準(zhǔn)格爾煤田高鋁煤物質(zhì)組成及成因

劉霖松石松林孫俊民李錦濤王兆國李佳星劉欽甫

1. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院,北京 100083；2. 河南工程學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院,河南鄭州 451191；3. 大唐國際發(fā)電股份有限公司高鋁煤炭資源開發(fā)利用研發(fā)中心,內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010321；4. 中國礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083

據(jù)統(tǒng)計,2019年我國煤炭產(chǎn)量達(dá)38.46×10 t8[1],接近全球煤炭總產(chǎn)量的一半。目前,煤炭的消耗在我國能源結(jié)構(gòu)中仍占60% 左右[2]。內(nèi)蒙古自治區(qū)作為我國第一煤炭儲量大省,境內(nèi)分布著神府東勝煤田、霍林河煤田、準(zhǔn)格爾煤田等十幾個大型煤田及大量中小型煤田[3]。其中,準(zhǔn)格爾煤田的煤炭為高鋁煤,其燃燒后的粉煤灰中氧化鋁含量高達(dá)40% ～50% 。高鋁煤燃燒后產(chǎn)生的高鋁粉煤灰具有極大的綜合利用價值。但迄今為止,對這種高鋁煤的形成機(jī)制仍不是十分清楚。

本文運用巖石學(xué)、礦物學(xué)和地球化學(xué)等方法,研究了準(zhǔn)格爾煤田黑岱溝礦區(qū)和哈爾烏素礦區(qū)6 號煤及夾矸的物質(zhì)組成,探討了高鋁煤成因及形成機(jī)制,旨在為高鋁煤資源勘探及高效利用提供理論指導(dǎo)。

1 地質(zhì)背景

準(zhǔn)格爾煤田位于中國北部內(nèi)蒙古自治區(qū)的西南部,南北長約65 km,東西寬約26 km,面積在1 700 km2左右,已探明煤炭儲量為26.8 Gt[4]。區(qū)內(nèi)地層包括奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、白堊系、古近系和第四系,其中石炭-二疊系為主要含煤地層。

準(zhǔn)格爾煤田的大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地的東北緣,總體構(gòu)造為南北走向,傾向西,傾角小于10°,構(gòu)造形態(tài)簡單(圖1)[5-6]。區(qū)域內(nèi)發(fā)育一系列小型波狀起伏的褶曲構(gòu)造,斷層較少,規(guī)模不大。在早寒武-中奧陶世期間,研究區(qū)沉積了一套以碳酸鹽為主的巖系。中奧陶世末期在加里東運動的影響下,華北地臺整體上升,處于長期風(fēng)化剝蝕狀態(tài),因此導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地形平坦,為后期的沉積奠定基礎(chǔ)。而在晚石炭-晚三疊世期間,區(qū)內(nèi)緩慢下降接受沉積,形成了太原組和山西組的煤層[7]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造簡圖（改自石松林[8]）Fig.1 Tectonic outline map of the study area（modified from Shi Songlin[8]）

黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦位于準(zhǔn)格爾煤田中部,上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組是研究區(qū)的2 個主要含煤單元(圖2),總厚度約150 m。太原組沉積期間,沉積環(huán)境由海相逐漸演化為陸相,沉積了一套以河流三角洲環(huán)境相為主的含煤巖系[9],主要由粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、黏土巖和煤層(6 號、8 號、9 號、10 號煤)組成。山西組為一套純陸相含煤巖系,在河流沉積體系中形成[10],主要由粗砂巖、中砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、黏土巖和煤層(1 號、3 號、5 號煤)組成。山西組最下部的厚層狀中粗粒長石石英砂巖(K3)是山西組和太原組界線的關(guān)鍵標(biāo)志。

圖2 準(zhǔn)格爾煤田含煤地層綜合柱狀圖及6 號煤采樣柱狀圖Fig.2 Coal-bearing strata column of Jungar coalfield and sampling histogram for coal No.6

2 樣品采集與測試方法

采用連續(xù)刻槽法在黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦太原組的6 號煤層剖面上采取煤樣及夾矸樣品,共64 件,其中黑岱溝6 號煤樣14 件,夾矸樣品17 件；哈爾烏素6 號煤樣17 件,夾矸樣品16 件(圖2)。選取部分塊狀煤樣和夾矸樣品制成巖石薄片,選取200 g 煤樣粉碎篩分,將粒徑為0.1 ～1 mm的煤樣制作成粉煤光片,觀察煤巖學(xué)特征。使用碳化鎢磨樣機(jī)將選取的煤和夾矸樣品粉碎成200 目的粉末進(jìn)行礦物學(xué)和地球化學(xué)分析。

