров и H/C. Уравнение для расчёта ∑ОК имеет вид:

∑ОК = b 0 + b 1 + b 2 (H/C) + b 3 (H/C) + b 4 (H/C) 2 +b 5 2 . (2.19)

Коэффициент парной корреляции взаимосвязи ∑ОК различных марок углей и шихт Кузнецкого бассейна изменяется от 0,891 до 0,956.

Установлено, что более высокая взаимосвязь расчётных значений ∑ОК по уравнениям и определённых экспериментально у среднеметаморфизованных углей. Взаимосвязь ∑ОК с углями более высокой степени метаморфизма снижается.

Показатель отражения витринита характеризует стадию метаморфизма угля. В сочетании с мацеральным составом показатель отражения витринита даёт представление о химических и технологических свойствах угля или смеси углей.

Показатель отражения витринита может быть также использован для характеристики плотности угольного вещества. Измерение показателя отражения витринита в смеси углей позволяет идентифицировать компоненты этой смеси и оценить их относительное содержание.

Показатель отражения витринита является одним из основных генетических параметров классификации и кодификации углей (раздел IV). Так, разделение ископаемых углей на виды (бурые, каменные угли и антрациты), установление стадии метаморфизма и класса угля проводят по показателю отражения. Первые цифры кода индивидуального угля представляют собой значение показателя отражения витринита.

В соответствии с ГОСТ 17070-2014 показатель отражения витринита R – это отношение интенсивности светового потока установленной длины волны, отраженного от полированной поверхности мацералов группы витринита (гуминита), к интенсивности светового потока, падающего перпендикулярно на эту поверхность, выраженное в процентах.

Показатели отражения отдельных мацералов группы витринита в исследуемом угле могут существенно отличаться друг от друга, поэтому полученная величина показателя отражения зависит от того, какой именно мацерал был использован для измерения показателя отражения. Измерение проводят на одном или нескольких мацералах группы витринита, в этом случае, представляя результаты, указывают, какие мацералы были использованы для измерений, а также оценивают вклад каждого мацерала в общий результат.

В настоящее время для определения показателя отражения применяют единый стандартный метод, регламентированный в стандарте ИСО 7404-5:2009 и ГОСТ Р 55659-2013 «Методы петрографического анализа углей. Часть 5. Метод определения показателя отражения витринита с помощью микроскопа».

Сущность метода заключается в следующем. Интенсивность света с длиной волны 546 нм, отраженного практически под прямым углом от полированной поверхности мацералов группы витринита, измеренную с помощью электронного фотоумножителя (или аналогичного устройства), сравнивают с измеренной в таких же условиях интенсивностью света, отраженного от эталонов с известным показателем отражения. По своим оптическим свойствам зерна витринита в одном и том же угле немного отличаются друг от друга. Проводят достаточное количество измерений на различных зернах витринита, чтобы полученный результат можно было отнести ко всему углю или угольной смеси.

В качестве эталонов используют оптические стекла, лейкосапфир, горный хрусталь, алмаз с показателями отражения в масляной иммерсии от 0,3 до 7%. Эти показатели должны быть определены в специальных лабораториях или рассчитаны по показателям преломления.

Перед измерением показателя отражения регулируют оптическую систему и подготавливают аппаратуру, проверяя ее стабильность. Калибруют прибор, начиная с эталона с высоким показателем отражения. Далее проверяют линейность сигнала фотоумножителя, измеряя показатели отражения еще двух эталонов. Если показывающий прибор дает правильные результаты для трех эталонов, можно считать, что установка откалибрована.

Аншлиф-брикет устанавливают на предметном столике микроскопа так, чтобы его полированная поверхность была параллельна предметному стеклу. На поверхность аншлиф-брикета наносят каплю иммерсионного масла. После предварительного определения цены деления измерительного прибора стандартный образец заменяют на исследуемый аншлиф-брикет. Измерения показателей отражения эталонов проводят до и после исследования образца угля.

