煤中微量元素和矿物富集的同沉积火山灰与海底喷流复合成因_代世峰
华北与黔西地区晚古生代煤层中铂族元素赋存状态及来源
华北与黔西地区晚古生代煤层中铂族元素赋存状态及来源代世峰;任德贻;张军营;李生盛;张霞【期刊名称】《地质论评》【年(卷),期】2003(049)004【摘要】运用电离耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)对中国华北和黔西地区晚古生代煤系中54个样品的铂族元素(PGEs)进行了分析.分析结果表明,煤中铂族元素主要是通过岩浆热液活动、低温热液流体、同沉积火山灰、陆源碎屑输入和海水等诸种地质作用形成的,前3种作用是造成煤中铂族元素异常的主要原因.低含量的铂族元素(正常背景值)主要来源于硅质陆源区,煤中铂族元素的背景值为:Ru=0.005μg/g,Rh=0.014 μg/g,Pd=0.181μg/g,Ir=0.001μg/g,Pt=0.037μg/g.煤中铂族元素以Pt-Pd分配模式为特征,并且Pd＞Pt,Pd>Ru、Rh、Ir,其中Pd在煤中的背景值约为地壳平均值的18倍.Pd、Pt与煤灰分呈正相关,表现出它与无机矿物的亲和性.【总页数】6页(P439-444)【作者】代世峰;任德贻;张军营;李生盛;张霞【作者单位】中国矿业大学,北京校区,100083;中国矿业大学煤炭资源教育部重点实验室,北京,100083;中国矿业大学,北京校区,100083;中国矿业大学煤炭资源教育部重点实验室,北京,100083;华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,武汉,430074;中国矿业大学,北京校区,100083;中国矿业大学,北京校区,100083【正文语种】中文【中图分类】P5【相关文献】1.华北晚古生代煤中硫及微量元素分布赋存规律 [J], 刘大锰;杨起;汤达祯;康西栋;黄文辉2.华北若干晚古生代煤中稀土元素的赋存特征 [J], 代世峰;任德贻;李生盛3.华北晚古生代煤中黄铁矿赋存特征与地质成因研究 [J], 刘大锰; 杨起4.华北晚古生代煤中有机硫的赋存状态及其成因 [J], 康西栋;杨起;张瑞生;周春光;汤达祯;刘大锰5.内蒙古阿刀亥矿晚古生代煤中矿物的赋存状态及成因 [J], 邹建华;李大华;刘东;程礼军;朱长生;任世聪因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
河北开滦矿区晚古生代煤对CH_4_CO_2二元气体等温吸附特性
1 样品的选择与实验
开滦矿区由开平和蓟玉两煤田组成 , 共约 10余个井田 , 含煤地层为上石炭统的开平组 (C2k ) 和赵各
庄组 (C2zh ) 、下二叠统的大苗庄组 ( P1d ). 含煤 15～20余层 , 煤层总厚 20～28 m , 主要可采煤层为上石 炭统赵各庄组的煤 5, 6, 7, 8, 9和下二叠统大苗庄组的煤 11, 12. 矿区构造以断裂破坏为主 , 并有明 显的岩浆活动. 考虑到煤变质程度的差异性以及煤层埋藏的深度 , 本次研究选择蓟玉煤田中的林南仓矿 11号煤层 (简称为 LNC - 11) 和开平煤田中的马家沟矿 9号煤层 (简称为 MK - 9) 为研究对象 , 其中 , 11号煤层属于下二叠统大苗庄组 , 属于低变质程度长焰煤 , 为低灰低硫煤 ; 9号煤层属于上石炭统赵各庄 组 , 属中等变质程度肥焦煤 , 为中灰低硫煤. 对这 2个煤样进行了煤的工业分析和镜质组反射率的测定 , 11号和 9号煤层 M ad , Ad , St, d , Vdaf , Ro, ran分别为 3157% , 0166% ; 9123% , 16158% ; 0167% , 0193% ;
摘 要 : 研究了开滦矿区不同变质程度煤对不同配比 CH4 / CO2 二元气体等温吸附特性 , 用扩展 Langmuir方程的推论计算了 CH4 / CO2 二元气体各组分在吸附相中的浓度 , 并分析了其变化特 征 , 表明 : 煤对 CH4 /CO2 二元气体的吸附并不是对纯 CH4 和纯 CO2 的独立吸附 , 而是 2种气体 的竞争吸附 , 混合气体中 CO2 含量越高 , 总吸附量越大. 在开滦矿区煤对 CH4 / CO2 二元气体的 吸附过程中 , 利于 CO2 吸附的条件是高 CO2 组分浓度和高压力 ; 中等变质程度煤利于 CH4 吸附 的条件是高 CH4 组分浓度和高压力 , 而低变质程度煤是相对的低 CH4 组分浓度和高压力. 研究 区低变质程度煤对 CH4的竞争吸附大于其对 CO2 的竞争吸附 , 并不适合 CO2 - ECBM 技术的实 施 ; 中等变质程度煤对 CO2的竞争吸附优于对 CH4 的竞争吸附 , 适于 CO2 - ECBM 技术的实施. 关键词 : 开滦矿区 ; 二元气体 ; 等温吸附 ; 吸附相 ; 竞争吸附 中图分类号 : P618111 文献标识码 : A
煤的地球化学和矿物学特征及其成因
（４）石英。在１ｌ雾煤层中的含量为５。６％。有鑫生 化学成因和少量的谳温石英．囱生石英主要和自生 的高岭石共生在一起，形态不规则，颗粒与颗粒之间 福互连接，不具有滚动瘗圆鳇痰迹＜图ｌ（ａ）），有嚣自 生的石英分布在基质镜质体中（图ｌ（ｃ）），少量的卢石 英分布在伊蒙混层矿物和高岭石中．
在有关煤中矿物的文献中，尚未见煤中有硫锰 矿的报道‘２训．黄铜矿在煤中非常少见１２１或偶见‘３１．本 次磺究在煤中发现了由热液戒因的硫锰矿和黄铜矿， 这种由热液成因的硫锰矿和黄铜矿分布在黄铁矿脉 中（图１（ｂ）），硫锰矿、黄铜矿和脉状的黄铁矿的共生 关系表明，这３种矿物属于热液成因．在扫描电子显 镜的背散射电子蚕像中，黄锅矿帮硫锰矿难以识裂， 均呈亮白色的颗粒状（图１（ｂ）），主要通过能谱的方法 对其进行成分检测加以识别，与黄铜矿相比，硫锰矿 憋含量较少，在１００个溺点中，约９０％失黄锅矿，硫 锰矿仅占１０％．硫锰矿是热液成因的产物（５，６】，铁和 锰是热液期十分活跃的元素，在热液晚期，随着热液
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中瀚科学Ｄ辑地球科学
第３７卷
１样品采集与测试