采用《GB/T 212—2008 煤的工業(yè)分析方法》對煤進(jìn)行工業(yè)分析。對煤樣中的全硫含量按《GB/T 214—2007 煤中全硫的測定方法》 測定。根據(jù)《GB/T 14506.28—2010 硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法》采用X 射線熒光光譜儀(XRF)測試各樣品的常量元素。煤樣工業(yè)分析結(jié)果見表1。

表1 煤樣工業(yè)分析和煤灰中礦物組成及相對含量Tab.1 Proximate analysis and mineral composition of the samples %

將粉碎后的煤樣采用低溫灰化儀進(jìn)行處理。使用中國礦業(yè)大學(xué)(北京)的D/max-2500PC 全自動粉末X 射線衍射儀對煤樣、夾矸和低溫灰的礦物成分進(jìn)行分析。測試條件為:掃描范圍2.5° ～70°,掃描速度4°/min,信息采集步寬0.02°,電壓40 kV,電流150 mA。使用RockQuan 軟件對所測得的XRD圖譜進(jìn)行全巖礦物成分定量分析。

使用光學(xué)顯微鏡和帶能譜儀的掃描電鏡(SEMEDX)對煤及夾矸中的顯微組分及礦物成分進(jìn)行定性分析和形貌、賦存狀態(tài)觀察。掃描電鏡分析在北京理化測試中心完成,儀器為日本HITACHI 公司的S-4800 冷場發(fā)射掃描電鏡及德國蔡司公司的SUPRA 55 SAPPHIRE 熱場發(fā)射掃描電子顯微鏡。

3 結(jié)果與討論

3.1 煤質(zhì)與煤巖特征

3.1.1 煤質(zhì)特征

黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦煤樣灰分平均值分別為12.65%和19.28%,揮發(fā)分平均值分別為33.89%和35.38%,全硫含量在0.24% ～0.44% 之間。依據(jù)《GB/T 15224.1—2018 煤炭質(zhì)量分級 第1 部分:灰分》,可將準(zhǔn)格爾煤田6 號煤歸為中低灰、中高揮發(fā)分、特低-低硫煤。

3.1.2 煤巖特征

黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦6 號煤的顯微組分中惰質(zhì)組平均含量為59% ,鏡質(zhì)組28% ,殼質(zhì)組13% 。

惰質(zhì)組含量較高,反映研究區(qū)煤層形成時地表水供給充分[11],提供了充分的氧,在這種氧化環(huán)境下絲炭化作用較強(qiáng)。

惰質(zhì)組主要為碎屑惰質(zhì)體和半絲質(zhì)體,其次為絲質(zhì)體、粗粒體及菌類體等。半絲質(zhì)體有時顯示出保存相對完好的細(xì)胞結(jié)構(gòu),有時以降解形式出現(xiàn)[圖3(a)(b)],這表明其處于降解過程中,可能降解為粗粒體。此外,可見勃姆石充填在半絲質(zhì)體細(xì)胞中。絲質(zhì)體具有保存較好的細(xì)胞結(jié)構(gòu),細(xì)胞腔一般中空或被礦物、有機(jī)質(zhì)充填[圖3(c)],由樹木的氧化形成。粗粒體常呈無定形形態(tài)[圖3(d)],可能是由絮凝的腐殖質(zhì)基質(zhì)形成。菌類體表現(xiàn)為圓形或橢圓形,多呈堆積出現(xiàn)[圖3(e)(f)],可能是由真菌體或高等植物的分泌物所形成。

鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體和結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主,見少量均質(zhì)鏡質(zhì)體和團(tuán)塊鏡質(zhì)體。其中,結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整,胞腔多呈橢圓形[圖3(g)],為成煤植物經(jīng)腐殖化作用和凝膠化作用的結(jié)果[12]?；|(zhì)鏡質(zhì)體沒有固定形態(tài),常與石英、黏土礦物膠結(jié)在一起產(chǎn)出[圖3(h)]。均質(zhì)鏡質(zhì)體均一、純凈,呈條帶狀或透鏡狀,發(fā)育內(nèi)生裂隙[圖3(i)]。團(tuán)塊鏡質(zhì)體為圓形或橢圓形且輪廓清晰的均質(zhì)塊體[圖3(j)]。

