山西平朔礦區(qū)煤的礦物學(xué)與地球化學(xué)特征

王燕林 王靜禹　田生云　多吉加布　董文通

摘要：本文以山西平朔礦區(qū)山西平朔礦區(qū)主采煤層為研究對(duì)象，對(duì)煤中礦物含量特征與地球化學(xué)特征進(jìn)行探討。使用偏光顯微鏡觀測(cè)顯微煤巖組分，使用×射線熒光光譜（XRF）測(cè)定煤及矸石中常量元素含量，使用 X 射線衍射（XRD）分析煤中礦物組成、使用掃描電鏡+能譜（SEM-EDX）觀察礦物形態(tài)特征，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定煤及矸石中微量元素含量，使用逐級(jí)化學(xué)提?。⊿CEP）測(cè)定煤中微量元素賦存狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：山西平朔礦區(qū);地球化學(xué)特征;煤礦;含量特征

1引言

隨著社會(huì)發(fā)展，清潔能源和環(huán)境保護(hù)的觀念越來(lái)越得到國(guó)家和大眾的重視;但煤炭資源長(zhǎng)期以來(lái)為我國(guó)提供穩(wěn)定能源供應(yīng)，我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量巨大，近年來(lái)，諸多學(xué)者投入到煤炭中有益元素和有害元素的研究中來(lái)，以實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效利用，預(yù)防帶來(lái)的危害。對(duì)煤中微量元素的含量水平、賦存狀態(tài)等的研究有助于發(fā)現(xiàn)煤系伴生礦產(chǎn)資源，指導(dǎo)煤炭資源的高效利用;預(yù)防煤中有害元素?cái)U(kuò)散到土壤、水系、大氣中;煤中微量元素的地球化學(xué)研究還對(duì)聚煤環(huán)境、沉積環(huán)境、區(qū)域地質(zhì)演化歷史具有指示作用。

2煤中礦物含量特征

按照礦物的化學(xué)組成對(duì)山西平朔礦區(qū)煤中礦物進(jìn)行探討。使用XRD 對(duì)低溫灰化后樣品的礦物組成進(jìn)行測(cè)定。通過顯微煤巖組分測(cè)定煤中礦物總含量（表1），使用SEM-EDX 研究礦物的形態(tài)等特征。

3煤中礦物學(xué)特征及其成因

3.1煤中高嶺石

在掃描電鏡下平朔煤礦中高嶺石呈碎屑狀分布，且有磨圓的痕跡，或呈團(tuán)塊狀、浸染狀充填于細(xì)胞結(jié)構(gòu)中;還未接受后期地質(zhì)作用改造;充填于細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的團(tuán)塊狀或不規(guī)則狀高嶺石;屬于同生型礦物，一般只能通過含SiO和 AlO的真溶液進(jìn)入到細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，聚煤盆地物源區(qū)的石英、長(zhǎng)石以及前期沉積的粘土礦物，經(jīng)過風(fēng)化剝蝕、水介質(zhì)的溶蝕等作用形成SiO和AlO的真溶液，注入泥炭沼澤中，隨成煤作用的進(jìn)行賦存到煤中。

3.2煤中方解石

方解石在煤中較為常見。是煤中主要的碳酸鹽礦物，一般為后生成因。在地下水等自然水循環(huán)的作用下，CaCO;充填到煤中層間、裂隙等部位，形成薄膜狀、脈狀等結(jié)構(gòu)，有時(shí)巖漿熱液也可形成方解石。掃描電鏡下平朔煤礦煤中方解石多呈條帶狀、脈狀充填于煤巖組分裂隙中，且未發(fā)現(xiàn)受巖漿熱液影響的其它證據(jù)，故平朔煤礦平朔煤礦煤中方解石可能為富含碳酸鹽溶質(zhì)的地下水在流經(jīng)煤中裂隙時(shí)析出，并逐漸充填整個(gè)裂隙或?qū)娱g形成的。

