电感耦合等离子体原子发射光谱和电感耦合等离子体质谱仪对东煤田煤地球化学特征的对比研究

电感耦合等离子体原子发射光谱和电感耦合等离子体质谱仪对东煤田煤地球化学特征的对比研究

考虑到煤炭开发和使用对环境影响和影响以及影响煤炭中伴随因素的工业使用，许多科学家在不同地区、不同时代、不同时期和期间研究了煤炭中因子的丰度、储存状态和环境效应[1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11和12]。但研究主要集中在我国东部地区,对西北部地区煤盆地和煤田煤中微量元素研究较少。1煤地层分布及发育模式准东煤田位于新疆准噶尔盆地东部北缘,卡拉麦里山前(图1)。含煤地层由早、中侏罗统八道湾组、三工河组和西山窑组组成,主要可采煤层分布于西山窑组中。主要含煤地层西山窑组为内陆湖相沉积,周继兵等将其划分为一个三级层序,低位体系域主要由辫状河和辫状河三角洲沉积组成,湖扩体系域由滨浅湖、泥炭沼泽组成,高位体系域主要由曲流河、滨浅湖和泥炭沼泽沉积组成,煤层主要发育于湖扩和高位体系域。该煤田西部矿区煤层层数少,单一煤层厚度大,东部矿区煤层层数多,单一煤层厚度相对较薄。2勘探区和封闭区的煤心研究样品分别采自准噶尔盆地准东煤田芦草沟勘探区(ZK2809井,9件)、五彩湾勘探区(ZKl805井,69件)、大井勘探区(ZKw0413井,27件)、西黑山勘探区(ZK0402井,31件)和岌岌湖西勘探区(ZKj124井,26件)的钻孔煤心,总计样品数162件(图1,2)。所采样品采用全煤心粉碎缩分法取样。研究样品在实验室进一步粉碎到0.2mm(用于工业分析)和200目(用于常量和微量元素测定)。工业分析采用国家标准GB212-77和GB212-91进行,常量和微量元素测定采取先硝酸,后硝酸加氢氟酸两步溶样法溶解样品,所制取的样品溶液采用电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-AES)和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)进行测定。3煤矿的地球化学特征3.1准东煤矿东部矿区煤中微量元素的含量特征表1给出准东煤田不同勘探区分析样品常量和微量元素含量平均值和范围值,及中国煤平均值、世界煤范围值和世界煤平均值。由表1看出,准东煤田东部矿区西黑山和岌岌湖西勘探区煤中平均Al,K和Fe含量相对高于西部矿区芦草沟、五彩湾和大井勘探区。与中国煤中平均含量比较,这些煤中的Al和Fe含量相对较低,而Na的平均含量(0.3%~0.4%)相对较高,均具低和特低硫特征。准东煤田东部矿区西黑山和岌岌湖西勘探区煤中大多数微量元素(除Sr,Mn,B,Zn之外)平均含量明显高于西部矿区芦草沟、五彩湾和大井勘探区煤中平均含量。这些煤中的微量元素含量都明显低于中国煤和世界煤平均值,只有Sr和Ba含量高于中国煤和世界煤平均值。另外,岌岌湖西勘探区煤中Sc,V,Cr,Co,Ni和Cu平均含量接近和略高于中国煤平均值。西部矿区芦草沟、五彩湾和大井勘探区大多数煤样中Ge,Se,Mo,Cd,Sn,Sb,Cs,Hf,Ta,Tl,Bi,W,U,Pr,Sm,Eu,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,及东部矿区西黑山和岌岌湖西勘探区煤样中Se,Cd,Ta,Tl,Bi,W,U,Eu,Tb,Ho,Er,Tm,Lu含量低于各自的分析检测线,同时,也低于和接近于世界范围煤中这些微量元素的最小值。3.2煤中微量元素的基本特征通过对勘探区煤样品地球化学分析资料相关分析,可看出这些煤常量和微量元素亲和性具下列特征。芦草沟勘探区煤中微量元素可划分为下列组合:亲铝硅酸盐组合主要包括Al,Y,REEs,Rb,Sc,Ti,Cr,Zr,Ga,Th,V,Nb,Cu,K,Pb,Li,Ni和Zn。这些元素与Al有高相关系数(r2=0.53~0.97),与灰分含量具正相关关系,可能主要以粘土矿物和碎屑矿物形式存在。