摘要
伊犁盆地作为国家规划的新疆四个大型煤电、煤化工基地之一,在能源供应中具有重要地位。然而，盆地部分区域煤中铀含量较高（几十到几千μg/g），煤中铀等微量元素的含量、空间分布和共赋存关系不清楚，物质来源、迁移和富集机理也不清楚，高铀煤的环境危害程度不明确。论文以伊犁高铀煤中放射性核素、有害元素以及关键金属为研究对象，通过微区分析、相关性分析等手段揭示了上述元素的共生组合关系和赋存特征，矿物学特征以及控矿地质因素，明确了高铀煤的成因机理。在此基础上，量化了高铀煤的放射性水平,评价了其环境污染潜势和关键金属资源潜力。取得了以下主要成果： （1）查明了伊犁高铀煤的煤岩煤质和矿物学特征，指出了煤中铀的主要载体矿物为沥青铀矿和铀石。 伊犁高铀煤属于高挥发分、高灰分中硫烟煤，煤岩显微组分中惰质体含量明显高于镜质体。煤中黄铁矿极为发育且嵌布方式多样，石英多呈粒状、不规则棱角，分选性和磨圆度均较差，高岭石呈粒状、细小鳞片状晶体，集合体呈卵圆状、不规则多边形和浸染状分布于有机质中。煤中还发现了金红石、独居石、硒铅矿、硒单质、重晶石、白硒铁矿、磁黄铁矿、铀石、沥青铀矿、含钛铀矿物、闪锌矿、铁的硫酸盐等多种稀见矿物。 （2）明确了伊犁高铀煤中U等50多种元素含量水平、共生组合特征。 煤中常量元素无明显异常，其中CaO和K2O呈轻微富集，Fe2O3和Al2O3轻微亏损。微量元素中U和Re异常富集，Se、Mo和Ta高度富集，Hf富集，Be、F、V、Cr、Co、Ni、Zn、Ga、Ge、Rb、Zr、Cr、Cs、W、Pb轻微富集，Bi亏损。煤中Ta、Hf、Tl、U、W、Se、Re、V、Co、Ni可能与有机质与黏土矿物均有关联。In、Bi、Rb、Cs、Cr、Li、Zr、Th、Sc、Ga、Pb可能主要存在矿物相；Fe、Ba、Ca、Hg、Mn可能主要与硫化物和硫酸盐有关；As和Mo可能与黄铁矿和有机质均有一定关联。P、Sr、B可能与伊利石和磷酸盐矿物有关。煤中REE和Y（REY）未见显著富集，稀土分配模式为不常见的左倾曲线。 （3）量化了高铀煤的放射性核素水平，评价了煤中关键金属成矿潜力。 伊犁高铀煤中放射性核素含量远超《建筑材料放射性核素限值》中建筑主体材料限值（IRalt;1，Irlt;1）和建筑装修装饰材料限值（IRalt;1.3，Irlt;2.8）的最低要求；近1/3煤样品中238U显著超出《有色金属矿产品的天然放射性限值》规定的限制值1000Bq/kg；近1/3煤中天然放射线核素超过新疆《煤炭资源开采天然放射性核素限量》标准规定的禁止开采利用标准（3700Bq/kg），2/3样品中放射性核素含量达到限制使用标准（100～3700Bq/kg）。 煤中具有土壤污染潜势的元素有Cd、Cu和Ni为主，其次为As、Hg、Cr和Zn，而Pb基本不具备污染潜势。盆地南部煤中具有成矿潜力的关键金属主要有U、Re和Ta，其次为Y和Mo，偶有Se、Sc和REE达到可利用品位；盆地北部U通常不具成矿潜力，但Sc、V、Ga、Zr和Y有时达到可利用品位。 （4）明确了煤中铀的源-汇-聚过程，揭示了高铀煤的成因机理。 高铀煤是物源、构造、沉积、水文地质、古气候以及还原剂等多因素耦合的结果，其中热液流体活动可能是煤中铀富集的直接原因。构造活动导致源区富铀母岩暴露并接受剥蚀，形成的单斜构造有利于补给区的富铀流体沿盆缘斜坡带向盆内运移，沉积演化形成的中粗粒厚大砂岩体为富铀流体的运移提供了的良好通道和储矿空间，由湿润向干旱转变的古气候条件加速了水分蒸发并导致富铀流体中铀浓度的提高，进而在运移受阻（砂体变薄或由砂向泥或煤过渡部位）或遇煤、烃、黄铁矿等还原介质时发生沉淀和富集。
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