徐曉琴

(江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006)

西藏昌都早石炭世10#煤的煤質(zhì)、煤巖和地球化學(xué)特征

徐曉琴

(江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院，江蘇 徐州 221006)

運用光學(xué)顯微鏡及顯微光度計、X射線熒光光譜、冷原子吸收光譜、電感耦合等離子體質(zhì)譜和煤質(zhì)分析等技術(shù)方法，對西藏自治區(qū)昌都市馬查拉煤礦早石炭世10#煤層進行了研究。結(jié)果顯示，昌都早石炭世10#煤揮發(fā)份低(Vdaf=8.64%)，碳含量高(Cdaf=90.2%)，鏡質(zhì)組反射率高(Rran=2.17%)，灰分低(Ad=4.79%)，硫分低(St,d=0.74%)，發(fā)熱量高(Qgr,d=33.26 MJ/kg)，鏡質(zhì)組含量高(鏡質(zhì)組總和為69.2%)，鏡質(zhì)組分具有強烈的各向異性，常量元素氧化物含量中SiO2和Al2O3占絕對優(yōu)勢(90.85%)，微量元素除Pb富集、Be輕微富集外都接近或低于世界煤的平均值，潛在有害元素(As、Hg、F、Be、U等)含量低，是優(yōu)質(zhì)貧煤或無煙煤。

早石炭世煤;煤巖學(xué);微量元素地球化學(xué);昌都

在西藏自治區(qū)昌都地區(qū)，石炭系下部為烏青納組和馬查拉組，上部為驁曲組和理查組。下石炭統(tǒng)馬查拉組，分上、下兩段，下為含煤碎屑巖段，上為灰?guī)r段。含煤碎屑巖段的巖性為深灰色、灰黑色、灰黃色頁巖、砂巖夾少量泥灰?guī)r、灰?guī)r等，下部夾薄煤層數(shù)層，總厚度>915m。煤層厚度一般<1m，最厚2.5m。在類烏齊縣馬查拉煤礦，10#煤層為主要可采煤層，厚度0.8～2m。

1 樣品和測試

本文研究的樣品采自西藏自治區(qū)昌都市馬查拉煤礦10#煤層(全層混合樣)。煤質(zhì)分析在江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院完成；煤巖顯微組分鑒定、鏡質(zhì)組反射率測定在中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室完成；煤的高溫灰中主要元素氧化物測定采用X射線熒光光譜法(XRF)，在中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室完成；煤中微量元素測定采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，在北京核工業(yè)地質(zhì)研究院完成；煤中汞測定采用冷原子吸收光譜法(CV-AAS)，在中國預(yù)防醫(yī)學(xué)研究院完成。

2 煤質(zhì)特征

煤質(zhì)分析結(jié)果(表1)顯示，馬查拉煤礦10#煤層的揮發(fā)份低(<10%)，碳元素含量高(>90%)，氫元素含量低(<4.0%)，鏡質(zhì)組反射率高(隨機反射率， 2.17%)，已達到貧煤至無煙煤的變質(zhì)程度。該煤層具有灰分低(<5.0%)， 全硫含量低(<1.0%)，發(fā)熱量高 (原煤干燥基高位發(fā)熱量﹥33 MJ/kg) 等特征，是低灰、低硫、高熱值的貧煤或無煙煤。

表1 馬查拉礦10#煤的煤質(zhì)指標(biāo)和鏡質(zhì)組反射率

3 煤巖特征

3.1 宏觀煤巖特征

馬查拉礦10#煤的宏觀煤巖成分以暗煤、亮煤為主，含少量鏡煤(厚1cm左右，最厚者2cm)和絲炭，宏觀煤巖類型為半亮型煤-半暗型煤，顯示條帶狀-線理狀結(jié)構(gòu)(圖1)。

3.2 顯微組分含量

馬查拉礦10#煤主要由鏡質(zhì)組(69.2%)和惰質(zhì)組(30.8%)組成。在鏡質(zhì)組中，基質(zhì)鏡質(zhì)體含量大于50%，是最占優(yōu)勢的顯微組分；惰質(zhì)組的顯微組分以半絲質(zhì)體(17.4%)為主，其次是粗粒體和碎屑惰質(zhì)體。該煤層礦物質(zhì)含量較低，主要是黏土(表2)。

