本文關鍵詞： 晚二疊世煤 礦物 微量元素 富集分異機理　出處：《中國礦業(yè)大學(北京)》2017年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文綜合運用煤田地質學、礦物學、煤化學、地球化學以及統(tǒng)計學等理論知識,使用光學顯微鏡、帶能譜的掃描電鏡、等離子體低溫灰化儀、X射線衍射分析儀、Siroquant定量系統(tǒng)、X射線熒光光譜儀以及電感耦合等離子體質譜儀等分析測試技術,對滇東樹根田和黔西月亮田晚二疊世煤中礦物及微量元素的含量、分布規(guī)律和賦存狀態(tài)進行了研究,總結了控制煤中礦物及微量元素富集分異的主要因素。滇東樹根田煤以特低-中灰和低揮發(fā)分產率、特低-低硫含量為特征,黔西月亮田煤則以低-中灰和高揮發(fā)分產率、特低-中硫含量為特征。整體而言,樹根田煤的灰分、揮發(fā)分以及全硫含量均低于月亮田煤。月亮田煤中全硫含量大于1%的煤分層集中在19#和24#煤層,并且以黃鐵礦硫為主。樹根田和月亮田煤中顯微組分都以鏡質組為主,其次為惰質組,但由于樹根田煤化程度較高,因此在光學顯微鏡下并未發(fā)現(xiàn)殼質組分,月亮田煤中殼質組分則以樹皮體為主。X射線衍射分析和Siroquant定量分析結果顯示,樹根田和月亮田煤中礦物組成基本相似,以石英和黏土礦物(高嶺石、伊蒙混層和鮞綠泥石)為主,其次為銳鈦礦和方解石,鐵白云石和黃鐵礦僅在少數(shù)分層樣品中有所分布,此外,在掃描電鏡下還觀察到了黃銅礦、閃鋅礦、重晶石、鋯石以及含稀土元素的磷酸鹽礦物(磷鋁鈰礦和水磷鈰礦)。從礦物含量沿煤層剖面變化趨勢來看,石英在樹根田和月亮田煤分層中的含量普遍高于頂?shù)装搴蛫A矸,并且跟高嶺石的變化趨勢完全相反;銳鈦礦在各分層樣品中均有分布,并且頂?shù)装搴驼３练e的夾矸中銳鈦礦的含量普遍高于煤分層樣品;方解石則主要分布在煤分層樣品中。樹根田和月亮田煤以大量的自生石英為顯著特征,借助光學顯微鏡和掃描電鏡分析,自生石英主要以兩種形態(tài)產出:(1)賦存在基質鏡質體中,這類自生石英顆粒細小,粒徑約10μm左右,有的呈浸染狀分散分布在基質鏡質體中,有的與黏土礦物或黃鐵礦順層理分布;除此之外,在月亮田YLT182-7c煤分層中還發(fā)現(xiàn)了自生石英次生加大的現(xiàn)象,其粒徑達到了120μm。(2)充填在有機質胞腔中,這類自生石英有的單獨存在,有的與高嶺石或鮞綠泥石共存。根據(jù)石英的賦存狀態(tài)推斷其主要來自峨眉山玄武巖風化析出的含硅溶液和富硅的低溫熱液流體。與中國煤均值相比,樹根田和月亮田煤中SiO_2含量都較高,富集系數(shù)分別為1.35和1.42,TiO_2含量接近或稍高于中國煤均值,而Al_2O_3、Fe_2O_3、MnO、MgO、CaO、Na_2O、K_2O和P_2O_5含量普遍低于中國煤均值。樹根田和月亮田煤中SiO_2/Al2O3比值明顯高于中國煤均值(1.42)和高嶺石的理論值(1.18),這主要歸因于大量的自生石英。樹根田和月亮田煤中SiO_2、Al_2O_3和TiO_2沿各煤層剖面的變化趨勢極為相似,在頂?shù)装寮罢３练e的夾矸中含量較高,煤分層中含量相對較低,TiO_2與SiO_2和Al_2O_3呈強烈的正相關關系,表明Ti可能主要賦存在銳鈦礦和黏土礦物中;Fe_2O_3和MgO在大部分煤層剖面上的變化規(guī)律基本一致,兩者共同的載體礦物主要有鮞綠泥石和鐵白云石;CaO整體上與灰分呈現(xiàn)相反的變化趨勢,并且在大多數(shù)煤分層中的含量要高于頂?shù)装搴蛫A矸。與世界煤均值相比,樹根田煤中微量元素Co、Cu、Zr、Nb和Ta含量較高,相對于世界煤均值的富集系數(shù)分別為2.37、2.21、2.39、2.03和2.21;月亮田煤中輕度富集微量元素V、Co、Cu、Se、Zr、La、Ce、Sm、Eu和Tb,富集系數(shù)分別為2.68、3、2.97、3.48、2.16、2.04、2.15、2.03、2.48和2.06。潛在有害微量元素Se、Hg和Pb在月亮田19#和24#煤中輕度富集,主要是由YLT19-6c、YLT19-9c、YLT24-8c和YLT24-10c四個異常高含量的煤分層樣品導致的,這幾層樣品中As和U的含量也相對較高。樹根田和月亮田煤中稀土元素均值分別為101μg/g和136μg/g,明顯高于世界煤均值(68.6μg/g);樹根田5#、9#和月亮田18_1M#煤層中稀土元素氧化物(REO)含量較高,接近甚至超過了燃煤產物中稀土元素回收利用的邊界品位(0.1%REO);根據(jù)Seredin和Dai提出的稀土元素經濟價值評價方法,樹根田和月亮田大部分煤分層及夾矸是具有開發(fā)前景的,可以作為提取稀土元素的原材料�？傮w而言,滇東樹根田和黔西月亮田晚二疊世煤中礦物和元素具有相似的組合特征,其富集分異主要受到以下因素的影響:(1)沉積源區(qū)供給研究區(qū)西側的康滇古陸是西南地區(qū)的主要物源區(qū),對含煤盆地的供給主要包括峨眉山玄武巖風化析出的硅質溶液以及陸源碎屑物質輸入。