大柳塔井田侏羅系延安組煤層地球化學(xué)特征及地質(zhì)意義

中圖分類號：P595；P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-6883（2025）03-0051-12

DOI：10.19986/j.cnki.1007-6883.2025.03.007

煤層地球化學(xué)特征對煤田地質(zhì)勘探、成煤環(huán)境恢復(fù)、聚煤規(guī)律研究等具有重要的意義：通常古氣候變化控制著古植物生長能力，沉積環(huán)境和古構(gòu)造背景控制著古植物堆積、含煤地層發(fā)育等．通過煤層地球化學(xué)特征分析和示蹤可揭示物源、構(gòu)造背景和成煤環(huán)境．前人曾對鄂爾多斯盆地含煤地層的沉積學(xué)做了大量研究，認(rèn)為延安組是在印支運(yùn)動后在侏羅紀(jì)早期的剝蝕夷平面上沉積的一套含煤地層[1]；延安期沉積環(huán)境演化從早到晚由河流沉積環(huán)境逐漸發(fā)展到湖灣或湖泊三角洲沉積環(huán)境，最后又轉(zhuǎn)變成河流沉積環(huán)境[2-3]；盆地北部延安組沉積巖物源來自長英質(zhì)巖石，源區(qū)大地構(gòu)造背景主要是活動大陸邊緣[4-5]；延安期古氣候?yàn)闇嘏睗裥?，古水體為微咸水和分層不強(qiáng)的相對滯留的水體環(huán)境，煤系地層主要形成于湖泊三角洲沉積體系，為有利于煤炭的聚集和演化[6-7]．但前人的研究主要側(cè)重于鄂爾多斯盆地構(gòu)造演化、層序地層以及沉積微相等宏觀分析，對延安組煤巖地球化學(xué)特征和古環(huán)境關(guān)系等研究較為薄弱，尤其缺少定量化的地球化學(xué)指標(biāo)支持．在煤礦開采掘進(jìn)中，煤層時(shí)空變化特征的穩(wěn)定性和規(guī)律性一直是地質(zhì)工作者關(guān)注的首要因素，迫切需要對煤系地層的古地理環(huán)境開展地質(zhì)學(xué)理論研究.

煤是由植物遺體經(jīng)過復(fù)雜的地質(zhì)作用轉(zhuǎn)變而成的一種固體可燃有機(jī)巖石，其成煤植物類型和成煤環(huán)境決定了煤層的類型、煤質(zhì)特征以及空間展布規(guī)律以及保存特征．自泥盆紀(jì)維管植物登陸之后，成煤泥炭沼澤環(huán)境被認(rèn)為是自然生態(tài)系統(tǒng)和碳循環(huán)相互依存的系統(tǒng)空間．因此，煤層是地質(zhì)歷史時(shí)期古生態(tài)和古氣候環(huán)境信息的重要載體：泥炭的形成與古環(huán)境的變化信息直接記錄在煤層中，具體體現(xiàn)在成煤植物生長、堆積、沉積埋藏和成巖作用等各個(gè)階段，如煤中有機(jī)碳循環(huán)變化可鑒別古植被的類型、規(guī)模和發(fā)展變化特征，煤層的間隔距離與缺失、分叉反映重大的突發(fā)地質(zhì)事件，古生物化石是判定有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來源的直接證據(jù)，煤中微量元素的富集及虧損是環(huán)境變化的間接標(biāo)志.

煤化學(xué)元素和煤灰組分分析是煤田勘探的基礎(chǔ)工作，也是煤層儲量計(jì)算與判斷煤炭用途、開采前景的主要依據(jù)．目前，在煤中已查明有80多種元素，但以碳、氫、氧、氮、硫元素為主，其他元素多為伴生元素或微量元素[8]煤巖地球化學(xué)特征的研究發(fā)現(xiàn)某些伴生元素有其獨(dú)特的地球化學(xué)性質(zhì)，形成于不同的沉積環(huán)境中，可以作為沉積環(huán)境分析的指標(biāo)，被稱為指相元素．指相元素的豐度和組合對分析聚煤時(shí)期的大地構(gòu)造背景和成煤沉積環(huán)境的恢復(fù)，具有重要的參考價(jià)值.