3.3 顯微組分特征

馬查拉礦10#煤中的結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體顯示清晰完整的植物組織細胞結(jié)構(gòu)，細胞腔常被黏土充填(圖2A)或中空(圖2B)；均質(zhì)鏡質(zhì)體顯示很差的細胞結(jié)構(gòu)或無結(jié)構(gòu)(圖2B, 2C)； 基質(zhì)鏡質(zhì)體呈斑狀基質(zhì)膠結(jié)著其他的煤巖組分(圖2E)。在油浸反射光下，鏡質(zhì)組顯微組分顯示較強的各向異性光學(xué)性質(zhì)，同一視域旋轉(zhuǎn)90°后，均值鏡質(zhì)體(圖2C,2D)和基質(zhì)鏡質(zhì)體(圖2E,2F)的反射色發(fā)生顯著變化。該煤中惰質(zhì)組顯微組分的反射色略高于鏡質(zhì)組顯微組分，在旋轉(zhuǎn)載物臺過程中，惰質(zhì)組顯微組分的反射色變化不大，各向異性不強。

圖1 馬查拉礦10#煤的宏觀煤巖特征Figure 1 Macrolithotype features of coal No.10 in Machala coalmine

表2 馬查拉礦10#煤的顯微組分(無礦物基)和礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)

A.結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體，細胞腔被黏土礦物充填；B.均值鏡質(zhì)體、結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體；C.均質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體、碎屑惰質(zhì)體、細粒狀黃鐵礦晶體；D.與C同一視域，旋轉(zhuǎn)90°，均質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)鏡質(zhì)體顯示強各向異性；E.基質(zhì)鏡質(zhì)體、半絲質(zhì)體等；F.與E同一視域，旋轉(zhuǎn)90°，基質(zhì)鏡質(zhì)體顯示很強的各向異性。圖2 馬查拉礦10#煤的顯微組分特征Figure 2 Maceral features of coal No.10 in Machala coalmine

4 地球化學(xué)特征

4.1 常量元素氧化物

馬查拉礦10#煤常量元素氧化物以SiO2(50.40%，灰基)和Al2O3(40.45%，灰基)占絕對優(yōu)勢，Na2O和K2O等堿性成分含量很低(表3)。m(SiO2)/m(Al2O3)比率為1.25，接近高嶺石理論值(m(SiO2)/m(Al2O3)=1.18)，反映了粘土礦物對煤灰成分的大量貢獻。m(CaO+Fe2O3+MgO)/m(SiO2+Al2O3)比率為0.04，反映了弱還原成煤環(huán)境特征。

4.2 煤中微量元素

馬查拉礦10#煤的微量元素含量列于表4。馬查拉礦10#煤中大多數(shù)微量元素的含量低于中國其他煤含量和世界煤含量的平均值。與世界煙煤微量元素含量平均值相比，馬查拉礦10#煤中Pb是富集的(富集系數(shù)為9)，Be是輕微富集的(富集系數(shù)為2.5)，Li、Sc、V、Cr、Cu、Zn、Y、Zr、Sn、Ba、La、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Yb、Lu、Ta、W、Th等元素的濃度接近世界煤含量的平均值(富集系數(shù)為0.5-2.0)，Co、Ni、Ga、Ge、As、Se、Rb、Sr、Nb、Mo、Cd、Sb、Cs、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tm、Hf、Hg、Tl、Bi、U等元素(富集系數(shù)<0.5)是虧損的(圖3)。

表3 馬查拉礦10#煤的常量元素氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(全煤基)

圖3 馬查拉礦10#煤微量元素富集系數(shù)Figure 3 Trace element enrichment coefficient of coal No.10 in Machala coalmine

表4 馬查拉礦10#煤、中國煤、世界煤及上地殼的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

中國煤平均值, 據(jù)代世鋒(2012), 世界煤平均值, 據(jù)Ketris和Yudovich(2009), 上地殼, 據(jù)Taylor 和McLennan (1985)