亲磷酸盐组合主要包括P,Ca,Mg和Sr。这些元素与P有高相关性(r2=0.75~0.95),可能主要以磷酸盐矿物形式存在。亲碳酸盐组合Fe与Mn具高的相关系数(r2=0.89),可能主要以菱铁矿形式存在。另外,S与As具高的相关系数(r2=0.85),可能主要以硫化物形式存在。五彩湾勘探区煤中微量元素可划分为下列组合:亲铝硅酸盐组合主要包括Al,Li,Zr,Y,Ti,La,Ce,Nd,V,Ga,Cr,Th,Nb和P。这些元素与Al有高相关系数(r2=0.45~0.92),与灰分含量具正相关关系。因此,可推断这些元素主要存在于煤中粘土矿物、磷酸盐矿物和碎屑的重矿物中。另外,K和Rb具较好相关性(r2=0.7),可能与煤中存在的钾长石碎屑矿物有关。亲碳酸盐组合包括Ca和Mn。这两个元素的相关系数为r2=0.82。因此,可推断这两个元素可能主要以Ca-Mn碳酸盐成岩矿物形式存在于煤中。亲硫化物组合Fe和S具高相关系数(r2=0.95)。因此,可推断这两个元素主要以成岩黄铁矿形式存在于煤中。大井勘探区煤中微量元素可划分为下列组合:亲铝硅酸盐组合主要包括Al,Ti,Cr,Ce,Ga,V,Zr,La,Rb,Y,Nd,K和Cu。这些元素与Al有高的相关系数(r2=0.92~0.99),与灰分含量具有正相关关系。因此,可推断该元素主要存在于煤中粘土矿物、碎屑重矿物和钾长石中。亲碳酸盐组合可能主要包括Ca-Mg(r2=0.80)和Fe-Mn(r2=0.78)碳酸盐矿物。西黑山勘探区煤中微量元素可划分为下列组合:亲铝硅酸盐组合主要包括Al,Ti,Ga,K,Rb,Nb,Li,Zr,REEs,Hf,Th,V,Sc,Cr,Pb,Y,Cs,Sn,U,Cu,As,Zn和Mg。这些元素与Al有高相关系数(r2=0.7~0.95),其中As,Zn和Mg与Al的相关系数相对较小(r2=0.4~0.5),与灰分含量也具有正相关关系。因此,可以推断这些元素与五彩湾矿区一样,主要存在于煤中粘土矿物和碎屑的矿物和钾长石中。亲碳酸盐组合包括Fe,Mn和Mg。这些元素相关系数(r2)范围为0.8~0.9。该组合可能主要以菱铁矿形式存在于煤中。因此,西黑山勘探区煤中,由X-射线衍射仅检测到微量的黄铁矿,没有检测到方解石。亲磷酸盐组合P与Sr具高的相关系数(r2=0.9),可能以磷酸盐形式存在。另外,煤中高含量的Ba,可能以钡硫酸盐形式存在,在高Ba含量样品中已被X-射线衍射和扫描电镜检测到重晶石存在。岌岌湖西勘探区煤中微量元素可划分为下列组合:亲铝硅酸盐组合主要包括Al,Li,Ti,Sn,Th,K,Rb,Cs,Nb,Hf,Zr,Ga,REEs,Cr,Y,U,Sc,Cu,V,Pb和Zn。这些元素与Al有高的相关系数(r2=0.46~0.95),与灰分含量具正相关关系。因此,可推断这些元素主要存在于煤中粘土矿物和碎屑重矿物及钾长石中。亲碳酸盐组合Fe与Mn具高相关系数(r2=0.82),可能主要以菱铁矿形式存在。亲磷酸盐组合P与Sr具一定相关系数(r2=0.48),可能主要以磷酸盐的形式存在。另外,S与As具较高相关系数(r2=0.69),可能主要以硫化物形式存在。4在不同矿区煤中微量元素含量的比较(1)准东煤田煤中的Al和Fe含量明显低于中国煤中平均含量。相反,这些煤中的Na平均含量高于中国煤平均含量。东部矿区煤中Al,K和Fe平均含量相对高于西部矿区。(2)准东煤田煤中的微量元素含量都明显低于所报道的中国煤和世界煤平均值,只有Sr和Ba的含量高于中国煤和世界煤平均值。其中西部矿区煤中Sc,Ga,Ge,As,Se,Rb,Y,Nb,Mo,Cd,Sn,Sb,Cs,Hf,Ta,W,Tl,Pb,Bi,Th,U和稀土元素(除La,Ce外),和东部矿区煤中Ge,Se,Cd,Ta,W,Tl,Bi,U和稀土元素(除La,Ce,Pr,Gd除外)的含量低于和接近于世界范围这些微量元素的最小值。只有东部矿区西黑山勘探区煤中平均Ba含量高于世界范围的最大值。东部矿区煤中大多数微量元素(除Sr,Mn,B,Zn之外)的平均含量明显高于西部矿区煤中的平均含