大柳塔井田歷年勘探中積累了大量的侏羅系延安組煤田鉆探、煤質(zhì)分析、地球化學(xué)元素測試等資料，為煤系地層沉積環(huán)境的研究和恢復(fù)提供了基礎(chǔ)條件．本文通過對大柳塔井田延安組探煤孔煤心的煤層、煤質(zhì)常量元素分析等原始資料的梳理與研究，對聚煤期的古地理環(huán)境進(jìn)行深人研究，揭示煤層形成時(shí)大地構(gòu)造背景、古水體鹽度、古氧相、古水深以及古氣候特征等，探討延安組沉積環(huán)境和聚煤規(guī)律，為預(yù)測煤層的空間展布特征，劃分優(yōu)質(zhì)采煤區(qū)域，煤礦的工作面布署和開發(fā)利用等提供理論依據(jù).

1地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是中-新生代發(fā)育的一個(gè)內(nèi)陸坳陷型盆地，形成于中生代的印支運(yùn)動和燕山運(yùn)動，它北起陰山、南到秦嶺、東自呂梁山、西至賀蘭山一六盤山一線，總面積為 37×10⁴km² ，是中國第二大沉積盆地．鄂爾多斯盆地是中國北方重要的能源聚集盆地，盆地內(nèi)煤炭、油氣、鈾礦等資源儲藏豐富，下侏羅統(tǒng)延安組是盆地內(nèi)主要含煤地層[8].

大柳塔井田位于鄂爾多斯盆地東北部，構(gòu)造位置處于伊陜斜坡東北部，其北部為伊盟隆起，東部為晉西擾褶帶（圖1）．大柳塔井田是鄂爾多斯盆地的一座特大型現(xiàn)代化礦井，井田東西長 10.5～13.9 km ，南北寬 9.1～10.5km ，總面積為 126.18km² ，建礦以來累計(jì)為國家提供了 5.7×10⁸ t優(yōu)質(zhì)動力煤，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn).

根據(jù)前人的研究[9]，區(qū)內(nèi)盆地沉積演化劃分為3個(gè)階段：

第1階段：晚三疊世延長期，為半濕潤河湖相沉積階段．早三疊世，由于印支運(yùn)動，基底穩(wěn)定下沉，鄂爾多斯盆地開始發(fā)育，為干旱炎熱型氣候、植被不發(fā)育的河湖相沉積環(huán)境；晚三疊世為半濕熱型氣候，但植物生長不穩(wěn)定，主要為河湖相沉積環(huán)境，巖性為灰綠色泥巖，局部夾煤層；在三疊紀(jì)末期，由于晚印支運(yùn)動，使盆地整體抬升，延長組頂遭受風(fēng)化剝蝕，造成部分地層缺失.

第2階段：早侏羅世富縣—延安期，為溫暖潮濕型湖泊三角洲平原沉積階段．早侏羅世，盆地再度下沉，為半濕潤型氣候，但持續(xù)時(shí)間較短，沉積了一套陸相碎屑沉積物；中侏羅世，盆地處于溫暖潮濕的亞熱帶氣候環(huán)境，植被發(fā)育，接受了湖泊三角洲平原沉積，形成延安組砂質(zhì)含煤地層建造，物源主要來自于東北部的伊蒙隆起等；延安期末的燕山運(yùn)動，使盆地再次上升造成侵蝕，延安組含煤地層遭受到不同程度的河流沖刷和新生代剝蝕，延安組上部缺失了部分地層，

第3階段：中侏羅世直羅期，為干旱型河流相沉積階段，中侏羅世盆地開始第三次下沉，沉積了干旱氣候、富氧條件下的直羅組大套紅色河流相砂巖，之后盆地又再度上升[9].

根據(jù)鉆孔揭露，大柳塔井田地層由老至新依次為三疊系延長組（ （T₃） ）、侏羅系中下統(tǒng)富縣組（J_νf） 、延安組 （J_1-2γ） 、侏羅系中統(tǒng)直羅組（ ΔJ₂z ）和第四系（Q）（圖2）.

延安組煤系地層連續(xù)沉積于富縣組之上，其上覆直羅組因河流沖刷和新生代剝蝕，發(fā)育不完整，出現(xiàn)地層缺失．延安組巖性主要為砂巖，次為粉砂巖、泥巖、煤層等，含少量炭質(zhì)泥巖等．延安組共發(fā)育5個(gè)煤組、10個(gè)煤層，其中1-2、2-2及5-2煤層為井田主要可采煤層，4-2、4-3為局部可采煤層.各煤組中的主要煤層大多分布在上部巖層中，其中1#煤組在井田內(nèi)大多保留不全.

