桂中晚二叠世超高有机硫煤中元素和矿物富集分异机理

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:elfer_hfut
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超高有机硫煤以其有机硫含量高,成煤环境特别,吸引了众多国内外学者的关注。在我国西南地区,广西桂中晚二叠世煤(如合山煤、扶绥煤、宜山煤等)由于其独特的局限碳酸盐岩台地成煤环境和超高有机硫含量而备受关注。鉴于以往对百旺煤田和贤按煤田样品中的矿物和地球化学特征研究较少。本文借助电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X-射线荧光光谱、低温灰化-X射线衍射-Siroquant定量分析和带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)等分析测试技术,充分运用煤田地质学、煤岩学、矿物岩石学、元素地球化学和数理统计等理论知识,对桂中晚二叠世百旺煤田那精煤矿和贤按煤田那良煤矿含煤地层中元素和矿物的分布富集特征进行了深入的分析。通过与世界硬煤均值相比,那精三煤中富集元素F、V、Se、Mo、Ta、U、Sr、Zr、Nb、Cd、Cs、B、Cr、Rb、Y、In、Sn、Er、Yb、Hf、W、Hg、Tl、Pb、Th。那良Ⅲ煤中富集元素B、Cr、Ni、As、Zr、Sn、Cs、Hf、Th、V、Se、Cd、Sb、Ta、Hg、Tl、F、U、Mo;那良Ⅳ煤中富集元素B、Ni、Zn、Sr、Zr、Nb、Cs、Hf、Hg、Cr、Cd、F、V、Se、Mo、Ta、U。通过XRD+Siroquant定量,那精煤中矿物主要有石英、高岭石、伊利石、钠长石、黄铁矿、方解石、白云石和石膏,除以上矿物,经带能谱的扫描电镜(SEM-EDX)观察到的矿物还有铁的硫酸盐矿物、Fe(Si)-含氧硫酸盐矿物、铬铁矿、锐钛矿。那良Ⅲ煤中矿物有石英、高岭石、伊利石、伊蒙混层、黄铁矿、方解石、白云石、石膏、硬石膏、钠长石、片沸石、水铝矿,在带能谱的扫描电镜下还观察到少量铁的硫酸盐矿物、Fe(Al、Si)-含氧硫酸盐矿物及铵伊利石。那良Ⅳ煤中矿物有石英、高岭石、伊利石、伊蒙混层、黄铁矿、方解石、白云石、石膏、锐钛矿、硬石膏、钠长石、烧石膏及白铁矿,经带能谱的扫描电镜观察,还发现了磷灰石、锆石、钾长石、磷铝铈矿、磷锶铝石、磷铝钙石等矿物。本次研究中桂中晚二叠世超高有机硫煤中元素和矿物质富集分异的控制因素主要有以下四点:(1)沉积源区陆源碎屑物质的输入;(2)泥炭堆积期间海水的影响;(3)多期次热液的影响;(4)火山灰的输入。百旺煤田那精煤矿和贤按煤田那良煤矿的沉积物源区均为位于沉积盆地东南部的云开古陆,主要由酸性岩组成,而不是为中国西南地区大部分含煤盆地提供陆源碎屑物质的康滇古陆。本次研究两个煤矿样品中Al2O3/TiO2比值主要落于21-70的酸性岩区域,且样品中亏损TiO2、Sc、V、Cr、Co、Ni等过渡元素,这些元素在由康滇古陆提供陆源碎屑物质的样品中富集,且康滇古陆是由玄武岩组成,故那精煤矿和那良煤矿的物源区为云开古陆而不是康滇古陆。稀土元素配分模式图和Eu的负异常也可以证明其物源区为由酸性岩组成的云开古陆。海水对那精煤和那良煤有一定的影响。主要体现在含煤地层中广泛分布的莓球状黄铁矿、自形黄铁矿以及团块状黄铁矿和高有机硫含量。样品中高含量的亲海性元素Mg、K、B、S和Sr/Ba比值大于1也能证明在那良煤和那精煤沉积过程中受到海水的影响。多期次热液流体对那精煤矿和那良煤矿样品中元素和矿物方面造成了影响。矿物方面的证据主要有:裂隙充填脉状方解石、黄铁矿、高岭石和石英等矿物;与方解石共同充填于胞腔的钾长石;浸染状分布的磷灰石以及铵伊利石的发现,以上矿物的赋存形态表明在煤沉积过程中有不同性质的热液流体入侵。在元素方面发现了由热液造成的元素富集:V-(Cr)-Mo-U元素组合的富集;Se-Hg-(Cd)元素组合的富集;F的富集;U/Th、Yb/La、Nb/Ta、Zr/Hf的重新分配。元素对的重新分配主要是由于这些元素对的第一个元素较第二个元素在夹矸中容易被淋出从而在下伏煤层中被有机质吸附而沉淀,导致煤层中元素对的比值高于其上覆夹矸。在那精煤和那良煤中均发现了高温β石英和自形钠长石,在那良Ⅳ煤中还发现了晶形较好的锆石、以及含稀土元素矿物(磷铝钙石、磷铝铈矿和磷锶铝石),以上矿物赋存特征均证实在成煤过程中有火山灰的输入,但是由于落入泥炭沼泽的火山灰数量较少,不足以形成tonstein。通过对那精煤矿和那良煤矿样品中富集元素进行潜在经济价值评估,那精煤中元素V的含量(为841μg/g,灰基)接近V的开采边界品味(1000μg/g),那精煤灰可作为回收利用V的潜在来源。那良Ⅲ煤中元素Mo的含量(为912μg/g,灰基)接近于典型的Mo的开采边界品位(1000μg/g),那良Ⅲ煤煤灰可作为回收利用Mo的潜在来源。那精煤灰和那良煤灰中REO含量均低于稀土元素工业开采边界品位,样品中REY的前景系数(Coutl)均落于无前景区。
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