攀枝花太平煤礦18號煤層稀土元素地球化學特征

陳柯婷+陳萍+李洋+劉震+曹吉陽+儲成清+韓君珂+劉瑞

摘要：運用ICP-MS檢測并研究了攀枝花太平煤礦18號煤層中煤的稀土元素地球化學特征和賦存狀態(tài)，結(jié)果表明：太平煤礦18號煤層的18個樣品中La、Ce、Nd、Sm的平均含量高于中國煤均值和世界煤均值，Pr、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu的平均含量低于中國煤均值但高于世界煤均值；18號煤層中的稀土元素主要賦存于煤的灰分中，來源于陸源沉積物。

關(guān)鍵詞：稀土元素；地球化學；太平煤礦

中圖分類號：P641.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）2-0135-03

1 引言

煤中稀土元素之間化學性質(zhì)相似且穩(wěn)定性高，蘊含了豐富的地質(zhì)信息，可以作為研究地質(zhì)成因的地球化學示蹤劑，其在分析巖石成因、物源供給和成煤環(huán)境方面具有廣泛的應(yīng)用[1]。在中高硫煤中，稀土元素不僅對硫而且對其他多種有害元素存在成因聯(lián)系，因而了解稀土元素與有害元素在成因上的關(guān)系，能為煤的潔凈利用提供一定理論依據(jù)[2]。

筆者以攀枝花太平煤礦18號煤層為例，借鑒別人的研究方法通過實驗對比研究18號煤層中稀土元素的地球化學特征，探討了煤中稀土元素的賦存狀態(tài)，并利用稀土元素地球化學參數(shù)探討了成煤環(huán)境對煤中稀土元素富集的影響。太平煤礦位于四川省攀枝花寶鼎盆地，資源豐富，是煤炭開采和煤層氣開發(fā)的重要基地，其基本構(gòu)造為一個北端封閉，向東南傾沒，東緩西陡的不對稱向斜，主采煤層為三疊系上統(tǒng)的大蕎地組。太平煤礦開采煤層的灰分較低，硫分稍高，煤變質(zhì)程度相對較低，煤類為焦煤。

2 稀土元素地球化學特征

2.1 稀土元素分布特征

按照煤層相對位置從上到下依次選取太平煤礦18個樣品，并對18個樣品的稀土元素、灰分和伴生元素等進行了測試。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS） 分析了樣品中的稀土元素含量，結(jié)果見表1。

從表1中可以看出，太平煤礦18號煤層的稀土元素中La、Ce、Nd、Sm的平均含量高于中國煤均值和世界煤均值。Pr、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu的平均含量低于中國值但也高于世界值。

2.2 稀土元素地球化學參數(shù)

結(jié)合稀土元素的含量同時采用Masuda（1973）提出的26個球粒隕石平均值（表2）經(jīng)過計算得出稀土元素的地球化學參數(shù)表（表3）

從表3可以看出REE的平均含量為123.75 μg/g，高于世界REE的含量，說明太平礦18號煤層稀土元素的含量比較高，且LREE/HREE的值為7.99，LREE的含量遠遠高于HREE的含量，LREE相對富集而HREE相對虧損。δEu的平均值為0.615，其值小于1說明Eu負異常， δCe的值為0.768，表明Ce負異常，有關(guān)研究表明[4]，當沉積物中的Ce虧損時為氧化環(huán)境，Eu虧損時也是氧化環(huán)境，由此可以判斷當時的成煤環(huán)境是氧化環(huán)境。煤層中的Ce負異常則可以指示海相沉積環(huán)境，Eu負異常主要是來源于陸源碎屑。黃文輝，趙志根等[5，6]認為隨著成煤沼澤中海水影響的減弱，煤中稀土元素的含量是增加的，因此推斷，太平煤礦18號煤層主要是陸相沉積環(huán)境，成煤沼澤受到海水的影響不大。

