宁东地区煤中微量元素地球化学特征

冶正阳

（新疆维吾尔自治区自然资源规划研究院，新疆乌鲁木齐830000）

我国是煤炭资源大国，煤炭在我国具有非常重要的地位，是基本能源和重要燃料[1-2]。由于煤中微量元素蕴含着大量的地球化学信息，近年来逐渐成为地化领域研究的热点内容。煤中微量元素的富集、分布规律、赋存特征等不仅可以为煤层的形成环境、区域演化方式提供有力的证据，为资源开发提供科学依据，还能对环境污染问题和地方性疾病问题提供研究依据[3-5]。故具有非常重要的研究意义。

近年来很多学者对煤中微量元素进行了研究，王文峰[6]等对煤中微量元素及有害元素进行了研究，刘冬娜[7]分别对大同煤田煤中微量元素进行了研究，Dai[8]对中国煤中微量元素特征进行了研究。虽然已有很多研究成果，但对宁东地区煤中微量元素分析较少。故本文通过对矿区内主要生产矿井的煤层进行系统采样，并对采集的16块样品进行测试分析。

1 地质背景

研究区位于宁夏回族自治区北部，东部与内蒙古相邻，西部与黄河相望。所见地层构造形迹特征表明：宁东地区属华北地台桌子山—横山堡逆冲带（A23），褶皱和断层较为发育，褶皱呈“北多南少”的特点，走向呈NNW 向或SN 向。含煤地层属太原组和山西组，煤层顶底板为粉砂岩、粉砂质泥岩，夹矸为泥岩。

2 样品采集与测试

对研究区进行分层采样，采样情况见图1，本次研究选取16 块样品进行实验分析，1 块煤岩夹矸样品和15块煤样，编号依此为G1、R1、R5、R7、R10、R12、R15、R18、R21、R24、R26、R29、R31、R34、R37、R39。采用ICP-MS进行测试。

3 结果与讨论

3.1 微量元素

3.1.1 煤中微量元素的含量特征

通过实验测得研究区煤中共20 种微量元素和15种稀土元素（La～Lu+Y），并将其结果和中国值、世界值和克拉克值[9-10]进行比较。和中国值标准相比，煤中Li（102.2μg/g）、Sc（5.7μg/g）、Th（8.3μg/g）、Ga（12.5μg/g）、Sr（215.6μg/g）、In（0.1μg/g）元素的含量比标准值高，其它元素含量均比标准值低。和世界值标准相比，Li、Sc、Th、Ga、Sr、Nb（10.8μg/g）、In 元素的含量含量比标准值高，其它元素含量均比标准值低。和上地壳值标准相比，Li、Mo（2.1μg/g）均值比上地壳值高，其它均比标准值低。

从整体上看，只有Li（102.2μg/g）、Sc（5.7μg/g）、Th（8.3μg/g）、Ga（12.5μg/g）、Sr（215.6μg/g）、In（0.1μg/g）元素含量高于中国标准值、世界标准值。只有Li（102.2μg/g）元素含量高于中国标准值、世界标准值和上地壳标准值。

3.1.2 煤中微量元素的垂向分布特征

将各样品中微量元素总量纵向上进行比较（图2），R34 样品中含量最大（660μg/g），纵向上含量存在差异，但总体差异不大。纵向上存在差异可能是由于泥炭沼泽中的物质来源受控于沉积源区的供给、母岩类型、成煤植物的种类和地质事件等多方面因素。

图2 各样品微量元素总量图

3.2 稀土元素

3.2.1 煤中稀土元素的含量富集特征

实验测得的15种稀土元素含量值结果表明：

和世界值标准值相比，研究区煤中Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量比标准值低，其它均比标准值高。

和上地壳值标准相比，研究区煤中只有Dy（3.1μg/g）的含量比标准值高，其它均比标准值低。

和中国值标准相比，研究区煤中Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）的含量比标准值高，其它均比标准值低。

综上所述，15种元素中Dy（3.1μg/g）、Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）含量相对较高，Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量相对较低。

3.2.2 煤中稀土元素的地球化学参数

LaN、LuN、SmN和GdN分别表示La、Lu、Sm 和Gd经过标准化后得到的参数，相互的比值可以反映其富集程度。如果LaN/LuN＜1，则表现为重稀土富集，若LaN/SmN＜1 且GdN/LuN＞1，则 为 富 中 稀 土 型；如 果LaN/LuN＞1，反映轻稀土富集。

研究区样品中除了R15 样品的LaN/LuN值都低于1，其余15 个样品LaN/LuN值都比1 大，平均值为6.32，且LaN/SmN＞1，这些均反映研究区煤层中稀土元素富集类型为富轻稀土型。

δEu（EuN/EuN*）、δGd（GdN/GdN*）和δCe（CeN/CeN*）分别表示Eu、Gd 和Ce 元素的异常程度。若δ(Eu，Ce，Gd)＜1，表示Eu、Ce或Gd负异常，反之呈正异常。煤中δEu的值为0.54～0.87，平均0.69，Eu负异常，说明成煤环境为还原环境，物质来源主要继承于陆源碎屑；δCe介于0.65～0.95之间，均值0.81，Ce微负异常。

3.2.3 煤中稀土元素的分布模式

球粒陨石标准化之后，绘制出研究区煤中稀土元素的分配模式图（图3)。根据这个图我们可以看出：16个样品的曲线走势大体相似，轻稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm）含量较高，变化范围较大，Eu、Ce亏损，呈现负异常。中稀土元素（Eu、Gd、Tb、Dy）和重稀土元素（Ho、Er、Tm、Yb、Lu）含量较低，趋势平稳。总体特征与被动大陆边缘相似，这说明研究区煤沉积在被动大陆边缘构造环境中。

图3 稀土元素分布模式

4 结论

宁东地区煤中微量元素Li、Sc、Th、Ga、Sr、In含量较高。20 种微量元素总量在纵向上存在差异，但总体差异不大。

15 种稀土元素中Dy（3.1μg/g）、Y（19.5μg/g）、Er（2.0μg/g）含量相对较高，Pr（3.3μg/g）、Nd（11.8μg/g）、Gd（2.3μg/g）含量相对较低。15 个样品LaN/LuN值都比1大，平均值为6.32，且LaN/SmN＞1，这些均反映宁东地区煤层中稀土元素富集类型为富轻稀土型。Eu、Ce呈负异常，说明成煤环境为还原环境，物质来源主要继承于陆源碎屑。分配模式在轻稀土段变化较大，中、重稀土段平缓，构造沉积背景为被动大陆边缘。