西北某地煤田煤的煤岩和微量元素特征对比

摘要：我国目前的地质学研究理论主要是以华北地区的煤田资源为重点研究对象，未能足够重视对于西北地区的煤炭资源的研究。为了能够更好地开发与利用西北地区丰富优质的煤炭资源，为了丰富我国地质学理论，必须重视西北地区煤炭资源的研究。为此，文章重点选取西北地区的两个矿区，详细阐述西北地区煤田煤的煤岩和微量元素特征对比，以期更好地开发与利用西北地区的煤炭资源。

关键词：西北地区；煤田煤；煤岩；微量元素

中图分类号：TD618 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0108-03

我国西北地区是重要的煤炭资源大区，具有巨大的开发与利用潜力，其中最具特色的就是侏罗纪地区的煤田。侏罗纪煤不同于我国作为重点研究对象的华北地区的煤矿资源，具有独特的性质与成分。但是，由于我国目前的地质学研究理论主要是以华北地区的煤田资源为重点研究对象，未能足够重视西北地区的煤炭资源的研究，因此当前的理论研究并不能很好地解释侏罗纪煤矿资源独特的性质、成分及其形成因素。为了能够更好地开发与利用西北地区丰富优质的煤炭资源，为了丰富与发展我国地质学理论，本文将重点选取西北地区的两个矿区来详细阐述西北地区煤田煤的煤岩和微量元素特征对比，从而能够激发出西北地区煤田资源的潜力。

1 选取矿区并采集和处理样品

本文将选取西北地区的汝箕沟矿区以及石炭井矿区这两个矿区来作为本文研究对象，以此来研究西北地区煤的煤岩与微量元素特征对比。

1.1 煤样的选取

在煤样的选取过程中，要选择两个矿区性质最为稳定的采煤层进行煤样的采取，同时要注意对位于煤层内的夹矸、顶板以及底板岩层样品的采取。采取煤样完毕后，要根据亮煤、暗煤、丝炭、精煤这四个观察煤的基本单位来对煤样进行区分，然后将该煤样制成煤光片以及粉煤光片，然后用显微镜对这两种光片进行仔细的

观察。

1.2 对煤进行详细的工业分析

在对煤进行的工业分析中，主要要对煤的水分、挥发分、灰分以及固定碳等几个指标进行测定。其中，煤的水分以及灰分可以直接用仪器测量得出，而煤的固定碳指标可以用差减法进行计算得出，同时要对煤的发热量以及全硫这两个指标进行测量。

1.3 对煤进行元素分析

煤中含有多种多样的元素，其中碳、氧、氮、氢以及硫元素是其主要的组成元素。在对煤炭资源的研究中，主要组成元素之外的其他元素一般不能称之为煤炭的组成元素，这些元素通常被称为煤炭的微量元素或者是伴生元素。

1.4 研究过程中使用的研究方法

西北地区的汝箕沟矿区中大部分都是低灰煤，同时含有极其少量的特低灰煤，如果我们在研究过程中采用宏观观察，将会很难观察到煤炭中的矿物质，因此，本文将会采用微区光学的分析方法来观察煤矿中的矿物质。

在分析煤炭中的常量以及微量元素分布时，本文将采取化学方法以及仪器中子活化这两种方法来进行煤炭组成元素的分析。从而来研究西北地区煤的煤岩与微量元素特征对比。

2 分析两个矿区的地质特征

2.1 两个矿区的交通位置

汝箕沟矿区坐落于西北地区贺兰山的中段，成长条形分布，长度约为15千米，宽度约为8千米。汝箕沟矿区的工作区内主要有包兰铁路、平汝专线铁路等几条交通线，能够与外界保持良好的联系。并且在该工作区域内还有简易的公路，交通比较便利。

石炭井矿区坐落于西北地区贺兰山的北段，位于高山环抱之中，海拔在一千四百千米左右，北高南低，地貌为丘陵盆地。在该丘陵盆地中具有沙沟，纵贯南北。

汝箕沟矿区与石炭井矿区距离石嘴山市三十五千米左右，前者位于石嘴山市的东北面，后者位于石嘴山市的西北面。

2.2 两个矿区的地质条件

汝箕沟矿区地层的出露状况良好，直罗组和安定组、中侏罗系统延安组以及上三叠系统延长群自上而下分布于矿区地层之中。中侏罗系统延安组主要分为两个部分，位于上部的是直罗组，位于下部的是延安组，其中延安组为该区域的主要含煤层。直罗组和安定组不含煤，其岩性为紫红色、黄绿色以及灰色砂砾岩、钙质泥岩、砂岩。三叠系统延长群其厚度变化范围较大，主要含黄绿色巨厚层粗砂岩以及中粗砂岩，并夹杂含有炭质泥岩以及粉砂岩，为黑色薄层。在汝箕沟矿区中，二煤为该矿区主要的采煤层。

