渝東地區W1井煤中稀土元素地球化學特征

張 華

(山東省煤田地質局第一勘探隊， 山東 青島 266427 )

1 引言

中國是煤炭生產與消費大國。煤炭作為我國主體能源，是一種重要的不可再生資源，在國家經濟和國家戰略中都占據著重要的地位。煤炭中包含74種稀土元素，稀土因具備獨特的原子結構被廣泛應用于國防軍事領域[1～4]，具有不可替代的地位。近年來，伴隨著節能環保、高端裝備制造、新能源、新材料等新興行業的發展，稀土的應用領域越來越廣泛，在國家安全和經濟可持續發展中的地位越來越重要。稀土已成為當下世界各國發展高精尖產業必不可少的原材料及國家重要的新興戰略性礦產資源[5～7]。

因為信息不暢通等原因[3]，這些儀器設備往往只在課題組或學院內部使用，存在閑置浪費現象，專業化服務能力也有待提高。另一方面，一些剛剛入校的年輕教師因為經費不足，沒有能力購買需要的科研設備[4]；有些院系和科研院所有跨學科跨行業科研的需求；有些企業或個人因為技術創新研究或其他原因，也需要儀器設備，社會各界對于科研設施與儀器設備的開放共享具有廣泛而迫切的需求。

近年來，許多學者對煤中稀土元素進行了研究，王子鳴[8]通過對西北地區某些煤層稀土元素研究，建立了基于 X 射線的干法預富集模擬模型。付志恒等[9]通過對劉家梁2#煤的研究，探討了沉積環境對稀土元素含量變化的影響機制。朱士飛等[10]通過逐級提取實驗，研究了粉煤灰中稀土元素賦存機理和富集狀態。

四川盆地是我國重要的含油氣盆地之一，渝東地處四川盆地，礦產資源儲量豐富，雖然很多學者對煤中稀土元素進行了廣泛研究，但對渝東地區煤中稀土元素的地球化學特征研究較少，稀土元素地化研究不僅能為研究區成煤環境提供有力依據，還能擴展渝東地區天然氣勘探領域，故對該地區進行相關研究具有非常重要的意義。

2 地質背景

研究區位于揚子板塊東緣，地處四川盆地的渝東地區。渝東地區構造格局既受控于四川盆地基底構造變形控制，同時，又受川東高陡構造及大巴山沖斷構造變形的影響[11～14]，加上造山期發生的“三隆三坳”升降運動和各種地質營力的作用，共同奠定了川東地區復雜的構造特征和成藏背景。在構造發育的同時，渝東地區沉積地層以海相碳酸鹽巖和頁巖為主，分布面積廣、沉積厚度大，這種構造特征和地層的發育，為渝東地區石炭系天然氣的成藏提供有利的條件[15,16]。

渝東地區屬于中上揚子臺地，自震旦紀以來經歷了極其復雜的構造運動，形成了以北北東方向為主并排分布的高陡構造帶。區內主要包括萬州向斜、方斗山復背斜、大池干井背斜和石柱向斜等次級構造單元，共同形成了渝東區塊一系列典型的“隔擋式構造”[17,18]。

3 樣品采集與測試

通過煤的工業分析可以判斷煤質特征。煤層剖面各個分層的工業分析測定數據如表1 所示，7 個煤分層原煤水分( Mad )為1.42%～2.69%，平均2.03%；灰分( Ad ) 含量為28.03%～92.28%，平均55.29%，為特高灰煤。

4 煤質特征

本次主要對渝東地區W1井的鉆孔樣品測試結果進行了分析。共采集7塊樣品，分別對樣品進行了工業分析、X 射線熒光光譜儀( XRF) 分析和電感耦合等離子體質譜法 (ICP-MS)分析。其中工業分析參照國家標準 GB /T 212—2008。

后來，那個柯察金也曾請教過江大亮，問江大亮是用什么法子讓吉爾金娜傾倒的呢？江大亮就不懷好意地說：“你若是戴上個綠帽子，就會把你的男人功能增強好幾倍。”這個呆頭呆腦的柯察金真就買了頂綠帽子戴上了，過些日子又愁眉苦臉地對江大亮說：“我戴上綠帽子了，怎么還是吸引不住吉爾金娜呀？”江大亮就笑個稀軟，心里暗暗地說，真他媽的傻老毛子，罵人的話也當真。

店主說：那個誰，我說不出來，她說你女朋友咯，她比你著急多了，她說你的摩托車早點修好你就早點能見她。我說你這男的也真是的，是你去泡妞又不是你的摩托車泡妞，你又不是用排氣管干人家的，要等什么摩托車修好。

5 微量元素富集特征

5.1 常量元素含量特征

δEu、δGd和δCe分別表示Eu、Gd和Ce元素的異常程度[18]，如果值小于1，說明該元素負異常。經過實驗結果處理，發現研究區的δEu值介于3.03～11.28，平均5.23，均大于1；δCe介于0.62～0.78，平均0.72，Ce負異常。