2樣品采集與分析

煤心樣品是評價(jià)煤質(zhì)和研究煤層地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)．本次研究的樣品采自井田內(nèi)的31口鉆孔，共取得135件樣品．采樣挑選出新鮮、未風(fēng)化、未污染、未磨燒的煤巖樣品，送至陜西省煤田地質(zhì)化驗(yàn)測試有限公司進(jìn)行測試，測試前對樣品進(jìn)行清洗、烘干、研磨等，依據(jù)“GB/T1574—2007煤灰成分分析方法”的硅鉬蘭分光光度法測試二氧化硅，使用庫侖滴定法測試三氧化硫、氧化鎂、氧化鈣、二氧化鈦、氧化錳、三氧化二鋁、氧化鈉、三氧化二鐵、氧化鉀，測試儀器為可見分光光度計(jì)（722N），分析誤差小于 5% ，煤質(zhì)測試成果可靠.

3延安組煤層煤巖特征

3.1顯微煤巖特征

煤樣有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組（均值為 45.72% ）、惰質(zhì)組（均值為 45.40% ）為主，含少量半鏡質(zhì)組（均值為 3.35% 、殼質(zhì)組（均值為 2.27% 0；無機(jī)顯微組分主要為黏土類（均值為 1.15% ）、碳酸鹽巖（均值為 1.2% ）、硫化物（均值為 0.33% ）等（表1）.

3.2 煤樣分析

3.2.1 元素分析

煤主要由C、H、N、O等元素組成，煤樣碳（ ）均值為 80.85% 、氫 ?H_daf） ）均值為 4.34% 、氮（N_daf） ）均值為 1.08% 、氧（ O_daf ）均值為 12.91% （表2）.

3.2.2 全硫分析

煤樣全硫 均值為 0.45% ，為特低硫煤．硫元素主要為硫化物硫、有機(jī)硫，含少量硫酸鹽硫（表3）．通常認(rèn)為煤中硫與沉積環(huán)境相關(guān)，陸相沉積的煤含硫量較低，其硫化物主要是黃鐵礦，是缺氧沉積環(huán)境的產(chǎn)物；而有機(jī)硫主要來自成煤植物中的蛋白質(zhì).

3.2.3 常量元素

根據(jù)煤樣的測試分析數(shù)據(jù)，煤灰成分主要為 SiO₂ （均值為 49.63% ），其次為CaO（均值為14.46% ）、 Al₂O₃ （均值為 14.01% ）、 Fe₂O₃ （均值為 9.15% ）、 SO₃ （均值為 6.13% ），含有少量的 MgO （均值為 1.04% ）、 TiO₂ （均值為 0.87% ）等（表4）．利用常量元素豐度和比值可判別煤炭形成的地質(zhì)條件，協(xié)助恢復(fù)成煤環(huán)境和條件.

w/%

4成煤環(huán)境的辨識

煤主要是由植物遺體堆積埋藏后經(jīng)成煤作用轉(zhuǎn)變而成，在還原環(huán)境下可以保留原始物源和化石信息，根據(jù)煤中元素豐度和比值等，可進(jìn)行物源追蹤和古氣候、古地理、古環(huán)境的恢復(fù)[10].

4.1 源區(qū)構(gòu)造背景

大地構(gòu)造控制沉積盆地的物源區(qū)分布和沉積物中地球化學(xué)特征，不同的構(gòu)造背景下形成的碎屑巖化學(xué)成分具有不同的特征，因此可利用沉積巖的常量元素恢復(fù)物源區(qū)的構(gòu)造背景．在板塊構(gòu)造環(huán)境從大洋島弧向大陸島弧、活動陸緣到被動陸緣的變化過程中， Fe₂O₃+MgO 、 Al₂O₃/SiO₂ 值減小，而 K₂O/ Na₂O 值增大[11]， K₂O/Na₂O-SiO₂ 和 SiO₂/Al₂O₃-K₂O/Na₂O 圖版是判別沉積物源區(qū)構(gòu)造背景有效指標(biāo)[1].根據(jù) K₂O/Na₂O-SiO₂ 和 SiO₂/Al₂O₃-K₂O/Na₂O 圖解判別，研究區(qū)延安組煤樣主要與活動大陸邊緣環(huán)境有關(guān)，少數(shù)與大陸島弧環(huán)境有關(guān)（圖3）．這與前人使用泥巖稀土元素特征及其分布模式圖相驗(yàn)證，判別盆地北部物源區(qū)構(gòu)造背景主要為活動大陸邊緣也和大陸島弧背境相關(guān)的結(jié)論吻合[1，].

4.2 物源分析與沉積再循環(huán)

巖石中Si、Al和Ti等元素與陸源碎屑的輸入有關(guān)，而Fe、 Mn 等元素則是熱液參與的指示.

