本文關(guān)鍵詞：烏海石炭二疊紀(jì)煤中元素的分布規(guī)律和礦物質(zhì)富集機(jī)理，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤中礦物質(zhì)和元素既可以反映聚煤環(huán)境的地質(zhì)背景又能揭示煤層形成后所經(jīng)歷的各種地質(zhì)作用,因此研究煤中礦物質(zhì)和元素有助于闡明煤層的成因、煤化作用和區(qū)域地質(zhì)歷史演化等基本理論問(wèn)題。本文綜合運(yùn)用煤田地質(zhì)學(xué)、煤巖學(xué)、巖石礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等理論知識(shí),使用X-射線熒光光譜、低溫灰化-X射線衍射-Siroquant定量分析和帶能譜的掃描電鏡等分析測(cè)試技術(shù)方法對(duì)鄂爾多斯盆地西北緣烏海煤中元素的分布規(guī)律和礦物質(zhì)富集分異機(jī)理進(jìn)行了深入的分析。烏海石炭二疊紀(jì)煤的地球化學(xué)和礦物學(xué)組成的變化主要由三個(gè)因素控制:(1)沉積源區(qū)的輸入;(2)泥炭聚集期間海水的影響;(3)多期次熱液的作用。烏海聚煤盆地的沉積源區(qū)為其西北的阿拉善古陸,主要由前寒武的變質(zhì)巖組成,而不是為華北聚煤盆地大部分石炭二疊紀(jì)煤提供陸源碎屑物質(zhì)的陰山古陸。和鄂爾多斯東北緣準(zhǔn)格爾煤(如:官板烏素煤、哈爾烏素煤和黑岱溝煤)相比,烏海煤具有較低的Th和Li含量,但是SiO2/Al2O3比值則相對(duì)較高,說(shuō)明它們具有不同的源區(qū)。Al2O3/TiO2值是最有效的沉積巖源區(qū)指示劑,烏海含煤巖系頂?shù)装搴蛫A矸Al2O3/TiO2值均在20.47-49之間,均值為28.63,據(jù)此估算出源區(qū)巖石SiO2含量在56.8%-71.12%之間,均值為66.42%,表明烏海含煤巖系的源巖為長(zhǎng)英質(zhì)巖石�；瘜W(xué)蝕變指數(shù)CIA最早作為判別源區(qū)巖石化學(xué)風(fēng)化程度的指標(biāo)而提出,隨后又應(yīng)用于對(duì)沉積物沉積時(shí)的氣候環(huán)境的判定,烏海含煤巖系夾矸和頂?shù)装宓腃IA值從85到97之間變化,均值為92,反映了源區(qū)巖石遭受風(fēng)化的強(qiáng)度很劇烈,且表明烏海含煤巖系是在炎熱潮濕的氣候條件下沉積形成的。烏海石炭二疊紀(jì)煤中富集的微量元素有Li(55.72μg/g)、Be(2.42μg/g)、Ga(10.84μg/g)、Ge(3.56μg/g)、Zr(104.61μg/g)、Hg(0.224μg/g)和F(156.82μg/g)。這些元素相對(duì)于中國(guó)煤均值的富集系數(shù)分別為1.75、1.15、1.66、1.28、1.17、1.37、1.21;相對(duì)于世界煤均值的富集系數(shù)分別為4.64、1.51、1.87、1.62、2.91、2.24和1.78。在稀土元素地球化學(xué)特征方面,烏海煤表現(xiàn)為弱的Eu負(fù)異常,與陸源區(qū)源巖的控制和海水的調(diào)節(jié)作用關(guān)系密切。烏海煤Eu的負(fù)異常是從源區(qū)繼承下來(lái)的,因?yàn)殛懺磪^(qū)巖石具有Eu的負(fù)異常,海水對(duì)Eu異常起調(diào)節(jié)作用,它不僅減少了Eu負(fù)異常的程度,而且使稀土元素分布曲線平坦化。烏海煤輕重稀土元素分餾程度較低,主要是由于海水影響的泥炭沼澤環(huán)境對(duì)稀土元素有更強(qiáng)的改造和均化能力。重稀土元素比輕稀土元素更易在海水作用下溶解而遷移,被吸附的能力相對(duì)于輕稀土元素也強(qiáng),介質(zhì)中細(xì)粒的粘土礦物和有機(jī)質(zhì)優(yōu)先對(duì)其進(jìn)行吸附并沉淀。烏海大部分煤稀土分布模式為富重或中重稀土型,中重稀土元素相對(duì)富集,輕稀土相對(duì)虧損,主要?dú)w因于重稀土元素更強(qiáng)的有機(jī)親和性以及海水和熱液的共同作用。但有少數(shù)煤分層的稀土分布模式為富輕稀土型(l-type),這主要是由于陸源區(qū)阿拉善古陸(主要為前寒武紀(jì)的變質(zhì)巖)富集輕稀土元素,膠體溶液或者地表水將這些稀土元素在泥炭沼澤形成時(shí)期帶入聚煤盆地,從而導(dǎo)致烏海少數(shù)煤分層(如公烏素煤gws9-11和gws12-2)的稀土分布模式為富輕稀土型。