石炭井矿区主要的出露地层为中石炭统羊虎沟群、石千峰组和第四系、上石炭统太原群、下二叠统下石盒子组、下二叠统山西组、上二叠统上石盒子组与石千峰组和第四系。在该矿区中上石炭统太原群中有11层为含煤层，其中有7层为可采煤以及局部可采煤层，这七个煤层分别为六、八、九、十、十一、十二、十三层煤；下二叠统山西组有六层为含煤层，其中有四层为可采煤或者局部可采煤层，这四个煤层分别为二、三、四、五层煤。下石盒子组只有一层可以采煤，这一煤层为一层煤。另外，第一、二、十二这三个煤层为不稳定煤层；第三、四、五、六、十、十一这几个煤层为比较稳定的煤层；第八、九、十三这三个煤层则属于稳定煤层。

2.3 两个矿区的成煤条件及其对比

汝箕沟矿区的成煤条件：汝箕沟矿区其地形为凹陷盆地。其成煤植物主要为裸子植物，在上三叠统延长组发生沉积的初期，汝箕沟矿区沉降的速度加快，出现了地形之间的差异且坡度变得较大，从而使粗碎屑物移动过来填充补足，使该区域得到大量的砾石进行充填。

砾石的岩性多为粗砂岩一中砂岩夹砾岩。后来，随着时间的推移，矿区的沉降逐渐稳定，气候更加温暖湿润，植物愈加的繁茂，碎屑物减少，相当规模的浊积岩系形成。随后，矿区在延安期呈现比较稳定的沉降状态，在直罗期曾出现暂时抬升状态，而在安定期则表现为半咸化封闭性质的内陆湖泊。在这一过程中，矿区内不同煤层发育。

石炭井矿区的成煤条件：植物是矿区煤层形成的主要物质条件。在自然演变中，植物主要经历了菌藻植物时代，裸蕨植物时代，蕨类、种子蕨类植物时代，裸子植物时代，被子植物时代这五个由低到高的阶段。从晚泥笳纪起到晚二叠世早期，蕨类、种子蕨类植物发展迅速，形成大片的植物群落，从而为煤层的形成奠定了重要的物质基础。华力西运动中期之后，不断出现沉降运动，陆表海形成，海陆交互煤岩系形成。其中，煤层中的太原组其岩性、岩相、石灰岩以及煤层相对来说比较稳定，成煤规律较为明显。等到发展到早二叠世早期，晚华力西运动发生作用导致石炭井地区向上升起，从而使海水退出，由此石炭井地区发展为内陆湖盆，含煤系在太原组上面连续沉积。在石炭井矿区内部分布着极其广泛的可采煤区。endprint

两个矿区的成煤条件对比：从两个矿区形成煤层的时间来看，二者是先后关系，从两个矿区的地理位置来看，二者是相邻关系。本文主要从形成煤层的盆地条件、植物条件以及沉积环境这三个方面来阐述两个矿区在成煤条件上的本质差异。其中，两者的区别在于，两个矿区的沉积环境不同，其中，汝箕沟矿区的沉积环境是湖泊河流相互沉积，而石炭井矿区的沉积环境则是海洋陆地相互沉积。

2.4 两个矿区的变质作用

中国煤体形成的变质作用主要可分为四大类：煤的深成变质作用、煤的接触变质作用、煤的区域岩浆热变质作用以及煤的热液热水变质作用。

汝箕沟矿区的变质作用类型主要为煤的区域岩浆热变质作用，其热源主要为隐伏岩体，以对流的方式进行热传导。石炭井矿区的变质作用类型主要为煤的深成变质作用，其温度以及压力方面的差异主要是由埋藏深度所引发的。

3 两个矿区的煤岩学特征及其对比

汝箕沟矿区的煤岩学特征：汝箕沟矿区主要为无烟煤，不会染手，颜色为黑色或者钢灰色，质地坚硬，硬度以及相对密度均比较大，其光泽类型通常为金属光泽或者金刚光泽。线理—条带状分布，其中亮煤以及镜煤成细条状分布，丝炭发育也比较好，通常为细层状或者透镜状构造。

石炭井矿区的煤岩学特征：石炭井矿区主要为焦煤，其硬度较小且疏松，会染手，通常会呈现出半暗型或者暗淡型光泽，其中第四煤层的光泽尤为暗淡。颜色多为亮黑色或者是灰黑色，成细线理状或者均一状

结构。

汝箕沟矿区的显微煤岩学特征：该矿区的无烟煤主要可分为镜质组与惰质组，其中镜质组的颜色为灰色，惰质组的颜色为白色，能够看到该矿区内的矿物质，但是很难区分其种类。

石炭井矿区的显微煤岩学特征：该矿区的焦煤同无烟煤一样，主要可分为镜质组与惰质组，其中镜质组的颜色为灰色，惰质组的颜色为白色，能够看到该矿区内的矿物质，但是很难区分其种类。