4.2.1 Al₂O₃/TiO₂ 值

利用 Al₂O₃/TiO₂ 值可判別物源的母巖類型：中性巖（鎂鐵質(zhì)巖）、基性巖（長英質(zhì)巖）等[12]．延安組煤樣 Al₂O₃/TiO₂ 值為 13.48～18.02 ，平均為16.12，且分布較為穩(wěn)定（表5、圖4），說明延安組煤層礦物的母巖類型傾向于鎂鐵質(zhì)巖石（ SiO₂ 含量為 52%～65% ），成分較為穩(wěn)定，具有貧 SiO₂ 、 K₂O 、 Na₂O 富 MgO 、 Fe₂O₃ 的特征.

由 Al₂O₃/TiO₂ 確定的煤層礦物的物源特征表現(xiàn)較為集中，主要來自活動大陸邊緣環(huán)境，以鎂鐵質(zhì)巖石為主．在上三疊統(tǒng)延安組地層沉積時(shí)期，由于印支-燕山期構(gòu)造運(yùn)動，伊蒙隆起抬升，井田地形北高南低，井田北部存在火山巖侵入?yún)^(qū)，認(rèn)為鄂爾多斯盆地東北部物源區(qū)為北部的伊盟古隆起[13].

4.2.2成分變異指數(shù)（ICV）

張?zhí)旄５热说难芯孔C實(shí)[14]，經(jīng)過搬遷和再循環(huán)沉積作用，碎屑巖成分會發(fā)生改變，利用成分變異指數(shù)（ICV）可進(jìn)行碎屑巖的再沉積作用的判別，檢驗(yàn)是否為再循環(huán)沉積物，其定義為

ICV=（Fe₂O₃+K₂O+Na₂O+CaO+MgO+MnO+TIO₂）/Al₂O₃

當(dāng) ICVgt;1 時(shí)，說明碎屑顆粒的搬運(yùn)距離較短，黏土礦物含量少，為首次沉積[14]．煤樣的ICV值

為1.92， ICVgt;1 ，指示其基本為活動構(gòu)造帶的首次沉積，在沉積過程中未經(jīng)歷沉積物的物質(zhì)循環(huán)過程，能夠較好地指示源巖組分.

4.2.3 沉積特征

上地殼的成分主要為 SiO₂ 7 Al₂O₃ 等氧化物， SiO₂/Al₂O₃ 值通常為3.6，正常沉積物的 SiO₂/Al₂O₃ 接近3.6，大于3.6則多是由于生物或熱水作用的沉積．煤樣 SiO₂/Al₂O₃=2.88～4.06 ，平均為3.54，指示煤中礦物主要來自上地殼巖石，屬于水體的正常沉積物.

正常沉積形成沉積物， ，小于0.4則為有熱液參與的沉積（表5）．煤樣Al/（Al+Fe+Mn） 為 0.41～0.74 ，平均值大于0.6，推測其為無熱液參與的正常沉積；與前人關(guān)于研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單、無巖漿巖侵入的地質(zhì)結(jié)論相吻合.

4.3 碳氮比 （C/N）

碳氮比（C/N）是指有機(jī)物中碳和氮的比值，C/N值與氣候變化、植物門類等相關(guān)，通常在溫暖濕潤氣候條件下，植物C/N比高；寒冷干旱氣候條件下，植物的C/N比低；裸子植物的C/N值很高，均

值為 64.7% ；被子植物的C/N值較小，均值為 49.6% [16]

適當(dāng)?shù)奶嫉壤?，有助于植物的分解礦化和煤化作用．煤樣C/N比值為 74.97% ，H/C比值為0.05，具有C/N比值較高、H/C比值較低的特征，指示延安期古氣候?yàn)闇嘏瘽駶?，植物煤化條件良好.

4.4 古氣候演變

4.4.1 CIA

在濕熱地區(qū)，化學(xué)風(fēng)化作用占主導(dǎo)地位，化學(xué)風(fēng)化作用破壞了巖石的原有礦物，產(chǎn)生黏土礦物，隨著化學(xué)風(fēng)化的進(jìn)行，K、 ΔNa 、Ca等礦物風(fēng)化出來并隨水流失，Al、Si殘留原地，化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（CIA）可指示巖石向黏土礦物的轉(zhuǎn)化程度，表征物源區(qū)的氣候特征和化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度[17]：

CIA=[Al₂O₃/（Al₂O₃+CaO₂^*+Na₂O+K₂O）]×100，

式中： CaO₂ *表示硅酸鹽礦物中的CaO摩爾數(shù)．在CIA計(jì)算時(shí)，可采用 Na₂O 含量代替 CaO 含量，對過氧化鈣量進(jìn)行校正.