Показатель отражения каменных углей и антрацитов измеряют на всех мацералах группы витринита. Исследуемые участки не должны иметь царапин, микрорельефа и минеральных примесей. Размер участка должен быть в два раза больше фотометрируемого поля. На каждом аншлиф-брикете необходимо выполнить от 40 до 100 измерений в зависимости от однородности и стадии метаморфизма угля. Число измерений увеличивают с повышением неоднородности витринита и увеличением стадии метаморфизма угля. Для установления показателя отражения угольных смесей осуществляют не менее 500 измерений.

Измерение максимального и минимального показателей отражения витринита в масле

Измерения проводят в линейно поляризованном свете при вращении предметного столика микроскопа.

В начале перемещают столик микроскопа с помощью препаратоводителя до тех пор, пока перекрестие нитей окуляра не сфокусируется на поверхности витринита, пригодной для измерений. Поверхность, предназначенная для измерений, не должна иметь трещин, дефектов полировки, минеральных включений или рельефа и должна находиться на некотором расстоянии от границ мацерала.

После получения выходного сигнала от фотоумножителя, поворачивают столик на 360° со скоростью не более 10 мин -1 . Записывают наибольшее и наименьшее значения показателя отражения, полученные при вращении столика.

Перемещают аншлиф-брикет в направлении с длиной шага 0,5 мм и производят измерения, когда перекрестие попадает на подходящую поверхность витринита. Для того, чтобы быть уверенным, что измерения производятся на подходящем участке витринита, образец можно переместить препаратоводителем на расстояние до 10 мкм. В конце пути образец передвигают в направлении Y, перпендикулярном направлению Х, на следующую линию. Расстояние между линиями составляет не менее 0,5 мм. Продолжают перемещение образца с шагом 0,5 мм в противоположную сторону, производя при этом измерения показателя отражения. Расстояние, на которое передвигают образец в направлении Y, выбирают таким, чтобы измерения распределились равномерно по всей поверхности аншлиф-брикета. Измерения показателя отражения витринита пробы продолжают до тех пор, пока не будет получено требуемое число результатов измерений (табл. 9.5).

Максимальный и минимальный показатели отражения (R o,max и R o,min) вычисляют как среднеарифметические значения максимальных и минимальных показаний прибора, соответственно.

Измерение произвольного показателя отражения витринита в масле

Измерения показателя отражения производят равномерно по всей поверхности препарата. Аншлиф-брикет перемешают в горизонтальной плоскости в направлении Х, причем длина шага равна 0,5 мм. Измерение производят, когда перекрестие окуляра попадает на подходящую поверхность витринита. Затем брикет перемещают на один шаг (0,5 мм) в направлении Y и снова двигают его по оси Х в обратном направлении. Измерения показателя отражения витринита пробы продолжают до тех пор, пока не будет получено требуемое число результатов измерений (табл. 9.5).

Таблица 9.5 – Максимально допустимые расхождения между результатами определения показателей отражения витринита

Показатель отражения, %	Максимально допустимые расхождения между результатами, % абсолютный		Количество измерений
Показатель отражения, %	Сходимость	Воспроизводимость	Количество измерений
До 1,0 включ.	0,02	0,03	40
1,01-1,50	0,03	0,05	40
1,51-2,00	0,05	0,08	40
2,01-2,50	0,07	0,11	40
2,51-3,00	0,10	0,15	40
3,01-3,50	0,10	0,15	80
3,51-4,00	0,10	0,15	120
4,01-4,50	0,10	0,15	200
4,51-5,00	0,10	0,15	300
Более 5,0	0,10	0,15	500

Измерения проводят в неполяризованном свете без вращения предметного столика микроскопа. Произвольный показатель отражения (R o,r) вычисляют как среднеарифметическое всех измерений.