烏海含煤巖系一些煤層以及頂?shù)装搴蛫A矸受到了地下水不同程度的淋溶。如:烏達(dá)礦區(qū)蘇海圖15煤頂板和夾矸sht15-2p以及黃白茨12煤頂板、夾矸hbc12-6p和hbc12-8p均遭到了地下水的淋溶。它們的稀土元素總量rey均小于其對(duì)應(yīng)的下伏煤層,輕重稀土分異程度卻分別大于其下伏煤層。在地下水的淋溶過(guò)程中,ce3+被氧化成ce4+,而沉淀在原地,并沒(méi)有隨地下水一起遷移,從而使夾矸中具有相對(duì)較高的ce和ce/ce*。對(duì)于烏海煤而言,粘土礦物的吸附以及含rey的有機(jī)化合物可能為稀土元素的主要賦存形式。多期熱液導(dǎo)致烏海含煤巖系的一些微量元素在煤層、夾矸和頂?shù)装逯兄匦路峙洹：蛫A矸中相比,煤層中高的元素比值(yb/la、nb/ta和zr/hf)主要?dú)w因于這些元素在煤層中的重新沉淀,夾矸中的這些元素(yb、nb和zr)在淋濾過(guò)程中更加活躍,更加容易被淋濾,被淋濾后易被下伏有機(jī)質(zhì)吸附,重新在下伏煤層中沉淀。由于微量元素的重新分配導(dǎo)致烏海煤中的一些元素比值(如zr/hf)高于世界煤均值。siroquant定量結(jié)果表明,烏海石炭二疊紀(jì)煤中礦物組成主要包括石英、粘土礦物(主要是高嶺石、伊利石和伊蒙混層)、黃鐵礦、白鐵礦、磷灰石、方解石、白云石、鐵白云石、銳鈦礦、以及少量的勃姆石、黃鉀鐵礬、硬石膏、三水鋁石、燒石膏和長(zhǎng)石。烏海一些煤分層中高含量的氟和磷,主要賦存于同生起源的熱液成因的磷灰石中。磷灰石在煤中是少見(jiàn)的,但是在烏海煤中則較為普遍。在烏達(dá)礦區(qū)五虎山9煤w9-12煤分層的低溫灰中,磷灰石含量達(dá)91.4%。烏海煤中的磷灰石均為單獨(dú)或者與銳鈦礦一起充填在有機(jī)質(zhì)的孔隙中或者有機(jī)顯微組分的胞腔中。磷灰石的形成是煤化作用早期在有效的孔隙尚未關(guān)閉之前自生作用的結(jié)果。烏海煤高含量的自生磷灰石的形成主要?dú)w因于充足的磷源的供給,以及中到弱堿性的干燥(低水位)的成煤環(huán)境,磷可能主要來(lái)自于原始泥炭沼澤中有機(jī)質(zhì)的含磷蛋白質(zhì)。烏達(dá)礦區(qū)9煤的黃鐵礦硫和有機(jī)硫的同位素值均較低,表明在9煤的泥炭聚集過(guò)程中有繁盛的細(xì)菌活動(dòng)。烏海泥炭沼澤弱還原和堿性的環(huán)境有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。由sem-edx技術(shù),在烏達(dá)煤中發(fā)現(xiàn)了黃鐵礦化的桿狀細(xì)菌菌簇。這些細(xì)菌菌簇的特點(diǎn)主要表現(xiàn)為:(1)、黃鐵礦化的細(xì)菌單體呈針狀,長(zhǎng)度在10微米左右。(2)、黃鐵礦化的細(xì)菌集合體呈放射狀或者菊花狀,直徑在20微米左右。(3)一些桿狀的黃鐵礦菌落,長(zhǎng)度在5到20微米之間,充填在胞腔或有機(jī)質(zhì)孔洞中,各黃鐵礦化的細(xì)菌單體排列緊密,由胞腔壁向胞腔內(nèi)部生長(zhǎng),形成了一個(gè)微型的由黃鐵礦化的細(xì)菌菌群組成的晶洞。
【關(guān)鍵詞】：烏海 煤 礦物質(zhì) 富集機(jī)理 沉積環(huán)境
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P618.11
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 引言14-28
• 1.1 研究意義14-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-23
• 1.2.1 煤中微量元素背景值16-17
• 1.2.2 煤中環(huán)境敏感元素17-20
• 1.2.3 煤中共（伴）生多金屬富集成礦20-22
• 1.2.4 研究區(qū)研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 研究?jī)?nèi)容23-24
• 1.4 研究思路、技術(shù)路線及主要工作量24
• 1.4.1 研究思路和技術(shù)路線24
• 1.4.2 主要工作量24
• 1.5 本章小結(jié)24-28
