木里煤田煤中微量元素地球化學特征

張 華

(山東省煤田地質局第一勘探隊， 山東 青島 266427)

1 引言

煤炭在我國國民生活中是最基本，也是消耗最大的能源，在國家經濟和國家戰略中都占據著重要的地位[1,2]。木里煤田是青海省主要煤炭資源聚集區，是青海省唯一的焦煤資源整裝勘查區域。區內礦產資源豐富，現已探明的資源儲量占青海省煤炭總量的70%以上，共計預測資源量1054.56×103萬t[3]。

近年來很多學者對煤中微量元素進行了大量的研究，煤中微量元素特征的研究能為礦區提供豐富的地化信息，并為礦區的成煤環境及演化規律提供重要依據[4～6]。目前對木里煤田煤中微量元素的研究較少，故對此區域進行研究具有非常重要的意義。

2 地質背景

木里煤田位于青海省海西州天峻縣木里鎮境內，東臨聚乎更煤礦區，西至雪霍立，南至侏羅系含煤地層，北一直延伸至新近系地層邊緣地帶，地勢總體上呈南高北低[7,8]。全區發育主要可采煤層下1煤和下2 煤[9]。木里煤田所在的中祁連地塊大地構造演化經歷了前石炭紀古大陸克拉通演化階段、石炭紀-三疊紀新大陸克拉通化階段、侏羅紀-第四紀殘留盆地演化改造階段，構成了現今的格局[10～13]。木里煤田整體構造形態為一構造線呈北西向展布的大型復式向斜，伴生有斷層。復式向斜樞紐線軸跡基本沿大通河展布，南翼發育石炭系、二疊系、三疊系，北翼由石炭系、陸相二疊系、三疊系組成，核部西段在木里—江倉一帶由侏羅系和上三疊統默勒群組成，中段和東段主要由上三疊統阿塔寺組和尕勒得寺組成，沿大通河流域有零星白堊系和第三系分布[14]。

3 樣品采集與測試

本次主要對木里煤田Y1井的鉆孔樣品測試結果進行了分析。共采集18塊樣品，分別對其中部分樣品進行了工業分析、XRF和ICP-MS分析。其中工業分析參照國家標準 GB /T 212—2008。

4 煤質特征

通過煤的工業分析可以判斷煤質特征。研究區煤層剖面各個分層的工業分析、全硫分析測定數據如表1 所示，12 個煤分層原煤水分( Mad )為0.45%～4.92%，平均1.19%；揮發分產率( Vdaf )含量為12.62%～96.93%，平均30.79%，為中高揮發分煤；灰分( Ad ) 含量為5.37%～87.46%，平均30.74%，為高灰煤。全硫含量為0.01～0.12%，加權平均0.07%，為特低硫煤。

表1 煤工業分析指標 %

5 微量元素富集特征

5.1 常量元素含量特征

表2列出了木里煤田Y1井煤中常量元素氧化物含量。可見煤中常量元素氧化物以 SiO2和Al2O3為主，SiO2含量為13.90%～56.98%，均值為40.01%；Al2O3含量為8.84%～41.34%，均值為 30.82%； SiO2/Al2O3含量比為 0.85～1.94，平均1.35。

表2 煤中常量元素氧化物含量 %

5.2 稀土元素的地球化學特征

通過實驗測得研究區煤中15種稀土元素，通過處理分析實驗結果，并將其與目前公認的標準值[15，16]對比。發現相比于中國值標準，La(24.05 μg/g)、Er(1.99 μg/g)、Yb(2.17 μg/g)、Y(18.41 μg/g)含量較高，另外11種元素含量較低。和世界值標準相比，元素含量均比標準值高。和上地殼值標準相比，Dy(3.13μg/g)、Tm(0.35 μg/g)、Lu(0.34 μg/g)均值比上地殼值高，其它均比標準值低。

圖1 各煤樣微量含量的分布

元素標準化后的比值可以分析元素的富集程度，若LaN/LuN小于1，為重稀土富集；當LaN/SmN<1且GdN/LuN>1，為富中稀土型；若LaN/LuN大于1，為輕稀土富集[17]。研究區LaN介于7.23～168.67，平均值為80.16；LuN介于0.87～23.23，平均值為11.07；SmN介于1.55～37.35，平均值為17.49；GdN介于0.9～21.58，平均值為10.03。18個樣品的LaN/LuN及LaN/SmN的比值大于1，表明研究區煤中元素為輕稀土富集。

δEu、δGd和δCe分別表示Eu、Gd和Ce元素的異常程度[17]，如果值小于1，說明該元素負異常。經過實驗結果處理，發現研究區δEu除了2個樣品小于1外，其他均大于1；δCe介于0.67～0.80，平均0.75，Ce負異常。

5.3 煤中稀土元素的分布模式

通過元素分配模式圖可以看出研究區元素的分布模式，從圖2可知，18個樣品整體趨勢類似，輕稀土元素部分變化較大，整體含量明顯高于趨勢平緩的中稀土和重稀土元素。圖中Ce虧損，這與上文中Ce呈現負異常相對應。

圖2 稀土元素分布模式

6 結論

(1)12 個煤分層原煤水分( Mad )為0.45%～4.92%，平均1.19%；揮發分產率( Vdaf )含量為12.62%～96.93%，平均30.79%，為中高揮發分煤；灰分( Ad ) 含量為5.37%～87.46%，平均30.74%，為高灰煤。全硫含量為0.01～0.12%，加權平均0.07%，為特低硫煤。

(2)研究區煤中常量元素氧化物以 SiO2和Al2O3為主，SiO2含量為 13.90%～56.98%，均值為40.01%；Al2O3含量為8.84%～41.34%，均值為30.82%； SiO2/Al2O3含量比為 0.85～1.94，平均1.35。

(3)研究區中18個樣品的LaN/LuN及LaN/SmN的比值大于1，表明研究區煤中元素為輕稀土富集。δCe平均0.75，Ce負異常。

(4)18個樣品輕稀土元素部分變化較大，整體含量明顯高于趨勢平緩的中稀土和重稀土元素。