地球化学翻译.doc

挪威斯匹次卑尔根岛Kaffioyra和朗伊尔城煤中微量元素的地球化学分布Lucyna Lewiska-Preis a, Monika J. Fabiaska a, Stanisaw miel a, Andrzej Kita ba.波兰索斯诺维茨Bdziska街60号西里西亚大学地球科学学院，41-200b.波兰卡托维兹Szkolna街9号西里西亚大学数理化学院，40-006摘要 早第三系的含沥青低等级烟煤（(Raver=0.63 -0.69%,，依次为）分布在斯匹次卑尔根（挪威）的两个地区：Kaffioyra和朗伊尔城，都被分析找出发生下列微量元素的分布：铍, 镉, 钴, 铬, 铜, 锂, 锰, 钼, 镍, 铅, 钒, 锌.。电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP - AES）的被用来从煤燃烧产生的灰、它们的提取物以及大分子组分。对微量元素浓聚物进行调查可以用于找出发生变异的方向以及微量元素对这些区域的煤中无机物和有机物的亲和力。这些煤中显微组分和它的基本组成也被确定。Kaffioyra和朗伊尔城的煤显示了它们在有机物质和矿物质组成上的差异，反映在它们的岩石学属性和元素组成上。Kaffioyra煤的特点是有含量较高的镜质组组分，较低的inetrinite组分，以及较低的碳，氢，硫浓聚物。在Kaffioyra煤表现出较高的粘土矿物和碳酸盐含量比朗伊尔城煤。在煤灰渣微量元素上斯匹次卑尔根地区的煤低于在世界烟煤中这些元素的平均含量。这两个地区的煤微量元素浓度和其发生变异的趋向上是不同的。这两个区域的煤中微量元素的载体是原产地的生物起源吸附质的灰，而在原产地的微量元素高浓度浓聚物的terrigenic输入也发挥了重要作用。关键词：烟煤 微量元素 有机物 无机物 提取物 高分子组分1. 引言1.1、 分布在煤中的微量元素煤中的微量元素可以被发现无论是作为分离的矿产品的主要或者微量部分或者作为无机部分的吸附元素，但是在有机部分它们就赋存在有机金属上，螯合，或离子交换化合物。（Baruah et al., 2003).煤中的微量元素在由于煤的大量燃烧而引起的环境污染上有一个重要作用。这些在燃烧过程中不稳定结果污染大气的元素被证明是对环境影响最大的。(Rong and Wang, 1990; Helble, 1994; Querolet al., 1995, 1996; Foner et al., 1999; Qiu et al., 1999; Spears and Zheng, 1999; Spears et al., 1999; Yan et al., 1999; Swaine, 2000; Daiet al., 2004, 2005, 2006a,b, 2008b)自从戈尔德斯密特的第一次出版，两种主要方法已应用于显示煤中痕量元素分布，它们的原理不同，但是每一种方法都旨在发现个别微量元素和煤中有机物或者矿物质之间的相互关系。这项研究的第一个方向是基于把煤使用重液分离成不同的有机质密度部分，在特定密度组分的元素浓聚物的数量表明一个特定元素对煤中有机和/或无机部分的亲和力程度（例：Horton and Aubrey, 1950;Otte, 1953; Zubovic et al., 1960; Ratynskij and Glusniev, 1967;Winnicki 1973; Gluskoter et al. 1977; Solari et al. 1989; Pires and Teixeira, 1992; Pires et al., 1997;)（附录A）这个问题的第二步包括大量灰分含量和个别元素浓聚物能被微量方法直接研究或者可按其灰分含量分为块体的煤的样本(Wigley et al., 1997;Idzikowski 1959; Ryazanov et al., 1974; Uzunov 1976; Eskenazy, 1980;Marczak, 1985; Scholz, 1987).（见附录A数据）1.2、 地质背景斯瓦尔巴群岛（挪威）沉积物含煤的时代是宾夕法尼亚纪，三叠纪，侏罗纪，白垩纪和第三纪(Siedlecki,1960; Birkenmajer, 1964; Lipiarski and miel, 1984; Michelsen and Khorasani,1991; Harland, 1997). 宾西法尼亚州的沉积物以熊岛中部和斯匹次卑尔根岛西部的Billefjorden组沉积为代表（图1）. 中生代含煤沉积分布在埃其岛的东部边缘地区的卡普托斯卡纳组（三叠纪-侏罗纪）和斯匹次卑尔根岛中部的Andventdalen组（侏罗纪-白垩纪）。具有重大经济意义的下第三系的煤是斯匹次卑尔根岛的西部和中部以及卡尔王子岛的VanMijenfiorden组（古新世-始新世）和Buchananisen组（始新世-渐新世）（图1）图1：在斯匹次卑尔根岛的宾西法尼亚纪和第三纪沉积样品的位置示意图（修改后哈兰德，1997）。 