宁夏任家庄煤矿9^#煤中硫的地球化学特征及其沉积环境.pdf

第32卷5期 2020年5月 doi 10. 3969/j. issn. 1674-1803. 2020. 05. 02 文章编号1674-1803 2020 05-0007-05 宁夏任家庄煤矿9煤中硫的地球化学特征及其沉积环境 吴蒙u ， 秦 云 虎 \ 熊 科 3,刘伟民3, 杨 柳 1 1 .江苏地质矿产设计研究院， 江 苏 徐 州221006; 2 .中国煤炭地质总局煤系矿产资源重点实验室， 江 苏 徐 州221006; 3 .中国煤炭地质总局一七三勘探队， 河 北 涿 州072750 摘 要煤中硫的研究对高硫煤的开采、 加工和利用具有重要意义。采用元素分析、 形 态 硫 分 析 、 电感耦合等离子 质谱等方法分析了任家庄煤矿91 *煤中硫的分布规律、 微观赋存状态及沉积环境。结果表明任家庄煤矿9煤为中- 高 硫 、 高硫煤， 有机硫为主， 黄铁矿硫次之。黄铁矿的微观赋存形态包括莓球状、 自形与半自形细粒状、 不规则块状 和充填胞腔状。V煤形成于海相、 干 燥 、 氧化、 多期海进海退的沉积环境， 煤中硫的形态和含量主要受海水影响。 关键词 硫;煤;黄铁矿;沉积环境； 宁夏 中图分类号P596; P618. 11 文献标识码A 中国煤炭地质 中国煤炭地质 Vol. 32 No. 5 COAL GEOLOGY OF CHINA May. 2020 Geochemical Feature and Sedimentary Environment of Sulfur in Coal No. 9 of Renjiazhuang Coalmine, Ningxia Wu Meng丨 2, Qin Yunhu1, Xiong Ke3, Liu Weimin3 and Yang Liu1 1. Jiangsu Design Institute of Geology for Mineral Resources, Xuzhou, Jiangsu 221006； 2. Key Laboratory of Coal Measures Mineral Resources, CNACG, Xuzhou, Jiangsu 221006； 3. No. 173 Exploration Team, CNACG, Zhuozhou, Hebei 072750 AbstractThe study of sulfur in coal has significance in high sulfur coal mining, processing and utilization. Through ultimate analysis, s of sulfur analysis, and inductively coupled plasma mass spectrometric analysis etc analyzed coal No. 9 sulfur distribution pattern, microscopic hosting state and sedimentary environment in the Renjiazhuang coalmine. The results have shown that coal No. 9 in Renji azhuang coalmine is medium-high and high sulfur coal, mainly organic sulfur, followed by pyritic sulfur. Pyrite microscopic hosting s include framboidal, idiomorphic and hypidiomorphic fine granular, irregular blocky and infilling cellular cavity s. Coal No. 9 has ed in marine facies, dry, relatively oxidized multiple transgression and regression environment, the s and content of sulfur in coal mainly impacted by sea water. Keywordssulfur； coal； pyritic sulfur； sedimentary environment； Ningxia 随着中-高硫煤在能源供给中比重的增加， 燃 烧过程产生的硫化物会腐蚀锅炉管道[1]， 排出二氧 化硫等酸性气体形成酸雨， 对农作物、 建筑材料及人 体健康造成巨大危害[2]。