本次臻究按照ＧＢ ４８２—１９９５对矿区主要煤层６雾， ７＃，８嚣和１ｌ＿捧进行了采集，并按ＧＢ ４７４．１９９６进行了样 品制备．在煤炭资源与安全开采圈家重点实验室用 ＭＰＶ－ＩＩＩ显微镜光度计进行煤的镜质组反射率测定和 显微缝分观察：运用带麓谱仪的离分辨率扫箍电子 显微镜（ＳＥＭ．ＥＤＸ）对煤显微组分和矿物进行形貌观 察和元素的含量测定，成分分析精度为０。０ｌ％：用粉 末ｘ射线衍麓仪（ＸＲＤ）Ｎ定煤酶矿物缰成，ＳＥＭ．ＥＤＸ 和ＸＲＤ在中国石油勘探开发研究院实验中心完成； 形态硫分析按照国标ＧＢ／Ｔ ２１５—２００３进行检测，在煤 炭科学研究慈院完成：舞电离藕合等离子体原予发 射光谱测定煤中的Ｂ，检测限为１ ｇｇ／ｇ，在中国科学 院地质与地球物理研究所完成；用离子选择性电极 法测定煤中的Ｅ最低检测限为１飕缝，在煤炭资源 与安全开采国家重点实验室测试：用冷原子吸收光 谱（ＣＶ－ＡＡＳ）测定煤中的Ｈｇ，在中国疾病预防控制中 心完成；其他微量元索用ＩＣＰ－ＭＳ测定；ＣＶ－ＡＡＳ和 ＩＣＰ—ＭＳ鼹最低检测限为０．００１ ｇｇｌｇ；爰Ｘ射线荧光 光谱（ＸＲＦ）对煤中常量元素含量进行测定，包括Ｅ Ｎａ， Ｍｇ，Ａ１，Ｓｉ，Ｋ，Ｃａ和Ｆｅ，最低检测限为０．００１％； ＩＣＰ－ＭＳ翻ＸＲＦ在核工泣毒乏素遮质研究陵测试。除了 煤砖光片的煤粒为Ｉ ｍｍ外，以上分析样品均破碎研 磨到２００臼．
煤型稀有金属矿床:成因类型、赋存状态和利用评价
煤型稀有金属矿床：成因类型、赋存状态和利用评价代世峰;任德贻;周义平;Vladimir V Seredin;李大华;张名泉;James C Hower;ColinR Ward;王西勃【摘要】煤和含煤岩系中稀有金属元素的研究,是当今煤地质学研究的热点问题之一.煤和含煤岩系中高度富集并可以开发利用的稀有金属元素包括锂、钪、钛、钒、镓、锗、硒、锆、铌、铪、钽、铀、稀土元素(包括镧系元素和钇)、贵金属元素等.以煤-锗、煤-镓、煤-铀、煤-铌、煤-稀土元素等煤型稀有金属矿床为例,论述了这些矿床的地质成因、赋存状态和利用评价方法.煤型稀有金属矿床的研究,不仅对研究煤层的地质成因、煤层对比、含煤盆地形成与后期改造、区域地质历史演化和突发地质事件可以提供重要的煤地球化学和煤矿物学证据,而且对煤炭经济循环发展、煤炭利用过程中环境保护,以及对国家稀有金属资源安全也具有重要的现实和社会意义.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)008【总页数】9页(P1707-1715)【关键词】煤;含煤岩系;稀有金属;矿床【作者】代世峰;任德贻;周义平;Vladimir V Seredin;李大华;张名泉;James C Hower;Colin R Ward;王西勃【作者单位】中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083;云南省煤炭地质勘查院,云南昆明650218;Institute of Geology of OreDeposits,Petrography,Mineralogy,and Geochemistry,Russian Academy of Sciences,Moscow 119017;重庆地质矿产研究院,重庆400042;云南省煤炭地质勘查院,云南昆明650218;University of Kentucky Center for Applied Energy Research, Lexington Kentucky 40511;School of Biological, Earth and Environmental Sciences, University of New South Wales, Sydney NSW 2052;中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】P618.74煤是一种具有还原障和吸附障性能的有机岩和矿产,其资源量和产量巨大,分布面积广阔,在特定的地质条件下,可以富集锂、铝、钪、钛、钒、镓、锗、硒、锆、铌、铪、钽、铀、稀土元素(包括镧系元素和钇)、贵金属等有益元素,并达到可利用的程度和规模。
华北地台晚古生代煤中微量元素及As的分布
收稿日期:20020604基金项目:国家自然科学基金资助项目(40072054和40202014)作者简介:代世峰(19702),男,山东省日照市人,中国矿业大学讲师,工学博士,从事煤地球化学方面的研究.① Gluskoter H J ,Ruch R R ,M iller W G ,et al .T race ele m ents in coal :occurrence and distributi on , .State Geol .Surv .C irc .,1977,499,154第32卷第2期 中国矿业大学学报 V o l .32N o .22003年3月 Journal of Ch ina U n iversity of M in ing &T echno l ogy M ar .2003文章编号:100021964(2003)022*******华北地台晚古生代煤中微量元素及A s 的分布代世峰1,任德贻1,李生盛1,宋建芳1,武朝晖2(1.中国矿业大学煤炭资源教育部重点实验室,北京 100083;2.核工业部北京地质研究院,北京 100029)摘要:研究了华北聚煤盆地晚古生代煤中微量元素,并与全国和西南地区煤中微量元素含量进行了对比;还研究了煤的区域地球化学特征,在华北地台划分了3个煤区域地球化学带,绘制了山西组和太原组煤中A s 等元素的分布图.结果发现,除个别微量有害元素(如N i ,U ,C l ,M o ,Cu ,Zn )在局部地区富集外,华北聚煤盆地晚古生代煤中微量有害元素含量较低,整体上不足以对环境和人体造成危害(燃煤产物及其危害性尚值得深入研究);A s 的区域分布和古地理环境及煤岩煤质特征相吻合,指出华北地台晚古生煤中微量元素的分布总体上主要受控于聚煤古环境,其分布具有南北分带,东西延展的特征.关键词:华北地台;微量有害元素;煤;晚古生代;区域地球化学中图分类号:P 594 文献标识码:A 华北晚古生代聚煤盆地为一巨型克拉通盆地.