樹根田和月亮田煤中大量的自生石英主要來源于峨眉山玄武巖風析出的硅質溶液;在煤分層及頂?shù)装逯邪l(fā)現(xiàn)的粒度較大(100μm)、具有一定磨圓度的石英顆粒以及呈條帶狀順層理分布的高嶺石都為陸源碎屑輸入提供了證據(jù)。樹根田和月亮田煤層頂?shù)装搴驼３练e的夾矸中常量元素氧化物TiO_2,過渡金屬元素Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu和Zn以及高場強元素Nb、Ta、Zr和Hf的含量明顯較高,主要是受到峨眉山玄武巖碎屑輸入的影響;此外,絕大多數(shù)頂?shù)装寮罢３练e的夾矸中稀土元素分布模式與峨眉山玄武巖極為相似,表現(xiàn)為富輕中稀土型,Eu呈明顯的正異常,然而個別幾層頂?shù)装鍔A矸中Eu無明顯異常或呈現(xiàn)弱的負異常,表明除峨眉山玄武巖之外,它們還受到了中酸性巖石碎屑輸入的影響。(2)酸性火山灰輸入在樹根田和月亮田煤中發(fā)現(xiàn)了四層Tonstein:SGT7U-3p、YLT18_1U-7p、YLT18_1M-6p和YLT19-8p,它們的厚度分別為5cm、1cm、2cm和5cm,與上下煤分層的界限清晰;其礦物成分主要為黏土礦物,含量最高達到了95.6%。借助光學顯微鏡和掃描電鏡分析,在Tonstein中觀察到了火山碎屑石英,有的因高溫熔蝕呈現(xiàn)不規(guī)則形狀,其上可見高溫裂紋,有的棱角分明,呈尖角狀或鐮刀狀產出,為酸性火山灰輸入含煤地層提供了直接證據(jù);鋯石晶形保存完好,呈細長柱狀,晶體長度和寬度比值(c/a)遠遠大于2.5,有的具有熔蝕孔洞或高溫裂紋,這與以往研究的來源于酸性火山灰的鋯石特征相一致;此外還有橢球形高嶺石集合體以及結晶良好的蠕蟲狀高嶺石都是Tonstein的特征礦物。Tonstein中TiO_2和過渡金屬元素(Sc、V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn)含量明顯較低,但是Th和U含量很高,SGT7U-3p、YLT18_1U-7p和YLT19-8p的稀土元素分布模式呈現(xiàn)明顯的Eu負異常,符合西南地區(qū)長英質Tonstein的典型特征。SGT7U-3p、YLT18_1U-7p、YLT18_1M-6p和YLT19-8p的TiO_2/Al2O3比值分別為0.01、0.03、0.02和0.02,并且在Nb/Y-Zr/TiO_2分布圖中相應的投點全部落在了粗安巖區(qū)域內,說明它們的原始巖漿與粗安巖相似,均為峨眉山地幔柱衰退期噴發(fā)的酸性巖漿,進一步印證了其酸性火山灰來源。(3)熱液流體侵入通過掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),樹根田和月亮田煤中鮞綠泥石主要有兩種賦存狀態(tài),一種是與石英或高嶺石共同充填在有機質胞腔中,另一種是交代高嶺石呈細條帶狀產出,表明它是由高嶺石和富Fe、Mg的熱液流體相互作用形成的。充填裂隙的黃鐵礦和方解石相互交錯,說明在后生成巖作用階段,富Fe、Ca的熱液流體侵入煤層節(jié)理或裂隙,形成了脈狀的黃鐵礦和方解石。此外,充填在胞腔或裂隙中的黃銅礦、重晶石、銳鈦礦和含稀土元素的磷酸鹽礦物都是多期次熱液流體侵入煤層的產物。熱液流體作用導致某些微量元素在煤分層、頂?shù)装濉A矸和Tonstein中的含量重新分配。月亮田19#和24#煤層中含量較高的As、Se、Hg、Pb和U主要受控于熱液流體活動;靠近頂板、夾矸或Tonstein的煤分層YLT18_1U-8c、YLT18_1M-2c、YLT18_1M-7c、YLT182-7c和YLT19-9c中稀土元素總量明顯高于其他煤分層,就是因為與其緊鄰的頂板、夾矸或Tonstein受到了熱液流體或地下水的淋濾作用,稀土元素隨淋濾液進入下伏煤分層中。YLT18_1M-6p為長英質Tonstein,因遭受高溫熱液流體影響,繼承自酸性巖的Eu負異常被抵消,最終呈現(xiàn)Eu無明顯異常,其下伏的YLT18_1M-7c煤分層中明顯的Eu正異常也為高溫熱液活動提供了證據(jù)。(4)沉積環(huán)境影響沉積環(huán)境對煤中礦物質的影響主要表現(xiàn)為海水作用。因受海水影響,月亮田19#和24#煤層全硫含量較高,最高值達到了4.76%,借助X射線衍射和Siroquant定量分析,在相應煤分層樣品中檢測出了大量的黃鐵礦,其賦存形態(tài)多種多樣,有莓球狀、團塊狀、自形和半自形晶體,還有的充填有機質胞腔,這些都是同生成巖作用階段由來源于海水的SO_4~(2-)和陸源供給的Fe~(2+)在細菌作用下形成的。
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【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學(北京)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P612
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本文編號：1485878