1 -早第三纪沉积，2 -宾夕法尼亚存款，3 -中生代和前中生代存款，4 -煤样的位置。区域主要的下第三系沉积物，超过2300米厚，分布在斯匹次卑尔根岛中部的一个大洼地中。它们组成砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩和煤。下第三系的层状煤在三个主要的盆地中发现。(Harland,1997)。中央盆地（斯匹次卑尔根地区的中间部分）是第三纪地层主要的向陆出露层和范Mijenfiorden组盆地的最上面单元。Calypsostranda盆地包括在韦德尔亚尔斯贝格大陆西北部的下第三系沉积物，而福田盆地则包含了卡尔王子岛西部同龄沉积物。中央盆地是中始新世到古新世范迈恩峡湾组的N S向分支向斜。国王湾煤田（奥尔松）界定了中央盆地西北部的界线。下第三系沉积序列，范Mijenfiorden组，已被分为六个排列。（表1）(Harland, 1997)。煤炭已被记录在Firkanten，格鲁曼特比恩和Aspelintoppen排列（图2）. 在斯匹次卑尔根岛的古新世，Firkanten排列是煤炭的主要来源，正在开采的朗伊尔城，Barentsburg和斯韦阿格吕瓦。有五种煤层，从顶部开始依次是：Askeladden，Svarteper，朗耶尔，Todalen和斯韦亚(Orheim et al., 2007)。表1：Kaffioyra和朗伊尔城地区煤化学参数（） 本研究调查收集的煤炭样本取自朗伊尔城的中央盆地中部地区的一部分和Kaffioyra地区的福尔兰海峡盆地西北部的一部分（奥斯卡二号大陆的西部地区）。只有少量关于在斯匹次卑尔根下第三系煤质量的出版物，迄今最全面的研究是哈兰德等。 （1976年，1997年），马尼姆和Throndsen（1978），Dalland（1979），和米科尔森和Khorasani（1991）。不幸的是现在仍没有有关化学和技术性能的详细资料，也没有这些煤显微组分组成，除了miel和Fabiaska外（2004年）。图2：在斯瓦尔巴群岛地层序列（Michelsen and Khorasani修改, 1991).2. 实验2.1 样品描述调查的样本是在Icefiord南缘，Kaffioyra沿海平原北部（奥斯卡二号大陆），纽约奥勒松的30公里以南的奥瓦茨马克冰川总站的下第三系古朗伊尔城和Kaffioyra地区（斯匹次卑尔根）的煤。朗伊尔城的四份样品取自熊谷一个矿坑附近的出露煤缝：样本L1，L2，L3和L4。五份Kaffioyra煤样都取样自距离冰川总站30 - 50米的奥瓦茨马克冰川末端和侧面的冰碛：K1，K2，K3，K4和K5。煤炭碎片都嵌入冰川中。采样点如图1所示。2.2 岩相分析煤的技术和化学性质指标按照国际规则系统中高煤级煤，遗传特性根据已被规定的煤层煤国际分类（表1）岩石的分析都进行了白光反射。在微观研究中使用的分析程序，遵循国际煤炭和有机岩石学（ICCP）标准委员会的标准。被研究的煤镜质体反射的测量方法都采用拥有40倍物镜，10倍目镜和546纳米干涉滤光片的蔡司奥显微镜光度计系统。随机collotelinite反射的测量，进行了非偏振光反射光，并与折射率n = 1.5176 温度T = 23 C的油浸泡。结果都用电脑化的系统解释。显微组分还使用自动点计数器确定了500点。矿物的组成物质（n= 500）列于表2，而显微组成和调查煤镜质体反射值列于表3。“aver”=平均浓度表2：Kaffioyra和朗伊尔城煤的矿物质组成（Vol.）（N = 500）表3：Kaffioyra和朗伊尔城煤镜质组反射率（）及其显微结构组成（Vol. ）(N=500) “aver”=平均浓度2.3 样品制备地球化学分析包括：1）用溶剂萃取煤制备提取物和沥青煤无煤大分子组分; 2）燃烧煤的母体，煤提取物及大分子组分; 3）灰酸增溶; 4）原子发射光谱法跟踪调查微量元素元素浓度。分析步骤如图3所示。图3：Kaffioyra和朗伊尔城煤中微量元素的调查分析步骤使用二氯甲烷清洁煤炭样品的表面污染，粉末和提取物用至少3倍的二氯甲烷、乙醇（体积比4：1，光谱纯级）溶剂混合物进行超声波浴; 每次超声波浴的时间约为0.5小时。提取物都用波希蒸发器收集和蒸发。这两个系列的不同宏观煤样。Kaffioyra地区煤为具明亮光泽和黑色条纹的黑色，煤是均一的，中等紧凑，较为坚硬，具有贝壳状断口。它们有大规模的纹理，能见少量的断口垂直和平行层理面。一些煤炭片段显示褐色条纹和简单的矿物聚合。在裂缝面，煤表面有浅灰色的无光泽矿物质。从朗伊尔城地区的煤样是黑灰色的褐色色调，其光泽是半亮煤所有得不规则的薄带明亮光泽。它们的条带是黑色的，该煤不显示可见的裂纹。它结构紧凑，具坚硬的不规则断口。2.4 微量元素分析煤样，提取物，提取的高分子有机物在525 C的高温燃烧后灰分含量见表4。斯旺森和霍夫曼（1976年）。煤炭灰分样本，提取物和大分子有机物都被氢氟酸和盐酸溶解。溶液中的微量元素都使用具有ICP JI 50p分光计的电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP - AES）进行分析。分析详情载于附录B。