1、1攀枝花太平煤矿 18 号煤层稀土元素地球化学特征摘要：运用 ICP-MS 检测并研究了攀枝花太平煤矿 18 号煤层中煤的稀土元素地球化学特征和赋存状态，结果表明：太平煤矿 18 号煤层的 18个样品中 La、Ce、Nd、Sm 的平均含量高于中国煤均值和世界煤均值，Pr、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu 的平均含量低于中国煤均值但高于世界煤均值；18 号煤层中的稀土元素主要赋存于煤的灰分中，来源于陆源沉积物。 关键词：稀土元素；地球化学；太平煤矿 中图分类号：P641.3 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）2-0135-03 1 引言 煤中稀土元素之间化学性质相似
2、且稳定性高，蕴含了丰富的地质信息，可以作为研究地质成因的地球化学示踪剂，其在分析岩石成因、物源供给和成煤环境方面具有广泛的应用1。在中高硫煤中，稀土元素不仅对硫而且对其他多种有害元素存在成因联系，因而了解稀土元素与有害元素在成因上的关系，能为煤的洁净利用提供一定理论依据2。 笔者以攀枝花太平煤矿 18 号煤层为例，借鉴别人的研究方法通过实验对比研究 18 号煤层中稀土元素的地球化学特征，探讨了煤中稀土元素的赋存状态，并利用稀土元素地球化?W 参数探讨了成煤环境对煤中稀土元素富集的影响。太平煤矿位于四川省攀枝花宝鼎盆地，资源丰富，是2煤炭开采和煤层气开发的重要基地，其基本构造为一个北端封闭，向东
3、南倾没，东缓西陡的不对称向斜，主采煤层为三叠系上统的大荞地组。太平煤矿开采煤层的灰分较低，硫分稍高，煤变质程度相对较低，煤类为焦煤。 2 稀土元素地球化学特征 2.1 稀土元素分布特征 按照煤层相对位置从上到下依次选取太平煤矿 18 个样品，并对 18个样品的稀土元素、灰分和伴生元素等进行了测试。采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS） 分析了样品中的稀土元素含量，结果见表 1。 从表 1 中可以看出，太平煤矿 18 号煤层的稀土元素中La、Ce、Nd、Sm 的平均含量高于中国煤均值和世界煤均值。Pr、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu 的平均含量低于中国值但也高于世界值。 2.2 稀土
4、元素地球化学参数 结合稀土元素的含量同时采用 Masuda（1973）提出的 26 个球粒陨石平均值（表 2）经过计算得出稀土元素的地球化学参数表（表 3） 从表 3 可以看出 REE 的平均含量为 123.75 g/g，高于世界 REE 的含量，说明太平矿 18 号煤层稀土元素的含量比较高，且 LREE/HREE 的值为 7.99，LREE 的含量远远高于 HREE 的含量，LREE 相对富集而 HREE 相对亏损。Eu 的平均值为 0.615，其值小于 1 说明 Eu 负异常， Ce 的值为 0.768，表明 Ce 负异常，有关研究表明4，当沉积物中的 Ce 亏损时为氧化环境，Eu 亏损时
5、也是氧化环境，由此可以判断当时的成煤环境是3氧化环境。煤层中的 Ce 负异常则可以指示海相沉积环境，Eu 负异常主要是来源于陆源碎屑。黄文辉，赵志根等5，6认为随着成煤沼泽中海水影响的减弱，煤中稀土元素的含量是增加的，因此推断，太平煤矿 18 号煤层主要是陆相沉积环境，成煤沼泽受到海水的影响不大。 根据表 3 中灰分与稀土元素含量的数据，作出两者的关系图（图 1） ，并进行线性拟合，研究二者之间的联系。 由图 1 可看出，随着样品中灰分含量的逐渐增加，REE 和 LREE 含量的变化趋势几乎完全相同；而 HREE 的含量则变化不明显，只是略有增加。再结合表 3 中 LREE/HREE 的值可发
