富鋰煤層碎屑物源探討以平朔礦區(qū)安家?guī)X煤礦太原組煤層為例

所屬分類：建筑論文閱讀次時間：2021-05-19 10:36

本文摘要：摘要：平朔礦區(qū)安家?guī)X煤礦太原組煤層中Li、Al等有益元素的富集主要受陸源碎屑的影響，為明確其物源區(qū)，本文以煤層頂、底板和夾矸樣品為研究對象，利用巖石薄片、ICPOES、ICPMS等方法對11號煤層的頂?shù)装搴蛫A矸的巖石學和地球化學特征進行分析，進而探討了其物

　　摘要：平朔礦區(qū)安家?guī)X煤礦太原組煤層中Li、Al等有益元素的富集主要受陸源碎屑的影響，為明確其物源區(qū)，本文以煤層頂、底板和夾矸樣品為研究對象，利用巖石薄片、ICPOES、ICPMS等方法對11號煤層的頂?shù)装搴蛫A矸的巖石學和地球化學特征進行分析，進而探討了其物源屬性。巖石學結(jié)果表明，研究區(qū)砂巖樣品中碎屑成分以石英和巖屑為主，雜基含量低，膠結(jié)類型主要為鈣質(zhì)膠結(jié)。地球化學結(jié)果顯示，研究區(qū)樣品主要成分為SiO和Al，其他元素的含量都比較低。微量元素Li在各個煤層頂?shù)装搴蛫A矸中的富集系數(shù)變化較大，其中11號煤層樣品中Li富集程度最高，號煤層樣品中相對富集，號煤層樣品中表現(xiàn)為相對虧損，號煤層個樣品中僅有夾矸樣品富集，頂?shù)装鍢悠肪桓患Ｆ溆辔⒘吭乇憩F(xiàn)為Th、Hf、Zr和Nb等相對富集，Co、Sc、Cr、Ni、、Rb、Cs和Ga等元素相對虧損。根據(jù)元素比值等地球化學參數(shù)和SiOTiO、HfLa/Th、∑REELa/Yb、Dickinson圖解及DF(AP)MT圖解結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，研究區(qū)富Li和不富Li的煤層頂?shù)装搴蛫A矸中碎屑物質(zhì)主要來源于華北北緣的內(nèi)蒙古隆起。這兩類煤層頂?shù)装搴蛫A矸的源巖類型都是以長英質(zhì)火成巖為主。相較于富Li煤層頂?shù)装搴蛫A矸，不富Li煤層樣品的源巖中有更多沉積巖的加入。

　　關鍵詞：平朔礦區(qū);安家?guī)X煤礦;富鋰煤層;地球化學特征;物源

煤礦設備

　　近年來的研究發(fā)現(xiàn)在華北北部石炭二疊紀煤層中，存在Li、Al、Ga、REE等多種關鍵金屬富集現(xiàn)象，如山西寧武煤田煤中鋁、鋰、鎵及稀土等元素富集，是煤型關鍵金屬潛在有利區(qū)[1]。平朔礦區(qū)位于寧武煤田北部，其煤炭總儲量達130億噸，安家?guī)X煤礦號煤中鋰元素含量達60.4840.1ppm，形成了超大型煤型鋰礦床[23]。

　　煤礦生產(chǎn)論文范例：煤礦生產(chǎn)安全與瓦斯監(jiān)測

　　Sun等[4]通過運用SCEP、SEMEDS、XRD等方法對山西寧武煤田平朔等多個礦區(qū)太原組煤中超常富集的AlLiGa多金屬成礦的成因機制進行了深入剖析，研究認為其中Li、Ga和Al富集與無機質(zhì)有關，高嶺石等硅酸鹽礦物可能是Li、Ga和Al的載體，他們還認為這些元素的富集屬于陸源型成因，來源于陰山古陸。劉蔚陽等[5]通過運用相關性分析、XRD、逐級化學提取等方法對山西寧武煤田中南溝煤礦和大恒煤礦的多個煤層中REE富集的成因及賦存狀態(tài)進行了探討，研究發(fā)現(xiàn)煤中稀土元素主要賦存在硅鋁酸鹽等礦物中，屬于無機來源且物源主要來自于華北板塊北緣的陰山古陸。

　　王金喜[6]運用相關性分析、逐級化學提取等方法對寧武煤田石炭二疊系各礦區(qū)煤中Li的賦存狀態(tài)與沉積控制模式進行研究，分析發(fā)現(xiàn)煤中Li主要以硅酸鹽礦物賦存為主，Li的富集為陸源控制型且最初來源來自于北部陰山古陸。雖然對寧武煤田煤中AlLiGaREE多金屬成礦的成因機制進行了探究，且發(fā)現(xiàn)不同煤層Li等關鍵金屬的富集程度及元素富集組合存在較大的差異，但對導致這種差異的原因沒有深入系統(tǒng)的分析。