表4：Kaffioyra和朗伊尔城煤中的灰分含量（） “aver”=平均浓度除了要使用双色计确定的锂之外，所有的元素都使用单色计确定。按照编写的校准曲线5标准实施。空白的分析结果低于检测限。对煤灰中和煤中微量元素分布的结果列于表5，煤灰中的提取物及提取物的见表6，而煤中的大分子组分灰烬中的微量元素分布及大分子组分的结果则见表7.浓度限制：0.018g/cm3表5：Kaffioyra和朗伊尔城煤灰分和煤中微量元素浓度（以ppm）1：煤灰分中 2：煤中浓度最低限制：铍- 0.003g/cm3，镉 - 0.004g/cm3，钴 - 0.007g/cm3，镓、镆 - 0.018g/cm3，锂 - 0.015g/cm3。表6：Kaffioyra和朗伊尔城煤提取物及其灰分中微量元素浓度（以ppm）1：煤提取物灰分中 2：煤提取物浓度最低限制：镉- 0.004g/cm3，镓，锗，钼- 0.018g/cm3表7：Kaffioyra和朗伊尔城煤高分子组分及其灰分中微量元素浓度（以ppm）1:煤高分子组分灰分 2：煤高分子组分2.5 地球化学解释的方法在斯匹次卑尔根岛煤中，它们的提取物，大分子组分都被用来调查微量元素的浓度，元素变异的发生以及其对煤中无机组分和有机组分的亲和性。算术平均数被用来评估微量元素在朗伊尔城（n=4）和Kaffioyra（n=5）系列煤中元素在他们的提取物和高分子组分中的平均浓度。样品群中的微量元素变异具有一个相对范围变化的标准偏差（Sr），也叫做变异系数（V）。S:标准差 ：算术平均微量元素对煤中有机质和无机质的亲和力的研究以下面介绍的马尔恰克浓度分布（CD）（1985）函数为基础建立。重要的地球化学信息可由CD函数解决方案提供的数据提供。A 灰分质量分数Ca 灰分中的微量元素浓度（ppm）Co 煤有机质中微量元素的平均浓度（ppm）K 表示灰分单元浓度增加（ppm）的比例因子Cm 煤灰中微量元素集中的极限浓度A=0（ppm）CD 函数的处理可以展示所给的微量元素中哪一部分和煤中的有机质和无机质有关。我们与文献中的数据核实了CD函数的处理结果，也把这些结果与其他研究员以其他方式得到的结果进行了对比(Uzunov 1976; Gluskoter et al. 1977; Eskenazy, 1980; Yudovich, 1978)。一般符合双方的结果集显示的CD函数的正确性。测定值包括对被调查的煤中灰分的平均元素浓度的评估，煤中有机质和无机质的参与尽可能的稀释了煤灰中微量元素的集中。煤中矿物质含量分数中的灰分含量阈值开始决定灰分含量和灰分元素含量之间的关系。使用CD函数对煤中微量元素进行地球化学调查，可以包括灰分含量不同的样品以及有特性的煤样品。上面介绍的方法已用于跟踪估计在Kaffioyra和朗伊尔城地区（斯匹次卑尔根岛）含沥青煤中的微量元素分布。这两个区域的煤形成于相似的环境；然而，他们以不同的方式演变和不同的地质过程改变。结果，它们显示不同的岩相组成，煤级，有机物组成，工艺性质以及化学性质 (miel and Fabiaska, 2004)。要找出朗伊尔城和Kaffioyra煤研究的微量元素的分布差异，距离集合理论和相关的距离函数被用来作为衡量差异和相似的尺度。这一理论是由Marczewski和豪斯在1958年提出的，且被Marczewski在1980-1982年应用于地球化学的研究中。基于距离集合理论和以前相应的距离函数运用于距离群落中（Marczewsk1980，1982），提出了地球化学距离和chemotope的概念。F和g距离函数可以用公式表示m是一个函数的估计，在一套有限制的的元素情况下，增加的元素可以用整合和如下的公式代替：每个地球化学的值（）在0-1之间变化。当等于其极端值0时，可以假定两个地球化学环境没有质的差别。如果两个chemotopes距离等于1，则是指两个环境的化学成分已完全不同。地球化学距离的值越高，则两个chemotopes组成间的差异就越高越显著。3. 结果3.1 岩相学Kaffioyra和朗伊尔城煤可分类为朗伊尔城煤较高镜质组反射显示的低煤化烟煤(Raver=0.63 0.69%, 顺次地)(miel,1999)。抛光块的微观研究显示，在Kaffioyra系列煤主要是镜质体浸渍树脂体和collinite组成，并少量的丝质和半丝质谷粒级煤（见表3）.存在的硫化物及单分散黄铁矿也发现和白铁矿一起充填在煤的断口中。他们往往伴随着粘土矿物和较少的石英（见表2）。Kaffioyra和朗伊尔城地区煤显示其显微结构存在显著变化（见表3）。在Kaffioyra煤中，镜质组显微组分的范围是74.997.9，平均为89.6%。而在朗伊尔城的煤中则在74.591.3，平均为82.0。煤的镜质组的最高的含量差异表现在朗伊尔城煤中的结构镜质体平均含量为0.2远低于Kaffioyra煤的7.1（见表3）。这两个区域的煤中的壳质组含量大致相同，而惰质组的含量则有一些区别。Kaffioyra煤中的惰质组含量要低于朗伊尔城地区的煤。在惰质组中丝质组和半丝质组起控制作用。