汤达祯等[3]认为淡水作 用下的成煤环境， 煤中硫的聚集与植物类型、 水动力 条件以及覆水深度密切相关。刘大猛等[4]基于华 北晚古生代主采煤层共识别出霉球状、 自形粒状、 鱼 子状等8 种类型的黄铁矿， 指出沼泽水介质性质是 煤中硫含量高低的决定性因素。邓奇根等[5发现 基金项目 中国煤炭地质总局科技专项基金（ZMKJ-ZOW-lO.ZMKJ- sOig-jU 联合资助, 第一作者简介吴蒙（1990） ， 男， 河南信阳人， 硕士， 工程师,主要从 事地质矿产勘查开发研究工作.； 收稿日期2020-02-24 责任编辑宋博辇 新疆地区西山窑组煤中有机硫主要来自高等植物， 无机硫来源于卤水和蒸发盐岩。代世峰等[6]认为 煤中硫受原始植物、 海水侵入泥炭沼泽共同影响。 段飘飘[7]研究贵定煤、 砚山煤和合山煤时， 发现强 烈的海水或热液导致煤中有机硫含量高， 海陆交互 相的成煤环境有机硫含量偏低。因此， 煤中硫的赋 存状态和沉积环境研究对高硫煤的开采、 加工和利 用具有十分重要的意义[M]。本文以任家庄煤矿9 煤为研究对象， 分析了煤中硫的分布规律、 赋存特征 及其沉积环境。 1地质背景 任家庄煤矿东北部与红石湾煤矿相邻， 南部以 甜水河井田为界， 位于稳定的华北板块鄂尔多斯盆 地西缘马家滩-甜水堡地段[ 1 ]。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 8 8 中国煤炭地质 第 3 2 卷第 3 2 卷 SN向（ 图 1。研究区主要含煤地层为太原组和山 西组， 发育一套近海海陆过渡相的含煤沉积体系， 太 原组为滨海碳酸盐陆棚沉积体系11。9煤层形成 于晚石炭世太原期， 其中， 晚石炭世， 鄂尔多斯盆地 沉降， 海水从西侧向盆地扩散， 泥炭堆积在洼地中 心 ， 并逐渐向四周扩展， 大部分的泥炭沼泽连成一 片， 加上温暖潮湿的古气候， 有利于植物的生长、 泥 炭沼泽的发育， 形成规模大、 分布广的煤层[12 ]。 研究区9煤层分布较稳定， 最小厚度为0. 73m,最大 厚度为7. 84m,平均厚度为5. 12m;可采煤层厚度为 0. 73〜 6. 90m,平均厚度为4. 52m。9煤镜质组反射 率为0. 670. 75,处于气煤和肥煤阶段。 2样 品 采 集 及 测 试2样 品 采 集 及 测 试 图2刻槽采样示意图 Figure 2 Schematic diagram of trench sampling AE100、 微电脑时温控制仪（DTXL2000和自动 测硫仪ZCL-3分析了煤中水分、 灰分、 挥发份和全 硫， 其中灰分测定时， 马弗炉的温度为815 10 1 。 煤中微量元素采用电感耦合等离子体质谱仪（ ICAP -QC ICP - MS测试。利用显微光度计（ DMRXP - MPV-SP观察煤中硫的赋存状态。 3结果和讨论 所有样品均采自宁夏东部的任家庄煤矿9煤 层 ， 共采集34块钻孔样及15块井下刻槽样。井下 刻槽采样按照国标（GB/T 4822008， 从煤层剖面 自上而下刻槽， 刻槽间距10 cm,刻槽深度5 cm图 2。其中煤样采出后迅速装人塑料袋中以防止污 染和氧化。在实验室内， 将采集的煤样粉碎用以后 续的工业分析和元素分析。 采 用 鼓 风 干 燥 箱 （ 101 - 2ES 、 电 子 天 平 3. 1煤中硫的分布规律3. 1煤中硫的分布规律 任家庄煤矿9煤中全硫质量分数为1.51 4. 09,平均为2.92， 高硫煤主要位于煤矿南部， 低硫煤分布在煤矿中部、 北部局部范围， 总体上， 全 硫含量从北向南表现出“ 先减小后增加” 的趋势（ 图 3a。其中， 黄铁矿硫质量分数为0. 15 1.91,平 均值为0. 75,占全硫质量分数的9. 83 64. 