前人研究認(rèn)為當(dāng) CIA 為 60～85 時(shí)，指示物源區(qū)為溫暖、濕潤的古氣候條件，化學(xué)風(fēng)化程度中等.煤樣CIA為 80.21～86.48 ，平均值為82.08（表5），指示延安期為溫濕的古氣候特征，化學(xué)風(fēng)化作用中等.4.4.2 C 值

在化學(xué)風(fēng)化作用下，巖石中K、 Na 、 Ca 、 Mg 、Fe、 Mn 等組分按照溶解度先后流失，呈離子或膠體溶液搬運(yùn)入湖．在干旱氣候地區(qū)，湖水逐漸咸化過程中，溶解度較低K、 ΔNa 、Ca、 Mg 等鹽類容易沉積和富集；在潮濕氣候地區(qū)，因水量充足，帶入湖中的Fe、 Mn 等組分較多，受到黏土、有機(jī)質(zhì)的吸附、絡(luò)合作用而沉積和富集；因此，可用C值反演古氣候的變化[18]

C=（Fe+Mn+Cr+V+Co+Ni）/（Ca+Mg+Sr+Ba+K+Na），

當(dāng) Cgt;0.4 指示為半濕潤氣候， Clt;0.4 指示為半干旱氣候，煤樣 c 值為 0.37～0.87 ，均值為0.54（表5），指示延安期為半濕潤的古氣候特征.

4.4.3 CaO/（ MgO×Al₂O₃） 和 MgO/CaO

巖石中 Mg 、 Ca 、Al含量和比值可以用來重建古氣候，它們能夠反映氣溫和降水量的變化，通常CaO/（MgO×Al₂O₃）lt;0.6 和 Mg0/CaOgt;0.5 ，指示為干旱少雨的氣候特征； CaO/（MgO×Al₂O₃）gt;0.6 和MgO/CaOlt;0.5 ，指示為濕潤氣候特征、降雨量增加.

本研究的數(shù)據(jù)分析表明，煤層的 CaO/（MgO×Al₂O₃） 值為 0.45～2.02 ，平均為0.99， MgO/CaO 比值為 0.04～0.15 ，平均為0.07（表5）．由于各煤層 CaO/（MgO×Al₂O₃） 為較高值和 MgO/CaO 為低值，且變化范圍小，反映延安期處于潮濕、多雨的氣候環(huán)境[19].

4.5 古鹽度演化

巖石中 Mg 、Al、Fe等金屬元素具有指相意義，其中 Mg 為親水性元素，Al為親陸性元素， Mg/Al 比值是判別古鹽度的敏感性指標(biāo)，當(dāng) mlt;1 為淡水環(huán)境； 1

m=100×MgO/Al₂O₃

沉積物中 Ca 、 Fe²⁺ 等元素富集與水體的 pH 值和氧化還原條件有關(guān)．在干旱氣候條件下，水體中Ca、 Fe²⁺ 等因堿度增加而沉積，利用 Ca/Fe²⁺ 比值可推測古鹽度， nlt;0.4 指示淡水， 0.4

n=CaO/（CaO+Fe₂O₃），

研究區(qū)煤樣 m 值為 4.74～10.7 ，平均為7.41； n 值為 0.5～0.69 ，平均為0.61（表5），反映湖水蒸發(fā)較強(qiáng)烈，含鹽度較高，整體上屬半咸水環(huán)境.

自下而上（5#—1#）煤樣的 值有增加趨勢，指示5#一1#煤層沉積時(shí)水體古鹽度不斷增大，由于水體鹽度的高低與氣候變化關(guān)系密切，古鹽度反映了古氣候的變化．因此，5#—1#煤層沉積時(shí)水體古鹽度增加，證實(shí)延安期古氣候是由溫濕氣候不斷向半干旱氣候演變.

4.6 古氧相

4.6.1 鏡惰比 （V/I）

煤顯微組分鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組含量與泥炭沉積時(shí)的條件關(guān)系密切，可以很好地反映成煤泥炭沼澤的 覆水程度和古氧相．通常，V/I比值與沼澤覆水條件相關(guān)， V/Igt;1 ，指示為強(qiáng)覆水缺氧的滯水沼澤； V/Ilt;1 ，指示多氧少水弱覆水環(huán)境[21].

煤樣鏡惰比（V/I）相對較高，為 0.65～1.68 ，平均為1.06（表1），表示泥炭沼澤主要為強(qiáng)弱覆水交替的缺氧環(huán)境.