在Kaffioyra煤中，惰质组的含量在1.8 t 9.0%之间（平均为3.9%），而在朗伊尔城地区煤中则在4.919.6%之间 (平均为 11.0%)。Kaffioyra煤中丝质组和半丝质组的含量为1.6%，而在朗伊尔城地区煤中则为6.1% 3.5%。和朗伊尔城的煤相比，Kaffioyra煤的特点是矿物质含量略高（见表2）。Kaffioyra煤中矿物质含量在1.111.6%变化 (平均 7.6%)，而在朗伊尔城煤它在3.17.8变化（平均 5.9）。和朗伊尔城煤相比，Kaffioyra煤含有较高的粘土矿物和碳酸盐和较低的黄铁矿（见表2）。这两个地区的煤的有机物质也有所不同。基于脂肪族和芳香族化合物分布，生物标志物参数和镜质体反射率的计算值，可以假设朗伊尔城煤是比Kaffioyra煤热成熟度较高其中还部分生物降解，受到hypergenic进程（miel和Fabiaska，2004年）。这两个地区的煤在形成条件上是大致相同的，但是它们在不同程度上被这两个区域的地质学进程改变了。这些煤的显微组分组成显示对Kaffioyra煤形成于稍为多雨的沉积环境。在煤的主要有机物质组成上也有不同之处（朗伊尔城为草本植物，Kaffioyra为木本植物）。而且这些没形成于不同的时代（Kaffioyra煤为渐新世，朗伊尔城煤为古新世）。Kaffioyra煤的冰碛抽样显示了氧含量的升高（表1）和镜质体反射率值的下降（见表3）。所有这些差异导致了这两个区域的煤有不同的岩石组成，煤化作用阶段，化学特点和工艺技术特点。3.2 地球化学结果与朗伊尔城煤相比，Kaffioyra煤含更低浓度的碳（C），氢气（H）和硫（S）。Kaffioyra煤的平均灰分含量是朗伊尔城煤的近2倍，而朗伊尔城煤则含硫量丰富。这两个区域的煤在氧含量上有巨大的差异，Kaffioyra煤是朗伊尔城煤的近2倍（表1）。表4显示了被研究煤的灰分含量，Kaffioyra地区的煤，一般灰分含量较低，在提取物和大分子聚合物中的灰分含量都比朗伊尔城中要低。在微量元素中，浓度最低的是镉（0.07ppm）和镓（0.09ppm），而最高的是钒（6.49ppm）。本地区煤中的锗和钼含量都低于规定的最低值0.05ppm（表5显示大致结果，表8显示统计数据）。在朗伊尔城的煤中，微量元素的平均含量在0.06ppm（镓）和6.96ppm(锌)范围内变化。Kaffioyra煤锗浓度低于检出限（0.05ppm）（见表5和8）。元素最低浓度限制：镉 - 0.004g/cm3，镓，锗，钼 - 0.018g/cm3表8：在Kaffioyra和朗伊尔城煤中的提取物和高分子组分中描述其变异特性的统计参数把微量元素平均浓度的结果世界上烟煤的数据比较（表9），朗伊尔城和Kaffioyra的烟煤可纳入微量元素含量非常低的煤中（表5和8）。表9：世界煤中有特殊价值的微量元素的浓度变化范围（以ppm）朗伊尔城地区的煤和Kaffioyra煤相比，朗伊尔城地区的煤显示较高的镉，锂，锰，钼，镍，锌含量和较低的钒含量, 这两个地区煤的其他微量元素含量则是相似的。朗耶尔煤层煤地球化学文献中给出的钒，锰，镓，镉，铅浓度（Orheim等。，2007年）比那些在朗伊尔城的露头煤样本调查发现的要高一些。调查样本灰分中的微量元素含量（表5）低于世界烟煤的平均含量（表10）（Yudovich和Ketris，2002; Ketris和Yudovich，2009年）。只有在朗伊尔城地区L4样品的镍和钴浓度明显高于给定的平均值，这些微量元素中的锌和铜的含量和世界煤的灰分元素的平均浓度处在同一水平。表10煤灰分中被调查元素的克拉克值Yudovich and Ketris (2002) Ketris and Yudovich (2009).被调查的斯匹次卑尔根煤中的微量元素的变异趋向性由变异系数（V，Eq（1）显示发生变化是在25180之间（表8）。发生变异性最低的是Kaffioyra煤中的铜（21）和铍（25），而最高的则是镓（100）。这些值是Eq(1)计算的结果。在朗伊尔城煤中，最低的变异性的元素是铅（50）和铍（55）而最高的是镆（180）。朗伊尔城煤的显著特点是显示和Kaffioyra煤的所有元素相比，除了铅和锂之外其他微量元素都有较高的变异性。这两个区域中的煤的V值在钴，铬，铜，钼和镍中存在显著的差异（表8）。4. 讨论4.1 被调查的微量元素的出现为了表示出现在Kaffioyra和朗伊尔城区域的元素的不同，设置距离的理论及距离函数（Eqs.（3）及（4）已被作为一种表示相同和不同的措施。函数的数值，确定了Kaffioyra煤中微量元素集的地球化学距离与朗伊尔城煤相比为0.50。此值表明，这两个地区的被调查的煤中微量元素出现含量存在差异。根据在两个地区煤的微量元素含量下降，出现差异，微量元素可以放在以下系列：锰 钒 锌 镍 锂 铬 铅 铜 镉 钼 钴 铍 镓 锗其中明显区分这两个区域的微量元素是锰，钒，锌，镍，锂。函数的值明确了以下两组数据地球化学距离函数值：Kaffioyra煤中微量元素发生变性和朗伊尔城煤中微量元素发生变异为0.48。根据这两个区域中煤中的微量元素变化性差异渐减的顺序排列如下：钼铬 镍 钴 铜 铍 镉 锌 镓 铅 锂 =锰钒微量元素发生变异表明，钼，铬，镍，钴，铜是所调查的煤存在显著区别的元素。