其面积约为12×105km 2,现今仍然保存的含煤地层分布面积达8×105km 2,煤炭资源约为2万亿t ,规模宏大为世所罕见,也是我国最重要的的煤炭产地.该聚煤盆地煤中微量有害元素的含量、赋存状态及其环境效应直接影响到我国的总体环境状况和经济的可持续发展,因此对该聚煤盆地煤中微量元素的研究,不仅具有重要的基础理论地质意义,而且具有重要的社会意义.1 煤中微量元素的含量为了从整体上了解华北地台晚古生代煤中微量元素的分布特征以及和西南地区进行对比,对华北地台晚古生代煤中微量元素进行了测试分析和统计(表1).在分析中,作者把大多数煤中检测到的元素含量称之为微量元素的背景值,而将少数煤中检测到的远高于背景值的含量,称之为异常值.从表1中可以看出,华北地台晚古生代煤中微量有害元素的分布有如下特点:1)煤中伴生微量元素没有富集或明显富集,多数低于地壳中元素的丰度值(表1).按照Glusko ter 等提出煤中微量元素含量高于地壳克拉克值6倍以上的为富集的原则①,华北聚煤盆地晚古生代煤中只有元素Se 明显富集,富集系数E F 为40.24,但仍然低于任德贻等统计的全国煤中Se 的算术均值富集系数467.04[1],其它所有元素的富集系数均小于6.2)与任德贻等统计的全国煤中伴生元素含量相比[1],绝大多数元素都低于全国的均值,仅有Sc (6.32,5.81Λg g )、Sr (192.99,175.96Λg g )、H f (5.07,3.26Λg g )高于全国的均值(括号内第1数据为华北地区元素算术均值,第2个数据为任德贻等统计的全国元素算术均值).3)华北聚煤盆地晚古生煤中稀土元素的含量与任德贻等(1999)统计的全国煤中稀土元素的含量相当.4)与杨光荣等(1998)统计的中国西南地区以及张军营[2](1999)统计的黔西南地区相比,有明显的差异,西南地区晚二叠世煤中明显富集A s ,Cu ,H g ,F ,M o ,Sb ,Se ,U ,V ,Zn 等有害元素,并且在个别地区(如黔西南)已对人体和环境造成了危害(张军营,1999)[2],这与煤盆地基底的稳定性、同沉积断裂发育的继承性和长期性、低温热液活动的发育、峨嵋山玄武岩的喷发等地质因素有关,而华北聚煤盆地晚古生代煤中微量有害元素的含量与赋存特点主要与稳定的结晶基底、岩相分布的整体性和宽广性有关,聚煤环境决定了煤中伴生元素的地质地球化学行为[3].5)虽然整体上华北聚煤盆地晚古生代煤中微量元素不会对环境和人体造成危害,但在少数的局部地区,有个别微量元素富集,值得关注(表1).局部出现异常值的有:河北邯郸矿区山西组煤中的A s(6.52Λg g),山西晋城山西组和太原组煤中的N i(均为46.0Λg g),山西阳泉太原组的U(其中14号煤层为49.9Λg g,太原组煤的均值为24.9Λg g),太原古交东塔矿山西组2煤层的C l (1865Λg g),峰峰矿区康二城山西组的C l (1100Λg g),山西阳泉五矿太原组14煤层的M o (56.9Λg g,太原组主采煤层的均值为30.7Λg g),山西平朔太原组11煤层的Cu(60.77Λg g,太原组煤的均值为38.32Λg g),太原古交马兰矿和东塔矿山西组煤中的Zn分别可达149和144Λg g,山西河曲太原组11煤层的Zn达172Λg g,内蒙海渤湾矿区山西组煤中Zn达158Λg g等.表1 华北晚古生代煤中微量元素的含量Table1 Concen tra ti on s of trace ele m en ts i n coa ls i n North Ch i n a w B 10-6元素样品数背 景 值M in M ax AM G M E F异常值 A s1980.195.281.080.750.68.41Ba1981.9560121.5957.920.291090,1450,1540Be960.174.832.051.690.73B i960.071.390.510.42.99B r1980.455.21.751.450.740～76Cd960.010.930.110.080.56Ce1981.0923047.6228.610.79301Co1980.0322.64.062.680.16C r1981.6354.814.9812.080.15C s1980.0125.40.390.110.13Cu1512.6749.2010.287.720.1760.77Eu1980.0530.720.510.6Ga1984.2928.312.5711.170.8498,168,198H f1980.5614.25.074.111.69H g560.071.20.340.194.292～4.8L a1980.4711225.5415.50.85172.0,198L i964.696.743.9133.52.2146L u1980.020.820.280.250.5630.2M o1980.28.732.391.961.5956.9N b960.5316.46.875.480.3445.2N d1980.064214.6510.661.7960.7～83.8,477N i1511.07296.654.970.0946Pb1121.7742.218.3213.91.4762.2,69.7Rb1980.1125.61.590.980.0282.1Sb1980.0111.20.890.454.46Sc1980.1420.16.325.30.29Se1980.0612.12.010.9740.24S m1980.1620.63.992.70.6650.1Sn960.69144.473.672.2328Sr1966.2894192.99116.510.511691,2049,2065,2175 Ta1980.033.80.60.40.3141Tb1980.032.570.630.510.12Th1980.1431.67.565.980.7945.8T l960.021.510.220.130.51U1980.58.33.262.671.2149.9V1989.5884.131.327.440.23114.6,135,179W1980.035.020.80.540.53Y964.2763.719.2415.810.58Yb1980.475.31.911.672.1220.15Zn1232.8876.42519.770.361125.3,149,158,193 Zr11217.1502188.28150.91.14977 注:元素的地壳丰度据S.R.Tayl or(1964);富集系数E F=样品中的平均含量 地壳中的平均含量;M in.