寧東地區(qū)煤中微量元素地球化學特征

冶正陽

（新疆維吾爾自治區(qū)自然資源規(guī)劃研究院，新疆烏魯木齊830000）

我國是煤炭資源大國，煤炭在我國具有非常重要的地位，是基本能源和重要燃料[1-2]。由于煤中微量元素蘊含著大量的地球化學信息，近年來逐漸成為地化領域研究的熱點內容。煤中微量元素的富集、分布規(guī)律、賦存特征等不僅可以為煤層的形成環(huán)境、區(qū)域演化方式提供有力的證據，為資源開發(fā)提供科學依據，還能對環(huán)境污染問題和地方性疾病問題提供研究依據[3-5]。故具有非常重要的研究意義。

近年來很多學者對煤中微量元素進行了研究，王文峰[6]等對煤中微量元素及有害元素進行了研究，劉冬娜[7]分別對大同煤田煤中微量元素進行了研究，Dai[8]對中國煤中微量元素特征進行了研究。雖然已有很多研究成果，但對寧東地區(qū)煤中微量元素分析較少。故本文通過對礦區(qū)內主要生產礦井的煤層進行系統(tǒng)采樣，并對采集的16塊樣品進行測試分析。

1 地質背景

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)北部，東部與內蒙古相鄰，西部與黃河相望。所見地層構造形跡特征表明：寧東地區(qū)屬華北地臺桌子山—橫山堡逆沖帶（A23），褶皺和斷層較為發(fā)育，褶皺呈“北多南少”的特點，走向呈NNW 向或SN 向。含煤地層屬太原組和山西組，煤層頂底板為粉砂巖、粉砂質泥巖，夾矸為泥巖。

2 樣品采集與測試

對研究區(qū)進行分層采樣，采樣情況見圖1，本次研究選取16 塊樣品進行實驗分析，1 塊煤巖夾矸樣品和15塊煤樣，編號依此為G1、R1、R5、R7、R10、R12、R15、R18、R21、R24、R26、R29、R31、R34、R37、R39。采用ICP-MS進行測試。

3 結果與討論

3.1 微量元素

3.1.1 煤中微量元素的含量特征

通過實驗測得研究區(qū)煤中共20 種微量元素和15種稀土元素（La～Lu+Y），并將其結果和中國值、世界值和克拉克值[9-10]進行比較。和中國值標準相比，煤中Li（102.2μg/g）、Sc（5.7μg/g）、Th（8.3μg/g）、Ga（12.5μg/g）、Sr（215.6μg/g）、In（0.1μg/g）元素的含量比標準值高，其它元素含量均比標準值低。和世界值標準相比，Li、Sc、Th、Ga、Sr、Nb（10.8μg/g）、In 元素的含量含量比標準值高，其它元素含量均比標準值低。和上地殼值標準相比，Li、Mo（2.1μg/g）均值比上地殼值高，其它均比標準值低。

從整體上看，只有Li（102.2μg/g）、Sc（5.7μg/g）、Th（8.3μg/g）、Ga（12.5μg/g）、Sr（215.6μg/g）、In（0.1μg/g）元素含量高于中國標準值、世界標準值。只有Li（102.2μg/g）元素含量高于中國標準值、世界標準值和上地殼標準值。

3.1.2 煤中微量元素的垂向分布特征

將各樣品中微量元素總量縱向上進行比較（圖2），R34 樣品中含量最大（660μg/g），縱向上含量存在差異，但總體差異不大。縱向上存在差異可能是由于泥炭沼澤中的物質來源受控于沉積源區(qū)的供給、母巖類型、成煤植物的種類和地質事件等多方面因素。

圖2 各樣品微量元素總量圖

3.2 稀土元素

3.2.1 煤中稀土元素的含量富集特征

實驗測得的15種稀土元素含量值結果表明：

和世界值標準值相比，研究區(qū)煤中Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量比標準值低，其它均比標準值高。

和上地殼值標準相比，研究區(qū)煤中只有Dy（3.1μg/g）的含量比標準值高，其它均比標準值低。

和中國值標準相比，研究區(qū)煤中Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）的含量比標準值高，其它均比標準值低。

綜上所述，15種元素中Dy（3.1μg/g）、Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）含量相對較高，Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量相對較低。

3.2.2 煤中稀土元素的地球化學參數

LaN、LuN、SmN和GdN分別表示La、Lu、Sm 和Gd經過標準化后得到的參數，相互的比值可以反映其富集程度。如果LaN/LuN＜1，則表現為重稀土富集，若LaN/SmN＜1 且GdN/LuN＞1，則 為 富 中 稀 土 型；如 果LaN/LuN＞1，反映輕稀土富集。

研究區(qū)樣品中除了R15 樣品的LaN/LuN值都低于1，其余15 個樣品LaN/LuN值都比1 大，平均值為6.32，且LaN/SmN＞1，這些均反映研究區(qū)煤層中稀土元素富集類型為富輕稀土型。

δEu（EuN/EuN*）、δGd（GdN/GdN*）和δCe（CeN/CeN*）分別表示Eu、Gd 和Ce 元素的異常程度。若δ(Eu，Ce，Gd)＜1，表示Eu、Ce或Gd負異常，反之呈正異常。煤中δEu的值為0.54～0.87，平均0.69，Eu負異常，說明成煤環(huán)境為還原環(huán)境，物質來源主要繼承于陸源碎屑；δCe介于0.65～0.95之間，均值0.81，Ce微負異常。

3.2.3 煤中稀土元素的分布模式

球粒隕石標準化之后，繪制出研究區(qū)煤中稀土元素的分配模式圖（圖3)。根據這個圖我們可以看出：16個樣品的曲線走勢大體相似，輕稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm）含量較高，變化范圍較大，Eu、Ce虧損，呈現負異常。中稀土元素（Eu、Gd、Tb、Dy）和重稀土元素（Ho、Er、Tm、Yb、Lu）含量較低，趨勢平穩(wěn)。總體特征與被動大陸邊緣相似，這說明研究區(qū)煤沉積在被動大陸邊緣構造環(huán)境中。

圖3 稀土元素分布模式

4 結論

寧東地區(qū)煤中微量元素Li、Sc、Th、Ga、Sr、In含量較高。20 種微量元素總量在縱向上存在差異，但總體差異不大。

15 種稀土元素中Dy（3.1μg/g）、Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）含量相對較高，Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量相對較低。15 個樣品LaN/LuN值都比1大，平均值為6.32，且LaN/SmN＞1，這些均反映寧東地區(qū)煤層中稀土元素富集類型為富輕稀土型。Eu、Ce呈負異常，說明成煤環(huán)境為還原環(huán)境，物質來源主要繼承于陸源碎屑。分配模式在輕稀土段變化較大，中、重稀土段平緩，構造沉積背景為被動大陸邊緣。