黔西桂中晚二叠世煤中矿物质赋存分布与富集机理

论文摘要

本文综合利用煤岩学、矿物学、元素地球化学、同位素地球化学和统计学等理论知识,对黔西月亮田煤矿和桂中宜山煤田晚二叠世煤的矿物学和地球化学特征进行了分析,总结了造成黔西桂中晚二叠世煤中矿物质富集分异的地质因素。黔西月亮田煤矿大部分煤为中低灰-特低硫-高挥发分烟煤。桂中宜山煤田的拉浪5号井的K3煤层为低灰-超高有机硫-半无烟煤,冲谷3号井K6煤层和冲谷1号井K7煤层煤均属于高灰-超高有机硫-低挥发分烟煤。黔西桂中晚二叠世煤中地球化学和矿物学特征显著不同,引起黔西桂中晚二叠世煤中矿物质富集的地质因素包括以下几个方面:（1）沉积源区供给黔西月亮田煤矿西侧的康滇古陆是西南地区晚二叠世煤的主要物源供给区,对研究区的影响包括两方面:①峨眉山玄武岩风化析出含硅的溶液进入泥炭沼泽。②向含煤盆地输入大量的陆源碎屑物质,包括玄武岩碎屑和顶部的中酸性岩碎屑。石英在研究区含量较高,主要为自生成因,为康滇古陆峨眉山玄武岩的风化产物产生的含硅溶液沉淀形成。通过Al2O3/TiO2比值、Nb/Y-Zr/Ti02分布图、Ti02、Sc、V、Cr、Co、Ni等过渡元素含量、稀土元素配分模式图和异常情况等地球化学特征判断除了峨眉山玄武岩之外,康滇古陆上部的中酸性岩也向月亮田煤矿含煤盆地提供了大量陆源碎屑物质。桂中宜山煤田的沉积源区为云开古陆。云开古陆主要由石炭二叠世的酸性岩组成,其对宜山煤田的A1203/TiO2比值、TiO2、Sc、V、Cr、Co、Ni等过渡元素含量、稀土元素配分模式图和异常情况等地球化学特征也造成了影响。（2）不同性质的火山灰输入黔西月亮田煤矿成煤过程中主要受到两种性质（长英质和铁镁质）的火山活动影响,火山灰降落到含煤盆地形成不同性质的tonstein。通过①分析矿物组成,②观察蠕虫状高岭石、尖角状和各种不规则形状的高温β石英、绿泥石化的黑云母和串珠状锐钛矿等矿物形貌特征,③对比研究样品与世界黏土、峨眉山玄武岩、凝灰岩、重庆松藻矿区长英质和铁镁质tonstein中的TiO2、过渡元素、高场强元素和稀土元素等地球化学特征,判断夹矸YLT6U-3p和YLT12-3p为长英质tonstein,夹矸YLT6U-1 Op和YLT6L-4p为铁镁质tonstein。火山活动除了形成tonstein外,在个别煤分层和底板中发现高温石英、晶形较好的锆石、条带状磷灰石、蠕虫状高岭石、同时夹杂着磷铝铈矿等稀土元素矿物,表明成煤阶段也有小型火山喷发,喷发强度小,落入泥炭沼泽的火山灰数量较少,不足以形成tonstein,在煤分层和底板样品中留下火山活动的印迹。火山活动对宜山煤田的影响不是很明显,仅在个别样品中发现了高温β石英。（3）多期次、多性质的热液黔西月亮田煤矿成煤过程中遭受了多期次、不同性质的热液流体影响,例如,脉状石英由后生阶段含硅的低温热液流体沉淀形成。充填胞腔的鲕绿泥石有两种成因机制,单独充填的鮞绿泥石可能由富铁的热液流体沉淀形成。与石英、高岭石共同充填胞腔的鲕绿泥石形成过程比较复杂:早期成岩阶段,温度为165-200℃时,先形成的高岭石被富铁镁的热液流体蚀变,形成高岭石和鮞绿泥石。形成的高岭石和鲕绿泥石进一步进行脱硅作用形成石英和鮞绿泥石,未反应的高岭石依然有残留。此外,脉状方解石,充填裂隙的黄铁矿、稀土元素矿物（磷铝铈矿和水磷铈矿）和锐钛矿均为后生热液流体成因。热液流体除了对黔西月亮田煤矿煤的矿物学特征造成影响外,还导致了元素的再分配:位于夹矸下部的大部分煤层中Nb/Ta、Zr/Hf和U/Th 比值比上覆夹矸要高,可能为较活泼的Nb、Zr、U从上覆夹矸中淋滤出来,发生迁移,随后被下伏的煤层中的有机质吸附,随后发生沉积。此外,夹矸YLT6L-3c和YLT6L-4p稀土元素配分模式为中稀土富集型,且其δGd为最大值,可能为酸性水（例如富含pCO2的水）在含煤盆地中循环导致。热液流体对宜山煤田矿物学和地球化学特征也造成了影响,例如脉状的长石;部分长石表面有腔洞,被高岭石或碳酸盐矿物充填;铵长石赋存于钾长石颗粒边缘并呈集合体形式;裂隙充填状的石英。以上矿物的赋存状态均为热液流体在不同阶段侵入煤层形成。除了上述特征外,热液流体造成了宜山煤田煤中U-Se-Mo-Re-V元素的富集。宜山煤田高含量的氟部分赋存在充填胞腔的萤石中,其形成机制可能为:煤层形成后,从周围石灰岩中淋滤出来的钙离子与富氟的低温（100-200℃）热液流体反应,热液流体进入含煤盆地,将盆地内环境从酸性变成接近中性,在中性环境下F-溶解度降低从而发生沉淀,生成萤石。高温热液流体引起了LL5-K3号煤矿煤的煤阶增高,Eu的强烈正异常以及U-Se-Mo-Re-V的有机和无机混合赋存状态。高温热液流体也造成了宜山煤中铵长石的形成,迄今为止,这是国内外学者首次在煤中发现铵长石。