西北某地煤田煤的煤巖和微量元素特征對(duì)比

摘要：我國(guó)目前的地質(zhì)學(xué)研究理論主要是以華北地區(qū)的煤田資源為重點(diǎn)研究對(duì)象，未能足夠重視對(duì)于西北地區(qū)的煤炭資源的研究。為了能夠更好地開發(fā)與利用西北地區(qū)豐富優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，為了豐富我國(guó)地質(zhì)學(xué)理論，必須重視西北地區(qū)煤炭資源的研究。為此，文章重點(diǎn)選取西北地區(qū)的兩個(gè)礦區(qū)，詳細(xì)闡述西北地區(qū)煤田煤的煤巖和微量元素特征對(duì)比，以期更好地開發(fā)與利用西北地區(qū)的煤炭資源。

關(guān)鍵詞：西北地區(qū)；煤田煤；煤巖；微量元素

中圖分類號(hào)：TD618 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）07-0108-03

我國(guó)西北地區(qū)是重要的煤炭資源大區(qū)，具有巨大的開發(fā)與利用潛力，其中最具特色的就是侏羅紀(jì)地區(qū)的煤田。侏羅紀(jì)煤不同于我國(guó)作為重點(diǎn)研究對(duì)象的華北地區(qū)的煤礦資源，具有獨(dú)特的性質(zhì)與成分。但是，由于我國(guó)目前的地質(zhì)學(xué)研究理論主要是以華北地區(qū)的煤田資源為重點(diǎn)研究對(duì)象，未能足夠重視西北地區(qū)的煤炭資源的研究，因此當(dāng)前的理論研究并不能很好地解釋侏羅紀(jì)煤礦資源獨(dú)特的性質(zhì)、成分及其形成因素。為了能夠更好地開發(fā)與利用西北地區(qū)豐富優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，為了豐富與發(fā)展我國(guó)地質(zhì)學(xué)理論，本文將重點(diǎn)選取西北地區(qū)的兩個(gè)礦區(qū)來詳細(xì)闡述西北地區(qū)煤田煤的煤巖和微量元素特征對(duì)比，從而能夠激發(fā)出西北地區(qū)煤田資源的潛力。

1 選取礦區(qū)并采集和處理樣品

本文將選取西北地區(qū)的汝箕溝礦區(qū)以及石炭井礦區(qū)這兩個(gè)礦區(qū)來作為本文研究對(duì)象，以此來研究西北地區(qū)煤的煤巖與微量元素特征對(duì)比。

1.1 煤樣的選取

在煤樣的選取過程中，要選擇兩個(gè)礦區(qū)性質(zhì)最為穩(wěn)定的采煤層進(jìn)行煤樣的采取，同時(shí)要注意對(duì)位于煤層內(nèi)的夾矸、頂板以及底板巖層樣品的采取。采取煤樣完畢后，要根據(jù)亮煤、暗煤、絲炭、精煤這四個(gè)觀察煤的基本單位來對(duì)煤樣進(jìn)行區(qū)分，然后將該煤樣制成煤光片以及粉煤光片，然后用顯微鏡對(duì)這兩種光片進(jìn)行仔細(xì)的

觀察。

1.2 對(duì)煤進(jìn)行詳細(xì)的工業(yè)分析

在對(duì)煤進(jìn)行的工業(yè)分析中，主要要對(duì)煤的水分、揮發(fā)分、灰分以及固定碳等幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。其中，煤的水分以及灰分可以直接用儀器測(cè)量得出，而煤的固定碳指標(biāo)可以用差減法進(jìn)行計(jì)算得出，同時(shí)要對(duì)煤的發(fā)熱量以及全硫這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

1.3 對(duì)煤進(jìn)行元素分析

煤中含有多種多樣的元素，其中碳、氧、氮、氫以及硫元素是其主要的組成元素。在對(duì)煤炭資源的研究中，主要組成元素之外的其他元素一般不能稱之為煤炭的組成元素，這些元素通常被稱為煤炭的微量元素或者是伴生元素。