综上所述，汝箕沟矿区主要为无烟煤，不会染手，其光泽类型通常为金属光泽或者金刚光泽，硬度以及相对密度较大，石炭井矿区主要为焦煤，会染手，通常会呈现出半暗型或者暗淡型光泽，其硬度较小且疏松。

在显微煤岩学特征方面，二者既有相同之处也有不同之处。相同之处：主要可分为镜质组与惰质组，其中镜质组的颜色为灰色，惰质组的颜色为白色，能够看到该矿区内的矿物质，但是很难区分其种类。不同之处：汝箕沟矿区无烟煤的变质程度高于石炭井矿区的焦煤，并且汝箕沟矿区镜质组与惰质组的区分要比石炭井矿区难，其中矿物质的含量也比较多。

4 两个矿区的矿物组成以及微量元素特征分析与对比

本文主要采取X衍射的方法来进行煤的矿物组成分析，采用仪器中子活化的方法来进行煤中的微量元素的分析，从而进一步对西北地区两个矿区煤的微量元素特征进行对比探索。

4.1 两个矿区的矿物组成分析及对比

通过X衍射的方法并分析汝箕沟矿区和石炭井矿区的X衍射图谱我们可以得出结论：石炭井矿区所采得的煤样品的波峰最大值远远大于汝箕沟矿区所采得的煤样品的波峰值；X衍射是一种可以用来确定煤层中所含矿物量的方法，由此可以得知这两个矿区煤层中所含的矿物量不同，且差异程度比较大。

汝箕沟矿区二煤主要含有伊利石、石英、方解石以及高岭石等矿物质，其中高岭石与伊利石是其中主要的矿物质，前者占据百分之七十，后者占据百分之十五，其他类型的矿物种类含量极少，占据剩下的百分之五。汝箕沟矿区的三煤矿除了含有二煤中所含有的矿物质之外，还含有石膏、铁白云石等矿物质，其中高岭石含量最多，石英石次之，石膏以及方解石两种矿物质的含量及其少。石炭井矿区的第四煤矿主要含有白云石、高岭石、铁白云石、石膏、黄铁以及萤石，高岭石的含量最多，其他矿物质的含量较少，石炭井矿区的第五煤矿主要含有的矿物种类为高岭石、白云石、萤石、石膏、黄铁矿，同第四煤矿一样，高岭石的含量最多，其他种类的矿物质含量极少。

4.2 两个矿区的微量元素特征分析及对比

汝箕沟矿区的煤中微量元素中，Se、M0这两个微量元素的含量比较高，其富集系数比1大，其他种类的微量元素则无富集现象。在各种微量元素中，只有Se一个微量元素在煤中呈现高度富集。

将汝箕沟矿区的煤矿中所含的微量元素与中国石炭一二叠纪煤和中国煤中所含的微量元素进行对比可以得到如下结果：在煤样中只有Zr这一种微量元素的含量超出侏罗纪煤的范围，以全国煤中所含元素为标准，与石炭一二叠纪煤、世界煤以及全国煤的元素含量相比，其他微量元素的含量基本上都在正常范围之内。

炭井矿区的煤中微量元素中，Se呈现非常富集的状态，它的富集系数是243.8，在剩余的微量元素中还有很多富集系数比1大的微量元素，主要包括Zr、Mo、Sb、Hf、W、Th、U。其他种类的微量元素均不呈现富集状态。

将石炭井矿区的煤矿中所含的微量元素与中国石炭一二叠纪煤和中国煤中所含的微量元素进行对比可以得到如下结果：石炭井矿区煤矿中Zr这一微量元素的含量远远多于石炭一二叠纪煤、世界煤以及全国煤中所含的微量元素，Se和H这两种微量元素也高于这三者所含的微量元素的范围，但以全国煤中所含元素为标准，与石炭一二叠纪煤、世界煤以及全国煤的元素含量相比，其他微量元素的含量基本上都在正常范围之内。

5 研究意义

汝箕沟矿区的煤具有“三低六高”的优点，三低即灰、硫、磷含量特别低，六高即发热量、比电阻、回收率、二氧化碳转化率以及机械强度比较高。同石炭井矿区的煤具有十分大的差异。为了能够更好地开发与利用西北地区丰富优质的煤炭资源以及填补我国地质学理论关于西北地区的不足，必须要高度重视对于西北地区煤田煤的煤岩和微量元素特征对比的探索。

6 结语

为了能够更好地开发与利用西北地区丰富优质的煤炭资源，为了丰富与发展我国地质学理论，必须重视西北地区煤炭资源的研究，详细了解西北地区煤炭资源的性质与特色，掌握好西北地区煤田煤的煤岩和微量元素特征对比。

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作者简介：王尔林（1984—），男，陕西神木人，神华神东煤炭集团地测公司副总工程师，研究方向：地质调查与找矿。endprint