铜、铅和铍的低含量很可能是这影响了他们在两个区域煤中积累和分配的多种因素造成的。元素发生变异的动力学特征不是随机的而是煤炭的演变派生的，也就是说，它是影响因素在煤中集中 和元素载体组分发生变化的因素。函数的值接近或等于0.50表明这些区域50的煤中有微量元素浓聚物和它们有发生变异的趋向。从地球化学的角度这种值是有重大意义的。Kaffioyra和朗伊尔城地区煤中的微量元素显示它们在煤中和煤灰分中的含量的相互关系。由于它应被视为现有趋势描述，而不是一个适当的相关性小样本。这种倾向载于表11。表11：煤中元素的相互关系：1：Kaffioyra 2：朗伊尔城在Kaffioyra煤的相互关系趋势结构中，两个由元素组成的集合可以区分显示高的正相关系数值。它们形成闭集：镉钒镉，镍钴铬镍。一个有闭集和高负的正相关系数值的结构是由铍铜锂铍组成的。在Kaffioyra煤中，煤和煤灰中元素相互关系结构不存在差异，在煤灰和煤中，相关系数显示为负值的集合：煤中和煤灰中的灰分元素含量。在朗伊尔城的煤的相互关系结构中，有三个以高的正相关系数为特征值元素集合体。它们形成闭集：锌锂铅锌，锌锂锰锌以及镍锂铅镍。与闭集和高值呈负相关系数结构的形成：铅镉铬铅，铜锌镍铜。朗伊尔城煤的特点是煤中和煤灰分中的灰分元素中正相关性的微量元素多（铍和理除外），这两个地区的煤中微量元素在相互关系上的不同点被镉铬以及镉钒显示（图4）。图4：Kaffioyra和朗伊尔城煤中被选择的微量元素的相互关系的比较这两个区域的煤中的微量元素显示的相互关系和元素对煤中有机质和无机质的亲和力大小有关，这个问题已在5.2节中详细的讨论了。微量元素对有机质的亲和关系，已被煤炭灰分中这些元素呈负相关证实了（表11）。这种关系在Kaffioyra表现为锂，铬，镉，铜而在朗伊尔城煤中则为铍和锂。在朗伊尔城煤中的微量元素（即五，铬，镉，锰）表现出和无机质强力的相关关系表现出煤中的灰分含量呈正相关。在Kaffioyra地区煤中（即钴，锂，锰，镍，铅，钒，锌）则呈现负相关。只在Kaffioyra煤中发现的微量元素锌，钴，锰，镍，铅，和钒，他们表现出和该区域煤煤灰的负相关关系，这种关系来自于在矿物与灰分含量的增加，煤的组成发生变化。被运到煤沉积盆地Terrigenic物质可能没有包含这些元素。这导致了这些微量元素总矿物质含量减少。这些观点被udovich（1978）和Yudovich和Ketris（2002年）等提出。这种重要的相互关系被这些一定要与煤炭有机质相同或类似的微量元素显示，例如镉铬和镍钴（Kaffioyra），锌铅，锌李（朗伊尔城）。没有任何元素之间的相关性，主要发生在目前煤的矿物质和这些主要的有机组成部分：铜锂（Kaffioyra）和铅铬（朗伊尔城）。是否这种相互关系结构反映了煤中微量元素在煤灰及其衍生物和矿物质中的普遍规律是很难评估的，因为并不是所有的相互关系结构都是取决于这这种简单而明确的关系的。4.2斯匹次卑尔根岛煤中被调查的微量元素和有机及无机质的相互关系运用浓度分布函数（CD,Eq.(2)）Kaffioyra和朗伊尔城煤中有机质和无机质中个别微量元素之间的比例关系（表12）。表12：被调查元素的CD函数值：1：Kaffioyra 2：朗伊尔城Kaffioyra煤中的微量元素表现出对无机物质高度的亲和力。这些煤的矿物质中的锌，钴，锂，锰，镍，铅和钒的含量差不多达100，而对有机质来说，镉，铬，铜则接近100。铍是唯一的元素在有机质中30分布和无机质中70。在朗伊尔城煤无机部分中仅铬，钒为100，而有机成分中钴，铜，镍为100。锌，镉，锂，锰，铅对该区煤中的每一部分都表现亲和力。他们在有机质中的CD值范围在1878之间（表12）。铜和钒是这两个区域中对有机质和无机质表现出亲和力相似的元素，铜对有机质是100，而钒对无机质是100（表12）。对这些煤中有机质和无机质表现出亲和性差异的元素是镍，钴和铬。在Kaffioyra煤中，钴和镍对无机质达到100，而在朗伊尔城煤中它们则对有机质达到100。去解释这个区域的地质学历史是很困难的。铬显示了相反的趋势，它在Kaffioyra煤的有机质中为100而在朗伊尔城煤中则在无机物中为100，这种只对煤中有机或无机部分之一亲和力为100的现象是不是很常见的。然而，这种现象已经在世界上的一些煤中被发现了。例如，印度阿萨姆邦上煤中镍和钴对矿物质的亲和力就达到100（Tikak煤，Baruah等。，2003年），而在伊利诺斯州煤中，锗和锌在有机质中的亲和力也达到100（Gluskoter等，1977;皮雷等，1997）。在西班牙Candiota煤，锗对有机质的亲和力达到100，而硒则对矿物成分达到100（皮雷等，1997）。钴和镍属于生物成因的微量元素，它们能够和有机混合物组成稳定的混合物，这些元素在煤的有机质中出现时很明显的，但是在Kaffioyra煤中它们则主要出现在无机质中。也许这是以下两种不同现象的结果：元素滤出物及钴和镍中输出的terrigenic物质，这些元素在Kaffioyra煤的有机质中出现就像在煤的提取物中出现所表明的一样（表8）。