1.4 研究過程中使用的研究方法

西北地區(qū)的汝箕溝礦區(qū)中大部分都是低灰煤，同時(shí)含有極其少量的特低灰煤，如果我們?cè)谘芯窟^程中采用宏觀觀察，將會(huì)很難觀察到煤炭中的礦物質(zhì)，因此，本文將會(huì)采用微區(qū)光學(xué)的分析方法來觀察煤礦中的礦物質(zhì)。

在分析煤炭中的常量以及微量元素分布時(shí)，本文將采取化學(xué)方法以及儀器中子活化這兩種方法來進(jìn)行煤炭組成元素的分析。從而來研究西北地區(qū)煤的煤巖與微量元素特征對(duì)比。

2 分析兩個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)特征

2.1 兩個(gè)礦區(qū)的交通位置

汝箕溝礦區(qū)坐落于西北地區(qū)賀蘭山的中段，成長(zhǎng)條形分布，長(zhǎng)度約為15千米，寬度約為8千米。汝箕溝礦區(qū)的工作區(qū)內(nèi)主要有包蘭鐵路、平汝專線鐵路等幾條交通線，能夠與外界保持良好的聯(lián)系。并且在該工作區(qū)域內(nèi)還有簡(jiǎn)易的公路，交通比較便利。

石炭井礦區(qū)坐落于西北地區(qū)賀蘭山的北段，位于高山環(huán)抱之中，海拔在一千四百千米左右，北高南低，地貌為丘陵盆地。在該丘陵盆地中具有沙溝，縱貫?zāi)媳薄?/p>

汝箕溝礦區(qū)與石炭井礦區(qū)距離石嘴山市三十五千米左右，前者位于石嘴山市的東北面，后者位于石嘴山市的西北面。

2.2 兩個(gè)礦區(qū)的地質(zhì)條件

汝箕溝礦區(qū)地層的出露狀況良好，直羅組和安定組、中侏羅系統(tǒng)延安組以及上三疊系統(tǒng)延長(zhǎng)群自上而下分布于礦區(qū)地層之中。中侏羅系統(tǒng)延安組主要分為兩個(gè)部分，位于上部的是直羅組，位于下部的是延安組，其中延安組為該區(qū)域的主要含煤層。直羅組和安定組不含煤，其巖性為紫紅色、黃綠色以及灰色砂礫巖、鈣質(zhì)泥巖、砂巖。三疊系統(tǒng)延長(zhǎng)群其厚度變化范圍較大，主要含黃綠色巨厚層粗砂巖以及中粗砂巖，并夾雜含有炭質(zhì)泥巖以及粉砂巖，為黑色薄層。在汝箕溝礦區(qū)中，二煤為該礦區(qū)主要的采煤層。

石炭井礦區(qū)主要的出露地層為中石炭統(tǒng)羊虎溝群、石千峰組和第四系、上石炭統(tǒng)太原群、下二疊統(tǒng)下石盒子組、下二疊統(tǒng)山西組、上二疊統(tǒng)上石盒子組與石千峰組和第四系。在該礦區(qū)中上石炭統(tǒng)太原群中有11層為含煤層，其中有7層為可采煤以及局部可采煤層，這七個(gè)煤層分別為六、八、九、十、十一、十二、十三層煤；下二疊統(tǒng)山西組有六層為含煤層，其中有四層為可采煤或者局部可采煤層，這四個(gè)煤層分別為二、三、四、五層煤。下石盒子組只有一層可以采煤，這一煤層為一層煤。另外，第一、二、十二這三個(gè)煤層為不穩(wěn)定煤層；第三、四、五、六、十、十一這幾個(gè)煤層為比較穩(wěn)定的煤層；第八、九、十三這三個(gè)煤層則屬于穩(wěn)定煤層。

