摘要
淮南矿区煤炭资源丰富，随着长期煤炭资源的开采，二叠系下石盒子组的煤炭资源量逐渐减少，部分矿区已经进入深部山西组煤层开采阶段（张集矿、顾北矿和潘二矿）。煤作为一种有机岩石，成分极为复杂，矿物质是其重要组成部分，对分析煤的沉积环境与预防煤炭开采和利用过程中产生的环境问题具有重要意义。本论文以淮南煤田深部山西组煤为研究对象，在样品元素分析和工业分析的基础上，采用X射线荧光光谱仪（XRF）、X射线衍射仪（XRD）、光学显微、扫描电镜（SEM）和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）等微区手段，开展了山西组煤中矿物环境学特征研究。主要研究结果如下： （1）淮南煤田深部山西组煤样具有低灰（12.17%）、低硫（0.50%）、特低全水分（1.92%）、中高挥发分（33.94%）、中高发热量（25.87MJ/kg）和中度变质程度的特点。灰成分属于SiO2-Al2O3-Fe2O3-CaO型，较多的陆相矿物被搬运到研究区沉积在含大量碎屑的海岸三角洲平原上。张集矿区和顾桥北矿山西组煤层属于主要受海水影响的海陆交互相；潘集二矿山西组煤层属于受陆源入侵影响的海陆交互相。淮南煤田深部山西组煤层的源区母岩主要以中-酸性岩成分为主。 （2）淮南煤田深部山西组煤中的矿物主要是高岭石（Kln）、伊利石（Ill）、石英（Q）、方解石（Cal）、白云石（Dol）、菱铁矿（Sd）、黄铁矿（Py）及少量的黄钾铁矾（Jar）和石膏（Gp）。有机组分均在90％以上，以镜质组组分最高，其次是惰质组，最小的是壳质组。矿物组分含量均小于10％，以黏土矿物为主，其次为碳酸盐矿物和石英。 （3）淮南煤田深部山西组煤中黏土矿物主要是高岭石，以自生成因为主，主要来源于伏牛、大别古陆物源区云母和长石的风化，表明煤层是在海陆交互相的酸性到中性环境下形成；伊蒙混层矿物的出现表明了山西组煤层经历过三角洲前缘的沉积环境。石英主要以陆源碎屑来源为主，主要来源南部伏牛、大别古陆物源区。方解石主要是呈脉状分布的后生矿物，表明煤层在形成时的沉积环境是受到了海水影响的酸性环境；菱铁矿的存在表明其煤层的沉积环境为弱还原条件。黄铁矿可形成于成岩的各个阶段；苺球状黄铁矿的存在表明煤层在形成时可能受到海水的侵入。硫酸盐矿物石膏和黄钾铁矾主要是次生矿物。 （4）本次研究测试了16种微量元素，包括V、Cr、Mn、Co、Ni、Zn、Ga、Hg、Ge、As、Se、Sr、Mo、Cd、Ba和Sb。在不同煤层、同一煤层中的不同位置的分布差异较大。与上地陆壳相比，淮南煤田深部山西组煤中主要富集Zn、Ga、Hg、Ge、As、Se、Cd和Sb。淮南深部山西组煤中的Co、Ni、Zn、Mn、Hg和As以有机态和无机态赋存，无机态的Mn、Ge、Se在煤中主要以碳酸盐矿物为载体，Zn、Sr、As、Mo在煤中主要以硫化物矿物为载体，Cd、Ga和Sb以黏土矿物、硫化物矿物为载体，V与伊利石和白云石有关，Hg以黏土矿物、碳酸盐矿物和黄铁矿为载体的形式存在。 综上，本论文研究了煤中的微量元素与矿物学特征，阐明了矿物的含量分布与赋存形态，分析了矿物的地球化学成因，探讨了微量元素与矿物的关系，阐明了矿物的环境学特征，为预防煤炭开采和利用过程中产生的环境问题提供理论参考。
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