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摘要：研究煤中的稀土元素，有助于其成矿开采并综合利用。通过对攀枝花大宝顶煤矿18号煤层中煤的稀土元素地球化学特征和赋存状态的研究，得出以下认识：大宝顶煤矿18号煤层中除Ho、Tm和Lu外，其他的稀土元素含量均高于中国和世界煤均值；18号煤层中稀土元素主要以LREE为主，∑REE、LREE和HREE含量变化趋势几乎完全相同；在整个18号煤层形成的过程中，物质来源比较稳定，成煤环境并没有发生大的变化；18号煤层中的稀土元素主要来源于陆源沉积物，赋存于煤中灰分中，且主要与煤中矿物质的硅酸盐部分相结合。

关键词：煤；稀土元素；地球化学；大宝顶煤矿

中图分类号：P595；P618.11文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2016）02-0011-05

Abstract：The geochemical characteristics and occurrence of rare earth elements（REE） of 18# coal seam in Dabaoding Mine from Panzhihua was studied.Some conclusions are drawn as follows：In samples of 18# coal seam in Dabaoding Mine，Other REE contents are higher than the average value of coals in China and the whole world，except Ho，Tm and Lu.REE in 18# coal seam are dominated by LREE，the content change trends of ∑REE，LREE and HREE are almost the same. The material source was relatively stable and the coal forming environment has not changed much in the formation process of 18# coal seam.REE in 18# coal seam mainly from terrigenous sediments，occurring in coal ash，and combined with the silicate of minerals in coal.

Key words：coal；rare earth elements；geochemistry；Dabaoding mine

研究煤中的稀土元素有两个方面的意义，首先，稀土元素具有优越的性能，目前已广泛运用于电子、机械、化工等许多行业，因此其具有一定的经济价值，研究煤中的稀土元素，有助于其成矿开采并综合利用。其次，由于稀土元素本身具有化学性质稳定，不易受外界其他因素等干扰的优点，因此通常可将其作为研究煤的物质来源和地质成因的基础信息。

近年来，国内外很多专家学者针对不同地区和不同煤种研究了煤中的稀土元素，文献[1]对澳大利亚悉尼盆地煤中稀土元素进行了研究，文献[2]对保加利亚煤中的稀土元素进行了研究，文献[3]12-13研究了中国西南煤中的微量元素，文献[4]针对华北晚古生代煤中的稀土元素的研究，文献[5-6]对重庆地区的煤中微量元素进行了研究，文献[7-8]对贵州地区煤中稀土元素进行了研究，文献[9-10]对安徽二叠纪煤和岩浆侵入区中的稀土元素分别进行了研究，但对于攀枝花大宝顶煤矿的稀土元素研究却未见记载，本文以大宝顶煤矿18号煤层为例，研究其稀土元素的地球化学特征，并对其来源分布以及赋存状态进行了分析。

1研究区概况

大宝顶煤矿隶属于川煤集团攀煤公司，位于四川省攀枝花市西区宝鼎盆地，北临金沙江，其基本构造为一个北端封闭，向南西倾没，同时东缓西陡的不对称向斜，井田面积约28.67平方千米，主采煤层为三叠系上统的大荞地组，目前所采煤种主要为焦煤和瘦煤。其中18号煤层煤厚变化大，含1～4层泥质粉砂岩夹矸，简单至较复杂结构，煤种全部为瘦煤，且区内稳定，绝大部分工程点可采。

2稀土元素地球化学特征

2.1稀土元素分布特征

为研究大宝顶煤矿18号煤层中稀土元素的地球化学特征，现按照煤层相对位置从上到下依次选取10个样品，并对各自的稀土元素、伴生元素和灰分等进行测试。根据煤炭资源与安全开采国家重点实验室ICP-MS检测结果，其中稀土元素含量测试数据如表1所示。

从表1中可以看出，大宝顶煤矿18号煤层中稀土元素的均值相较于中国和世界煤的均值存在一定的差异。只有Ho、Tm和Lu的含量低于中国煤含量而高于世界煤含量，其中Ho为中国煤均值的81.25%，Tm为48.44%，Lu为78.95%；其他的稀土元素含量均高于中国和世界煤，其中高于中国煤的比例最低的是Yb的2.40%，最高的是Ce的42.08%。可见大宝顶煤矿18号煤层中稀土元素相对于中国煤总体水平来说较为富集，具有一定的研究价值。

