西北某地煤田煤的煤巖和微量元素特征對比

摘要：我國目前的地質學研究理論主要是以華北地區的煤田資源為重點研究對象，未能足夠重視對于西北地區的煤炭資源的研究。為了能夠更好地開發與利用西北地區豐富優質的煤炭資源，為了豐富我國地質學理論，必須重視西北地區煤炭資源的研究。為此，文章重點選取西北地區的兩個礦區，詳細闡述西北地區煤田煤的煤巖和微量元素特征對比，以期更好地開發與利用西北地區的煤炭資源。

關鍵詞：西北地區；煤田煤；煤巖；微量元素

中圖分類號：TD618 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）07-0108-03

我國西北地區是重要的煤炭資源大區，具有巨大的開發與利用潛力，其中最具特色的就是侏羅紀地區的煤田。侏羅紀煤不同于我國作為重點研究對象的華北地區的煤礦資源，具有獨特的性質與成分。但是，由于我國目前的地質學研究理論主要是以華北地區的煤田資源為重點研究對象，未能足夠重視西北地區的煤炭資源的研究，因此當前的理論研究并不能很好地解釋侏羅紀煤礦資源獨特的性質、成分及其形成因素。為了能夠更好地開發與利用西北地區豐富優質的煤炭資源，為了豐富與發展我國地質學理論，本文將重點選取西北地區的兩個礦區來詳細闡述西北地區煤田煤的煤巖和微量元素特征對比，從而能夠激發出西北地區煤田資源的潛力。

1 選取礦區并采集和處理樣品

本文將選取西北地區的汝箕溝礦區以及石炭井礦區這兩個礦區來作為本文研究對象，以此來研究西北地區煤的煤巖與微量元素特征對比。

1.1 煤樣的選取

在煤樣的選取過程中，要選擇兩個礦區性質最為穩定的采煤層進行煤樣的采取，同時要注意對位于煤層內的夾矸、頂板以及底板巖層樣品的采取。采取煤樣完畢后，要根據亮煤、暗煤、絲炭、精煤這四個觀察煤的基本單位來對煤樣進行區分，然后將該煤樣制成煤光片以及粉煤光片，然后用顯微鏡對這兩種光片進行仔細的

觀察。

1.2 對煤進行詳細的工業分析

在對煤進行的工業分析中，主要要對煤的水分、揮發分、灰分以及固定碳等幾個指標進行測定。其中，煤的水分以及灰分可以直接用儀器測量得出，而煤的固定碳指標可以用差減法進行計算得出，同時要對煤的發熱量以及全硫這兩個指標進行測量。

1.3 對煤進行元素分析

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

西北地區的汝箕溝礦區中大部分都是低灰煤，同時含有極其少量的特低灰煤，如果我們在研究過程中采用宏觀觀察，將會很難觀察到煤炭中的礦物質，因此，本文將會采用微區光學的分析方法來觀察煤礦中的礦物質。

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

2 分析兩個礦區的地質特征

2.1 兩個礦區的交通位置

汝箕溝礦區坐落于西北地區賀蘭山的中段，成長條形分布，長度約為15千米，寬度約為8千米。汝箕溝礦區的工作區內主要有包蘭鐵路、平汝專線鐵路等幾條交通線，能夠與外界保持良好的聯系。并且在該工作區域內還有簡易的公路，交通比較便利。

石炭井礦區坐落于西北地區賀蘭山的北段，位于高山環抱之中，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，縱貫南北。

汝箕溝礦區與石炭井礦區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 兩個礦區的地質條件

汝箕溝礦區地層的出露狀況良好，直羅組和安定組、中侏羅系統延安組以及上三疊系統延長群自上而下分布于礦區地層之中。中侏羅系統延安組主要分為兩個部分，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、鈣質泥巖、砂巖。三疊系統延長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，并夾雜含有炭質泥巖以及粉砂巖，為黑色薄層。在汝箕溝礦區中，二煤為該礦區主要的采煤層。

石炭井礦區主要的出露地層為中石炭統羊虎溝群、石千峰組和第四系、上石炭統太原群、下二疊統下石盒子組、下二疊統山西組、上二疊統上石盒子組與石千峰組和第四系。在該礦區中上石炭統太原群中有11層為含煤層，其中有7層為可采煤以及局部可采煤層，這七個煤層分別為六、八、九、十、十一、十二、十三層煤；下二疊統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、十二這三個煤層為不穩定煤層；第三、四、五、六、十、十一這幾個煤層為比較穩定的煤層；第八、九、十三這三個煤層則屬于穩定煤層。

2.3 兩個礦區的成煤條件及其對比

汝箕溝礦區的成煤條件：汝箕溝礦區其地形為凹陷盆地。其成煤植物主要為裸子植物，在上三疊統延長組發生沉積的初期，汝箕溝礦區沉降的速度加快，出現了地形之間的差異且坡度變得較大，從而使粗碎屑物移動過來填充補足，使該區域得到大量的礫石進行充填。

礫石的巖性多為粗砂巖一中砂巖夾礫巖。后來，隨著時間的推移，礦區的沉降逐漸穩定，氣候更加溫暖濕潤，植物愈加的繁茂，碎屑物減少，相當規模的濁積巖系形成。隨后，礦區在延安期呈現比較穩定的沉降狀態，在直羅期曾出現暫時抬升狀態，而在安定期則表現為半咸化封閉性質的內陸湖泊。在這一過程中，礦區內不同煤層發育。

