摘要
太原西山石炭-二叠系煤田是中国重要的煤炭生产基地，受燕山期岩浆活动和多期次构造热事件的影响，煤田流体活动广泛发育。本文从流体的物质组成入手，通过显微镜观察、微量元素、C-O-Sr-S同位素和流体包裹体等多种测试手段，对流体矿物组成、微量元素和同位素组成进行分析，查明流体的期次、性质及其演化特征。取得如下研究成果： （1）煤田石炭－二叠系地层存在两类脉体矿物，分别是碳酸盐矿物（白云石、方解石）和黄铁矿。白云石脉主要分布在2#煤层，而方解石脉主要发育在8#煤层顶板；黄铁矿脉广泛分布于2#煤层和8#煤层。方解石脉表现为轻稀土和中稀土富集的两种不同的配分模式。第一类为轻稀土富集的方解石脉的87Sr/86Sr值（0.7093）略低于第二类中稀土富集方解石脉的87Sr/86Sr值（0.7101）；两类方解石脉的C-O同位素组成与围岩灰岩一致。这些方解石的形成，是由于富Sr和含烃类流体与灰岩发生水－岩反应，灰岩溶解和CO2去气作用共同所致。白云石脉均表现为轻稀土富集型，2#煤层底板的白云石脉存在的明显δEu正异常，反映了存在热液流体活动；2#煤层中的白云石脉继承了围岩Eu元素负异常的特征，因此说明成矿流体可能来源于地层水，并与围岩发生水－岩反应，围岩溶解和CO2去气作用形成白云石脉。 （2）煤田内黄铁矿脉的Co/Ni＜1，表明黄铁矿为沉积成因黄铁矿。黄铁矿脉的S同位素值在不同煤层间差异显著，2#煤层黄铁矿脉的δ34SV-CDT值平均为-20.7‰，主要为生物硫成因，而8#煤层黄铁矿脉的δ34SV-CDT值平均为-3.71‰。主要为壳源硫，并受到海水硫的影响。2#煤层顶板黄铁矿脉的形成温度分布范围为130~160℃，平均145℃，属于低温热液；8#煤层底板黄铁矿脉的形成温度分布范围为400~460℃，平均433℃，属于高温热液。 （3）方解石脉中盐水包裹体的均一温度有3个范围，分别为70.0~80.0℃、100~110℃和130~140℃；盐度主要分布在16.0%~22.0%NaCleqv之间，表现出高盐度特征。三层砂岩（晋祠砂岩、七里沟砂岩、北岔沟砂岩）样品的流体包裹体表现为群状分布和带状分布两种类型，群状分布的流体包裹体的均一温度平均为117℃，带状分布的流体包裹体的均一温度平均为126℃，说明存在着两期不同的流体活动。山西组地层中北岔沟砂岩的流体包裹体的盐度比太原组晋祠砂岩、七里沟砂岩的盐度低；切穿石英颗粒的微裂隙的流体包裹体具有较高的盐度，而切穿石英颗粒及其次生加大边的微裂隙的流体包裹体的盐度普遍偏低，石英加大边内的流体包裹体的盐度普遍偏高。方解石脉的流体包裹体均一温度结合地层埋藏史，得出太原组地层（C3t）在三叠纪有3阶段油气充注：第一阶段为早－中三叠世（235Ma左右），低成熟度液态烃形成并早期注入，但未能成藏；第二阶段为中三叠世（225Ma左右），有机质进入成熟阶段，开始了生烃、排烃过程，局部成藏；第三阶段为晚三叠世（217Ma左右），有机质进入高成熟阶段，大量煤成烃生成并排出，该时期是煤成烃主要成藏期。
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