由表3可見，馬查拉礦10#煤中稀土元素和釔的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(35.548μg/g)低于中國煤、世界煤和上地殼。用上地殼標(biāo)準(zhǔn)化值計算出的δCe和δEu顯示鈰具有微弱負(fù)異常，銪具有微弱正異常；m(LaN)/m(LuN)<1，指示馬查拉礦10#煤中釔為重稀土富集類型(表5)。在分配模式圖上，中稀土(Eu、Gd、Tb、Dy和Y)后段和重稀土(Ho、Er、Tm、Yb和Lu)顯著富集(圖4)。

表5 馬查拉礦10#煤稀土元素和釔的富集類型

m(Ce)=2m(CeN)/m(LaN+PrN);m(Eu)=2m(EuN)/m(SmN+GdN); N, 上地殼標(biāo)準(zhǔn)化值; ET, 富集類型; H, 重稀土富集型。

圖4 馬查拉礦10#煤稀土元素分配模式Figure 4 Rare earth distribution model of coal No.10 in Machala mine

5 結(jié)論

(1)昌都早石炭世10#煤具有低揮發(fā)份、高碳含量、高反射率、低灰、低硫、高熱值等煤質(zhì)特征，是優(yōu)質(zhì)貧煤或無煙煤；

(2)昌都早石炭世10#煤宏觀上顯示清晰的條帶狀-線理狀結(jié)構(gòu)，鏡質(zhì)組是占優(yōu)勢的顯微組分，具有強烈的各向異性；

(3)昌都早石炭世10#煤中常量元素氧化物主要來源于高嶺石等粘土礦物，煤層形成于弱還原成煤環(huán)境；

(4)昌都早石炭世10#煤中除Pb富集、Be輕微富集外，其余微量元素都接近或低于中國其他煤和世界煤的含量平均值；煤中稀土元素為重稀土富集型，潛在有害元素(As、Hg、F、Be、U等)含量很低。

[1]西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局.西藏自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1993.

[2]Dai S, Seredin V V, Ward C R, Hower J C, Xing Y, Zhang W, Song W, Wang P.Enrichment of U-Se-Mo-Re-V in coals preserved within marine carbonate successions: geochemical and mineralogical data from the late Permian guiding coalfield, Guizhou, China[J].Mineral Deposita, 2015, 50:159-186.

[3]Ketris M P, Yudovich Y E.Estimations of Clarkes for carbonaceous biolithes: world average for trace element contents in black shales and coals[J].Int J Coal Geol, 2009, 78:135-148.

[4]Seredin V V, Dai S.Coal deposits as potential alternative sources for lanthanides and yttrium[J].Int J Coal Geol, 2012, 94:67-93.

[5]Taylor S R, McLennan S M.The continental crust: its composition and evolution[J].Blackwell, p. London, UK.

CoalQuality,PetrologyandGeochemicalFeaturesofEarlyCarboniferousCoalNo.10inQamdo,Tibet

Xu Xiaoqin

(Jiangsu Design Institute of Geology for Mineral Resources, Xuzhou, Jiangsu 221006)

To use technical approaches of optical microscope, microphotometer, X-ray fluorescence spectrometry, cold atomic absorption spectrometry, inductively coupled plasma source mass spectrometry and coal quality analysis have carried out studies on the early Carboniferous coal No.10 in the Machala coalmine, Qamdo City, Tibet. The results have shown that the coal No.10 in the Qamdo area has low volatile matter (Vdaf=8.64%), high carbon content (Cdaf=90.2%), high vitrinite reflectance (Ro,ran=2.17%), low ash (Ad=4.79%), low sulfur (St,d=0.74%), high calorific value (Qgr,d=33.26 MJ/kg), high vitrinite content (total vitrinite 69.2%) with strong anisotropy. In macroelement oxides, SiO2and Al2O3are dominated (90.85%); except Pb enriched and Be slightly enriched, all other microelements are near or lower than world coal average; content of potential harmful elements (As, Hg, F, Be and U etc.) is low. In summary, the coal is high quality meager coal or anthracite.

early Carboniferous coal; coal petrology; geochemistry of microelement; Qamdo

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.11.02

1674-1803(2017)11-0009-04

A

徐曉琴(1969.12—)，女 高級工程師。1992年畢業(yè)于南京大學(xué)，從事煤炭、水質(zhì)、土質(zhì)、頁巖氣、煤層氣、礦石類、環(huán)境檢測工作。

2017-09-25

宋博輦