在Citespace V界面中，選擇時間段為2008-2017年，選擇“Institution”作為Node type，設置Top 50 per slice為閾值，選擇MST算法精簡網絡，最后得到的研究機構圖譜由92個節點、12條鏈接線構成。節點為年輪狀，節點與研究機構字體的大小跟該機構總體頻次成正比[6]。

表3 各樣品比值

通過實驗測得研究區煤中15種稀土元素，通過處理分析實驗結果，并將其與目前公認的標準值對比。微量元素含量如圖1所示，與中國值相比，發現實驗測得的元素含量遠高于中國值。與世界值相比，實驗測得的元素含量遠高于世界值。與上地殼值相比，實驗測得的元素含量遠上地殼值。可見研究區煤中稀土元素含量較高。

5.2 稀土元素的地球化學特征

MgO/CaO 值可以指示氣候變化，通常低值反應為潮濕氣候，反之為干熱氣候。渝東地區W1井煤樣MgO/CaO介于0.03～7.50之間，平均值為1.21，由此可見渝東地區W1井處于溫暖潮濕的環境。

圖1 各煤樣微量含量的分布折線

元素標準化后的比值可以分析元素的富集程度，若LaN/LuN小于1，為重稀土富集；當LaN/SmN<1且GdN/LuN>1，為富中稀土型；若LaN/LuN大于1，為輕稀土富集[18]。 如表4可知，研究區LaN值均遠大于1，平均值為291.85；LuN值均大于1，平均值為28.98；SmN值均大于1，平均值為74.27；GdN介于0.9～21.58，平均值為10.03。7個樣品的LaN/LuN及LaN/SmN的比值大于1，表明研究區煤中元素為輕稀土富集。

Mg O/Al2O3比值可以反映水體鹽度，見表2，當鎂鋁比值小于 1 時為淡水環境，比值介于 1～10 時對應為海陸過渡性沉積環境，比值在 10 到 500 范圍內時，水體鹽度較高；當比值大于 500 時，為陸表海環境。由表3可知研究區MgO/Al2O3介于0.02～0.12，平均0.06，對應表2中的鎂鋁比值可知，渝東地區W1井成煤環境為海陸過渡性沉積環境。

表4 標準化比值

實驗測出了渝東地區W1井煤中常量元素氧化物含量。煤中常量元素氧化物以 SiO2和Al2O3為主，SiO2含量為 34.81%～50.83%，均值為42.98%；Al2O3含量為16.20%～28.82%，均值為21.58%； SiO2/Al2O3含量比為 1.72～2.42，平均2.03。其余依次是：Fe2O3(11.09%)、CaO(7.71%)、SO3(7.01%)、TiO2(2.65%)、K2O(1.50%)、Na2O(1.46%)、MgO(1.46%)、MNO2(0.03%)。

5.3 煤中稀土元素的分布模式

通過元素分配模式圖可以看出研究區元素的分布模式(圖2)，7個樣品整體趨勢類似，從左至右，由陡到緩。輕稀土元素部分變化較大，整體含量明顯高于趨勢平緩的中稀土和重稀土元素。圖2中Ce虧損，這與上文中Ce呈現負異常相對應。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2 稀土元素分布模式

6 結論

(1)7 個煤分層原煤水分(Mad)為1.42%～2.69%，平均2.03%；灰分(Ad) 含量為28.03%～92.28%，平均55.29%，為特高灰煤。

抗戰開始以后，南京政府摒除社會力量，建立起統一的合作行政體系，將農業合作事業置于政府控制之下，形成對農業合作事業的強制性制度推進。在強制性制度安排之下，中國農業合作事業完全喪失發展的自主性，無論從發展模式、發展速度亦或業務經營等方面，均服從于政府的行政指令，農業合作組織也被作為政府推行經濟政策，維護政治統治的工具之一。在此背景之下，早期農業合作事業的自助與互助性質喪失殆盡。迄今為止，對抗戰以后農業合作事業及合作金融問題尚缺乏系統性研究，尤其是1946—1949年間的研究基本處于空白。通過探討政府壟斷模式下農業合作金融的興衰變革，透視在強制性制度安排下，中國農業合作事業的被動發展歷程。

(2)煤中常量元素氧化物以 SiO2和Al2O3為主，SiO2含量為 34.81%～50.83%，均值為42.98%；Al2O3含量為16.20%～28.82%，均值為21.58%； SiO2/Al2O3含量比為 1.72～2.42，平均2.03。其余依次是：Fe2O3(11.09%)、CaO(7.71%)、SO3(7.01%)、TiO2(2.65%)、K2O(1.50%)、Na2O(1.46%)、MgO(1.46%)、MNO2(0.03%)。渝東地區W1井成煤環境為溫暖潮濕的海陸過渡性沉積環境。

(3)研究區7個樣品中的15種稀土元素含量均遠高于中國值、世界值和上地殼值。煤樣中LaN/LuN及LaN/SmN的比值大于1，表明研究區煤中元素為輕稀土富集。δCe平均0.72，Ce負異常。樣品輕稀土元素部分變化較大，整體含量明顯高于趨勢平緩的中稀土和重稀土元素。