宁南煤田王洼矿区西部石炭-二叠系太原组煤层煤岩煤质、矿物学及地球化学特征Coal Petrology, Coal Quality, Mineralogical and Geochemical Characteristics of the Coal Seams in Carboniferous-Permian Taiyuan Formation in the Western Part of Wangwa Mining Area, Ningnan Coalfield
蔡飞飞,翁智超,彭勃,黄鹏程,程云强,郭伟勇,刘争,李新,张昀,魏迎春
摘要(Abstract):
为揭示宁南煤田王洼矿区西部石炭-二叠系太原组煤层的地球化学特征,以王洼矿区西部石炭-二叠系太原组煤层22~#煤、21~#煤、20~#煤、19~#煤及其顶底板为研究对象,通过工业分析、煤岩组分鉴定、X射线衍射(XRD)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、扫描电镜能谱(SEM-EDS)等多种测试手段,分析了王洼矿区西部石炭-二叠系太原组煤层样品的煤岩煤质、矿物学和元素地球化学特征。结果表明,王洼矿区西部太原组煤中显微组分以镜质组为主,惰质组次之,煤层整体煤质稳定,属于低水分、特低-低灰分、高挥发分煤。22~#煤矿物以伊利石为主,21~#煤、20~#煤和19~#煤均以高岭石为主;22~#煤顶底板以高岭石为主,21~#煤和20~#煤顶板石英含量较高,20~#煤和19~#煤底板方解石明显富集。王洼矿区西部太原组22~#煤、20~#煤和19~#煤中常量元素氧化物含量以SiO_2为主,21~#煤以Fe_2O_3为主。顶底板样品中SiO_2和Al_2O_3普遍较高,20~#煤和19~#煤底板CaO含量显著升高。与世界黏土均值相比,顶底板中W、Bi、Zr、Ba、Sr等元素富集,其中22~#煤顶底板Tl、Bi、W及19~#煤底板Sr、Ba富集程度较高。与世界煤、中国煤均值相比,煤层中W、Bi、Co、Cr、Zn、Sr、REY等表现出不同程度富集,21~#煤和20~#煤中Bi、W富集最为显著,部分达到高度富集或异常富集水平。本研究明确了王洼矿区西部太原组煤层煤质、矿物及地球化学分层差异特征,揭示了区内煤系关键金属的富集潜力,可为宁南煤田太原组煤系战略性矿产勘查评价、煤炭清洁高效利用、煤系关键金属资源潜力勘探与综合开发利用提供可靠的基础数据与科学理论支撑。
关键词(KeyWords): 宁南煤田;王洼矿区西部;煤岩、煤质;矿物学;地球化学特征
基金项目(Foundation): 宁夏2025年地质事业发展专项资金资助项目(640000253000000012472);; 国家自然科学基金项目(42472231,42372187,41972174)
作者(Author): 蔡飞飞,翁智超,彭勃,黄鹏程,程云强,郭伟勇,刘争,李新,张昀,魏迎春
参考文献(References):
- [1]代世峰,赵蕾,魏强,等.中国煤系中关键金属资源:富集类型与分布[J].科学通报,2020, 65(33):3715-3729.
- [2]SEREDIN V V, FINKELMAN R B. Metalliferous coals:a review of the main genetic and geochemical types[J]. International Journal of Coal Geology, 2008, 76(4):253-289.
- [3]WEI Y, HE W, QIN G, et al. Lithium enrichment in the No. 21coal of the Hebi No. 6 mine, Anhe coalfield, Henan Province, China[J]. Minerals, 2020, 10(6).
- [4]DAI S, FINKELMAN R B. Coal as a promising source of critical elements:progress and future prospects[J]. International Journal of Coal Geology, 2018, 186:155-164.
- [5]魏迎春,李新,曹代勇,等.煤与煤系战略性金属矿产协同勘查技术方法[J].煤炭科学技术,2023, 51(12):27-41.
- [6]代世峰,刘池洋,赵蕾,等.煤系中战略性金属矿产资源:意义和挑战[J].煤炭学报,2022, 47(5):1743-1749.
- [7]WEI Y, HE W, QIN G, et al. Mineralogy and geochemistry of the lower Cretaceous coals in the Junde Mine, Hegang Coalfield,Northeastern China[J]. Energies, 2022, 15(14).
- [8]魏迎春,李新,曹代勇,等.煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型[J].地质学报,2024, 98(8):2517-2530.
- [9]张昀,魏迎春,曹代勇,等.煤系锂及锂同位素研究进展[J].煤田地质与勘探,2025, 53(4):106-118.
- [10]魏迎春,张昀,李新,等.煤与煤系铀矿产协同勘查技术方法[J].煤炭科学技术,2022, 50(1):216-224.
- [11]宁树正,邓小利,李聪聪,等.中国煤中金属元素矿产资源研究现状与展望[J].煤炭学报,2017, 42(9):2214-2225.
- [12]王鑫,魏迎春,曹代勇,等.新疆重点矿区特殊用煤控制因素与赋存规律[J].中国煤炭地质,2025, 37(10):1-7, 15.
- [13]魏迎春,华芳辉,何文博,等.峰峰矿区2号煤中微量元素富集特征差异性研究[J].煤炭学报,2020, 45(4):1473-1487.
- [14]曹代勇,魏迎春,秦国红,等.煤系战略性金属元素富集成矿的构造控制[J].煤田地质与勘探,2023, 51(1):66-85.
- [15]魏迎春,王鑫,姬晓燕,等.宁夏特殊用煤的煤岩煤质煤类特征控制因素与成因类型[J].煤炭科学技术,2026, 54(1):338-348.
- [16]余飞龙,王高皓,曹晓渊,等.王洼矿区5#煤层煤岩煤质特征及清洁利用研究[J].煤炭技术,2023, 42(7):230-234.
- [17]曹代勇,秦国红,魏迎春,等.煤系矿产资源赋存的盆地动力学控制—研究现状与展望[J].中国煤炭地质,2020, 32(9):38-46.
- [18]曹代勇,徐浩,刘亢,等.鄂尔多斯盆地西缘煤田构造演化及其控制因素[J].地质科学,2015, 50(2):410-427.
- [19]姬晓燕,夏炎,毛兴军,等.宁夏延安组煤岩煤质特征及成煤环境研究[J].能源与环保,2024, 46(11):96-102.
- [20]梁永平,魏迎春.王洼煤矿扩大延伸勘探区煤质特征[J].中国煤炭地质,2008, 20(S2):25-27.
- [21]DAI S, REN D, CHOU C. Geochemistry of trace elements in Chinese coals:a review of abundances, genetic types, impacts on human health, and industrial utilization[J]. International Journal of Coal Geology, 2012, 94:3-21.
- [22]KETRIS M P, YUDOVICH Y E. Estimations of Clarkes for carbonaceous biolithes:world averages for trace element contents in black shales and coals[J]. International Journal of Coal Geology, 2009,78(2):135-148.