6、现，太平矿 18 号煤层中的稀土元素主要以 LREE 为主，REE 的变化主要是受到 LREE 含量变化的影响。同时，HREE 的含量不随灰分的增加而发生显著变化，也说明 HREE 可能与有机质有较强的亲和性。 2.3 稀土元素分布模式 根据表 3 中的地球化学参数计算结果，可以绘制出稀土元素的分布模式图（图 2） 。 从图 2 中可以看出，LREE 之间的分馏程度大于 HREE，且均有 Eu 负异常的现象，其中 La-Eu 段的平均斜率陡于 Gd-Lu 段。大部分样品的曲线图均呈现左高右低的右倾“V”型变化趋势。样品 18-6、18-10、18-11、18-12、18-14 的曲线位于全部曲
7、线的最下方，存在一定的低异常，可能是由于该处受到地下水淋滤或其他因素的影响7，使得其中的稀土元素发生迁移，从而影响了稀土元素的分布。 这种分布模式与李大华等8对我国西南地区煤中稀土元素进行研究4后总结的 B 型分配曲线相类似，这种分配曲线之间存在的相似性，表明了太平矿 18 号煤层在成煤过程中成煤环境没有发生大的变化。 3 讨论 3.1 稀土元素的来源和分布 煤中稀土元素具有较强的无机亲和性，此外，有机质可以与稀土元素形成络合物，吴艳艳等9认为稀土元素与黄铁矿有较强的亲和性，而与黏土矿物呈负相关。由于成煤环境条件和成煤时期地质构造的影响，变质作用等都会影响稀土元素在煤中的富集。 太平矿 18
8、号煤层所在的大荞地组主要是陆相断陷盆地中的碎屑岩沉积，在晚白垩世时研究区内有燕山期深成岩浆向上侵入，其引起的地层温度的变化以及岩浆热液对 18 号煤层的变质情况和稀土元素分布产生了一定的影响10。 3.2 稀土元素的赋存 根据样品所测得的其他伴生元素的含量，结合REE 的含量分析后做出聚类分析树形图，可以看出 REE 与 Al 高度正相关，与典型陆源碎屑的痕迹元素 Cr、Co 等正相关，说明 18 号煤层中的稀土元素主要来源于陆源沉积物中，且主要与煤中矿物质的硅酸盐部分相结合11。 4 结论 （1）太平矿煤矿 18 号煤层的 18 个样品中，REE 的含量在6.59281.7 g/g 之间，平
9、均值为 123.75 g/g。La、Ce、Nd、Sm 的平均含量高于中国煤均值和世界煤均值，Pr、Gd、Tb、Dy、Er、Tm、Yb、Lu 的平均含量低于中国煤均值但高于世5界煤均值。 （2）LREE 相对富集而 HREE 相对亏损，随着灰分含量的增加，REE 和 LREE 含量变化趋势几乎完全相同，而 HREE 由于与有机质亲和性较强，其含量几乎没有变化。 （3）由稀土元素的分布模式图中各样品曲线可以看出，LREE 之间的分馏程度大于 HREE，均有 Eu 负异常而 Ce 无异常的现象。这些曲线的相似性，说明在整个 18 号煤层形成的过程中，物质来源比较稳定，成煤环境并没有发生大的变化。 （
10、4）太平?V18 号煤层中的稀土元素主要来源于陆源沉积物，赋存于煤中灰分中，且主要与煤中矿物质的硅酸盐部分相结合。 参考文献： 1王中刚，于学元，赵振华.稀土元素地球化学M.北京： 科学出版社，1989：247279. 2王文峰，秦 勇.煤洁净过程中有害元素和矿物的分配规律M.北京：中国矿业大学出版社，2011：4451. 3代世峰.煤中伴生元素的地质地球化学习性与富集模式D.北京：中国矿业大学（北京） ，2002. 4赵志根，唐修义.中国煤中的稀土元素J.中国煤田地质，2002，14（sl）：7175. 5黄文辉，杨 起，汤达祯，等.华北晚古生代煤的稀土元素地球化学特征J.地质学报，1999
11、，73（4） ：360369. 6赵志根，唐修义，李宝芳.淮南矿区煤的稀土元素地球化学J.沉积学报，2000，18（3） ： 453459. 67曹吉阳，姚多喜，胡永发.攀枝花大宝顶煤矿 18 号煤层稀土元素地球化学特征J.安徽理工大学学报（自然科学版） ，2016，36（2）：1115. 8李大华，唐跃刚，陈 坤，等. 重庆煤中稀土元素的地球化学特征研究J. 中国矿业大学学报，2005，34（3）：312317. 9吴艳艳，秦 勇，易同生.贵州凯里梁山组高硫煤中稀土元素的富集及其地质成因J.地质学报，2010，84（2） ：280285. 10李产林. 四川晚三叠世煤变质问题的研究J. 现代地质，1990，4（2）：98104. 11代世峰，任德怡，李生盛. 煤及顶板中稀土元素赋存状态及逐级化学提取J. 中国矿业大学学报，2002，31（5）：349353.