最小值;M ax.最大值;AM.算数均值;G M.几何均值.2 煤中A s的区域地球化学特征自20世纪90年代以来,由于国家资金的大力投入,我国煤地球化学研究工作取得了很大进展,已经积累了许多矿区(特别是华北、西南等地)煤中微量元素的资料,对煤中微量元素的赋存状态的认识有了较大提高,较准确地掌握了煤中微量元素的测试方法.我国煤中微量元素的分布状况初步得以211中国矿业大学学报第32卷揭示,因此,进行煤区域地球化学的研究的时机已经成熟.根据作者已掌握的煤地球化学资料和区域地质背景,把华北地台含煤岩系和西南(主要是上扬子地台)分别作为煤地球化学省的煤地球化学单位,把华北地台晚古生代含煤岩系自北而南分成3个煤地球化学带的次级煤地球化学单位,由于聚煤环境是华北地台晚古生代煤中微量有害元素的主导因素,因此这3个煤地球化学带的界线基本上与韩德馨、杨起等(1980)对华北晚古生代含煤岩系太原组和山西组的3个岩相带的分布相同[4].选取了华北晚古生代煤中A s ,Se ,Co ,N i ,U ,C l ,M o ,Cu ,Pb ,Zn 等10种主要微量有害元素,分山西组和太原组做出了这些元素的分布图,初步分析了这些元素的分布状况和成因.由于篇幅所限,现仅以A s 为例,简述其分布特征(图1,2).图1 华北聚煤盆地太原组主煤层元素A s 分布F ig .1 D istributi on of A s in m ain coal seam sof T aiyuan Fo r m ati on in N o rth China图2 华北聚煤盆地山西组主煤层元素A s 分布F ig .2 D istributi on of A s in the m ain coal seam sof Shanx i Fo r m ati on in N o rth Ch inaA s 的地球化学性质相当复杂,它的离子性质与介质的pH 值及其它热力学条件有关.从电子构型4s 24p 3看,A s 可以形成3+价或5+价的阳离子.A s 属于半金属元素族,既可以形成简单的阳离子和阴离子,又能与O ,S ,Se 等形成络阴离子.6配位A s3-的离子半径为0.222nm ,共价键半径0.12nm ,可以替代矿物中S 2-离子.A s 是亲硫元素,硫化物中A s 以3+价占优势.A s 3+和A s 5+可以替代A l 3+.A s 3+可以替代Fe 3+和T i 4+,A s 5+可替代Si 4+.根据离子半径的大小,A s 3+可替代八面体位置的A l 3+,A s 3+和A s 5+也可以替代四面体位置的Si 4+或A l 3+.因此粘土矿物中可含A s.A s 的地球化学性质决定了煤中A s 赋存状态的复杂性.从图1看出,A s 在太原组煤中,总的趋势为南高北低,但在北带的大同附近有高值出现,南带高主要和成煤时的海水影响有关,与南带煤中硫的含量分布一致,北带局部A s 的含量较高可能和陆源碎屑(特别是粘土矿物)有关.对北带贺兰山煤田和中带峰峰矿区煤中微量元素的逐级化学提取结果显示,北带A s 主要赋存在黄铁矿和粘土矿物中,而中带煤中A s 在黄铁矿中的比例有明显提高,而在粘土矿物中的含量有所降低[3].但总的看来,主要以黄铁矿形式存在为主,这和F inkel m an (1994)认为煤中A s 主要存在于黄铁矿中的结论是一致的[5].华北北带属于滨海冲积平原环境,A s 含量高的地方其灰分产率也偏高[6],呈正相关,A s 和煤中硫分有呈正相关的趋势[7],表明A s 不仅与煤中黄铁矿有关,而且和煤中的陆源碎屑有较密切的关系.但总体上,北带A s 的含量要比南带低,表明煤中黄铁矿对A s 的主导控制作用.A s 的含量与煤层的厚度呈正相关[3,4],由于北带距离陆源剥蚀区较近,并经历多次海侵,其特点是愈靠近古陆,陆相沉积愈多,这种沉积环境一般碎屑岩比例大于8,砂泥比值1～1 2之间[4],在聚煤坳陷的沉降幅度与碎屑物补偿大致平衡的过渡环境,陆源碎屑供应较充分,海水也时而侵入,沉降幅度适宜,易于泥炭堆积速度保持平衡,聚煤环境持续保持,泥炭沼泽环境比较稳定,往往形成富煤带,煤中A s 的含量也受到陆源碎屑和海水影响的双重控制作用.包括苏西北、皖北、豫西和黄河以南诸煤田,该带A s 与灰分呈负相关,即A s 含量随着灰分的减少而增高.南带煤层厚度和A s 的含量呈负相关.这一带地区由于地壳沉降幅度较大,为当时的华北地台沉降中心,碎屑物质供应不充分,浅海环境占优势,大部分属于泥岩、灰岩相区,碎屑岩比例一般小于2,砂泥岩比例小于1,相区呈明显的东西向展布,由于随着海侵频繁而持久强度增大,煤中硫分,特别是黄铁矿含量增高,A s 的含量和赋存状态主要受控于煤中黄铁矿,泥炭沼泽的环境仅在海侵间歇时出现,不利于聚煤,形成的煤层厚度较薄.311第2期代世峰等:华北地台晚古生代煤中微量元素及A s 的分布南带煤的的岩石学特征、A s的含量、岩相分布有密切关系,南带的灰岩厚度一般大于50m,聚煤环境受海水影响强烈,地势低而潜水面高,煤的凝胶化作用进行的彻底,导致煤中镜质组含量高[4].因此,南带太原组表现出A s含量、镜质组含量、煤中硫含量、灰岩厚度、海水影响程度表现出正相关,而上述参数和灰分产率、煤层厚度呈负相关.中带太原组属于滨海平原环境,主要由过渡相组成,间夹海相、沼泽相及泥炭沼泽相.因这一带处于华北巨型坳陷中部,地域辽阔而平坦,地壳升降缓慢、幅度小而整体性强,故岩相、岩性稳定,多形成薄至中厚煤层.煤中A s的含量明显表现出和煤中硫分的正相关性,和煤中灰分负相关,表明煤中A s在北带的陆源碎屑和煤中黄铁矿的双控性向主要受海水影响(煤中黄铁矿)的单一控制转变.山西组煤中A s的分布亦主要受控于聚煤古环境(图2),邯邢矿区的康二城矿的异常值可能与燕山期的中性闪长岩体侵入有关.从整体上看,华北地台晚古生代太原组煤中A s的分布和岩相分布、含煤性分带、煤岩煤质特性等具有密切关系,它们总体都具有南北分带,东西展布的特征.3 结 论华北地台晚古生代煤中有害元素含量较低,整体上不足以对环境和人体造成危害,但煤的燃烧产物及其危害性、局部地区存在的高异常值,值得关注.