宜山煤中铵长石的形成时间扩度大（从早期成岩阶段到煤化作用后期和无烟煤阶段）,形成机制为在高温热液流体作用下,煤中有机质中释放出NH4+,与先形成的钾长石/钠长石反应生成。氮同位素数据进一步表明,含氮的热液流体造成了煤中铵长石的形成。（4）海水的侵入海水主要对黔西月亮田煤矿的6L和12号煤层造成了影响。6L和12号煤层中硫含量较高,黄铁矿含量高且赋存状态多样,主要呈莓球状、自形的立方体和八面体形状、细胞充填状、结核状和团块状,证明了同生作用阶段或早期成岩阶段,海水侵入含煤盆地。宜山煤田的成煤环境为局限碳酸盐台地,海水对研究区煤层产生了影响。海水侵入造成了宜山煤中氟的富集和黄铁矿的广泛分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究意义
•   1.2 煤中矿物质研究现状
•     1.2.1 煤中元素研究现状
•     1.2.2 煤中矿物研究现状
•     1.2.3 铵长石研究现状
•   1.3 研究区概况
•     1.3.1 黔西晚二叠世煤研究概况
•     1.3.2 桂中晚二叠世煤研究概况
•   1.4 研究内容
•   1.5 研究方法
•     1.5.1 煤岩学研究方法
•     1.5.2 元素地球化学研究方法
•     1.5.3 矿物学研究方法
•     1.5.4 氮同位素研究方法
•   1.6 主要工作量
•   1.7 本章小结
• 2 研究区地质背景
•   2.1 区域地质演化
•   2.2 研究区地层及沉积环境
•   2.3 研究区构造特征
•   2.4 研究区含煤地层
•   2.5 研究层位
•   2.6 本章小结
• 3 黔西桂中晚二叠世煤的煤质及煤岩特征
•   3.1 煤质特征
•     3.1.1 灰分产率
•     3.1.2 挥发分产率与镜质组反射率
•     3.1.3 全硫及形态硫
•   3.2 煤岩特征
•     3.2.1 镜质组
•     3.2.2 惰质组
•     3.2.3 壳质组
•   3.3 本章小结
• 4 月亮田煤矿晚二叠世煤及tonstein的矿物学和地球化学特征
•   4.1 月亮田煤矿晚二叠世煤的矿物学特征
•     4.1.1 矿物含量剖面变化
•     4.1.2 矿物赋存状态
•   4.2 月亮田煤矿晚二叠世煤的地球化学特征
•     4.2.1 常量元素特征
•     4.2.2 常量元素与矿物组成关系
•     4.2.3 微量元素含量特征
•     4.2.4 微量元素分布规律和赋存状态
•     4.2.5 稀土元素地球化学特征
•   4.3 本章小结
• 5 宜山煤田晚二叠世煤的矿物学和地球化学特征
•   5.1 宜山煤田晚二叠世煤的矿物学特征
•     5.1.1 矿物含量剖面变化
•     5.1.2 矿物赋存状态
•     5.1.3 矿物成因
•   5.2 宜山煤田晚二叠世煤的地球化学特征
•     5.2.1 常量元素特征
•     5.2.2 常量元素与矿物组成关系
•     5.2.3 微量元素含量特征
•     5.2.4 微量元素分布规律和赋存状态
•     5.2.5 稀土元素地球化学特征
•     5.2.6 氮同位素地球化学特征
•   5.3 本章小结
• 6 黔西桂中晚二叠世煤中矿物质富集分异机理
•   6.1 黔西月亮田煤矿晚二叠世煤中矿物质富集分异机理
•     6.1.1 沉积源区的影响
•     6.1.2 不同性质的火山灰的输入
•     6.1.3 多期次的热液
•     6.1.4 海水的侵入
•   6.2 桂中宜山煤田晚二叠世煤中矿物质富集分异机理
•     6.2.1 沉积源区的影响
•     6.2.2 不同性质的热液
•     6.2.3 海水影响
•   6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 附表

文章来源

类型: 博士论文

作者: 解盼盼

导师: 代世峰

关键词: 晚二叠世煤,超高有机硫煤,热液流体,铵长石,氮同位素

来源: 中国矿业大学(北京)

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程

单位: 中国矿业大学(北京)

分类号: P618.11

DOI: 10.27624/d.cnki.gzkbu.2019.000129

总页数: 237

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