鄂尔多斯盆地延安组煤岩学及煤元素地球化学特征

发布时间：2020-07-03 04:13

【摘要】：煤岩学研究是煤炭地质的基础工作,也是现代煤化工及煤系烃源岩研究的重要基础。以鄂尔多斯盆地延安组煤为代表的西北地区侏罗系煤具有典型的富惰质组特征,其煤岩组分分布特征缺乏系统总结,富惰质组成因有待深入探讨。为系统剖析鄂尔多斯盆地延安组煤岩特征,探讨成煤盆地各要素对其影响,在全面收集整理盆地主要的侏罗系煤炭勘查资料,梳理煤岩、煤质数据的基础上,对盆地5个矿区不同煤层进行了井下系统煤样的采集,详细鉴定分析了其显微煤岩组分。综合分析认为,鄂尔多斯盆地侏罗系延安组煤层总体具有富惰质组的特点,惰质组以半丝质体为主要组分,垂向变化规律明显,与延安组沉积期湖平面变化关系密切。平面上,靠近盆地中心惰质组含量减少,以盆地南部永陇、彬长等矿区惰质组含量最高,盆地西部鸳鸯湖、马家滩等矿区次之,盆地北部惰质组含量略低,其中靠近盆地湖泊沉积区的榆横矿区惰质组含量最低,与其在盆地内延安组煤中最高的硫含量相呼应。与延安组煤岩特征相似,我国西北地区侏罗系煤普遍具有较高惰质组含量。国内外数十个含煤盆地煤岩显微组分数据的统计分析结果表明,煤岩组分与成煤盆地原盆类型具有较强的相关性,坳陷型盆地倾向于形成富惰质组煤,惰质组含量接近或高于镜质组;断陷型盆地煤层中以镜质组为绝对主体,惰质组含量低,前陆盆地煤中组分特征变化较大,兼有前两者的特点。对比分析显示,盆地规模、盆地形态、沉积速率以及聚煤模式是盆地影响煤岩组分的重要因素,其中以沉积速率最为关键。普遍较大的规模、平坦的形态、慢的沉积速率以及湖盆边缘为主的聚煤模式是导致坳陷型盆地富惰质组的主要原因。以统计煤质、煤灰成分数据为基础,于鄂尔多斯盆地延安组为含煤地层的5个矿区7不同煤层进行系统采样,通过煤质基本分析、灰成分分析、微量元素分析,X射线衍射、扫描电镜、煤岩鉴定等手段,对鄂尔多斯盆地主量元素分布特征、微量元素富集特征、矿物特征进行了分析研究,讨论了富集程度较高元素的赋存状态及成因。综合研究表明,鄂尔多斯盆地侏罗系延安组煤灰成分特征明显,可划分两组,SiO_2、Al_2O_3、K_2O、TiO_2为一组,而CaO、SO_3、Na_2O、MgO、Fe_2O_3、MnO_2为另一组,两组元素氧化物之间总体呈负相关关系,每组内各元素间高度正相关,前者在顶底板泥岩中占比更高,后者明显高于煤层底板泥岩,表明前者主要来源于陆源碎屑,后者更多与有机成煤物质相关,这一特征在盆地西部宁东煤田表现最为突出。准东煤田高Na含量煤的灰成分特征与其一致,东北地区早白垩世二连盆地胜利煤田总体特征与之相近,但Na_2O属于前一组,推断煤中Na元素来源既可以是有机相关,也可能来自陆源供给,与物源区岩石类型关系密切。延安组煤中44种微量元素含量整体较低,富集程度主要为亏损状态和正常状态。Ba、Sr和Mn,这三种元素是目前盆地内延安组煤中富集程度达到富集的主要微量元素。本次工作新发现Sr元素在宁东煤田马家滩矿区4~(-2)煤中,Ba异常主要在枣泉矿区6煤,相关性分析及扫描电镜能谱分析结果显示,宁东煤田Sr元素的主要赋存天青石(SrSO_4)中,而Ba元素异常主要因重晶石(BaSO_4)矿物引发,二者主要形成于煤层后期成岩作用过程中。Mn异常主要发现于神府矿区5~(-2)煤中,经相关性分析、扫描电镜能谱分析,主要以类质同象的形式赋存在菱铁矿(FeCO_3)中,其富集与成煤泥炭沼泽偏氧化的环境相关。对比不同煤岩类型煤中元素地球化学特征,西北地区富惰质组煤灰成分指数较东北地区富镜质组煤明显较低,西北地区富惰质组煤灰的陆源碎屑组分占比低于东北地区富镜质组煤,除物源差异外,可能与成煤盆地类型具有一定关系;另外,指示沉积环境的敏感微量元素比值显示,富惰质组煤的形成环境氧化性明显强于镜质组为主煤,这一特征与富惰质煤的主要成因相呼应。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P618.1
【图文】：

路线图,研究技术,路线图

图 1-1 研究技术路线图主要工作量本次研究的实物工作量主要体现在三方面。第一是对前人资料的收集、梳理开发表的文献（300 余篇）以及以往煤炭资源勘查报告（100 余册），从中挖显微煤岩组分、煤质及煤灰成分等相关数据；这方面工作以鄂尔多斯盆地为及到我国陆域各主要的含煤盆地。后文中鄂尔多斯盆地煤岩组分总体特征描达显微煤岩组分数据均来自相关煤炭资源勘查报告，国内外各盆地显微煤岩则部分来自煤炭资源勘查报告，部分来自公开发表的文献。第二是野外、矿井地质调查及采样工作，地域涉及盆地北部、西部和南部，矿区，7 个主采煤层，采集各类样品 94 件。第三方面工作是样品的测试分析，包括煤炭工业分析、形态硫分析、灰成分分亚显微组分分析、微量元素分析、X 射线衍射、扫描电镜及能谱分析等多项

沉积序列,延安组,地层柱状图,鄂尔多斯盆地

西北大学博士学位论文鄂尔多斯盆地延安组沉积期盆地范围巨大，包括现今残存盆地及周边的山西大同、济源，河南义马，宁夏下流水等区延安组均为巨型鄂尔多斯盆地的沉积区（刘池洋等，2006，杨磊，2008，郭佩，2015）。延安组总体沉积特征相近，靠近盆地边缘沉积粒度相对更粗，河南义马、宁夏炭山、甘肃王家山延安组底部发育砾岩。盆地不同位置的延安组的沉积序列存在一定差异，盆地北部沉积稳定，以河流相、三角洲相为主，厚层砂岩发育。盆地南部受地形影响，地层厚度变化较大，煤层厚度最厚超过 30m，但平面变化快，河漫亚相局限湖沉积特征明显。盆地西部受沉积期构造影响，延安组地层厚度变化较大，沉积序列不甚稳定，宁东煤田以河流和三角平原沉积为主，发育近 20 层煤，其中主要可采煤层达 6 层；宁夏下流水延安组沉积厚度近 1000m，煤层发育近 40 层，但厚度薄，均不可采（图 2-3）。

【参考文献】