参考文献:[1] R en D Y,Zhao F H,W ang Y Q,et al.D istributi onof m ino r and trace ele m en ts in Ch inese coals[J].In ternati onal Journal of Coal Geo l ogy,1999,40:1092118.[2] 张军营.煤中潜在毒害微量元素富集规律及其污染性抑制研究[D].北京:中国矿业大学资源与安全工程学院,1999.25232.[3] 代世峰.煤中伴生元素的地质地球化学习性与富集模式[D].北京:中国矿业大学资源与安全工程学院,2002.11238.[4] 韩德馨,杨 起.中国煤田地质学(下册)[M].北京:煤炭工业出版社,1980.1012151.[5] F inkel m an R B.M odes of occurrence of po ten tiallyhazardous ele m en ts in coal:L evel of Confidence[J].Fuel P rocessing T echno l ogy,1994,39:21234.[6] 中国煤田地质总局.华北地台晚古生代煤地质学研究[M].太原:山西科学技术出版社,1997.2072209.[7] 韩德馨,任德贻,王延斌,等.中国煤岩学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1996.1132114.Concentrati ons of M inor E le m ents and R egi onal D istributi onof A rsenic in L ate Paleozoic Coals from N orth China P latfor mDA I Sh i2feng1,R EN D e2yi1,L I Sheng2sheng1,SON G J ian2fang1,WU Zhao2hui2(1.T he Key L abo rato ry of Coal R es ources of M in istry of Educati on,CUM T,Beijing100083,Ch ina;2.Beijing R esearch In stitute of U ran ium Geo l ogy,Beijing100029,Ch ina)Abstract:Comparative study bet w een coals from N o rth and Southw est Ch ina w as carried out.T he result show s that the concen trati on s of m ino r tox ic ele m en ts in late Paleozo ic coals from N o rth Ch ina p latfo r m are too l ow to do har m to the environm en t and hum an health,w ith excep ti on s of a fe w m ino r tox ic ele m en ts en rich ing in s om e p laces,such as N i,U,C l,M o,Cu,and Zn.How ever,the p roducts of coal com busti on and their effects on environm en t and hum an health should be further studied.M o reover,the regi onal geoche m ical characteristics of coal w ere studied and th ree belts of regi onal geoche m istry of coal w ere divided in N o rth Ch ina.T he arsen ic distributing con tours of the Shanx i Fo r m ati on and the T aiyuan Fo r m ati on w ere p l o tted.It can be seen that the distributi on of A s in coals co incide w ith tho se of paleogeography and the characteristics of petro l ogical and che m ical data of coal.T he study als o show s that the tran s m eridi onal ex ten si on s and the belt divisi on s of m ino r tox ic ele m en ts distributi on from no rth to s outh are m ain ly con tro lled by the paleoenvironm en t during the coal fo r m ati on.Key words:N o rth Ch ina p latfo r m;m ino r tox ic ele m en t;coal;late Paleozo ic era;regi onal geoche m istry(责任编辑 李成俊) 411中国矿业大学学报第32卷。
华北地台晚古生代海侵模式雏议
X 华北地台晚古生代海侵模式雏议*张鹏飞 邵龙义 代世峰中国矿业大学(北京校区)摘要 本文对华北地台的山西太原西山上石炭统太原组的7、8和11号煤层及其顶板灰岩的地球化学特征、煤核和生物化石进行了系统分析,发现煤层形成过程中有海水的影响,煤层上覆石灰岩形成过程中亦有淡水参与,说明煤层及其顶板灰岩在相序上是连续的,其海侵模式并不是突发型海侵,而为渐进型海侵。
本文还应用层序地层学原理论述了海平面变化与聚煤作用的关系。
