寧東地區煤中微量元素地球化學特征

冶正陽

（新疆維吾爾自治區自然資源規劃研究院，新疆烏魯木齊830000）

我國是煤炭資源大國，煤炭在我國具有非常重要的地位，是基本能源和重要燃料[1-2]。由于煤中微量元素蘊含著大量的地球化學信息，近年來逐漸成為地化領域研究的熱點內容。煤中微量元素的富集、分布規律、賦存特征等不僅可以為煤層的形成環境、區域演化方式提供有力的證據，為資源開發提供科學依據，還能對環境污染問題和地方性疾病問題提供研究依據[3-5]。故具有非常重要的研究意義。

近年來很多學者對煤中微量元素進行了研究，王文峰[6]等對煤中微量元素及有害元素進行了研究，劉冬娜[7]分別對大同煤田煤中微量元素進行了研究，Dai[8]對中國煤中微量元素特征進行了研究。雖然已有很多研究成果，但對寧東地區煤中微量元素分析較少。故本文通過對礦區內主要生產礦井的煤層進行系統采樣，并對采集的16塊樣品進行測試分析。

1 地質背景

研究區位于寧夏回族自治區北部，東部與內蒙古相鄰，西部與黃河相望。所見地層構造形跡特征表明：寧東地區屬華北地臺桌子山—橫山堡逆沖帶（A23），褶皺和斷層較為發育，褶皺呈“北多南少”的特點，走向呈NNW 向或SN 向。含煤地層屬太原組和山西組，煤層頂底板為粉砂巖、粉砂質泥巖，夾矸為泥巖。

2 樣品采集與測試

對研究區進行分層采樣，采樣情況見圖1，本次研究選取16 塊樣品進行實驗分析，1 塊煤巖夾矸樣品和15塊煤樣，編號依此為G1、R1、R5、R7、R10、R12、R15、R18、R21、R24、R26、R29、R31、R34、R37、R39。采用ICP-MS進行測試。

3 結果與討論

3.1 微量元素

3.1.1 煤中微量元素的含量特征

通過實驗測得研究區煤中共20 種微量元素和15種稀土元素（La～Lu+Y），并將其結果和中國值、世界值和克拉克值[9-10]進行比較。和中國值標準相比，煤中Li（102.2μg/g）、Sc（5.7μg/g）、Th（8.3μg/g）、Ga（12.5μg/g）、Sr（215.6μg/g）、In（0.1μg/g）元素的含量比標準值高，其它元素含量均比標準值低。和世界值標準相比，Li、Sc、Th、Ga、Sr、Nb（10.8μg/g）、In 元素的含量含量比標準值高，其它元素含量均比標準值低。和上地殼值標準相比，Li、Mo（2.1μg/g）均值比上地殼值高，其它均比標準值低。

從整體上看，只有Li（102.2μg/g）、Sc（5.7μg/g）、Th（8.3μg/g）、Ga（12.5μg/g）、Sr（215.6μg/g）、In（0.1μg/g）元素含量高于中國標準值、世界標準值。只有Li（102.2μg/g）元素含量高于中國標準值、世界標準值和上地殼標準值。

3.1.2 煤中微量元素的垂向分布特征

將各樣品中微量元素總量縱向上進行比較（圖2），R34 樣品中含量最大（660μg/g），縱向上含量存在差異，但總體差異不大。縱向上存在差異可能是由于泥炭沼澤中的物質來源受控于沉積源區的供給、母巖類型、成煤植物的種類和地質事件等多方面因素。

圖2 各樣品微量元素總量圖

3.2 稀土元素

3.2.1 煤中稀土元素的含量富集特征

實驗測得的15種稀土元素含量值結果表明：

和世界值標準值相比，研究區煤中Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量比標準值低，其它均比標準值高。

和上地殼值標準相比，研究區煤中只有Dy（3.1μg/g）的含量比標準值高，其它均比標準值低。

和中國值標準相比，研究區煤中Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）的含量比標準值高，其它均比標準值低。

綜上所述，15種元素中Dy（3.1μg/g）、Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）含量相對較高，Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量相對較低。

3.2.2 煤中稀土元素的地球化學參數

LaN、LuN、SmN和GdN分別表示La、Lu、Sm 和Gd經過標準化后得到的參數，相互的比值可以反映其富集程度。如果LaN/LuN＜1，則表現為重稀土富集，若LaN/SmN＜1 且GdN/LuN＞1，則 為 富 中 稀 土 型；如 果LaN/LuN＞1，反映輕稀土富集。

研究區樣品中除了R15 樣品的LaN/LuN值都低于1，其余15 個樣品LaN/LuN值都比1 大，平均值為6.32，且LaN/SmN＞1，這些均反映研究區煤層中稀土元素富集類型為富輕稀土型。

δEu（EuN/EuN*）、δGd（GdN/GdN*）和δCe（CeN/CeN*）分別表示Eu、Gd 和Ce 元素的異常程度。若δ(Eu，Ce，Gd)＜1，表示Eu、Ce或Gd負異常，反之呈正異常。煤中δEu的值為0.54～0.87，平均0.69，Eu負異常，說明成煤環境為還原環境，物質來源主要繼承于陸源碎屑；δCe介于0.65～0.95之間，均值0.81，Ce微負異常。

3.2.3 煤中稀土元素的分布模式

球粒隕石標準化之后，繪制出研究區煤中稀土元素的分配模式圖（圖3)。根據這個圖我們可以看出：16個樣品的曲線走勢大體相似，輕稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm）含量較高，變化范圍較大，Eu、Ce虧損，呈現負異常。中稀土元素（Eu、Gd、Tb、Dy）和重稀土元素（Ho、Er、Tm、Yb、Lu）含量較低，趨勢平穩。總體特征與被動大陸邊緣相似，這說明研究區煤沉積在被動大陸邊緣構造環境中。

圖3 稀土元素分布模式

4 結論

寧東地區煤中微量元素Li、Sc、Th、Ga、Sr、In含量較高。20 種微量元素總量在縱向上存在差異，但總體差異不大。

15 種稀土元素中Dy（3.1μg/g）、Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）含量相對較高，Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量相對較低。15 個樣品LaN/LuN值都比1大，平均值為6.32，且LaN/SmN＞1，這些均反映寧東地區煤層中稀土元素富集類型為富輕稀土型。Eu、Ce呈負異常，說明成煤環境為還原環境，物質來源主要繼承于陸源碎屑。分配模式在輕稀土段變化較大，中、重稀土段平緩，構造沉積背景為被動大陸邊緣。