邯邢矿区煤中伴生矿产及微量元素研究

论文摘要

煤中伴生矿产、微量元素的分布、富集机理及其开发利用是当前煤地质学的的研究热点。本文以邯（郸）邢（台）矿区煤层为研究对象,通过采用煤质分析、荧光显微镜（MVP—Ⅲ）、扫描电子显微镜（SEM）、微量元素含量（ICP-MS）、气相色谱（GC）、气相色谱-质谱（GC-MS）等分析测试手段,研究了样品的煤质特征、矿物学特征、微量元素含量、有机抽提物与微量元素之间的关系,取得了一些新的认识。邯邢矿区主要含煤岩系为石炭二叠纪地层,煤类以烟煤为主,局部有无烟煤和天然焦。煤质类型复杂,变质程度低的煤到变质程度高的煤呈东西条带状分布。煤岩成分以镜煤和亮煤为主,部分样品中有少量的暗煤。宏观煤岩类型主要是光亮煤和半亮煤。显微组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组含量最少。样品中主要的矿物为粘土矿物、硫化物矿物和碳酸盐矿物,在煤中的赋存形式有层状、分散状、细胞充填状和裂隙充填状。邯邢矿区煤中微量元素的含量水平与美国和中国煤相比,较高的有:Be、Cr、Ga、Pb、Th等;处于低水平的有:Zn、As、Se、Sb、Ge等;水平相近的有:Co、Ni、Cu等。通过计算富集系数可知,邯邢矿区煤中富集的微量元素有:Li、Be、Ga、As、Se、Zr、Mo、Cd、In、Sn、Sb、Cs、REEs、Hf、W、Pb、Bi、Th、U和Au。邯邢矿区煤中微量元素的分布特征可以表述为:同一煤层中微量元素在不同的矿区含量差别很大;同一矿区不同煤层中微量元素含量差别也很大;同一煤层中,煤层顶底板及夹矸的微量元素含量最高,其次是紧邻顶地板和煤层夹矸的煤层中多微量元素的浓度相对较高,而且多数情况下,煤层底板附近的煤中微量元素的含量又高于顶板附近煤中微量元素的含量。微量元素含量与镜质组组分含量之间的相关系数表明:Mo和Ni与镜质组的含量高度负相关:W、Zn、Sr中度正相关,Co、Cd、Sn中度负相关;Sc、Be、Ba低度正相关,Se、Sc、In、Gr低度负相关。微量元素中与粘土矿物有关的元素有Be、Cr、Cs、F、Ga、Li、Rb、Ti、V、Ni、Sc、Ti、REE;与碳酸盐矿物有关的微量元素主要有Mn、Fe、Sr、Zn、Co、Ba;与硫化物矿物有关的微量元素主要有Cu、Pb、Zn、Fe、Co、Ni、As、Sb、Se、Mo、Hg、Ag、Ge、Tl、Mn。稀土元素的分布相似,都呈现出左高右低的宽缓的“V”曲线,都有明显的δEu亏损;山西组2#煤的Th/U的值4.55高于太原组5#煤Th/U的值3.35;w（Sr）/w（Ba）比值的差异反映了古水体盐度的变化,说明沉积水体的含盐度会影响微量元素含量的分布。煤中的镓:Ga在邢台矿5煤层中的平均含量达到了32.07μg/g,超过了工业指标（30μg/g）,说明镓在邢台矿5#煤层中富集成矿,有一定的工业价值。有机抽提物显示:微量元素含量与有机抽提物的含量呈反比;GC-MS分析表明碳优势指数CPI和OEP、Pr/C17和Ph/C18、甲基菲指数MPI1都反映出微量元素的含量与有机质的成熟度负相关。邯邢矿区煤中微量元素的富集成因比较复杂。沉积物的陆源供给特征控制了煤中伴生微量元素的含量及分布特征;沉积环境的差异导致了同一煤层不同地区、不同层位微量元素的含量及分布;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 论文的选题依据及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容、技术路线及方法
• 1.4 论文研究的主要成果
• 1.5 本章小结
• 第2章 试验方法
• 2.1 样品采集
• 2.2 样品制备
• 2.3 分析研究方法
• 2.3.1 显微煤岩观测
• 2.3.2 有机抽提
• 2.3.3 色-质谱分析
• 2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）研究
• 2.3.5 电感耦合等离子质谱（ICP-MS）测试
• 第3章 研究区区域地质及构造背景
• 3.1 区域地质概况
• 3.1.1 地层概述
• 3.1.2 煤系下伏地层
• 3.1.3 煤系地层
• 3.1.4 煤系上覆地层
• 3.2 煤层特征
• 3.3 构造
• 3.4 岩浆侵入
• 3.5 本章小结
• 第4章 微量元素特征
• 4.1 微量元素的含量
• 4.1.1 含量水平
• 4.1.2 富集程度
• 4.2 微量元素的分布
• 4.2.1 平面分布
• 4.2.2 不同煤层中的分布
• 4.2.3 同一煤层不同层位的分布
• 4.3 有害微量元素
• 4.4 煤中的钍和铀
• 4.4.1 煤中的钍
• 4.4.2 煤中的铀
• 4.4.3 煤中Th/U及其环境沉积意义
• 4.5 煤中稀土元素
• 4.6 煤中的镓
• 4.7 本章小结
• 第5章 煤质、煤岩特征及与微量元素的关系
• 5.1 煤质特征
• 5.2 成煤植物
• 5.3 煤岩特征
• 5.3.1 宏观煤岩特征
• 5.3.2 有机煤岩特征
• 5.4 显微组分与微量元素的关系
• 5.5 本章小结
• 第6章 煤中的矿物特征及与微量元素的关系
• 6.1 粘土矿物
• 6.2 硫化物矿物
• 6.3 碳酸盐矿物
• 6.4 煤中矿物与微量元素的关系
• 6.5 本章小结
• 第7章 有机抽提物与微量元素的关系
• 7.1 有机抽提物特征
• 7.1.1 饱和烃分布特征
• 7.1.2 芳香烃分布特征
• 7.2 有机抽提物与微量元素的关系
• 7.3 本章小结
• 第8章 微量元素富集成因
• 结论与认识
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果