2.3 兩個(gè)礦區(qū)的成煤條件及其對(duì)比

汝箕溝礦區(qū)的成煤條件：汝箕溝礦區(qū)其地形為凹陷盆地。其成煤植物主要為裸子植物，在上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組發(fā)生沉積的初期，汝箕溝礦區(qū)沉降的速度加快，出現(xiàn)了地形之間的差異且坡度變得較大，從而使粗碎屑物移動(dòng)過來填充補(bǔ)足，使該區(qū)域得到大量的礫石進(jìn)行充填。

礫石的巖性多為粗砂巖一中砂巖夾礫巖。后來，隨著時(shí)間的推移，礦區(qū)的沉降逐漸穩(wěn)定，氣候更加溫暖濕潤(rùn)，植物愈加的繁茂，碎屑物減少，相當(dāng)規(guī)模的濁積巖系形成。隨后，礦區(qū)在延安期呈現(xiàn)比較穩(wěn)定的沉降狀態(tài)，在直羅期曾出現(xiàn)暫時(shí)抬升狀態(tài)，而在安定期則表現(xiàn)為半咸化封閉性質(zhì)的內(nèi)陸湖泊。在這一過程中，礦區(qū)內(nèi)不同煤層發(fā)育。

石炭井礦區(qū)的成煤條件：植物是礦區(qū)煤層形成的主要物質(zhì)條件。在自然演變中，植物主要經(jīng)歷了菌藻植物時(shí)代，裸蕨植物時(shí)代，蕨類、種子蕨類植物時(shí)代，裸子植物時(shí)代，被子植物時(shí)代這五個(gè)由低到高的階段。從晚泥笳紀(jì)起到晚二疊世早期，蕨類、種子蕨類植物發(fā)展迅速，形成大片的植物群落，從而為煤層的形成奠定了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。華力西運(yùn)動(dòng)中期之后，不斷出現(xiàn)沉降運(yùn)動(dòng)，陸表海形成，海陸交互煤巖系形成。其中，煤層中的太原組其巖性、巖相、石灰?guī)r以及煤層相對(duì)來說比較穩(wěn)定，成煤規(guī)律較為明顯。等到發(fā)展到早二疊世早期，晚華力西運(yùn)動(dòng)發(fā)生作用導(dǎo)致石炭井地區(qū)向上升起，從而使海水退出，由此石炭井地區(qū)發(fā)展為內(nèi)陸湖盆，含煤系在太原組上面連續(xù)沉積。在石炭井礦區(qū)內(nèi)部分布著極其廣泛的可采煤區(qū)。endprint

兩個(gè)礦區(qū)的成煤條件對(duì)比：從兩個(gè)礦區(qū)形成煤層的時(shí)間來看，二者是先后關(guān)系，從兩個(gè)礦區(qū)的地理位置來看，二者是相鄰關(guān)系。本文主要從形成煤層的盆地條件、植物條件以及沉積環(huán)境這三個(gè)方面來闡述兩個(gè)礦區(qū)在成煤條件上的本質(zhì)差異。其中，兩者的區(qū)別在于，兩個(gè)礦區(qū)的沉積環(huán)境不同，其中，汝箕溝礦區(qū)的沉積環(huán)境是湖泊河流相互沉積，而石炭井礦區(qū)的沉積環(huán)境則是海洋陸地相互沉積。

2.4 兩個(gè)礦區(qū)的變質(zhì)作用

中國(guó)煤體形成的變質(zhì)作用主要可分為四大類：煤的深成變質(zhì)作用、煤的接觸變質(zhì)作用、煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用以及煤的熱液熱水變質(zhì)作用。

汝箕溝礦區(qū)的變質(zhì)作用類型主要為煤的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用，其熱源主要為隱伏巖體，以對(duì)流的方式進(jìn)行熱傳導(dǎo)。石炭井礦區(qū)的變質(zhì)作用類型主要為煤的深成變質(zhì)作用，其溫度以及壓力方面的差異主要是由埋藏深度所引發(fā)的。