2.2稀土元素地球化学参数

结合表1中稀土元素的含量，同时采用文献[1]建议的6个Leedy球粒陨石平均值（见表2），经过计算后得出稀土元素的地球化学参数表（见表3）。

由表3中的数据可以看出∑REE均值为155.25 μg/g，含量高于中国和世界煤的平均值，说明18号煤层的稀土元素含量较高。而LREE/HREE的值为8.09，LaN/YbN的值为8.63，则表明LREE相对富集而HREE相对亏损。δ（Eu）=0.595，其值小于1说明Eu负异常，δ（Ce）≈1说明Ce无异常。而煤层中的Eu负异常主要是来源于陆源碎屑，Ce负异常则可以指示海相沉积环境，因此可以推测，大宝顶煤矿18号煤层形成时的物质来源可能以陆源碎屑为主，主要是陆相沉积环境，成煤沼泽受到海水的影响较小。

根据表3中灰分与稀土元素含量的数据，作两者的关系图如图1所示，并进行线性拟合，研究二者之间的联系。

由图1可看出，随着样品中灰分含量的逐渐增加，∑REE、LREE和HREE含量的变化趋势几乎完全相同，但LREE和HREE的含量则有很大差异。再结合表3中LREE/HREE的值可发现，18号煤层中的稀土元素主要以LREE为主，不同灰分含量情况下，HREE的含量均不足50μg/g，∑REE的变化均主要受到LREE含量变化的影响，进一步说明，实验所采集的煤样品中稀土元素主要以LREE为主。

2.3稀土元素分布模式

根据表3中的地球化学参数计算结果，可以绘制出稀土元素的分布模式图，如图2所示。

从稀土元素分布模式图2中可以看出，所有样品的曲线图均呈现左高右低的右倾“V”型变化趋势，LREE之间的分馏程度大于HREE，且均有Eu负异常的现象，其中La-Eu段的平均斜率陡于Gd-Lu段。样品18-8的曲线位于全部曲线的最下方，存在一定的低异常，可能是由于该处受到地下水淋滤或其他因素的影响，使得其中的稀土元素发生迁移，从而影响了稀土元素的分布。

这种分布模式与我国西南地区煤中稀土元素进行研究后总结的A型分配曲线相类似[3]。这种分配曲线之间存在的相似性，表明了煤层沉积和演化过程的相似性，说明在成岩过程中，煤层中各种稀土元素受到的内外部影响因素基本相同。这种观点同样可用来解释大宝顶煤矿18号煤层分布模式图中曲线的相似性，说明在整个18号煤层形成的过程中，物质来源比较稳定，成煤环境并没有发生大的变化。

3讨论

3.1稀土元素的来源和分布

稀土元素在煤中富集的原因有很多，诸如成煤植物因素，成煤环境条件和成煤时期地质构造的影响，变质作用影响等等，因此在分析煤中稀土元素的来源和分布时，应从以上几个方面分别进行考虑。

成煤植物作为成煤沼泽的主要物质来源，其种类和生长条件将直接影响所形成的煤中稀土元素的含量。不同种类的植物或者相同植物的不同器官，由于其自身特性，所吸收和储存的稀土元素含量各不相同，因此需要了解研究区的成煤植物类型。根据前人所做的研究可知[12-13]，攀枝花大宝顶煤矿18号煤层成煤时期的植物群落主要是苏铁类植物群，同时以真蕨纲为主的种子蕨类植物也相当丰富。18号煤层中稀土元素含量较高，可能与这些植物对稀土元素的吸附能力有关。

文献[14]认为，18号煤层所在的大荞地组主要是陆相断陷盆地中的碎屑岩沉积，在成煤时期由于东西方向挤压应力的逐渐增加，沉积区开始向拗陷盆地转化，同时18号煤层所在岩系主要是砂质岩夹泥质岩和煤层，是煤矿的主要可采区域。18号煤层形成时成煤沼泽为下三角洲平原环境，且其基准面上升速率大于泥炭堆积速率，这些条件均有利于稀土元素向成煤沼泽中运移堆积。因此18号煤层中大部分稀土元素的含量高于中国和世界煤的平均值这一现象，有了沉积构造方面的解释。同时陆相沉积环境也导致了LREE的含量远大于HREE的含量。

文献[15]对研究区的煤变质情况进行研究之后发现，虽然在晚白垩世时研究区内有燕山期深成岩浆向上侵入，但由于沉积速率优势而形成了较厚的围岩，且此时整个研究区的构造应力情况为挤压状态，岩浆的侵入高度受到了限制，但其所引起的地层温度的变化以及岩浆热液还是对18号煤层的变质情况和稀土元素分布产生了一定的影响。