• 第二章 研究區(qū)地質(zhì)背景28-38
• 2.1 構(gòu)造演化28-30
• 2.2 研究區(qū)地質(zhì)概況30-35
• 2.2.1 烏達(dá)礦區(qū)30-33
• 2.2.2 海南礦區(qū)33-35
• 2.3 樣品采集和實(shí)驗(yàn)方法35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第三章 烏海石炭二疊紀(jì)煤的煤質(zhì)和煤巖特征38-50
• 3.1 烏海石炭二疊紀(jì)煤的煤質(zhì)特征38-40
• 3.1.1 灰分產(chǎn)率38-39
• 3.1.2 全硫含量39-40
• 3.1.3 揮發(fā)分和鏡質(zhì)組反射率與煤級(jí)40
• 3.2 烏海石炭二疊紀(jì)煤的煤巖特征40-44
• 3.3 本章小結(jié)44-50
• 第四章 烏海石炭二疊紀(jì)煤的礦物學(xué)特征50-86
• 4.1 石英50-53
• 4.2 粘土礦物53-59
• 4.2.1 高嶺石53-57
• 4.2.2 伊蒙混層57-58
• 4.2.3 伊利石58-59
• 4.3 硫化物礦物59-67
• 4.3.1 黃鐵礦59-66
• 4.3.2 白鐵礦66-67
• 4.4 碳酸鹽礦物67-70
• 4.4.1 方解石:67-69
• 4.4.2 白云石69-70
• 4.4.3 菱鐵礦70
• 4.5 銳鈦礦70-71
• 4.6 鋁的氫氧化物礦物71
• 4.7 硫酸鹽礦物71-72
• 4.7.1 石膏72
• 4.7.2 燒石膏72
• 4.7.3 黃鉀鐵礬72
• 4.8 磷灰石72-76
• 4.8.1 烏海煤中磷灰石的含量和賦存狀態(tài)73-75
• 4.8.2 烏海煤中磷灰石的來(lái)源75
• 4.8.3 烏海煤中磷灰石的形成環(huán)境75-76
• 4.9 本章小結(jié)76-86
• 第五章 烏海石炭二疊紀(jì)煤的元素地球化學(xué)特征86-122
• 5.1 常量元素特征86-98
• 5.2 化學(xué)成分和礦物組成的比對(duì)98-99
• 5.3 微量元素特征99-117
• 5.3.1 烏海煤中環(huán)境敏感元素103-109
• 5.3.2 烏海煤中伴生多金屬元素的分布特征109-114
• 5.3.3 烏海含煤巖系頂?shù)装搴蛫A矸中微量元素特征114-116
• 5.3.4 烏海煤、夾矸和頂?shù)装逯械奈⒘吭乇戎堤卣?/span>116-117
• 5.4 本章小結(jié)117-122
• 第六章 烏海石炭二疊紀(jì)煤的稀土元素特征122-150
• 6.1 烏海含煤巖系稀土元素的含量REY122-127
• 6.2 烏海含煤巖系稀土元素地球化學(xué)參數(shù)特征127-133
• 6.3 稀土元素的分布模式133-137
• 6.4 稀土元素的淋溶137-140
• 6.5 稀土元素的賦存狀態(tài)140-142
• 6.6 本章小結(jié)142-150
• 第七章 烏海煤礦物學(xué)和地球化學(xué)異常的主控因素150-162
• 7.1 沉積源區(qū)的影響150-156
• 7.1.1 沉積物源區(qū)分析150-152
• 7.1.2 陸源區(qū)Al_2O_3/TiO_2比值探討152-153
• 7.1.3 沉積源區(qū)對(duì)稀土元素分布的影響153-154
• 7.1.4 沉積源區(qū)的化學(xué)風(fēng)化154-156
• 7.2 泥炭聚集期間海水的作用156-159
• 7.2.1 海水對(duì)烏海煤中Sr/Ba比值的影響156-157
• 7.2.2 海水對(duì)烏海煤中S的影響157-158
• 7.2.3 海水對(duì)烏海煤中稀土元素分布模式的影響158-159
• 7.3 多期熱液的輸入159-161
• 7.4 本章小結(jié)161-162
• 第八章 結(jié)論與展望162-166
• 參考文獻(xiàn)166-182
• 致謝182-184
• 作者簡(jiǎn)介184
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文184
• 在學(xué)期間參加科研項(xiàng)目184-186
• 附表186-207

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前7條

1 劉桂建,楊萍s

本文編號(hào)：352151