西藏昌都早石炭世10#煤的煤质、煤岩和地球化学特征

徐晓琴

(江苏地质矿产设计研究院，江苏 徐州 221006)

西藏昌都早石炭世10#煤的煤质、煤岩和地球化学特征

徐晓琴

(江苏地质矿产设计研究院，江苏 徐州 221006)

运用光学显微镜及显微光度计、X射线荧光光谱、冷原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱和煤质分析等技术方法，对西藏自治区昌都市马查拉煤矿早石炭世10#煤层进行了研究。结果显示，昌都早石炭世10#煤挥发份低(Vdaf=8.64%)，碳含量高(Cdaf=90.2%)，镜质组反射率高(Rran=2.17%)，灰分低(Ad=4.79%)，硫分低(St,d=0.74%)，发热量高(Qgr,d=33.26 MJ/kg)，镜质组含量高(镜质组总和为69.2%)，镜质组分具有强烈的各向异性，常量元素氧化物含量中SiO2和Al2O3占绝对优势(90.85%)，微量元素除Pb富集、Be轻微富集外都接近或低于世界煤的平均值，潜在有害元素(As、Hg、F、Be、U等)含量低，是优质贫煤或无烟煤。

早石炭世煤;煤岩学;微量元素地球化学;昌都

在西藏自治区昌都地区，石炭系下部为乌青纳组和马查拉组，上部为骜曲组和理查组。下石炭统马查拉组，分上、下两段，下为含煤碎屑岩段，上为灰岩段。含煤碎屑岩段的岩性为深灰色、灰黑色、灰黄色页岩、砂岩夹少量泥灰岩、灰岩等，下部夹薄煤层数层，总厚度>915m。煤层厚度一般<1m，最厚2.5m。在类乌齐县马查拉煤矿，10#煤层为主要可采煤层，厚度0.8～2m。

1 样品和测试

本文研究的样品采自西藏自治区昌都市马查拉煤矿10#煤层(全层混合样)。煤质分析在江苏地质矿产设计研究院完成；煤岩显微组分鉴定、镜质组反射率测定在中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室完成；煤的高温灰中主要元素氧化物测定采用X射线荧光光谱法(XRF)，在中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室完成；煤中微量元素测定采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，在北京核工业地质研究院完成；煤中汞测定采用冷原子吸收光谱法(CV-AAS)，在中国预防医学研究院完成。

2 煤质特征

煤质分析结果(表1)显示，马查拉煤矿10#煤层的挥发份低(<10%)，碳元素含量高(>90%)，氢元素含量低(<4.0%)，镜质组反射率高(随机反射率， 2.17%)，已达到贫煤至无烟煤的变质程度。该煤层具有灰分低(<5.0%)， 全硫含量低(<1.0%)，发热量高 (原煤干燥基高位发热量﹥33 MJ/kg) 等特征，是低灰、低硫、高热值的贫煤或无烟煤。

表1 马查拉矿10#煤的煤质指标和镜质组反射率

3 煤岩特征

3.1 宏观煤岩特征

马查拉矿10#煤的宏观煤岩成分以暗煤、亮煤为主，含少量镜煤(厚1cm左右，最厚者2cm)和丝炭，宏观煤岩类型为半亮型煤-半暗型煤，显示条带状-线理状结构(图1)。

3.2 显微组分含量

马查拉矿10#煤主要由镜质组(69.2%)和惰质组(30.8%)组成。在镜质组中，基质镜质体含量大于50%，是最占优势的显微组分；惰质组的显微组分以半丝质体(17.4%)为主，其次是粗粒体和碎屑惰质体。该煤层矿物质含量较低，主要是黏土(表2)。

3.3 显微组分特征

马查拉矿10#煤中的结构镜质体显示清晰完整的植物组织细胞结构，细胞腔常被黏土充填(图2A)或中空(图2B)；均质镜质体显示很差的细胞结构或无结构(图2B, 2C)； 基质镜质体呈斑状基质胶结着其他的煤岩组分(图2E)。在油浸反射光下，镜质组显微组分显示较强的各向异性光学性质，同一视域旋转90°后，均值镜质体(图2C,2D)和基质镜质体(图2E,2F)的反射色发生显著变化。该煤中惰质组显微组分的反射色略高于镜质组显微组分，在旋转载物台过程中，惰质组显微组分的反射色变化不大，各向异性不强。

图1 马查拉矿10#煤的宏观煤岩特征Figure 1 Macrolithotype features of coal No.10 in Machala coalmine

表2 马查拉矿10#煤的显微组分(无矿物基)和矿物质量分数

A.结构镜质体，细胞腔被黏土矿物充填；B.均值镜质体、结构镜质体；C.均质镜质体、基质镜质体、碎屑惰质体、细粒状黄铁矿晶体；D.与C同一视域，旋转90°，均质镜质体和基质镜质体显示强各向异性；E.基质镜质体、半丝质体等；F.与E同一视域，旋转90°，基质镜质体显示很强的各向异性。图2 马查拉矿10#煤的显微组分特征Figure 2 Maceral features of coal No.10 in Machala coalmine

4 地球化学特征

4.1 常量元素氧化物

马查拉矿10#煤常量元素氧化物以SiO2(50.40%，灰基)和Al2O3(40.45%，灰基)占绝对优势，Na2O和K2O等碱性成分含量很低(表3)。m(SiO2)/m(Al2O3)比率为1.25，接近高岭石理论值(m(SiO2)/m(Al2O3)=1.18)，反映了粘土矿物对煤灰成分的大量贡献。m(CaO+Fe2O3+MgO)/m(SiO2+Al2O3)比率为0.04，反映了弱还原成煤环境特征。

