山西平朔矿区煤的矿物学与地球化学特征

王燕林 王静禹　田生云　多吉加布　董文通

摘要：本文以山西平朔矿区山西平朔矿区主采煤层为研究对象，对煤中矿物含量特征与地球化学特征进行探讨。使用偏光显微镜观测显微煤岩组分，使用×射线荧光光谱（XRF）测定煤及矸石中常量元素含量，使用 X 射线衍射（XRD）分析煤中矿物组成、使用扫描电镜+能谱（SEM-EDX）观察矿物形态特征，使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定煤及矸石中微量元素含量，使用逐级化学提取（SCEP）测定煤中微量元素赋存状态。

关键词：山西平朔矿区;地球化学特征;煤矿;含量特征

1引言

随着社会发展，清洁能源和环境保护的观念越来越得到国家和大众的重视;但煤炭资源长期以来为我国提供稳定能源供应，我国煤炭资源储量巨大，近年来，诸多学者投入到煤炭中有益元素和有害元素的研究中来，以实现煤炭资源高效利用，预防带来的危害。对煤中微量元素的含量水平、赋存状态等的研究有助于发现煤系伴生矿产资源，指导煤炭资源的高效利用;预防煤中有害元素扩散到土壤、水系、大气中;煤中微量元素的地球化学研究还对聚煤环境、沉积环境、区域地质演化历史具有指示作用。

2煤中矿物含量特征

按照矿物的化学组成对山西平朔矿区煤中矿物进行探讨。使用XRD 对低温灰化后样品的矿物组成进行测定。通过显微煤岩组分测定煤中矿物总含量（表1），使用SEM-EDX 研究矿物的形态等特征。

3煤中矿物学特征及其成因

3.1煤中高岭石

在扫描电镜下平朔煤矿中高岭石呈碎屑状分布，且有磨圆的痕迹，或呈团块状、浸染状充填于细胞结构中;还未接受后期地质作用改造;充填于细胞结构中的团块状或不规则状高岭石;属于同生型矿物，一般只能通过含SiO和 AlO的真溶液进入到细胞结构中，聚煤盆地物源区的石英、长石以及前期沉积的粘土矿物，经过风化剥蚀、水介质的溶蚀等作用形成SiO和AlO的真溶液，注入泥炭沼泽中，随成煤作用的进行赋存到煤中。

3.2煤中方解石

方解石在煤中较为常见。是煤中主要的碳酸盐矿物，一般为后生成因。在地下水等自然水循环的作用下，CaCO;充填到煤中层间、裂隙等部位，形成薄膜状、脉状等结构，有时岩浆热液也可形成方解石。扫描电镜下平朔煤矿煤中方解石多呈条带状、脉状充填于煤岩组分裂隙中，且未发现受岩浆热液影响的其它证据，故平朔煤矿平朔煤矿煤中方解石可能为富含碳酸盐溶质的地下水在流经煤中裂隙时析出，并逐渐充填整个裂隙或层间形成的。

3.3煤中其它矿物

扫描电镜下观察到平朔煤矿煤基质镜质体在显微煤岩组分中最多（凝胶化组分有利于硫化物赋存），工业分析表明属于高硫煤，结合浅水三角洲体系的地质背景，认为黄铁矿的形成受侵入泥炭沼泽的海水影响。平朔煤矿煤中可见少量金红石分布，金红石形成于高温条件下，主要产于变质岩系石英或伟晶岩脉中，煤中金红石一般来源于陆源母岩区。结合地质背景，认为其来自于物源区火成岩经风化、剥蚀、搬运的碎屑物质。

4 煤中元素地球化学特征

4.1煤中常量元素含量特征

煤中常量元素的含量和赋存特征，能反映煤层形成的环境和地质背景以及煤层形成后所经历的各种地质作用，对判断聚煤环境和构造演化具有指导作用。Na、Mg、A1、Si、Ca、K、P、Ti、Fe和S这10种常量元素是组成煤中无机组分的重要部分，其中 S 元素也是煤中有机物的组成元素之一。煤中常量元素是煤中矿物的重要组成部分，其含量通常以氧化物的形式来表示。

4.2煤中微量元素含量特征

与上地壳中元素均值相比，平朔煤矿及矸石中含量较高的元素有Li、Cu、Zr、Nb、Mo、Cd、Sb、Hf、Bi;与上地壳相比，含量较低的元素有 Be、Sc、V、Cr、Co、Ni、Zn、Rb、Sr、Cs、Ba、Tl;Ga、Sn、Ta、Pb、Th、U 与上地壳值相近。山西平朔矿区煤中微量元素与灰分产率整体相关性系数不高，与Al2O3、SiO2等与灰分密切相关的元素相关性也不高，通过剖面上微量元素与常量元素的对比，可以发现部分层位灰分产率较低，但微量元素含量较大，微量元素的赋存也与有机质相关。

4.3煤中稀土元素含量特征

平朔煤矿中稀土元素含量在 12.75～271.32μg/g 之间，平均值为125.66μg/g，在煤层中部相对较高，而下部含量较低;5*煤中稀土元素含量在6.37～340.57μgg 之间，平均值为 117.35μg/g，各层位差异较大，顶底两处矸石（NG501、NG508）和中下部（NG506）处出现明显的亏损，总体呈中部含量较高的特点。煤中稀土元素平均含量均未达到 300μg/g。根据煤中微量元素的含量水平划分标准-富集系数 CcP7，煤中稀土元素 La、Ce、Y、Er 富集系数均大于2，为轻度富集;其它元素的富集系数均处于0.5～2之间，属于正常范围内。

结论

本文对山西平朔矿区煤中显微煤岩组分、煤中矿物、常量元素、微量元素、稀土元素地球化学特征进行了研究，得到以下结论和认识。煤中稀土元素主要赋存在硅铝酸盐矿物、有机质和黄铁矿中，方解石在稀土元素富集中起稀释的作用。轻稀土元素与中、重稀土元素相比，残渣态含量明显较高，有机态占比明显较低。煤形成过程中北部的阴山古陆地势较高，持续隆起，为山西中北部聚煤盆地提供了稳定的陆源碎屑补给。

参考文献：

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作者简介：

王燕林 北京市中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京100083

王静禹 男 汉族 学生 本科 资源勘查工程

田生云 男 回族 学生 本科 资源勘查工程

多吉加布 男 藏族 学生 本科 资源勘查工程

董文通 男 汉族 学生 本科 资源勘查工程