关键词 华北地台 晚古生代 海侵模式 层序地层 聚煤作用第一作者简介 张鹏飞,男,1921年生,1950年毕业于北京大学地质系,现为中国矿业大学(北京校区)教授,主要从事煤、油气沉积地质学教学及科研工作。
通讯地址:北京市海淀区学院路中国矿业大学(北京校区),邮编100083。
一、引 言在国际上,自20世纪50年代以来提出了各种各样的成煤模式,有经济价值的煤层被发现在滨岸(Y oung,1955)、河流)三角洲(Ferm,1976[1];Ferm 和Horne,1978[2])、冲积扇(He ward,1978)、砂质辫状河(Haszeldine 和Anderson,1980)、湖泊(Ayers 和Kaiser,1984)、风成沙丘(Richardson,1985)。
这些模式大多都是强调泥炭(煤的前身)形成于与活跃沉积作用带相邻的低位沼泽或草沼地区。
近年来,这些传统的成煤模式受到层序地层学的严峻挑战,McCabe (1984)[3]提出另一种模式,即泥炭形成于高位或漂浮沼泽中,对这种沼泽本身性质的研究表明河流、三角洲环境中的泥炭一般堆积在与海侵密切相关的高水位期的高位沼泽中,认为泥炭沉积并不是与局部的陆源碎屑沉积供给同时发生的,也就是说,在沼泽发育阶段,局部的陆源碎屑供应基本已经被某种机理切断了。
进一步的研究表明,大面积分布的以海相石灰岩或含海相化石泥岩为顶板的含煤旋回层序中的煤层多是在海侵过程中形成的(Diessel,1992[4];Hart 2ley,1995[5])。
煤系中关键金属元素的成矿作用研究进展与展望
煤系中关键金属元素的成矿作用研究进展与展望
代世峰;赵蕾;王宁;魏强;刘晶晶
【期刊名称】《矿物岩石地球化学通报》
【年(卷),期】2024(43)1
【摘要】煤系中关键金属元素的赋存状态、分布规律、成矿机制以及有效提取和综合利用的研究是近10年来煤地质学等相关领域的研究前沿和热点问题,国内外学者在煤系中关键金属矿床的发现,关键金属元素赋存状态,成矿物质来源、迁移、富集和保存,开发利用潜力评价,精细勘查技术研发,关键元素的分离提取等方面取得了重要研究进展,为煤系关键金属矿产资源的开发利用奠定了坚实的理论和技术基础,同时在揭示与煤系关键金属相关重大地球科学问题方面取得了长足进展。
本文结合国内外近些年来的进展,对煤系中关键金属元素(主要是锗、镓、锂、铌、锆等)的成矿作用进行了总结和凝练,指出了存在的问题及其解决方案和思路。
【总页数】15页(P49-63)
【作者】代世峰;赵蕾;王宁;魏强;刘晶晶
【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院;中国科学院地理科学与资源研究所;中国矿业大学资源与地球科学学院
【正文语种】中文
【中图分类】P618.11
【相关文献】
1.渤海湾盆地石炭系—二叠系煤系烃源岩二次生烃研究进展与关键问题
2.陕西典型矿区煤系关键金属元素富集特征及其成因机制
3.海洋电缆中关键力学问题的研究进展与展望
4.关键金属元素铍的原位分析技术研究进展
5.临兴地区太原组下段煤系泥页岩中战略性金属元素镓富集特征及成因分析
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中国煤层气地球化学特征及成因
地区
矿区、 井号
地层
气体类型
ＣＨ４
Ｃ２＋
各 组 分 的 体 积 分 数／％
Ｎ２
ＣＯ２
其他
资料来源
沁水
樊庄井组 Ｃ、Ｐ 排采煤层气 ９８．１６～９８．９９ ０．０１２～０．０２９ ０．９２～１．６３ ０．０２～０．１５ ０．０２～０．０３
沁水 沁水 沁水
潘庄井组
Ｐ
排采煤层气 ９８．９６～９９．５５ ０．００７～０．０１ ０．１５～０．８９ ０．１３～０．２９ ０．００５４～０．０１４７ 文献［６］
科 学 家 ，主 要 从 事 石 油 天 然 气 地 质 学 研 究 。Ｅｍａｉｌ：ｓｙａ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｃｏｍ．ｃｎ
１００
石 油 学 报
２０１２ 年 第 ３３ 卷
表 １ 煤 层 气 与 常 规 天 然 气 组 分 特 征 对 比
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｂｏｕｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｇａｓ
河北大城 大参１
Ｐ 排采煤层气
９７．９４
１．８３
０．２３
微量
莺－琼 东方１－１ Ｎ 常规天然气
５９．８３
１．５９
１２．８９
２５．９
莺 －琼 鄂尔多斯
崖１３－１ Ｅ 中部气田 Ｏ、Ｐ
常规天然气 常规天然气
８６．３０ ９２．０３
４．７１ ２．７１
１．０８ ２．４１
８．１２ １．６７
微量 微量
文 献 ［６］
云南恩洪
Ｐ 井下抽放气 ６７．６５～９３．９２ ０．５７４～０．７３３ ４．７０～３０．２８ ０．５１～１．０６
煤中铂族元素含量测定——与代世峰,李生盛等人商榷
Ｘｉ ａ ｚ ｎｇ （ ｂ ｔ Ｔｉ ｅ ）Ｐｌ ｔ ａ ｆｅ ｈ ｌｆｉ ｈ ａ ｅ ｕ ａ ３ ８Ｍ ａ ａ ｅ ｕ ａ ｔ ｒｔ ｅ ｕｐ ｉｔｎｇ ｏｆｔ ｅ Ｐｌ ｔ ａ ｔ２ ． ．Ｔｈ ｅ ｔ ｃ ｅ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｃｏｎｉ ｖ ｎｔｏ ｈｅ（ １ ｃ ｎｅ ）ｉ ｅ — ｇｏ
煤 中铂 族元 素 含 量 测 定 ——源自与代世峰， 李生盛等人商榷
高 剑峰¨， 。 漆亮
１ ）香 港 大 学 地 球科 学 系 ， 港 ；２ 香 ）中 国科 学 院地 球 化 学 研 究 所 ， 床 地 球 化 学 国 家 重 点 实 验 室 ， 阳 ，５ ０ ２ 矿 贵 ５０ ０ 近来 ， 代世 峰 ， 生 盛 等 研 究 者 相 继 在 《 质 学 报 》《 李 地 、中
测 定 溶 液 的 浓 度 为 １０ｎ ／ ０ ｇ ｇ的 单 元 素 标 准 ， 产 生 的 干 扰 所 和 元 素 本 身 的 信 号 强 度 之 比（ 扰 系数 ） 表 ２ 干 见 。仪 器 测 定时
氧 化 物 于 扰 水 平 Ｂ Ｏ Ｂ 一 ０ ２ ８ ， 大 多 数 Ｉ Ｐ— ＭＳ ａ ／ ａ ． ６ 与 Ｃ 仪器基本相当。 由 表 ２可 以 看 出 ， ｒ ｓ 、Ｙ、Ｃ 、 ｎ对 ｊ ｄ Ｈｆ ｕＺ Ｐ ， 对 Ｐ ｔ产