4.2 煤中微量元素

马查拉矿10#煤的微量元素含量列于表4。马查拉矿10#煤中大多数微量元素的含量低于中国其他煤含量和世界煤含量的平均值。与世界烟煤微量元素含量平均值相比，马查拉矿10#煤中Pb是富集的(富集系数为9)，Be是轻微富集的(富集系数为2.5)，Li、Sc、V、Cr、Cu、Zn、Y、Zr、Sn、Ba、La、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Lu、Ta、W、Th等元素的浓度接近世界煤含量的平均值(富集系数为0.5-2.0)，Co、Ni、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Nb、Mo、Cd、Sb、Cs、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tm、Hf、Hg、Tl、Bi、U等元素(富集系数<0.5)是亏损的(图3)。

表3 马查拉矿10#煤的常量元素氧化物质量分数(全煤基)

图3 马查拉矿10#煤微量元素富集系数Figure 3 Trace element enrichment coefficient of coal No.10 in Machala coalmine

表4 马查拉矿10#煤、中国煤、世界煤及上地壳的微量元素质量分数

中国煤平均值, 据代世锋(2012), 世界煤平均值, 据Ketris和Yudovich(2009), 上地壳, 据Taylor 和McLennan (1985)

由表3可见，马查拉矿10#煤中稀土元素和钇的质量分数(35.548μg/g)低于中国煤、世界煤和上地壳。用上地壳标准化值计算出的δCe和δEu显示铈具有微弱负异常，铕具有微弱正异常；m(LaN)/m(LuN)<1，指示马查拉矿10#煤中钇为重稀土富集类型(表5)。在分配模式图上，中稀土(Eu、Gd、Tb、Dy和Y)后段和重稀土(Ho、Er、Tm、Yb和Lu)显著富集(图4)。

表5 马查拉矿10#煤稀土元素和钇的富集类型

m(Ce)=2m(CeN)/m(LaN+PrN);m(Eu)=2m(EuN)/m(SmN+GdN); N, 上地壳标准化值; ET, 富集类型; H, 重稀土富集型。

图4 马查拉矿10#煤稀土元素分配模式Figure 4 Rare earth distribution model of coal No.10 in Machala mine

5 结论

(1)昌都早石炭世10#煤具有低挥发份、高碳含量、高反射率、低灰、低硫、高热值等煤质特征，是优质贫煤或无烟煤；

(2)昌都早石炭世10#煤宏观上显示清晰的条带状-线理状结构，镜质组是占优势的显微组分，具有强烈的各向异性；

(3)昌都早石炭世10#煤中常量元素氧化物主要来源于高岭石等粘土矿物，煤层形成于弱还原成煤环境；

(4)昌都早石炭世10#煤中除Pb富集、Be轻微富集外，其余微量元素都接近或低于中国其他煤和世界煤的含量平均值；煤中稀土元素为重稀土富集型，潜在有害元素(As、Hg、F、Be、U等)含量很低。

[1]西藏自治区地质矿产局.西藏自治区区域地质志[M].北京：地质出版社，1993.

[2]Dai S, Seredin V V, Ward C R, Hower J C, Xing Y, Zhang W, Song W, Wang P.Enrichment of U-Se-Mo-Re-V in coals preserved within marine carbonate successions: geochemical and mineralogical data from the late Permian guiding coalfield, Guizhou, China[J].Mineral Deposita, 2015, 50:159-186.

[3]Ketris M P, Yudovich Y E.Estimations of Clarkes for carbonaceous biolithes: world average for trace element contents in black shales and coals[J].Int J Coal Geol, 2009, 78:135-148.

[4]Seredin V V, Dai S.Coal deposits as potential alternative sources for lanthanides and yttrium[J].Int J Coal Geol, 2012, 94:67-93.

[5]Taylor S R, McLennan S M.The continental crust: its composition and evolution[J].Blackwell, p. London, UK.

CoalQuality,PetrologyandGeochemicalFeaturesofEarlyCarboniferousCoalNo.10inQamdo,Tibet

Xu Xiaoqin

(Jiangsu Design Institute of Geology for Mineral Resources, Xuzhou, Jiangsu 221006)

To use technical approaches of optical microscope, microphotometer, X-ray fluorescence spectrometry, cold atomic absorption spectrometry, inductively coupled plasma source mass spectrometry and coal quality analysis have carried out studies on the early Carboniferous coal No.10 in the Machala coalmine, Qamdo City, Tibet. The results have shown that the coal No.10 in the Qamdo area has low volatile matter (Vdaf=8.64%), high carbon content (Cdaf=90.2%), high vitrinite reflectance (Ro,ran=2.17%), low ash (Ad=4.79%), low sulfur (St,d=0.74%), high calorific value (Qgr,d=33.26 MJ/kg), high vitrinite content (total vitrinite 69.2%) with strong anisotropy. In macroelement oxides, SiO2and Al2O3are dominated (90.85%); except Pb enriched and Be slightly enriched, all other microelements are near or lower than world coal average; content of potential harmful elements (As, Hg, F, Be and U etc.) is low. In summary, the coal is high quality meager coal or anthracite.

early Carboniferous coal; coal petrology; geochemistry of microelement; Qamdo

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.11.02

1674-1803(2017)11-0009-04

A

徐晓琴(1969.12—)，女 高级工程师。1992年毕业于南京大学，从事煤炭、水质、土质、页岩气、煤层气、矿石类、环境检测工作。

2017-09-25

宋博辇