Измерение показателей отражения в воздухе

Определения максимального, минимального и произвольного показателей отражения в воздухе (R а,max, R а,min и R а,r) допускается проводить для предварительной оценки стадий метаморфизма. Эти измерения проще выполнить, особенно в полевых условиях. Однако, замеры в иммерсии дают более точные данные, так как проводятся при больших увеличениях.

Измерения в воздухе проводят аналогично измерениям в иммерсионном масле при более низких значениях апертурной диафрагмы, напряжения осветителя и рабочего напряжения фотоэлектронного умножителя (ФЭУ).

На исследуемом аншлиф-брикете необходимо выполнить 20-30 измерений, на аншлиф-штуфе – 10 и более.

Определение анизотропии отражения витринита

В качестве дополнительного параметра определяют показатель анизотропии отражения витринита (A R). В соответствии с ГОСТ 17070-87 анизотропия отражения витринита – это различие значений показателя отражения витринита в зависимости от его ориентирования по отношению к напластованию, определяемое в установленных стандартом условиях. Антрациты характеризуются более высокими значениями оптической анизотропии, чем каменные угли. Поэтому показатель анизотропии отражения витринита используется при классификации антрацитов на подтипы (раздел IV).

Показатель анизотропии отражения витринита (A R) вычисляют по формуле:

A R = 100·(R o,max - R o,min) / R o,r ,%. (9.6)

Рассчитывать показатель анизотропии отражения следует по результатам измерения показателей отражения витринита в аншлиф-штуфах.

Значения показателя отражения записывают, округляя до второго десятичного знака.

В протоколе испытаний указывают число измерений, а также приводят сведения об идентификации мацералов группы витринита, на которых проводили измерения.

Результаты определения отдельных значений произвольных показателей отражения витринита в аншлиф-брикете представляют в виде таблицы, в которой все данные распределяют по интервалам показателя отражения витринита с диапазоном 0,05% или 0,10%. Определяют частоту (%) значений R o,r попадающих в тот или иной интервал. Из данных такой таблицы можно сделать несколько выводов и рассчитать параметры классификации и кодификации углей (раздел IV):

Определить среднее значение произвольного показателя отражения в иммерсии R o,r для характеристики стадии метаморфизма и класса угля по ГОСТ 25543-2013;

Определить стандартное отклонение (σ) по известной в математической статистике формуле; эта величина отражает неоднородность изучаемых проб; в угольных смесях колеблется в широких пределах;

Построить рефлектограмму (гистограмму) распределения значений показателя отражения витринита: на ось абсцисс нанести значения R o,r с интервалом 0,05% или 0,10%, а на ось ординат - частоту измерений (%), относящихся к каждому интервалу.

Тип рефлектограмм и величина стандартных отклонений относятся к параметрам кодификации углей (раздел IV).

Расхождения между результатами двух параллельных определений не должны превышать значений, указанных в табл. 9.5.

Показатель отражения витринита увеличивается по мере изменения степени углефикации от бурых углей до антрацитов. Показатель отражения в масле (R o,r) изменяется от 0,1 до 6,0%, в воздухе (R а,r) – от 5,5 до 15% и более. Это можно объяснить следующим.

В соответствии с теоретическими представлениями интенсивность отраженного пучка света в видимой части спектра прямо пропорциональна количеству свободных электронов, которые, поглощая энергию падающего пучка света, переходят в возбужденное состояние. Количество свободных электронов, определяющих интенсивность отражения, сравнительно невелико и связано преимущественно с конденсированным углеродным скелетом (углеродными сетками).

С повышением степени углефикации углей количество таких углеродных структур увеличивается, и отражательная способность витринита возрастает. Одновременно увеличивается ориентация этих углеродных структур, в основном, вдоль напластования, что приводит к определенной ориентации электронного поля. При общем повышении показателя отражения со стадией метаморфизма одновременно возрастает анизотропия оптических и механических свойств углей.

Таким образом, показатель отражения витринита является внешним отражением глубоких молекулярных превращений органического вещества исходного растительного материала в условиях его накопления и далее в процессах торфообразования, диагенеза и метаморфизма.