沉 积 ， 且 样 品 溶 解后 溶 液 中 对 铂 族 元 素 测 定 有 干 扰 的微 量 并
生 严重 干扰 。 由煤 中相 应 的干 扰 元 素 含 量 大 小 可 以 推 断 ， 所 产 生 的 干扰 与 代世 峰 等 （０ ３ ２ ０ ） 李 生 盛 等 （０ ２ Ｄ ｉ ｔ ２ ０ ，０ ６ ， ２０ ） ａ ｅ
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第 ２期
庞 雄 等 ： 云运 动 ： 海 北 部 渐 新 统 一 中新 统 重 大 地 质 事 件 及 其 意 义 白 南
山西大同侏罗纪煤中微量元素的分布特征
山西大同侏罗纪煤中微量元素的分布特征刘胜;赵峰华;孙富民;林文成【摘要】煤中微量元素的含量和分布特征是洁净煤技术的重要基础信息,研究我国燃煤电厂主要煤源之一的大同侏罗纪煤的微量元素组成特征具有重要意义.研究表明,形成于陆相环境的大同侏罗纪煤中,大部分微量元素含量较低,仅Tl、As、Hg、Cd、Cl、Ni等有害或有毒元素的含量高于全国均值,应该给予足够霞视;但控制大同侏罗纪煤中微量元素分布的地质地球化学机制,还需要进一步研究.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2009(018)002【总页数】3页(P98-100)【关键词】煤炭资源;山西省;可持续发展【作者】刘胜;赵峰华;孙富民;林文成【作者单位】中国矿业大学(北京)北京100083;山西省大同煤矿集团公司,山西大同037003;中国矿业大学(北京)北京100083;中国矿业大学(北京)北京100083;山西省煤炭地质研究所,山西太原030001;中国矿业大学(北京)北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD82发展洁净煤技术是解决燃煤污染的必由之路，而煤中有害微量元素的含量和分布特征等信息，是洁净煤技术的重要基础之一。
山西大同侏罗纪煤田是我国著名的动力煤基地，是我国燃煤电厂的主要煤源之一。
因此，研究山西大同侏罗纪煤中，包括有害元素在内的元素组成特征，对于发展我国的洁净煤技术具有重要意义。
鉴此，本文对山西大同侏罗纪煤中微量元素的分布特征进行了初步研究。
大同侏罗系煤的硫分和灰分低，发热量高，是我国最大的优质动力煤基地。
该煤田位于山西省北部，长47k m，宽2k m，面积772k m2。
其大地构造位置属华北断块内二级构造单元吕梁-太行断块中云岗地坳北部的云岗向斜（即大同煤田）。
大同侏罗系煤田总体呈北东向不对称向斜构造，主向斜轴在南部为北东向，北部为近南北向，两者呈斜接关系。
在向斜的东及东南翼，地层倾角变陡，呈直立甚至倒转，自断层带到向斜轴部方向，地层倾角很快变为10°以下。
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上二叠统吴家坪组的中部, 厚度为 1.91 m, 其顶板为 富含生物碎屑的隐晶灰岩, 底板为炭质泥岩或含炭 泥灰岩. 含煤沉积的主要物源来自盆地南部的越北 古陆(图 1).
2 研究方法
共采集砚山干河 M9 煤层全层刻槽样品 3 个, 编 号分别为 YS-1, YS-2 和 YG. 同时, 自上而下共采集 分层刻槽样品 3 个, 编号分别是 Y-3-1, Y-3-2 和 Y-3-3, 这 3 个分层的厚度分别为 0.70, 0.67 和 0.54 m.
黄铁矿: 主要呈浸染状或莓球状分布在基质镜 质体中, 其粒径较小, 大部分小于 20 µm. 煤中黄铁 矿的赋存形态表明, 它属于海水影响下的产物. 泥炭 聚积期间, 海水中的硫酸根离子被硫酸盐还原菌还 原成硫化氢后与沼泽中的 Fe 离子反应而形成[14].
β-石英副像: 主要呈细小的、晶型较好的颗粒分 布在基质镜质体中, 其绝大部分颗粒小于 10 µm, 横 切面近六边形(图 2(a)), 有的有熔蚀现象、柱面不发 育. 从其形态特征可以推断属于高温成因.
3.2 煤中矿物的种类、赋存特征和成因
煤中常见的矿物一般有黏土矿物、硫化物矿物、 石英和方解石[13]. 利用低温灰化+X 射线衍射分析、 光学显微镜和带能谱仪的扫描电子显微镜观察后发 现, 砚山 M9 煤层中的矿物组合较为异常, 主要矿物 有透长石、β-石英副像、白云母、伊利石、钠长石、 黄铁矿, 还有少量的片钠铝石、斜长石、钙镁黄长石、 锐钛矿和金红石.
关键词 煤 矿物 微量元素 酸性火山灰 海底喷流 成因模式
煤中常量和微量元素以及矿物是煤形成和演化 地质历史过程的产物, Ren 等人[1]和任德贻等人[2]总 结了煤中微量元素富集的成因机理, 并提出了 5 种富 集模式, 即陆源富集型、沉积的生物作用富集型、岩 浆热液作用富集型、深大断裂-热液作用富集型和地 下水作用富集型. 含煤地层中的火山灰蚀变黏土岩 夹矸(Tonstein)对研究区域地质历史演化和煤层对比 等方面具有重要作用[3,4]. 对中国西南地区晚二叠世 煤中发育的 Tonstein 的研究表明[4~6], 晚二叠世早期 的火山喷发以碱性火山灰为主, 晚二叠世中晚期以 酸性为主. 煤中的 Tonstein 可能会对煤的地球化学特 征产生重要影响[7]. 影响西南地区晚二叠世煤中微量
此外, M9 煤层中还有少量的斜长石、金红石、
钙镁黄长石和高岭石等矿物分布在基质镜质体中. 虽然煤系地层中酸性火山灰蚀变黏土岩夹矸中
的高温石英非常普遍[3,15], 但在煤中和有机质紧密联 系的高温成因的石英却鲜有报道. 砚山 M9 煤层中高 温成因的石英其外形仍然依β石英成副像(图 2(a)). β石英和透长石是高温相的产物. 该煤中高温石英-透
镜质体中的呈絮凝状的伊利石(扫描电子显微镜背散射电子图像); (f) M9 煤中矿物呈层理分布(扫描电子显微镜背散射电子图像)
钠长石: 晶形较透长石完整(图 2(d)), 简单双晶 发育, 部分钠长石发生了熔蚀现象(图 2(c)), 有的钠 长石充填在被熔蚀了的透长石内部.
伊利石: 呈不规则团块状、长条状、絮凝状(图 2(e))或浸染状分布在煤的基质镜质体中.