4.6.2 灰分指數(shù)（K）

煤層沉積與古地理環(huán)境關(guān)系密切，湖水的酸性氧化物（ SiO₂ 、 Al₂O₃ ）主要來源于陸源河流，堿性氧化物（ Fe₂O₃ 、CaO、 MgO ）主要來自陸源搬運(yùn)和湖泊內(nèi)生沉淀．低位沼澤的貧氧環(huán)境，有利于形成酸性氧化物；高位沼澤的缺氧環(huán)境，有利于形成堿性氧化物[22]．煤灰的酸堿度可用灰分指數(shù) （K） 表示，由下式計(jì)算

K=（SiO₂+Al₂O₃）/（Fe₂O₃+CaO+MgO），

K 均值為2.58（表5），表明煤層以酸性氧化物為主，成煤期整體為低位泥炭沼澤環(huán)境，還原性較強(qiáng)，為較有利的成煤環(huán)境.

5 延安組沉積環(huán)境

鄂爾多斯盆地是整體升降、坳陷遷移、構(gòu)造簡單的盆地，基底為太古宇及下元古界變質(zhì)巖系，自晚古生代以來進(jìn)入內(nèi)陸坳陷沉積盆地構(gòu)造演化階段，在盆地的沉降速率和物源的補(bǔ)給速率的基本平衡情況下，發(fā)育了巨厚的內(nèi)陸碎屑沉積，有機(jī)質(zhì)來源豐富，形成了多種能源礦產(chǎn)資源[23]．早三疊世-古近紀(jì)，鄂爾多斯盆地經(jīng)歷了湖泊發(fā)育、鼎盛再到后期關(guān)閉的湖泊演化過程；在中侏羅世，盆地為潮濕氣候區(qū)，水量充足，生物繁盛，沉積了一套從西向東逐漸變薄的含煤碎屑巖建造．鄂爾多斯東北部的大柳塔井田位于內(nèi)陸坳陷湖盆的邊緣，其沉積發(fā)育特征對湖平面變化響應(yīng)敏感，延安期經(jīng)歷了多次河流-三角洲-湖盆演化的沉積環(huán)境，在溫暖濕潤的氣候條件下，生長了大量的錐葉蕨-擬刺蕨植物群和銀杏類、松柏類和蘇鐵類植物等，為聚煤作用提供了物質(zhì)基礎(chǔ)．活動大陸邊緣的構(gòu)造演化造成有利于植物殘骸的搬運(yùn)和堆積的地形，為聚煤作用和成煤演化提供了良好條件．

大柳塔井田主要含煤巖系為延安組，自下而上可劃分為 I～V 五個(gè)中級旋回巖段，發(fā)育五個(gè)煤層組，分別位于各巖段頂部．通過對延安組煤樣的地球化學(xué)數(shù)據(jù)、鉆探巖心、測井曲線等綜合分析，延安組整體上為一套河流-湖泊過渡相的淺灰色含煤碎屑巖建造，煤層形成于河流-湖泊水面變化頻繁的三角洲平原中的泥炭沼澤和湖泊沼澤沉積環(huán)境（圖5）[24]．早期氣候溫暖潮濕，三角洲平原中河道之間、分流間灣、三角洲淺水湖泊沼澤中植物繁茂，為大量的泥炭堆積提供物質(zhì)基礎(chǔ)；晚期逐漸干旱，三角洲平原季節(jié)性萎縮、斷流，使成煤植物喪失了生長環(huán)境．與煤炭共生的巖石類型有炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)粉砂巖及粘土巖等，發(fā)育塊狀層理、水平層理，偶見小型沙紋層理，常含大量植物化石，并伴有黃鐵礦、菱鐵礦等，說明巖石沉積時(shí)水面平靜，受物源區(qū)水動力破壞較小，為強(qiáng)還原條件．三角洲平原泥炭沼澤是研究區(qū)延安組煤層的主要成煤環(huán)境，水面波動頻繁，沉積了多層可采煤層（圖6）.