3 兩個(gè)礦區(qū)的煤巖學(xué)特征及其對(duì)比

汝箕溝礦區(qū)的煤巖學(xué)特征：汝箕溝礦區(qū)主要為無煙煤，不會(huì)染手，顏色為黑色或者鋼灰色，質(zhì)地堅(jiān)硬，硬度以及相對(duì)密度均比較大，其光澤類型通常為金屬光澤或者金剛光澤。線理—條帶狀分布，其中亮煤以及鏡煤成細(xì)條狀分布，絲炭發(fā)育也比較好，通常為細(xì)層狀或者透鏡狀構(gòu)造。

石炭井礦區(qū)的煤巖學(xué)特征：石炭井礦區(qū)主要為焦煤，其硬度較小且疏松，會(huì)染手，通常會(huì)呈現(xiàn)出半暗型或者暗淡型光澤，其中第四煤層的光澤尤為暗淡。顏色多為亮黑色或者是灰黑色，成細(xì)線理狀或者均一狀

結(jié)構(gòu)。

汝箕溝礦區(qū)的顯微煤巖學(xué)特征：該礦區(qū)的無煙煤主要可分為鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組，其中鏡質(zhì)組的顏色為灰色，惰質(zhì)組的顏色為白色，能夠看到該礦區(qū)內(nèi)的礦物質(zhì)，但是很難區(qū)分其種類。

石炭井礦區(qū)的顯微煤巖學(xué)特征：該礦區(qū)的焦煤同無煙煤一樣，主要可分為鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組，其中鏡質(zhì)組的顏色為灰色，惰質(zhì)組的顏色為白色，能夠看到該礦區(qū)內(nèi)的礦物質(zhì)，但是很難區(qū)分其種類。

綜上所述，汝箕溝礦區(qū)主要為無煙煤，不會(huì)染手，其光澤類型通常為金屬光澤或者金剛光澤，硬度以及相對(duì)密度較大，石炭井礦區(qū)主要為焦煤，會(huì)染手，通常會(huì)呈現(xiàn)出半暗型或者暗淡型光澤，其硬度較小且疏松。

在顯微煤巖學(xué)特征方面，二者既有相同之處也有不同之處。相同之處：主要可分為鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組，其中鏡質(zhì)組的顏色為灰色，惰質(zhì)組的顏色為白色，能夠看到該礦區(qū)內(nèi)的礦物質(zhì)，但是很難區(qū)分其種類。不同之處：汝箕溝礦區(qū)無煙煤的變質(zhì)程度高于石炭井礦區(qū)的焦煤，并且汝箕溝礦區(qū)鏡質(zhì)組與惰質(zhì)組的區(qū)分要比石炭井礦區(qū)難，其中礦物質(zhì)的含量也比較多。

4 兩個(gè)礦區(qū)的礦物組成以及微量元素特征分析與對(duì)比

本文主要采取X衍射的方法來進(jìn)行煤的礦物組成分析，采用儀器中子活化的方法來進(jìn)行煤中的微量元素的分析，從而進(jìn)一步對(duì)西北地區(qū)兩個(gè)礦區(qū)煤的微量元素特征進(jìn)行對(duì)比探索。

4.1 兩個(gè)礦區(qū)的礦物組成分析及對(duì)比

通過X衍射的方法并分析汝箕溝礦區(qū)和石炭井礦區(qū)的X衍射圖譜我們可以得出結(jié)論：石炭井礦區(qū)所采得的煤樣品的波峰最大值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汝箕溝礦區(qū)所采得的煤樣品的波峰值；X衍射是一種可以用來確定煤層中所含礦物量的方法，由此可以得知這兩個(gè)礦區(qū)煤層中所含的礦物量不同，且差異程度比較大。