3.3煤中其它礦物

掃描電鏡下觀察到平朔煤礦煤基質(zhì)鏡質(zhì)體在顯微煤巖組分中最多（凝膠化組分有利于硫化物賦存），工業(yè)分析表明屬于高硫煤，結(jié)合淺水三角洲體系的地質(zhì)背景，認(rèn)為黃鐵礦的形成受侵入泥炭沼澤的海水影響。平朔煤礦煤中可見少量金紅石分布，金紅石形成于高溫條件下，主要產(chǎn)于變質(zhì)巖系石英或偉晶巖脈中，煤中金紅石一般來(lái)源于陸源母巖區(qū)。結(jié)合地質(zhì)背景，認(rèn)為其來(lái)自于物源區(qū)火成巖經(jīng)風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)。

4 煤中元素地球化學(xué)特征

4.1煤中常量元素含量特征

煤中常量元素的含量和賦存特征，能反映煤層形成的環(huán)境和地質(zhì)背景以及煤層形成后所經(jīng)歷的各種地質(zhì)作用，對(duì)判斷聚煤環(huán)境和構(gòu)造演化具有指導(dǎo)作用。Na、Mg、A1、Si、Ca、K、P、Ti、Fe和S這10種常量元素是組成煤中無(wú)機(jī)組分的重要部分，其中 S 元素也是煤中有機(jī)物的組成元素之一。煤中常量元素是煤中礦物的重要組成部分，其含量通常以氧化物的形式來(lái)表示。

4.2煤中微量元素含量特征

與上地殼中元素均值相比，平朔煤礦及矸石中含量較高的元素有Li、Cu、Zr、Nb、Mo、Cd、Sb、Hf、Bi;與上地殼相比，含量較低的元素有 Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Zn、Rb、Sr、Cs、Ba、Tl;Ga、Sn、Ta、Pb、Th、U 與上地殼值相近。山西平朔礦區(qū)煤中微量元素與灰分產(chǎn)率整體相關(guān)性系數(shù)不高，與Al2O3、SiO2等與灰分密切相關(guān)的元素相關(guān)性也不高，通過剖面上微量元素與常量元素的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)部分層位灰分產(chǎn)率較低，但微量元素含量較大，微量元素的賦存也與有機(jī)質(zhì)相關(guān)。

4.3煤中稀土元素含量特征

平朔煤礦中稀土元素含量在 12.75～271.32μg/g 之間，平均值為125.66μg/g，在煤層中部相對(duì)較高，而下部含量較低;5*煤中稀土元素含量在6.37～340.57μgg 之間，平均值為 117.35μg/g，各層位差異較大，頂?shù)變商庬肥∟G501、NG508）和中下部（NG506）處出現(xiàn)明顯的虧損，總體呈中部含量較高的特點(diǎn)。煤中稀土元素平均含量均未達(dá)到 300μg/g。根據(jù)煤中微量元素的含量水平劃分標(biāo)準(zhǔn)-富集系數(shù) CcP7，煤中稀土元素 La、Ce、Y、Er 富集系數(shù)均大于2，為輕度富集;其它元素的富集系數(shù)均處于0.5～2之間，屬于正常范圍內(nèi)。

結(jié)論

本文對(duì)山西平朔礦區(qū)煤中顯微煤巖組分、煤中礦物、常量元素、微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征進(jìn)行了研究，得到以下結(jié)論和認(rèn)識(shí)。煤中稀土元素主要賦存在硅鋁酸鹽礦物、有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦中，方解石在稀土元素富集中起稀釋的作用。輕稀土元素與中、重稀土元素相比，殘?jiān)鼞B(tài)含量明顯較高，有機(jī)態(tài)占比明顯較低。煤形成過程中北部的陰山古陸地勢(shì)較高，持續(xù)隆起，為山西中北部聚煤盆地提供了穩(wěn)定的陸源碎屑補(bǔ)給。

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作者簡(jiǎn)介：

王燕林 北京市中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京100083

王靜禹 男 漢族 學(xué)生 本科 資源勘查工程

田生云 男 回族 學(xué)生 本科 資源勘查工程

多吉加布 男 藏族 學(xué)生 本科 資源勘查工程

董文通 男 漢族 學(xué)生 本科 資源勘查工程