由于浸出，和煤中无机质中的浓度相比，镍和钴有机物中的浓度很低。导致它们在Kaffioyra煤中对矿物质100的亲和力。在朗伊尔城煤，钴，镍主要集中在有机部分。这是由于有机物质的生物源成因及遗传学因素，如吸附生物源。这些因素可能是集中不仅是对自体进程的结果，而且还因为allochthonic影响。在煤炭发展的某些阶段，出现了两种截然相反过程的平衡：从煤的元素积累及其浸出。这是煤中元素积累的重要影响因素。元素，水通过沉积物浸出的离子，也被煤中的有机质吸收。在朗伊尔城煤铅，锂，锌显示出对有机物质的高亲和力（分别为78，72和65）。在Kaffioyra煤，他们对无机物为100。铍，镉，锰在这两个地区的煤炭分布上只有细微差别。当灰分含量较低时，Kaffioyra地区的煤中的铍，铬，镉，铜，朗伊尔城煤中的铍，铜，锂，镍，铅表现出较高的浓度。这表明它们与煤的有机物质之间的关系。调查的煤灰分中的微量元素的主要载体是它的生物成因部分和吸附质部分（梁赞诺夫等人。，1974）。在朗伊尔城煤中铬，镉，锰，和钒灰分含量高时表现出较高的浓度（表4和表5）。它表明了一个新的影响在煤炭的给定元素浓度的因素出现的因素。也许，这是一个terrigenic因素，即terrigenic物质的沉积场所之外运输。这意味着，微量元素分析，主要是对有关的高灰煤炭浓度范围的矿物质的分析（梁赞诺夫等人。，1974）。被调查的煤有机质中微量元素的含量是非常易变的（表12中的钴），它们变化的范围从100到只有几个ppm，这些值被划为低等级一类而且作为生物成因煤灰分的特点（铍：0.020.2ppm,镉：0.10.6ppm,铬：1100ppm，铅：1.83.3ppm，锌：25160ppm，见下野- Pendias和Pendias（1999年）。）也许他们在煤有机质中的积累过程，是和生化机制有关的。此外，属于生源的元素如铜和锌等，是以有一个高值的生物吸收系数为特点的。同时，煤有机质中的镍和钴也属于这一类元素。这些元素都超过了生物的积累水平（锂：1.52.7ppm,钴：0.20.8ppm, 下野，Pendias和Pendias 1999年）, 这意味着镍和钴的浓度在这些煤有机质不仅涉及生物因素，而且有遗传的，如吸附。4.3 煤提取物中微量元素的变异性：提取物和高分子组分在所调查的Kaffioyra煤中提取物的产量范围为0.95-1.61（平均为1.12wt.）而在朗伊尔城煤中此范围则为0.23-0.93（平均0.55wt.）。提取物产量较高是树脂含量较高的煤造成的。和Kaffioyra煤相比，朗伊尔城煤提取物中微量元素有更低的变异性和浓聚物。而高分子组分则显现出相反的特征（表8）。在朗伊尔城煤中，浓聚物和高分子组分的变异性和Kaffioyra煤中高分子组分相似（表8）。要找出这两个区域的煤中提取物和高分子组分中微量元素的差异，距离集和距离函数理论已被作为一种区分这些组分相似性和差异性的手段。函数值描述了Kaffioyra煤提取物中微量元素对朗伊尔城煤提取物中微量元素的地球化学距离为0.34，在煤的高分子组分中该值则为0.52。这些值表明在这些区域的煤的提取物和高分子组分中，微量元素的分布是不同的。根据其中微量元素含量减少的差异可以把它们排出两个顺序：锰锌钒锂镍铅铜铬镉镓钴铍钼锗（高分子组分中）锌 镍 锗 钒 锂 钼 铬 锰= 铅 铜 铍= 钴 镓= 镉（提取物中）在这两个区域煤的提取物中不同的微量元素是锌，镍，锗，钒和锂，而在高分子组分中则为锰，锌，钒，镍和锂。这些微量元素在对煤中无机质亲和性达100的提取物中出现表明尽管这些因素不是在整个样本中，它们存在于煤中有机质中，但是浓度非常低，低于能被发现的限制浓度。这意味着，这种模式和这些元素在无机质中的出现相比没有一个较大的意义。提取物造成的富集，使他们能够在灰中提取检测。5. 结论朗伊尔城和Kaffioyra煤显示的有机和无机物有如下所述的物质的结构差异：（1） 相比朗伊尔城煤，Kaffioyra煤的特点是镜质组含量较高，惰显微组分含量低，碳，氢，硫浓度较低而氧含量则明显升高;灰分含量较低。Kaffioyra煤比朗伊尔城煤有一个较高的粘土矿物和碳酸盐含量。（2） Kaffioyra煤中微量元素的平均浓度在0.07ppm（镉）6.49ppm（钒）之间变化，和朗伊尔城煤相比，镉，锂，锰，锌含量降低，钒含量较高。朗伊尔城煤中微量元素的平均浓度在0.06ppm（镓）6.96ppm（锌）之间变化，锰，钒，锌，镍，锂是明确区分调查的煤中微量元素浓度的元素。（3） 由变异性系数（V）（或高级相对标准偏差=S / 100）确定的被调查煤中微量元素变异趋向性在21（Kaffioyra煤中的铜）到180（朗伊尔城煤中的钼）之间变化。朗伊尔城煤比Kaffioyra煤表现出较高的微量元素变异性。根据调查钴，铬，铜，钼和镍是区分这两个系列煤变异性差异的元素。（4） 整个斯匹次卑尔根地区的煤灰渣中的微量元素含量低于在世界烟煤这些元素的平均含量。朗伊尔城煤的灰分的特点是比Kaffioyra煤灰分中微量元素含量更高。这可能是造成朗伊尔城煤中微量元素对有机质亲和性较高的原因。