殼質(zhì)組以孢子體為主,孢子體主要是成煤植物的繁殖器官,可分為大孢子體和小孢子體。小孢子體長度一般小于100 μm,常表現(xiàn)為分散狀個體[圖3(k)],偶爾可見小孢子體堆或囊堆；大孢子體長度普遍超過100 μm,多為封閉的扁環(huán)狀,可見褶皺狀,轉(zhuǎn)折處呈鈍圓形[圖3(l)]。

圖3 研究區(qū)煤巖組分特征Fig.3 Characteristics of coal macerals in the study area

3.2 煤和夾矸中礦物組成及特征

3.2.1 煤中無機(jī)礦物組成及特征

原煤及低溫灰化樣品XRD 分析結(jié)果(圖4)表明,研究區(qū)6 號煤中無機(jī)礦物主要為高嶺石和勃姆石,部分樣品有少量的石英、方解石、菱鐵礦、黃鐵礦、硬石膏、銳鈦礦和磷鍶鋁礬等(表1)。

圖4 黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦原煤及低溫灰化樣品的典型XRD 圖譜Fig.4 Typical XRD patterns of raw coal and low temperature ashing samples from Heidaigou and Harwusu open-pit Mine

煤中礦物含量垂向分布如圖5 所示?？梢钥闯?黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦6 號煤層煤灰中主要礦物高嶺石和勃姆石在垂向上具有大致相同的變化趨勢,即2 個礦區(qū)的上部和下部煤灰中高嶺石含量相對較高,而中部則相對富集勃姆石。在透射偏光顯微鏡下可以發(fā)現(xiàn),煤中高嶺石主要為晶粒結(jié)構(gòu)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖6)。隱晶質(zhì)高嶺石多呈不規(guī)則團(tuán)塊狀集合體,填充在結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體或絲質(zhì)體的胞腔中[圖6 (a)(b) ]。煤中勃姆石主要呈隱晶質(zhì)團(tuán)塊狀[圖6(c)(d)],分散在基質(zhì)鏡質(zhì)體中及部分絲質(zhì)體、半絲質(zhì)體胞腔中。這些團(tuán)塊顯示出不同的形狀和尺寸,團(tuán)塊直徑從幾微米到幾百微米不等,單偏光鏡下呈黃褐色。

圖5 準(zhǔn)格爾煤田6 號煤層煤灰中礦物成分相對含量垂向變化Fig.5 Variations of mineral composition in coal No.6 of Jungar coalfield

圖6 煤中無機(jī)礦物偏光顯微鏡照片F(xiàn)ig.6 Polarizing microscope photos of inorganic minerals in coal

3.2.2 煤層夾矸中礦物組成及特征

通過顯微鏡觀察可以發(fā)現(xiàn),煤層夾矸中高嶺石多以隱晶質(zhì)基質(zhì)形式存在[圖7(a)]。此類型高嶺石有序度較高,可能由硅鋁膠體直接沉淀結(jié)晶形成,也可能由陸源搬運來的細(xì)粒黏土碎屑在酸性沼澤環(huán)境下沉積形成[13]。此外,部分夾矸樣品中可見大量晶粒高嶺石,具有長石或云母假象,晶粒多呈板狀或蠕蟲狀[圖7(b)(c)],有序度一般,是由火山灰中長石和云母在聚煤環(huán)境中蝕變形成,這與最近在土耳其通塞比利克盆地褐煤夾矸中發(fā)現(xiàn)的晶粒高嶺石具有相同成因[14]。在煤層夾矸中,勃姆石有2 種存在形式:一種為團(tuán)塊狀集合體[圖7(d)],團(tuán)塊呈不規(guī)則橢圓形,大致定向排列,顯示出壓實作用現(xiàn)象；另一種與晶粒狀高嶺石共生,呈現(xiàn)斑塊狀或條紋狀,與高嶺石紋層互生[圖7 (c)(e)(f)]。前者可能是富鋁膠體原始沉積而成,團(tuán)塊為原始沉積的富鋁膠體絮團(tuán),在上覆沉積物的壓實作用下經(jīng)脫水作用形成,因此表現(xiàn)為近于定向排列的橢圓狀。后者則是在成巖環(huán)境中由高嶺石脫硅蝕變形成。