34, 煤矿黄铁矿硫含量整体偏低， 高值区域分布于煤矿中 5 期5 期吴 蒙 ， 等 宁夏任家庄煤矿9煤中硫的地球化学特征及其沉积环境吴 蒙 ， 等 宁夏任家庄煤矿9煤中硫的地球化学特征及其沉积环境9 9 2.0 3.0 4.0 5.0 0 10 20 30 W 5u d / AJ 图4 9煤 中5 与 \ ]和 欠 的 关 系 Figure 4 Relationship between S0 d , S, d and Ad in coal No. 9 a全硫等值线图b黄铁矿硫等值线图 图3研 究 区9煤硫分等值线图 Figure 3 Isogram of coal No. 9 sulfur contents c有机硫等值线图 部、 南部局部范围（ 图 3b。有机硫质量分数为1.0 2. 91， 平 均 值 为 2. 15,占 全 硫 质 量 分 数 的 33. 9289. 83， 有机硫高值区域分布于煤矿南部、 和中北部局部， 低值区域分布煤矿中南部（ 图 3c。 统计发现， 有机硫呈现随着全硫含量升高而升 高的趋势， 相关系数为〇 . 583 6图 4a,煤中有机硫 随着灰分产率升高而降低的趋势， 相关系数为 0. 574 2图 4b。表明有机硫主要赋存煤中。 3. 2硫化物的赋存特征3. 2硫化物的赋存特征 任家庄煤矿9煤中黄铁矿是主要的硫化物类 矿物。黄铁矿的宏观赋存类型为斑点状和薄膜状， 一般赋存于亮煤、 镜煤的解理面， 其分布受煤层裂隙 /3警 /3 1010 中国煤炭地质 第 3 2 卷第 3 2 卷 发育程度控制[1_ 21]。微观赋存形态包括莓球状、 自形与半自形细粒状、 不规则块状和充填胞腔状。 莓球状黄铁矿， 有几十到数百颗细粒莓子聚集球 粒内部， 单个莓球粒径为5 12 |xm,等粒状莓球粒 径 ， 其晶体切面呈多边形， 平均粒径为0.5 xm,有 的莓球状黄铁矿颗粒互相黏结成块状（ 图 5a。 自 形 、 半自形细粒状黄铁矿， 粒 径 为 2 10 pm,常常 独立存在， 以浸染状分布于基质镜质体中（ 图5b，， 有时和方解石一起充填裂隙（（ 5f。。不规则块状黄 铁矿， 粒 径 一 般 为 25 200 pm,表面光滑或有孔 洞， 可从显微组分中解离出来（ 图 5c。充填胞腔 状黄铁矿,粒径为580 多个黄铁矿颗粒聚集 镶嵌基质镜质体中（ 图 5d,与黄铁矿一起充填于 细胞腔（ 图 5e。 图5煤中黄铁矿的显微特征 Figure 5 Microscopicfeatures of pyrite in coal 3. 3沉积环境 本文通过煤层中钡（Ba、 锶（Sr 、 钛 （Ti等微 量元素含量及其分布规律， 反演沉积时期地质地理 条件， 以此来表征任家庄煤矿9煤的成煤环境。 一般来说， 从淡水到咸水环境， 沉积物中Sr/Ba 值总体上增大， 通常Sr/Bal. 0 指示海相咸水环境, Sr/Ba7.0代表贫氧、 过渡环境, Ni/Co2. 0 时为厌氧环境， 位 于 1.5 〜1 . 8 之 间 为 贫 氧 环 境 ，Ce/La d、SM含量呈升高的趋 势， 海进序列9 煤中的含量 呈 降 低 的 趋势（ 图 8。表明任家庄煤矿9煤中硫的形态和含 量受海水影响。这与“ 黄铁矿硫形成需要丰富的硫 源和有利于细菌活动的厌氧环境21]， 以及造成太原 组煤中硫含量、 形态差异主要受成煤时期海水影响 不 同 观 点 相 一 致 。 图8 Ce/La、\ , ,、SM、S„,d 垂向分布图 Figure 8 Ce/La, St dt Sp d and 50 d vertical distributions 4结论 1 任家庄煤矿9煤中全硫质量分数为1.51 〜〜 4. 09,平均为2. 92,属中-高硫、 高硫煤。其中 有机硫为主,黄铁矿硫次之。有机硫与全硫含M呈 正相关性， 与灰分产率呈负相关性。 2 任家庄煤矿9煤中黄铁矿的宏观赋存类型 为斑点状和薄膜状。微观赋存形态包括莓球状、 自 形与半自形细粒状、 不规则块状和充填胞腔状。 3 任家庄煤矿9煤主要形成于海相、 干燥、 较 为氧化、 多期海进海退的沉积环境。煤中硫的形态 和含量主要受海水影响。 参考文献 [ 1] 刘贝， 黄文辉,敖卫华， 等.泌水盆地晚古生代煤中硫的地球化学 特征及其对有害微量元素富集的影响P ] .地学前缘,2016,233 59-67. 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