（5） 在Kaffioyra煤钴，锂，锰，镍，铅，钒和锌对煤的无机物质显示高亲和力（100，镉，铬和钴显示对有机成分亲和力（100）。在朗伊尔城地区煤，下面微量元素是与有机物质密切相关的：铍（100），钴（100），镍（100），铅（78），锂（72），锌（65 ），而对无机质铬和钒是100。在Kaffioyra和朗伊尔城煤无机质中微量元素的主要载体是生物质和吸附灰。并在灰分含量高的无机质中，还有的terrigenic物质输入。（6） 在Kaffioyra煤，镉铬钒和镍钴铬显示呈正相关，而铍铜锂相关系数则为负值。在朗伊尔煤，锌锂铅，锌锂锰，镍锂锰的相关系数为正值，铅镉铬，铜锌镍的则为负值。强劲的相关性被这些对煤中有机质有相似百分数的元素显示。目前没有任何元素之间的相关性主要发生在煤的矿物质和主要出现在煤的有机质中的物质中。附录A补充数据：与本文相关的补充数据可以在网络版文章中发现，地址为：10.1016/j.coal.2009.09.007。参考文献：Baruah, M.K., Kotoky, P., Borah, G.C., 2003. Distribution and nature of organic/mineral bound elements in Assam coals, India. Fuel 82, 17831791.Berry, W.L., Wallace, A., 1974. Trace Elements in the Environment Their Role and Potential Toxicity as Related to Fossil Fuels A Preliminary Study. University of California, Los Angeles, p. 66.Birkenmajer, K., 1964. Devonian, Carboniferous and Permian formations of Hornsund,Vestspitsbergen. Studia Geologica Polonica 11, 47123.miel, S.R., 1999. Coals of the Kaffioyra and Longyearbyen regions of Spitsbergen (Svalbard). Coal International 247, 104108.miel, S.R., Fabiaska, M.J., 2004. Geochemical and petrographic properties of someSpitsbergen coals and dispersed organic matter. International Journal of Coal Geology 57, 7797.Dai, S., Ren, D., Ma, S., 2004. The cause of endemic fluorosis in western GuizhouProvince, Southwest China. Fuel 83, 20952098.Dai, S., Ren, D., Tang, Y., Yue, M., Hao, L., 2005. Concentration and distribution ofelements in Late Permian coals from western Guizhou Province, China. InternationalJournal of Coal Geology 61, 119137.Dai, S., Han, D., Chou, C.-L., 2006a. Petrography and geochemistry of the MiddleDevonian coal from Luquan, Yunnan Province, China. Fuel 85, 456464.Dai, S., Sun, Y., Zeng, R., 2006b. Enrichment of arsenic, antimony, mercury, and thalliumin a Late Permian anthracite from Xingren, Guizhou, Southwest China. International Journal of Coal Geology 66, 217226.Dai, S., Li, D., Chou, C.-L., Zhao, L., Zhang, Y., Ren, D., Ma, Y., Sun, Y., 2008a. Mineralogy and geochemistry of boehmite-rich coals: new insights from the Haerwusu SurfaceMine, Jungar Coalfield, Inner Mongolia, China. International Journal of Coal Geology 74, 185202.Dai, S., Tian, L., Chou, C.