汝箕溝礦區(qū)二煤主要含有伊利石、石英、方解石以及高嶺石等礦物質(zhì)，其中高嶺石與伊利石是其中主要的礦物質(zhì)，前者占據(jù)百分之七十，后者占據(jù)百分之十五，其他類型的礦物種類含量極少，占據(jù)剩下的百分之五。汝箕溝礦區(qū)的三煤礦除了含有二煤中所含有的礦物質(zhì)之外，還含有石膏、鐵白云石等礦物質(zhì)，其中高嶺石含量最多，石英石次之，石膏以及方解石兩種礦物質(zhì)的含量及其少。石炭井礦區(qū)的第四煤礦主要含有白云石、高嶺石、鐵白云石、石膏、黃鐵以及螢石，高嶺石的含量最多，其他礦物質(zhì)的含量較少，石炭井礦區(qū)的第五煤礦主要含有的礦物種類為高嶺石、白云石、螢石、石膏、黃鐵礦，同第四煤礦一樣，高嶺石的含量最多，其他種類的礦物質(zhì)含量極少。

4.2 兩個(gè)礦區(qū)的微量元素特征分析及對(duì)比

汝箕溝礦區(qū)的煤中微量元素中，Se、M0這兩個(gè)微量元素的含量比較高，其富集系數(shù)比1大，其他種類的微量元素則無富集現(xiàn)象。在各種微量元素中，只有Se一個(gè)微量元素在煤中呈現(xiàn)高度富集。

將汝箕溝礦區(qū)的煤礦中所含的微量元素與中國(guó)石炭一二疊紀(jì)煤和中國(guó)煤中所含的微量元素進(jìn)行對(duì)比可以得到如下結(jié)果：在煤樣中只有Zr這一種微量元素的含量超出侏羅紀(jì)煤的范圍，以全國(guó)煤中所含元素為標(biāo)準(zhǔn)，與石炭一二疊紀(jì)煤、世界煤以及全國(guó)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圍之內(nèi)。

炭井礦區(qū)的煤中微量元素中，Se呈現(xiàn)非常富集的狀態(tài)，它的富集系數(shù)是243.8，在剩余的微量元素中還有很多富集系數(shù)比1大的微量元素，主要包括Zr、Mo、Sb、Hf、W、Th、U。其他種類的微量元素均不呈現(xiàn)富集狀態(tài)。

將石炭井礦區(qū)的煤礦中所含的微量元素與中國(guó)石炭一二疊紀(jì)煤和中國(guó)煤中所含的微量元素進(jìn)行對(duì)比可以得到如下結(jié)果：石炭井礦區(qū)煤礦中Zr這一微量元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于石炭一二疊紀(jì)煤、世界煤以及全國(guó)煤中所含的微量元素，Se和H這兩種微量元素也高于這三者所含的微量元素的范圍，但以全國(guó)煤中所含元素為標(biāo)準(zhǔn)，與石炭一二疊紀(jì)煤、世界煤以及全國(guó)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圍之內(nèi)。

5 研究意義

汝箕溝礦區(qū)的煤具有“三低六高”的優(yōu)點(diǎn)，三低即灰、硫、磷含量特別低，六高即發(fā)熱量、比電阻、回收率、二氧化碳轉(zhuǎn)化率以及機(jī)械強(qiáng)度比較高。同石炭井礦區(qū)的煤具有十分大的差異。為了能夠更好地開發(fā)與利用西北地區(qū)豐富優(yōu)質(zhì)的煤炭資源以及填補(bǔ)我國(guó)地質(zhì)學(xué)理論關(guān)于西北地區(qū)的不足，必須要高度重視對(duì)于西北地區(qū)煤田煤的煤巖和微量元素特征對(duì)比的探索。

6 結(jié)語

為了能夠更好地開發(fā)與利用西北地區(qū)豐富優(yōu)質(zhì)的煤炭資源，為了豐富與發(fā)展我國(guó)地質(zhì)學(xué)理論，必須重視西北地區(qū)煤炭資源的研究，詳細(xì)了解西北地區(qū)煤炭資源的性質(zhì)與特色，掌握好西北地區(qū)煤田煤的煤巖和微量元素特征對(duì)比。

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作者簡(jiǎn)介：王爾林（1984—），男，陜西神木人，神華神東煤炭集團(tuán)地測(cè)公司副總工程師，研究方向：地質(zhì)調(diào)查與找礦。endprint