圖7 研究區(qū)夾矸樣品的偏光顯微鏡照片F(xiàn)ig.7 Polarizing microscope photos of partings in the study area

3.3 煤的常量元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)6 號煤中Al2O3含量在2.63% ～19.26% ,而黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦6 號煤層中Al2O3的平均含量分別為9.30% 和8.47% ,高于中國煤中Al2O3均值(5.98% )(表2和表3)。煤灰樣品中Al2O3含量在30.94% ～93.24% (無水基), 大多數(shù)樣品 Al2O3含量在40% ～80% 之間。

研究區(qū)6 號煤中SiO2含量在0.06% ～21.10% ,黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦6 號煤層中的平均含量分別為4.48% 和4.06% ,低于中國煤中SiO2均值(8.47% )(表2 和表3)。煤中Na2O、MgO、K2O,CaO、MnO、Fe2O3和P2O5的含量均小于中國煤均值[15],僅TiO2含量高于均值,這是由于樣品中普遍存在銳鈦礦所致(表3)。

表2 研究區(qū)6 號煤煤樣的常量元素含量Tab.2 Major element composition of samples from coal No.6 in the study area

表3 研究區(qū)煤中常量元素權(quán)衡均值及富集系數(shù)Tab.3 Average value and enrichment coefficient of elements of coal No.6 in the study area

研究區(qū)6 號煤層煤灰樣品的礦物分析表明,灰分中不含或僅含微量石英,說明煤中Si 主要富集在黏土礦物中。樣品中除了高嶺石和勃姆石外,幾乎不存在其他含鋁礦物,這表明高嶺石和勃姆石是Al 的載體。

常量元素垂向分布圖(圖8)表明,研究區(qū)6 號煤中SiO2/Al2O3比值較低,均值約為0.74,小于中國煤均值(1.42)[15]。高嶺石理論化學(xué)組成中,SiO2/Al2O3的質(zhì)量比為1.18,若低于此值,說明存在富鋁礦物；若高于此值,說明存在石英或其他富硅礦物。從圖8 可以發(fā)現(xiàn),黑岱溝和哈爾烏素露天礦6 號煤層中部煤樣的SiO2/Al2O3比值分別在0.01 ～0.5 和0.02 ～1.03之間,遠(yuǎn)低于中國煤均值,說明煤層中部含有大量的勃姆石,這正是準(zhǔn)格爾煤田煤高鋁的原因。而夾矸中SiO2/Al2O3比值則比煤的比值要高(表4 和圖8),一般在0.4 ～1.15 之間,絕大多數(shù)在1.1 左右,說明夾矸中勃姆石的相對含量沒有煤中高,勃姆石更傾向富集于煤中。由此可見,研究區(qū)6 號煤層的煤及夾矸中無機(jī)礦物賦存規(guī)律存在明顯差異,勃姆石傾向于煤中富集,特別是在煤層中部富集,而高嶺石傾向于在夾矸中富集。

圖8 研究區(qū)煤及夾矸中常量元素含量垂向分布Fig.8 Variations of major elements of coal No.6 in the study area

表4 研究區(qū)6 號煤夾矸樣品的常量元素含量Tab.4 Major element composition of parting samples in coal No.6 in the study area

3.4 高鋁煤成因分析

已有研究表明[11],準(zhǔn)格爾煤田泥炭聚積期間有豐富的水源供給,潛水位較高,陸源養(yǎng)分供給充分。根據(jù)林萬智等[16]對石炭系古地磁研究,準(zhǔn)格爾煤田晚石炭世的古緯度應(yīng)在14°左右,距離赤道較近,氣候濕熱。程東等[17-18]利用哈爾烏素煤層夾矸中高嶺石的氫氧同位素計算表明,哈爾烏素6號煤層形成時期古溫度為26.7 ～34 ℃,這種炎熱濕潤的環(huán)境有利于成煤植物大量的生長和繁殖。