-L., Zhou, Y., Zhang, M., Zhao, L., Wang, J., Yang, Z., Cao, H., Ren, D., 2008b. Mineralogical and compositional characteristics of Late Permian coals from an area of high lung cancer rate in Xuanwei, Yunnan, China: occurrence and origin of quartz and chamosite. International Journal of Coal Geology 76,318327.Dalland, A., 1979. Detailed Investigations of Coal Seams and Associated Sediments inthe Firkanten Formation in the Helvetiafjell and Svea Areas. Unpublished Rep. for Statoil. Geologisk Institutt. Avd. A, University of Bergen. pp. 62.Eskenazy, G.M., 1980. On the geochemistry of indium in the coal-forming process.Geochemica at Cosmochimica Acta 44, 10231027.Finkelman, R.B., 1993. Trace and minor elements in coal. In: Engel, M.H., Macko, S.A.(Eds.), Organic Geochemistry. New York, Plenum Press, pp. 593607.Finkelman, R.B., Bostick, N.H., Dulong, F.T., Senftle, F.E., Thorpe, A.N., 1998. Influence ofigneous intrusion on the inorganic geochemistry of bituminous coal from Pitkin County, Colorado. International Journal of Coal Geology 38, 223241.Foner, H.A., Robl, T.L., Hower, J.C., Graham, U.M., 1999. Characterization of fly ash fromIsrael with reference to its possible utilization. Fuel 78, 215223.Gluskoter, H.J., Ruch, R.R., Miller, W.G., Cahill, R.A., Dreher, G.B., Kuhn, J.K., 1977. Traceelements in coal. Occurrence and distribution. Illinois State Geological Survey,Circular 499, 154.Goldschmidt, V.M., 1935. Rare elements in coal ashes. Industrial and Engineering Chemistry 27, 11001102.Goldschmidt, V.M., 1950. Occurrence of Rare Elements in Coal Ashes. Progress in CoalScience. Interscience, New York. 238247.Harland, W.B., 1997. The Geology of Svalbard. The Geological Society London.521 pp.Harland, W.B., Pickton, C.G., Wright, N.R., Croxton, C.A., Smith, D.G., Cutbill, J.L.,Henderson, W.G., 1976. Some coal-bearing strata in Svalbard. Norsk PolarInstituttSkr. 164, 89 pp.Helble, J.J., 1994. Trace element behavior during coal combustion: results of a laboratorystudy. Fuel Processing Technology 39, 159172.Horton, L., Aubrey, K.V., 1950. The distribution of microelements in vitrain. Journal ofthe So