1 地质背景
砚山矿区位于云南省东南部(图 1), 其含煤地层
3120
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论文
为上二叠统吴家坪组(P2w)和长兴组(P2ch)[10], 该区 M9 煤层是典型的局限碳酸盐台地型煤层. M9 煤层位于
分别运用离子选择性电极和冷原子吸收光谱法进行 了测定, Cl 采用艾士卡混合剂熔样-硫氰酸钾滴定法 测定; B 利用电离耦合等离子体原子发射光谱测定; 其他微量元素采用电离耦合等离子体质谱进行了测 定.
3 结果与讨论
3.1 煤化学特征
云南砚山晚二叠世 M9 煤属于中灰(27.51%)、高 硫(10.65%)的高煤化程度的烟煤(贫煤). 由于 M9 煤 层中有机硫含量高达 9.51%, 又称之为超高有机硫煤 (表1). 这种超高有机硫煤在自然界中非常罕见. 在中 国, 此类型煤仅在贵州贵定(So,d = 8.57%)和广西合山 (So,d =3.42%~6.46%)有报道[11,12].
透长石: 粒径较小, 绝大部分小于 10 µm, 有的晶 形保存较好(图 2(b), (c)), 有的发生了熔蚀, 被熔蚀的
3121
2008 年 12 月 第 53 卷 第 24 期
透长石有时仅保留模糊的外形, 有的透长石熔蚀现象 较为严重, 仅留有残缺不全的边缘, 内部被钠长石所
替代或片钠铝石(NaAl(OH)2CO3)所充填(图 2(c)). 白云母: 呈长条状分布在基质镜质体中.
片钠铝石和钠长石的赋存状态排除了这两种矿 物属于后生热液的可能性: (1) M9 煤中的后生裂隙极 不发育, 尚未发现充填于后生裂隙的长石和片钠铝
石; (2) 钠长石在煤层中顺层理分布(图 2(f)), 显示出 同沉积的特征, 而非后生热液成因; (3) 该煤中的矿 物组成的平面分布的差异性极不明显, 钠长石在该 煤层中普遍存在, 在研究者 1988 年采集的样品和 2006 年采集的样品中均富集钠长石等矿物(样品采集 间隔 18 a); 而后生热液成因的矿物往往在煤层中具 有局部富集的特征, 含量分异明显.
3122
论文
长石-白云母矿物组合是泥炭聚积期间酸性火山灰降 落到沼泽中的产物. 由于这些矿物的粒径很小, 并且 均匀地分布在煤的有机质中, 推测当时的火山口距沼 泽较远, 并且降落到沼泽中的火山灰的数量较少, 尚 不足以形成所谓的火山灰蚀变黏土岩夹矸(Tonstein). 在 M9 煤层中尚未发现 Tonstein 层, 砚山矿区位于与 Zhou 等人[4]所圈定的西南地区 Tonstein 的分布范围 之外, 而在此范围内, 晚二叠世火山活动较为强烈, 在煤层中形成多层的 Tonstein.
论文
2008 年 第 53 卷 第 24 期: 3120 ~ 3126
《中国科学》杂志社
SCIENCE IN CHINA PRESS
煤中微量元素和矿物富集的同沉积火山灰与海底喷流 复合成因
代世峰①②, 任德贻①②, 周义平③, Chen-Lin Chou④, 王西勃②, 赵蕾②, 朱兴伟②
① 煤炭资源与安全开采国家重点实验室(中国矿业大学), 北京 100083; ② 中国矿业大学(北京)资源与地球科学系, 北京 100083; ③ 云南煤炭地质勘查院, 昆明 650218; ④ Illinois State Geological Survey, IL 61820, USA E-mail: dsfcumtb@
煤层
Mad
Ad
Vdaf
St,d
Ss,d
Sp,d
So,d
M9 煤层 1.29 27.51 11.69 10.65 0.36 0.78 9.51
a) 6 个样品均值. M, 水分; A, 灰分; V, 挥发分; St, 全硫; Ss, 硫酸盐硫; Sp, 硫化物硫; So, 有机硫; ad, 分析基; d, 干燥基; daf, 干燥无灰基
图 1 砚山矿区位置图和晚二叠世古地理图
根据文献[6], 略改. 1, 剥蚀区; 2, 山前平原内侧, 以粗碎屑沉积为 主, 偶夹薄煤层; 3, 山前平原外侧, 以砂、泥沉积为主, 含可采煤层; 4, 山前谷地, 以粗碎屑沉积为主, 偶夹薄煤层; 5, 滨海平原及 滨海三角洲沉积; 6, 滨海潮坪; 7, 泉湖以浅水陆棚(?); 8, 海侵方向
2008-04-29 收稿, 2008-06-23 接受 国家杰出青年科学基金(批准号: 40725008)和高等学校全国百篇优秀博士学位论文作者专项资金(批准号: 200448)资助项目
摘要 煤中常量、微量元素和矿物的富集往往是多种地质因素共同作用的结果. 运用低温灰化、 X 射线衍射分析、带能谱仪的扫描电子显微镜、逐级化学提取、电离耦合等离子体质谱等方法对 云南砚山晚二叠世煤的矿物学和地球化学特征进行了研究, 提出了煤中微量元素和矿物富集的同 沉积火山灰与海底喷流复合模式(或成因类型). 研究发现, 砚山矿区 M9 煤层硫分含量很高(St,d = 10.65%), 属于超高有机硫煤(So,d = 9.51%). 矿物组成主要有β-石英副像、透长石、钠长石、白云母、 伊利石、黄铁矿以及少量的高岭石、斜长石、钙镁黄长石、金红石和片钠铝石. 煤中高度富集的 微量元素有 F(841 µg/g), V(567 µg/g), Cr(329 µg/g), Ni(74 µg/g), Mo(204 µg/g)和 U(153 µg/g). 该煤 中的矿物质主要有 3 个来源: (1) 高温石英、透长石、白云母和伊利石等是泥炭聚积期间酸性火山 灰降落到泥炭沼泽后的产物; (2) 钠长石和片钠铝石以及以上超常富集的微量元素是在泥炭聚积 期间, 基性-超基性海底喷流侵入到闭塞缺氧的泥炭沼泽中所致; (3) 稀土元素, Nb, Y, Zr 和 TiO2 等亲石元素来源于盆地南部的越北古陆. 除了物源供给以外, 砚山矿区煤的矿物学和地球化学异 常是同沉积酸性火山灰和基性-超基性海底喷流共同作用的结果.