　　在煤層剖面中，可以發(fā)現(xiàn)在夾矸附近的煤層Li富集程度高，系統(tǒng)分析煤層中夾矸的母巖類型及其構造背景，可能是認識這一問題的途徑。因此，本文以安家?guī)X煤礦晚古生代太原組煤層中19個煤層頂、底板和夾矸為研究對象，進行巖石學、地球化學分析，試圖揭示富鋰與非富鋰煤層碎屑物質(zhì)母巖類型及構造背景，從而為煤中Li的富集機制及成礦規(guī)律的認識奠定基礎。

　　1區(qū)域地質(zhì)背景

　　寧武煤田位于山西省北部，面積約2760Km，分為四個礦區(qū)：平朔、朔南、軒崗和嵐縣礦區(qū)。寧武煤田在地質(zhì)上形成于寧武盆地，寧武盆地在大地構造上處于比較特殊的地理位置，其東側(cè)為五臺山復背斜，西部為蘆芽山復背斜，北部為桑干河地塹，西南緊鄰呂梁山隆起[7]。寧武盆地呈北東南西條帶展布，以古、中生代地層組成的向斜構造為主。盆地基底為早前寒武紀變質(zhì)巖系，其核部由侏羅紀地層組成，兩翼依次出露三疊系、二疊系、石炭系、奧陶系和寒武系及前寒武系，缺失泥盆系與志留紀系，兩翼地層產(chǎn)狀較陡[8]。

　　平朔礦區(qū)位于寧武盆地北部，區(qū)內(nèi)晚生代含煤地層包括本溪組、太原組和山西組，其中山西組和本溪組僅見少量煤線，太原組為礦區(qū)內(nèi)主要含煤地層，太原組厚度63117m，平均厚90m，煤層總厚32m。主采號、號和11號煤層，含煤系數(shù)高達36.5%。除煤層外，巖性以黃綠色砂巖、灰色泥巖為主，含少量灰?guī)r。其中號煤層厚9.16m，號煤層厚3.14m，號煤層厚2.436.5m，平均厚度為13.45m[9]，11號煤層厚8.7m，平均厚度為3.61m。

　　樣品與實驗方法在平朔礦區(qū)安家?guī)X煤礦按照標準GB4822008進行分層刻槽取樣，共采集了太原組號、號、號、11號煤層的19件樣品，包括件煤層頂?shù)装鍢悠罚渲刑柮簩拥装逡驇r芯鉆取過程中發(fā)生了損失，剩余樣品量不足以進行測試。

　　其中為灰白色含礫中砂巖，取樣厚0.08m;J1為灰黑色泥巖，取樣厚0.0;為含黃鐵礦灰色泥巖，取樣厚0.06;為灰黑色泥巖，取樣厚0.05m;為灰白色中砂巖，J1為含方解石薄膜灰黑色泥巖，取樣厚0.1m;J2為灰黑色泥巖，取樣厚0.11m;J3為灰黑色泥巖，取樣厚0.0;J4為含方解石脈灰黑色泥巖，取樣厚0.0m;J5為灰黑色泥巖，取樣厚0.07m;J6為灰黑色泥巖，取樣厚0.06m;J7為含黃鐵礦灰黑色泥巖，取樣厚0.06m;J8為灰色泥巖，取樣厚0.06m;為含方解石灰色細砂巖，取樣厚0.1m;11為灰黑色泥巖，取樣厚0.04m;11J1為灰黑色泥巖，取樣厚0.04m;11J2為灰黑色泥巖，取樣厚0.05m;11J3為灰黑色泥巖，取樣厚0.03m;11為灰白色細砂巖，取樣厚0.16m。

　　3實驗結(jié)果

　　3.1巖石學特征

　　對砂巖樣品進行碎屑成分統(tǒng)計和部分圖像。砂巖碎屑成分以石英和巖屑為主，局部可見褐鐵礦碎屑。砂巖粒徑主要分布在0.250.5mm之間，分選差，磨圓度差，以次棱角棱角為主，顆粒間接觸多以縫合線接觸。石英主要為單晶石英，顆粒表面潔凈明亮，多具均一消光，多晶石英以燧石為主。

　　巖屑顆粒主要以火成巖為主。砂巖碎屑成分以巖屑和石英為主。砂巖粒徑主要分布在0.25mm0.1mm之間，分選較差，磨圓度較差，以次棱角狀為主，雜基含量低，顆粒接觸多以縫合線接觸，局部交代砂級碎屑。巖屑主要是火成巖巖屑為主。砂巖碎屑成分以巖屑和石英為主，可見少量云母碎屑，填隙物為粘土雜基和鈣質(zhì)膠結(jié)物。砂巖粒徑主要分布在0.01mm0.05mm之間，分選較好，磨圓度較差，以次棱角亞圓形為主，顆粒接觸多以縫合線接觸。巖屑主要是火成巖巖屑。11砂巖碎屑成分以石英和巖屑為主。