石炭井礦區的成煤條件：植物是礦區煤層形成的主要物質條件。在自然演變中，植物主要經歷了菌藻植物時代，裸蕨植物時代，蕨類、種子蕨類植物時代，裸子植物時代，被子植物時代這五個由低到高的階段。從晚泥笳紀起到晚二疊世早期，蕨類、種子蕨類植物發展迅速，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基礎。華力西運動中期之后，不斷出現沉降運動，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、石灰巖以及煤層相對來說比較穩定，成煤規律較為明顯。等到發展到早二疊世早期，晚華力西運動發生作用導致石炭井地區向上升起，從而使海水退出，由此石炭井地區發展為內陸湖盆，含煤系在太原組上面連續沉積。在石炭井礦區內部分布著極其廣泛的可采煤區。endprint

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

2.4 兩個礦區的變質作用

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

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

3 兩個礦區的煤巖學特征及其對比

汝箕溝礦區的煤巖學特征：汝箕溝礦區主要為無煙煤，不會染手，顏色為黑色或者鋼灰色，質地堅硬，硬度以及相對密度均比較大，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條狀分布，絲炭發育也比較好，通常為細層狀或者透鏡狀構造。

石炭井礦區的煤巖學特征：石炭井礦區主要為焦煤，其硬度較小且疏松，會染手，通常會呈現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，成細線理狀或者均一狀

結構。

汝箕溝礦區的顯微煤巖學特征：該礦區的無煙煤主要可分為鏡質組與惰質組，其中鏡質組的顏色為灰色，惰質組的顏色為白色，能夠看到該礦區內的礦物質，但是很難區分其種類。

石炭井礦區的顯微煤巖學特征：該礦區的焦煤同無煙煤一樣，主要可分為鏡質組與惰質組，其中鏡質組的顏色為灰色，惰質組的顏色為白色，能夠看到該礦區內的礦物質，但是很難區分其種類。

綜上所述，汝箕溝礦區主要為無煙煤，不會染手，其光澤類型通常為金屬光澤或者金剛光澤，硬度以及相對密度較大，石炭井礦區主要為焦煤，會染手，通常會呈現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：主要可分為鏡質組與惰質組，其中鏡質組的顏色為灰色，惰質組的顏色為白色，能夠看到該礦區內的礦物質，但是很難區分其種類。不同之處：汝箕溝礦區無煙煤的變質程度高于石炭井礦區的焦煤，并且汝箕溝礦區鏡質組與惰質組的區分要比石炭井礦區難，其中礦物質的含量也比較多。

4 兩個礦區的礦物組成以及微量元素特征分析與對比

本文主要采取X衍射的方法來進行煤的礦物組成分析，采用儀器中子活化的方法來進行煤中的微量元素的分析，從而進一步對西北地區兩個礦區煤的微量元素特征進行對比探索。

4.1 兩個礦區的礦物組成分析及對比

通過X衍射的方法并分析汝箕溝礦區和石炭井礦區的X衍射圖譜我們可以得出結論：石炭井礦區所采得的煤樣品的波峰最大值遠遠大于汝箕溝礦區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礦區煤層中所含的礦物量不同，且差異程度比較大。

汝箕溝礦區二煤主要含有伊利石、石英、方解石以及高嶺石等礦物質，其中高嶺石與伊利石是其中主要的礦物質，前者占據百分之七十，后者占據百分之十五，其他類型的礦物種類含量極少，占據剩下的百分之五。汝箕溝礦區的三煤礦除了含有二煤中所含有的礦物質之外，還含有石膏、鐵白云石等礦物質，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的含量及其少。石炭井礦區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，其他礦物質的含量較少，石炭井礦區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，其他種類的礦物質含量極少。

4.2 兩個礦區的微量元素特征分析及對比

汝箕溝礦區的煤中微量元素中，Se、M0這兩個微量元素的含量比較高，其富集系數比1大，其他種類的微量元素則無富集現象。在各種微量元素中，只有Se一個微量元素在煤中呈現高度富集。

將汝箕溝礦區的煤礦中所含的微量元素與中國石炭一二疊紀煤和中國煤中所含的微量元素進行對比可以得到如下結果：在煤樣中只有Zr這一種微量元素的含量超出侏羅紀煤的范圍，以全國煤中所含元素為標準，與石炭一二疊紀煤、世界煤以及全國煤的元素含量相比，其他微量元素的含量基本上都在正常范圍之內。

炭井礦區的煤中微量元素中，Se呈現非常富集的狀態，它的富集系數是243.8，在剩余的微量元素中還有很多富集系數比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富集狀態。

將石炭井礦區的煤礦中所含的微量元素與中國石炭一二疊紀煤和中國煤中所含的微量元素進行對比可以得到如下結果：石炭井礦區煤礦中Zr這一微量元素的含量遠遠多于石炭一二疊紀煤、世界煤以及全國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，但以全國煤中所含元素為標準，與石炭一二疊紀煤、世界煤以及全國煤的元素含量相比，其他微量元素的含量基本上都在正常范圍之內。

5 研究意義

汝箕溝礦區的煤具有“三低六高”的優點，三低即灰、硫、磷含量特別低，六高即發熱量、比電阻、回收率、二氧化碳轉化率以及機械強度比較高。同石炭井礦區的煤具有十分大的差異。為了能夠更好地開發與利用西北地區豐富優質的煤炭資源以及填補我國地質學理論關于西北地區的不足，必須要高度重視對于西北地區煤田煤的煤巖和微量元素特征對比的探索。

6 結語

為了能夠更好地開發與利用西北地區豐富優質的煤炭資源，為了豐富與發展我國地質學理論，必須重視西北地區煤炭資源的研究，詳細了解西北地區煤炭資源的性質與特色，掌握好西北地區煤田煤的煤巖和微量元素特征對比。

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作者簡介：王爾林（1984—），男，陜西神木人，神華神東煤炭集團地測公司副總工程師，研究方向：地質調查與找礦。endprint