6 結(jié)論與建議

第一，延安組煤有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組為主，具有高碳、低氮、貧氫的特點(diǎn)，屬中高揮發(fā)分的長焰煤和不粘結(jié)煤，是優(yōu)質(zhì)的動力煤．第二，延安組煤成分特征基本接近，主要由 SiO₂ 、 Al₂O₃ 組成，其次為 CaO ！ Fe₂O₃ 、 SO₃ 等，其他氧化物含量相對較低，煤灰成分以酸性氧化物為主，指示為低位沼澤的貧氧環(huán)境．第三，根據(jù) K₂O/Na₂O-SiO₂ 圖解和 SiO₂/Al₂O₃ 、 Al₂O₃/TiO₂ 、ICV等指標(biāo)的分析，延安組煤物源區(qū)構(gòu)造背景主要與活動大陸邊緣相關(guān)，碎屑物質(zhì)未經(jīng)歷沉積再循環(huán)，能夠較好地指示源巖組分；煤樣中無機(jī)礦物的物源為北部伊盟古隆起的鎂鐵質(zhì)巖石，成分較為穩(wěn)定；化學(xué)風(fēng)化指數(shù)（CIA）均值 82.08% ，指示物源區(qū)為溫濕型古氣候特征，風(fēng)化作用中等．第四，煤樣具有碳氮比（C/N）高、氫碳比（H/C）低的特點(diǎn)，代表延安期主要是溫濕氣候特征，有助于古植物的煤化作用．第五，通過對鏡/惰比（V/I）和煤灰指數(shù)（K）研究，表明延安期為強(qiáng)覆水缺氧的泥炭沼澤環(huán)境，有利于聚煤作用和成煤轉(zhuǎn)化；通過對CIA、C值、MgO/CaO等指標(biāo)的反演，延安組沉積期古氣候溫暖潮濕，植物繁盛，為半咸化的湖盆，含煤地層主要發(fā)育在湖泊三角洲平原沼澤沉積體系，有利于有機(jī)質(zhì)保存、聚煤作用和成煤演化，

由于煤巖地球化學(xué)指標(biāo)具有多解性，今后應(yīng)與測井、層序地層學(xué)等其他分析方法相結(jié)合，深人剖析延安組煤層的成因和演化，豐富煤巖學(xué)研究理論．建議加強(qiáng)對延安組煤中微量元素、稀土元素等的測試和分析，對微量元素、稀土元素地球化學(xué)特征、成因類型、富集機(jī)理和成礦環(huán)境進(jìn)行深人探討和研究.

參考文獻(xiàn)：

[1]陳全紅，李文厚，胡孝林，等．鄂爾多斯盆地晚古生代沉積巖源區(qū)構(gòu)造背景及物源分析[J]．地質(zhì)學(xué)報(bào)，2012，86（7）：1150-1162.

[2]張永霖．鄂爾多斯盆地東南緣早、中侏羅世延安組沉積環(huán)境與煤炭資源分布規(guī)律[J]．地質(zhì)論評，1983（4）：358-364.

[3]宋凱，呂劍文，凌升階，等．鄂爾多斯盆地定邊—吳旗地區(qū)前侏羅紀(jì)古地貌與油藏[J]．古地理學(xué)報(bào)，2003（4）：497-507.

[4]高暢，于航．鄂爾多斯盆地環(huán)縣地區(qū)延安組煤系地層沉積環(huán)境分析[J]．煤炭技術(shù)，2018，37（6）：127-129.

[5]張雪映，剡鵬兵，王貴．鄂爾多斯盆地北部延安組沉積學(xué)特征與成礦潛力分析[J]．鈾礦地質(zhì)，2021，37（2）：171-181.

[6]桂學(xué)明，董振國．大柳塔礦區(qū)延安組4-2、4-3煤巖煤質(zhì)特征及古環(huán)境分析[J]．煤炭與化工，2022，45（10）：53-58+62 ：

[7]雷開宇，劉池洋，張龍，等．鄂爾多斯盆地北部侏羅系泥巖地球化學(xué)特征：物源與古沉積環(huán)境恢復(fù)[J]．沉積學(xué)報(bào)，2017，35（3）：621-636.

[8]孫玉壯，趙存良，李彥恒，等．煤中某些伴生金屬元素的綜合利用指標(biāo)探討[J]．煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（4）：744-748.

[9]張倩，李文厚，劉文匯，等．鄂爾多斯盆地侏羅紀(jì)沉積體系及古地理演化[J]．地質(zhì)科學(xué)，2021，56（4）：1106-1119.

[10]范萌萌，卜軍，趙筱艷，等．鄂爾多斯盆地東南部延長組微量元素地球化學(xué)特征及環(huán)境指示意義[J]．西北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2019，49（4）：633-642.

[11]張瑜，楊華，王多云，等．鄂爾多斯盆地南部銅川組碎屑巖地球化學(xué)特征及其對物源的制約[J]．天然氣地球科學(xué)，2014，25（8）：1233-1241.

[12]張學(xué)敏，岳瓊申．地球化學(xué)方法在化學(xué)風(fēng)化作用和物源判別中的應(yīng)用綜述[J]．華南地質(zhì)與礦產(chǎn)，2018，34（1）：41-58.

[13]王善博，張超，張?zhí)旄＃龋鯛柖嗨古璧貣|北部塔然高勒地區(qū)侏羅系直羅組含鈾地層地球化學(xué)特征分析[J]．科學(xué)技術(shù)與工程，2021，21（1）：77-86.

