淮南地区矿化带中同位素分布的地质环境约束

周 锐

（安徽工业经济职业技术学院，安徽 合肥 230051）

矿化带（煤）是历史时期一种特殊的地质产物，亦是一种重要的气候敏感沉积物[1]。煤的沉积开始于晚泥盆世，在此之前由于木本植物在陆地上并不广泛发育，煤的分布范围很小。

通过对淮南地区矿化带碳同位素分布规律的研究，不仅可以作为区域环境气候变化的有效例证，还可以为泛大陆等全球性事件的研究丰富资料，同时也是利用矿化带碳同位素进行古生代研究的又一次尝试。

1 地质背景

淮南矿田位于安徽北部，华北板块东南隅，东起郯庐断裂，西至商丘-麻城断裂，北抵蚌埠隆起，南邻合肥凹陷[2]。煤田呈复向斜形态，主体构造线轴向为北西西-东西。矿化带厚约740m，其中可采矿层总厚约为33m，可分为7个含煤段，主要为一套砂岩、粉砂岩、泥岩夹煤层的三角洲碎屑岩沉积体系[3]。

2 样品采集与测试分析

2.1 样品采集

本次研究的样品均采自淮南地区不同矿中矿化带内，包括山西组、下石盒子组和上石盒子组中的13个层位共207个矿化带样品（煤样品），具体为山西组的1煤组11个样、3煤组7个样，下石盒子组的4煤组36个样、5煤组24个样、6煤组21个样、7煤组29个样、8煤组24个样、9煤组4个样，以及上石盒子组的11煤组24个样、13煤组20个样、14煤组1个样、15煤组1个样、17煤组5个样。

2.2 测试与分析

对采集到的块状煤样进行筛选和分样，研磨过160目筛，然后取10g样品放置于密封袋中以备测试。有机碳同位素分析采用高温灼烧氧化法，用MAT-252型质谱仪测定CO2的δ13C值。测试结果以δ值表示：

其中R为13C/12C值，Sa为待测样品，St为国际通用标准PDB，所测试样品误差在0.2‰以内。

3 结果与讨论

3.1 煤中有机碳同位素丰度及变化趋势

淮南地区矿化带（煤）中δ13C值范围基本稳定在-22.28‰--26.13‰之间，平均值为-24.09‰，与中国及世界其他地区腐殖煤的有机碳同位素平均值进行对比，差异并不显著。淮南煤中δ13C值从下向上显示出逐渐正偏的特征，整体最大偏移量为1.36‰。

仅在5煤组和11煤组发生了明显的负偏移现象，但偏移幅度较小，其中5煤组相比下部4煤组的偏移量为-0.46‰，而11煤组相较下部9煤组的偏移更小，仅为-0.27‰。

3.2 煤中有机碳δ13C值影响因素

3.2.1 煤有机显微组分对δ13C值的影响

在淮南矿区二叠纪矿化带（煤）有机显微组分中，以镜质组为主，含量为46.95%～80.00%，惰性组次之，占13.96%-40.88%，而壳质组含量最少，为5.4%-25.24%。由于深矿层有机显微组分组成特征并没有发生较大变化，因此没有对淮南矿区二叠纪煤层δ13C值的变化产生贡献。

3.2.2 植物对δ13C值的影响

前人的研究表明淮南地区二叠纪成煤植物主要为C3植物。现代C3植物的δ13C值一般较低，范围多分布在-20‰--38‰之间，并且在（-27±2）‰区间内数据出现的频率较高[4]。淮南矿区二叠纪煤层的δ13C值均落入现代C3植物碳同位素组成的典型范围之内。

3.2.3 大气CO2浓度对δ13C值的影响

大气中低浓度的CO2限制了植物的光合作用，因此细胞为了尽可能利用CO2，在羧化反应中来不及对13C产生分馏，使植物的δ13C值升高；相反，高浓度CO2大气环境下，羧化作用的阻抗能力明显增强，植物对13C的辨别力提高，优先选择利用12C合成有机物，直接导致植物中更加富集13C，即δ13C值降低。

4 结束语

基于本次研究，得到的主要结论有：

（1）淮南地区矿化带（煤）中δ13C值的变化范围在-22.28‰--26.13‰之间，平均值为-24.09‰，落入全球腐殖煤矿的δ13C值范围之内；

（2）淮南地区矿化带（煤）中δ13C值出现逐渐正偏的总体变化趋势主要源于全球大气CO2浓度的不断降低和区域气候的干旱性演化；

（3）淮南地区矿化带（煤）中碳同位素组成出现的小幅度负偏波动可能是由于大气CO2中δ13C值的贫化所影响的。