3.2稀土元素的赋存

根据样品所测得的其他伴生元素的含量，结合∑REE的含量分析后，作出两者的相关系数表（见表4）和聚类分析树形图（见图3）。

表4中，REE与Si、Co、Th、Ta、Sc、Rb、Sr、Ba高度正相关，与Ca高度负相关，与其他伴生元素的关系不是很明显。其中Si为灰分的主要成分，Co、Th、Ta、Sc、Rb是典型的陆源微量元素，Ca为典型的海相微量元素，可见18号煤层中的稀土元素主要来源与陆源沉积物中，赋存于煤中灰分中，且由于与Si的关系很密切，可推断稀土元素主要与煤中矿物质的硅酸盐部分相结合。同时根据文献[17-18]的观点，高含量的碳酸盐矿物、硫化物矿物和有机质对稀土元素赋存状态所起的作用亦不能忽视。

4结论

（1）大宝顶煤矿18号煤层的10个样品中，∑REE的含量在56.11～293.36 μg/g之间，平均值为155.25 μg/g。其中只有Ho、Tm和Lu的含量低于中国煤含量而高于世界煤含量，其他的稀土元素含量均高于中国和世界煤均值；

（2）18号煤层中稀土元素主要以LREE为主，随着灰分含量的增加，∑REE、LREE和HREE含量变化趋势几乎完全相同；

（3）分布模式图中各样品曲线均呈现左高右低的右倾“V”型变化趋势，LREE之间的分馏程度大于HREE，且均有Eu负异常而Ce无异常的现象，其中La-Eu段的平均斜率陡于Gd-Lu段。这些曲线的相似性，说明在整个18号煤层形成的过程中，物质来源比较稳定，成煤环境并没有发生大的变化；

（4）18号煤层中的稀土元素主要来源于陆源沉积物，赋存于煤中灰分中，且主要与煤中矿物质的硅酸盐部分相结合。

参考文献：

[1]BIRK D，WHITE J C.Rare earth elements in bituminous coals and underclays of the Sydney Basin， Nova Scotia： Element sites， distribution， mineralogy[J].International Journal of Coal Geology，1991，19（1-4）：219-251.

[2]KORTENSKI J，BAKARDJIEV S.Rare earth and radioactive ele-ments in some coals from the sofia，svoge and pemik basins，bulgaria[J].Int.J.Coal Geology，1993.

[3]李大华，胡礼忠，陈坤，等. 中国西南煤中的稀土元素[J]. 中国煤田地质，2002，14（1）：11-13.

[4]代世峰，任德怡，李生盛. 华北若干晚古生代煤中稀土元素的赋存特征[J]. 地球学报，2003，24（3）：273-278.

[5]李大华，唐跃刚，陈坤，等. 重庆煤中稀土元素的地球化学特征研究[J]. 中国矿业大学学报，2005，34（3）：312-317.

[6]王西勃，李丹，逯雁峰，等. 重庆长河碥矿煤的微量元素地球化学特征[J]. 煤田地质与勘探，2007，35（3）：4-9.

[7]曹志德. 黔北煤田花秋勘探区9、16号煤稀土元素地球化学特征[J]. 矿物学报，2007（Z1）：2007，27（3/4）：499-504.

[8]吴艳艳，秦勇，易同生.贵州凯里梁山组高硫煤中稀土元素的富集及其地质成因[J].地质学报，2010，84（2）：280-285.

[9]姜萌萌，刘桂建，吴斌，等. 卧龙湖煤矿岩浆侵入区煤中稀土元素的地球化学特征[J]. 中国科学技术大学学报，2012，42（1）：10-16.

[10]吴盾，孙若愚，刘桂建. 淮南朱集井田二叠纪煤中稀土元素地球化学特征及其地质解释[J]. 地质学报，2013，87（8）：1 158-1 166.

[11]赵志根.不同球粒陨石平均值对稀土元素参数的影响——兼论球粒陨石标准[J].标准化报报，2000，21（3）：15-16.

[12]徐仁. 中国晚三叠世宝鼎植物群[M]. 北京：科学出版社，1979：1-130.

[13]雷作淇. 四川宝鼎龙硐晚三叠世的孢粉组合[J]. 古生物学报，1986，25（2）：129-142.

[14]郝云庆，莫旭，余志祥，等. 攀枝花苏铁类群的种子植物区系地理研究[J]. 四川林业科技，2011，32（6）：28-33.

[15]邵龙义，鲁静，冉隆明，等. 四川宝鼎盆地晚三叠世层序地层与聚煤作用[J]. 古地理学报，2008，10（4）：355-361.

[16]李产林. 四川晚三叠世煤变质问题的研究[J]. 现代地质，1990，4（2）：98-104.

[17]代世峰，任德怡，李生盛. 煤及顶板中稀土元素赋存状态及逐级化学提取[J]. 中国矿业大学学报，2002，31（5）：349-353.

[18]代世峰，任德怡，李生盛. 华北若干晚古生代煤中稀土元素的赋存特征[J]. 地球学报，2003，24（3）：273-278.

（责任编辑：李丽）