準(zhǔn)格爾煤田屬于華北賦煤構(gòu)造區(qū)鄂爾多斯盆地北部賦煤構(gòu)造帶內(nèi)的三級賦煤構(gòu)造單元[19]。加里東運動以后,由于晚石炭世發(fā)生緩慢的地殼升降運動,造成區(qū)域內(nèi)海水時進(jìn)時退的現(xiàn)象,最終形成海陸交互相的沉積[8,20]。太原組沉積早期,河流由北向南進(jìn)入沉積區(qū),攜帶的碎屑物質(zhì)沿山前附近堆積,形成面積較大的沖積扇體,兩側(cè)為泛濫盆地亞環(huán)境,河流入海時所夾帶的泥沙沉積后形成三角洲環(huán)境,因此泥炭沼澤廣泛發(fā)育[3]。泥炭沼澤發(fā)育的最佳部位為三角洲平原及三角洲前緣的分流間灣。準(zhǔn)格爾煤田位于陰山古陸南緣,處于陰山古陸隆起與華北大型聚煤凹陷之間過渡地帶,位于最佳的盆山耦合部位,持續(xù)的沉降與泥炭堆積之間的長期平衡導(dǎo)致該地區(qū)聚積了巨厚的泥炭層,由此形成了全區(qū)廣泛分布的6 號煤層。

煤中灰分是煤中的無機(jī)礦物質(zhì)。前述研究表明,該區(qū)太原組6 號煤層中的主要無機(jī)礦物為勃姆石和高嶺石,特別在煤層的中部,勃姆石的相對含量大于高嶺石,最高可達(dá)無機(jī)礦物總量的90% 以上。勃姆石中Al2O3含量的理論值為85% ,高嶺石為39.5% ,在組成地殼的礦物中為高鋁及富鋁礦物,這是導(dǎo)致研究區(qū)煤中鋁含量高的直接因素。

煤中無機(jī)礦物的來源一般有以下幾種:

(1) 陸源輸入:由河流將陸源礦物(主要是黏土礦物)帶入泥炭沼澤中形成。

(2) 自生礦物:在泥炭沼澤堆積或成煤過程中由溶液或膠體溶液中結(jié)晶形成。

(3) 空降火山灰:火山噴發(fā)出的火山灰,經(jīng)空氣搬運一定距離后,降落至泥炭沼澤中形成。

(4) 熱液礦物:煤層形成以后,各種地質(zhì)作用中巖漿熱液或熱水溶液沿裂隙或孔隙進(jìn)入煤層,礦物從巖漿熱液或熱水溶液中結(jié)晶形成。

成巖過程中這些礦物會隨著成巖溫度和壓力的變化發(fā)生轉(zhuǎn)變。例如,在無煙煤階段會發(fā)生高嶺石向伊利石或銨伊利石的轉(zhuǎn)變。

準(zhǔn)格爾煤田太原組6 號煤層及夾矸中勃姆石的超常富集是一個很特殊的現(xiàn)象[21],值得予以特別關(guān)注。早在1997年,劉欽甫和張鵬飛[22]就報道了該區(qū)黑岱溝露天礦6 號煤層中勃姆石含量高達(dá)65% ～85% 的煤層夾矸,并稱之為勃姆石巖,其結(jié)構(gòu)為隱晶質(zhì),被認(rèn)為是原生沉積成因；同時還發(fā)現(xiàn)勃姆石交代蠕蟲狀高嶺石現(xiàn)象,認(rèn)為是成巖階段由高嶺石脫硅作用形成。代世峰等[23]認(rèn)為,該區(qū)6號煤層中的勃姆石成礦母巖為準(zhǔn)格爾盆地北偏東方向本溪組風(fēng)化殼鋁土礦,三水鋁石以膠體溶液的形式從鋁土礦中被短距離帶入泥炭沼澤中,在泥炭聚積階段和成巖作用早期經(jīng)壓實作用脫水凝聚,從而形成勃姆石。