　　砂巖粒徑主要分布在0.05mm0.1mm之間，分選較差，磨圓度較差，以次棱角亞圓形為主，顆粒間接觸多以點接觸。以上特征表明，研究區(qū)巖性為砂巖的夾矸碎屑都未經(jīng)長距離搬運，反映為近源快速沉積[13]�？傊皫r樣品中的巖屑主要以火成巖巖屑為主，含部分沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑。

　　3.2地球化學特征

　　3.2.1主量元素特征

　　列出了樣品元素含量測試結(jié)果，可以看出，研究區(qū)樣品主要成分為SiO和Al，其他元素的含量都比較低。SiO含量最高且含量變化范圍大，為25.39%~83.44%，平均為43.33%，表明樣品中含石英或含硅質(zhì)物含量較高。Al含量次之，為7.93%~39.38%,平均為28.89%，說明樣品含有較多的長石及粘土礦物，這與鏡下觀察的結(jié)果一致。TiO為0.47%~2.18%，平均為0.90%;Fe為0.06%~12.80%，平均為2.30%;MgO為0.04%~0.92%，平均為0.18%;為0.02%~0.11%，平均為0.04%;為0.02%~2.45%，平均為0.52%;Na為0.01%~0.12%，平均為0.05%。含量明顯高于Na含量，說明頂?shù)装搴蛫A矸中長石組分主要為鉀長石。

　　4討論

　　4.1母巖類型

　　在風化、搬運及成巖過程中，Ca、Na等元素由于活動性較強，含量會發(fā)生富集或虧損，而另一些主量元素如Al、Ti)由于其氧化物在低溫下的低溶解性而未受影響。因此，主量元素通常用作物源指示劑[18]。O/Al比值可以用來確定碎屑巖源區(qū)巖石的成分[19]。當O/Al比值介于0.41.0之間，說明母巖中含有相當數(shù)量的堿性長石;在伊利石中比值接近于0.3;在其他粘土類礦物中比值接近于[20]。

　　研究區(qū)煤層夾矸和頂?shù)装宓腛/Al平均值相近，均接近于，說明母巖中堿性長石和伊利石含量低，其他粘土類礦物含量高。由于Ti和Al很少被風化影響，保存母巖信息良好，因此Al/TiO比值也廣泛用來推斷碎屑沉積物的來源[21]。當Al/TiO在之間，沉積物物源可能來自于鎂鐵質(zhì)巖石，而Al/TiO比值在2170之間，物源可能來自于長英質(zhì)巖石[2223]。

　　本文所有樣品/TiO比值為14.0366.31，表明以上其母巖主要來自于長英質(zhì)巖石。所有不富Li樣品用紅色標注，不富Li樣品、和落入了沉積巖區(qū)域，落入了火成巖區(qū)域。說明不富Li煤層樣品源巖中有更多沉積巖的加入。RoserandKorsch[24]通過對砂泥巖的研究，提出根據(jù)Ti、Al、Fe、Mg、Ca、Na、主量元素氧化物，建立判別函數(shù)來分析源區(qū)的性質(zhì)。只有號不富Li樣品落在了石英質(zhì)沉積巖區(qū)域，而其他樣品都落在了火成巖區(qū)域，這也說明了不富集Li煤層樣品源巖中雖然以火成巖為主，但是仍舊存在較大比重的沉積巖。微量元素在沉積作用過程中含量變化很小能夠很好地保留成巖物質(zhì)來源的有關信息，如Zr、Hf、Th等。

　　因此微量元素及某些微量元素的比值如La/Th、La/Yb、Cr/Zr、Sm/Nd等可作為物源判別的理想對象[2528]。由于稀土元素在風化、搬運、沉積及成巖過程中具有穩(wěn)定的特性，因此稀土元素特征是反映沉積物物源性質(zhì)的良好標志[2932]。

　　Cr和Zr元素主要反映鉻鐵礦和鋯石的含量，其元素比值可以反映鎂鐵質(zhì)和長英質(zhì)物質(zhì)對沉積物的相對貢獻[33]。研究區(qū)煤層頂?shù)装搴蛫A矸的Cr/Zr比值介于0.010.26之間，Cr/Zr平均值均小于，說明源區(qū)物質(zhì)以長英質(zhì)為主。Th和Sc比值是最適合物源判別的參數(shù)之一[34]。研究區(qū)樣品的Th/Sc變化較大，比值介于0.966.08之間，平均值都高于上地殼的Th/Sc比值(0.97)，表明源區(qū)物質(zhì)以長英質(zhì)為主。

　　作者：成賢康1,3，孫蓓蕾1,3，劉超1,3，曾凡桂1,3，解錫超2,3，暢向東1,3