[14]張?zhí)旄?，孫立新，張?jiān)疲龋鯛柖嗨古璧乇本壻_紀(jì)延安組、直羅組泥巖微量、稀土元素地球化學(xué)特征及其古沉積環(huán)境意義[J]．地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016，90（12）：3454-3472.

[15]侯陽紅，康志宏，趙晨君，等．下?lián)P子地區(qū)下寒武統(tǒng)幕府山組黑色巖系地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義[J]．沉積學(xué)報(bào)，2020，38（4）：886-897.

[16]張萬良，闕足雙，高夢奇，等．贛西北下寒武統(tǒng)觀音堂組碳硅泥巖地球化學(xué)特征及其沉積環(huán)境演化[J]．沉積學(xué)報(bào)，2019，37（2）：278-291.

[17]張?jiān)?，孫立新，張?zhí)旄?，等．鄂爾多斯盆地東北緣煤鈾巖系層序地層與煤鈾賦存規(guī)律研究[J]．地質(zhì)學(xué)報(bào)，2016，90（12）：3424-3440.

[18]王東東，邵龍義，李智學(xué)，等．陜北地區(qū)中侏羅世延安期古地理特征[J]．古地理學(xué)報(bào)，2012（4）：451-460.

[19]汪小妹，焦養(yǎng)泉，吳立群，等．鄂爾多斯盆地東勝—神木地區(qū)侏羅系煤中常量元素地球化學(xué)特征［J]．沉積學(xué)報(bào)，2011，29（3）：520-528.

[20]何偉，王金敏，海連富，等．炭山地區(qū)延安組下部泥質(zhì)巖元素地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義—以固油-1井為例[J].中國煤炭地質(zhì)，2019，31（2）：7-14.

[21]王琳霖，浮昀，方詩杰．鄂爾多斯盆地東緣馬家溝組元素地球化學(xué)特征及古沉積環(huán)境[J]．石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2018，40（4）： 519-525.

[22]馬曉晨，王家生，陳粲，等．華北房山景兒峪組頂部古風(fēng)化殼常量元素地球化學(xué)特征及其古氣候意義[J]．地球科學(xué)，2018，43（11）：3853-3872.

[23]劉善德．永隴礦區(qū)南緣煤巖煤質(zhì)特征及成煤環(huán)境分析[J]．煤田地質(zhì)與勘探，2018，46（增刊1）：11-15.

[24］魏迎春，賈煦，劉志飛，等．鴛鴦湖礦區(qū)延安組煤巖煤質(zhì)特征及成煤環(huán)境研究[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)，2018，46（7）：197-204+196.

Geochemical Characteristics and Geological Significance of the Coal Seam in the Yanan Formation of the Jurassic in Daliuta Mine Field

LI Bin’，REN Xi-ning2，LUO Qun ³ ，CUI Chun-lan4，DONG Zhen-guo5（1.College of Geograpy and Tourism，Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong，521041；2.Shenhua Xinjie Energy Co.，Ltd.，Ordos，Inner Mongolia，O172O0；3.Collegeof Geoscienc-es，China University of Petroleum（Beijing），Beijing，100049； 4.CHN Energy Trading Company，Bei-jing，10001l；5.Shenhua Geological Exploration Co.，Ltd.，102249）

Abstract：Through the geochemical analysis of coal core samples of the Yanan formation drilled in Daliutamine field，the sedimentary environment of the coal seam in Daliuta mine field is revealed. The K2O/Na2O-SiO2 plateand SiO2/Al2O3 and Al2O3/TiO2 ratio in the coal seam are used to indirectly infer the tectonic seting.Thecarbon-nitrogen ratio （C/N）in the coal seam is used to determine the paleoclimaticconditions during coal formation and the coalification process of plants．The vitrinite/inertiniteratio（V/I），major element contents，and ratios in the coal seam are used to reveal the paleosalinity，redox conditions，and paleoclimate change characteristics of the coal forming water body.Theresults indicate that the tectonic seting of the Yanan constituent coal isprimarilyrelated toan active continental margin．The clastsin the coal seam are mainly neutral rocks（maficrocks）， with the main provenance being igneous rocks. The coal-forming plants are mainly gymnosperms growingunder humid climate conditions.The coal seam is formedin the inland lake delta environment. From the early stage（Coal Group 5）to the late stage（Coal Group 1），the climate isgradually transformed from warm and humid to hot and arid，the salinity of the waterbody isgradually transformed from slightly saline to semi-saline，and the water body had poor retention and circulation，indicating conditions of a strong reductive environment .

Key words：Daliuta mine field；Yanan formation； elemental geochemistry；provenance analysis; paleosedimentary environment