根據(jù)表3中灰分與稀土元素含量的數(shù)據(jù)，作出兩者的關(guān)系圖（圖1），并進行線性擬合，研究二者之間的聯(lián)系。

由圖1可看出，隨著樣品中灰分含量的逐漸增加，∑REE和LREE含量的變化趨勢幾乎完全相同；而HREE的含量則變化不明顯，只是略有增加。再結(jié)合表3中LREE/HREE的值可發(fā)現(xiàn)，太平礦18號煤層中的稀土元素主要以LREE為主，∑REE的變化主要是受到LREE含量變化的影響。同時，HREE的含量不隨灰分的增加而發(fā)生顯著變化，也說明HREE可能與有機質(zhì)有較強的親和性。

2.3 稀土元素分布模式

根據(jù)表3中的地球化學參數(shù)計算結(jié)果，可以繪制出稀土元素的分布模式圖（圖2）。

從圖2中可以看出，LREE之間的分餾程度大于HREE，且均有Eu負異常的現(xiàn)象，其中La-Eu段的平均斜率陡于Gd-Lu段。大部分樣品的曲線圖均呈現(xiàn)左高右低的右傾“V”型變化趨勢。樣品18-6、18-10、18-11、18-12、18-14的曲線位于全部曲線的最下方，存在一定的低異常，可能是由于該處受到地下水淋濾或其他因素的影響[7]，使得其中的稀土元素發(fā)生遷移，從而影響了稀土元素的分布。

這種分布模式與李大華等[8]對我國西南地區(qū)煤中稀土元素進行研究后總結(jié)的B型分配曲線相類似，這種分配曲線之間存在的相似性，表明了太平礦18號煤層在成煤過程中成煤環(huán)境沒有發(fā)生大的變化。

3 討論

3.1 稀土元素的來源和分布

煤中稀土元素具有較強的無機親和性，此外，有機質(zhì)可以與稀土元素形成絡(luò)合物，吳艷艷等[9]認為稀土元素與黃鐵礦有較強的親和性，而與黏土礦物呈負相關(guān)。由于成煤環(huán)境條件和成煤時期地質(zhì)構(gòu)造的影響，變質(zhì)作用等都會影響稀土元素在煤中的富集。

太平礦18號煤層所在的大蕎地組主要是陸相斷陷盆地中的碎屑巖沉積，在晚白堊世時研究區(qū)內(nèi)有燕山期深成巖漿向上侵入，其引起的地層溫度的變化以及巖漿熱液對18號煤層的變質(zhì)情況和稀土元素分布產(chǎn)生了一定的影響[10]。

3.2 稀土元素的賦存

根據(jù)樣品所測得的其他伴生元素的含量，結(jié)合∑REE的含量分析后做出聚類分析樹形圖，可以看出REE與Al高度正相關(guān)，與典型陸源碎屑的痕跡元素Cr、Co等正相關(guān)，說明18號煤層中的稀土元素主要來源于陸源沉積物中，且主要與煤中礦物質(zhì)的硅酸鹽部分相結(jié)合[11]。

4 結(jié)論

（1）太平礦煤礦18號煤層的18個樣品中，∑REE的含量在6.59～281.7 μg/g之間，平均值為123.75 μg/g。La、Ce、Nd、Sm的平均含量高于中國煤均值和世界煤均值，Pr、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu的平均含量低于中國煤均值但高于世界煤均值。

（2）LREE相對富集而HREE相對虧損，隨著灰分含量的增加，∑REE和LREE含量變化趨勢幾乎完全相同，而HREE由于與有機質(zhì)親和性較強，其含量幾乎沒有變化。

（3）由稀土元素的分布模式圖中各樣品曲線可以看出，LREE之間的分餾程度大于HREE，均有Eu負異常而Ce無異常的現(xiàn)象。這些曲線的相似性，說明在整個18號煤層形成的過程中，物質(zhì)來源比較穩(wěn)定，成煤環(huán)境并沒有發(fā)生大的變化。

（4）太平礦18號煤層中的稀土元素主要來源于陸源沉積物，賦存于煤中灰分中，且主要與煤中礦物質(zhì)的硅酸鹽部分相結(jié)合。

參考文獻：

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