隱晶質(zhì)的勃姆石,不管是在煤層中還是在夾矸中,其形態(tài)大部分為規(guī)則或不規(guī)則橢球狀及斑塊狀,顯示壓實扁平的痕跡[圖7(d)],其結(jié)構(gòu)和產(chǎn)出狀態(tài)顯示,此種勃姆石應(yīng)該是由富鋁膠體凝聚沉積形成的。目前對鋁膠體的來源有不同的看法,一種認(rèn)為來自盆地東北部隆起部位本溪組風(fēng)化殼鋁土礦[23],另一種認(rèn)為由陸源搬運而來[18,22]。氧化鋁作為膠體粒子,在pH 值5 ～8 的地表水環(huán)境中的溶解度幾乎為零,二氧化硅則以硅酸的形式在水中有一定的溶解度[24]。而在pH 值為4 或10 的水體中,氧化鋁膠體的溶解度則急劇升高[24]。由于泥炭沼澤環(huán)境中的pH 值最低可達(dá)4[25-26],現(xiàn)代泥炭沼澤pH 值一般在5 左右[27],也就是說,在原始的pH 值4 ～5 的泥炭沼澤水體中氧化鋁的溶解度較高,可以把泥炭沼澤中的鋁硅酸鹽礦物(如長石)溶解。這些氧化鋁膠體溶液被沼澤水搬運到其他pH 值較高的地方,就會凝聚沉淀下來形成絮團(tuán),而后在成巖壓實作用過程中形成扁平橢球結(jié)構(gòu)的團(tuán)塊。在偏光顯微鏡下,勃姆石以似砂巖膠結(jié)物形式充填在砂屑高嶺巖顆粒之間的孔隙中(圖9),高嶺石砂屑顆粒是先前形成的隱晶質(zhì)高嶺石在流水作用下被侵蝕再沉積形成的。勃姆石的此種產(chǎn)出狀態(tài)是比較可靠的原生膠體成因證據(jù)。

圖9 砂屑高嶺巖偏光顯微鏡照片F(xiàn)ig.9 Polarizing microscope photos of sand-debris kaolinite rock

夾矸中呈紋層狀或斑塊狀與蠕蟲狀或板狀高嶺石晶體共生的勃姆石,則可能是在成巖過程中高嶺石經(jīng)脫硅蝕變作用形成的。在地表與風(fēng)化煤共生的軟質(zhì)高嶺土中,經(jīng)常發(fā)現(xiàn)勃姆石的含量較高,如平朔露天礦太原組4 煤風(fēng)化形成的木節(jié)土中和內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾黑岱溝露天礦太原組6 煤地表風(fēng)化形成的木節(jié)土中,均見有含量高達(dá)10% 的勃姆石[20,22,28]。

煤或夾矸中高嶺石的成因有3 種:①膠體成因,如一些細(xì)胞中充填的隱晶質(zhì)高嶺石[圖6(b)]；②陸源搬運成因,常呈隱晶質(zhì)不規(guī)則片狀(圖10)；③火山灰蝕變成因,常呈現(xiàn)黑云母和長石假象[圖7(b)(c)(e)(f)]。

圖10 夾矸樣品掃描電鏡照片（HW-06P）Fig.10 SEM images of parting sample （HW-06P）

4 結(jié) 論

本文采用連續(xù)刻槽法在黑岱溝露天礦和哈爾烏素露天礦的6 號煤層剖面采集煤樣和矸石樣共64 件。通過偏光顯微鏡、掃描電鏡對煤樣和矸石樣的顯微組分進(jìn)行鑒定,利用XRD 對其礦物成分進(jìn)行分析和定量,通過XRF 對煤樣和矸石樣中常量元素的含量進(jìn)行分析,得到如下結(jié)論:

(1) 準(zhǔn)格爾煤田太原組6 號煤層中鋁含量高的原因是煤及夾矸中主要礦物為勃姆石和高嶺石。這兩種礦物的賦存規(guī)律存在明顯差異,前者傾向于煤中富集,特別是中部煤中富集,后者傾向于夾矸中富集。

(2) 研究區(qū)6 號煤層中勃姆石存在超常富集現(xiàn)象,相對含量占無機(jī)礦物的60% ～90% 。其產(chǎn)出狀態(tài)有兩種:一種為隱晶質(zhì)團(tuán)塊狀,為原生膠體沉積成因,是由酸性較強(qiáng)(pH 值約為4)的泥炭沼澤水溶解盆內(nèi)鋁硅酸鹽礦物所形成的氧化鋁膠體溶液遷移到pH 值較高(大于5)環(huán)境絮凝而成；另一種為紋層狀或斑塊狀與蠕蟲狀和晶粒狀高嶺石共生,為高嶺石成巖或表生過程脫硅作用形成。

(3) 煤及夾矸中的高嶺石有三種成因:膠體成因、陸源搬運成因和火山灰蝕變成因。

(4) 聚煤期炎熱潮濕的氣候條件和泥炭沼澤盆地酸性環(huán)境條件提供了適合高嶺石和勃姆石形成和保存的場所。