渝东地区W1井煤中稀土元素地球化学特征

张 华

(山东省煤田地质局第一勘探队， 山东 青岛 266427 )

1 引言

中国是煤炭生产与消费大国。煤炭作为我国主体能源，是一种重要的不可再生资源，在国家经济和国家战略中都占据着重要的地位。煤炭中包含74种稀土元素，稀土因具备独特的原子结构被广泛应用于国防军事领域[1～4]，具有不可替代的地位。近年来，伴随着节能环保、高端装备制造、新能源、新材料等新兴行业的发展，稀土的应用领域越来越广泛，在国家安全和经济可持续发展中的地位越来越重要。稀土已成为当下世界各国发展高精尖产业必不可少的原材料及国家重要的新兴战略性矿产资源[5～7]。

因为信息不畅通等原因[3]，这些仪器设备往往只在课题组或学院内部使用，存在闲置浪费现象，专业化服务能力也有待提高。另一方面，一些刚刚入校的年轻教师因为经费不足，没有能力购买需要的科研设备[4]；有些院系和科研院所有跨学科跨行业科研的需求；有些企业或个人因为技术创新研究或其他原因，也需要仪器设备，社会各界对于科研设施与仪器设备的开放共享具有广泛而迫切的需求。

近年来，许多学者对煤中稀土元素进行了研究，王子鸣[8]通过对西北地区某些煤层稀土元素研究，建立了基于 X 射线的干法预富集模拟模型。付志恒等[9]通过对刘家梁2#煤的研究，探讨了沉积环境对稀土元素含量变化的影响机制。朱士飞等[10]通过逐级提取实验，研究了粉煤灰中稀土元素赋存机理和富集状态。

四川盆地是我国重要的含油气盆地之一，渝东地处四川盆地，矿产资源储量丰富，虽然很多学者对煤中稀土元素进行了广泛研究，但对渝东地区煤中稀土元素的地球化学特征研究较少，稀土元素地化研究不仅能为研究区成煤环境提供有力依据，还能扩展渝东地区天然气勘探领域，故对该地区进行相关研究具有非常重要的意义。

2 地质背景

研究区位于扬子板块东缘，地处四川盆地的渝东地区。渝东地区构造格局既受控于四川盆地基底构造变形控制，同时，又受川东高陡构造及大巴山冲断构造变形的影响[11～14]，加上造山期发生的“三隆三坳”升降运动和各种地质营力的作用，共同奠定了川东地区复杂的构造特征和成藏背景。在构造发育的同时，渝东地区沉积地层以海相碳酸盐岩和页岩为主，分布面积广、沉积厚度大，这种构造特征和地层的发育，为渝东地区石炭系天然气的成藏提供有利的条件[15,16]。

渝东地区属于中上扬子台地，自震旦纪以来经历了极其复杂的构造运动，形成了以北北东方向为主并排分布的高陡构造带。区内主要包括万州向斜、方斗山复背斜、大池干井背斜和石柱向斜等次级构造单元，共同形成了渝东区块一系列典型的“隔挡式构造”[17,18]。

3 样品采集与测试

通过煤的工业分析可以判断煤质特征。煤层剖面各个分层的工业分析测定数据如表1 所示，7 个煤分层原煤水分( Mad )为1.42%～2.69%，平均2.03%；灰分( Ad ) 含量为28.03%～92.28%，平均55.29%，为特高灰煤。

4 煤质特征

本次主要对渝东地区W1井的钻孔样品测试结果进行了分析。共采集7块样品，分别对样品进行了工业分析、X 射线荧光光谱仪( XRF) 分析和电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)分析。其中工业分析参照国家标准 GB /T 212—2008。

后来，那个柯察金也曾请教过江大亮，问江大亮是用什么法子让吉尔金娜倾倒的呢？江大亮就不怀好意地说：“你若是戴上个绿帽子，就会把你的男人功能增强好几倍。”这个呆头呆脑的柯察金真就买了顶绿帽子戴上了，过些日子又愁眉苦脸地对江大亮说：“我戴上绿帽子了，怎么还是吸引不住吉尔金娜呀？”江大亮就笑个稀软，心里暗暗地说，真他妈的傻老毛子，骂人的话也当真。

店主说：那个谁，我说不出来，她说你女朋友咯，她比你着急多了，她说你的摩托车早点修好你就早点能见她。我说你这男的也真是的，是你去泡妞又不是你的摩托车泡妞，你又不是用排气管干人家的，要等什么摩托车修好。

5 微量元素富集特征

5.1 常量元素含量特征

δEu、δGd和δCe分别表示Eu、Gd和Ce元素的异常程度[18]，如果值小于1，说明该元素负异常。经过实验结果处理，发现研究区的δEu值介于3.03～11.28，平均5.23，均大于1；δCe介于0.62～0.78，平均0.72，Ce负异常。

在Citespace V界面中，选择时间段为2008-2017年，选择“Institution”作为Node type，设置Top 50 per slice为阈值，选择MST算法精简网络，最后得到的研究机构图谱由92个节点、12条链接线构成。节点为年轮状，节点与研究机构字体的大小跟该机构总体频次成正比[6]。

表3 各样品比值

通过实验测得研究区煤中15种稀土元素，通过处理分析实验结果，并将其与目前公认的标准值对比。微量元素含量如图1所示，与中国值相比，发现实验测得的元素含量远高于中国值。与世界值相比，实验测得的元素含量远高于世界值。与上地壳值相比，实验测得的元素含量远上地壳值。可见研究区煤中稀土元素含量较高。

5.2 稀土元素的地球化学特征

MgO/CaO 值可以指示气候变化，通常低值反应为潮湿气候，反之为干热气候。渝东地区W1井煤样MgO/CaO介于0.03～7.50之间，平均值为1.21，由此可见渝东地区W1井处于温暖潮湿的环境。

图1 各煤样微量含量的分布折线

元素标准化后的比值可以分析元素的富集程度，若LaN/LuN小于1，为重稀土富集；当LaN/SmN<1且GdN/LuN>1，为富中稀土型；若LaN/LuN大于1，为轻稀土富集[18]。 如表4可知，研究区LaN值均远大于1，平均值为291.85；LuN值均大于1，平均值为28.98；SmN值均大于1，平均值为74.27；GdN介于0.9～21.58，平均值为10.03。7个样品的LaN/LuN及LaN/SmN的比值大于1，表明研究区煤中元素为轻稀土富集。

Mg O/Al2O3比值可以反映水体盐度，见表2，当镁铝比值小于 1 时为淡水环境，比值介于 1～10 时对应为海陆过渡性沉积环境，比值在 10 到 500 范围内时，水体盐度较高；当比值大于 500 时，为陆表海环境。由表3可知研究区MgO/Al2O3介于0.02～0.12，平均0.06，对应表2中的镁铝比值可知，渝东地区W1井成煤环境为海陆过渡性沉积环境。

表4 标准化比值

实验测出了渝东地区W1井煤中常量元素氧化物含量。煤中常量元素氧化物以 SiO2和Al2O3为主，SiO2含量为 34.81%～50.83%，均值为42.98%；Al2O3含量为16.20%～28.82%，均值为21.58%； SiO2/Al2O3含量比为 1.72～2.42，平均2.03。其余依次是：Fe2O3(11.09%)、CaO(7.71%)、SO3(7.01%)、TiO2(2.65%)、K2O(1.50%)、Na2O(1.46%)、MgO(1.46%)、MNO2(0.03%)。

5.3 煤中稀土元素的分布模式

通过元素分配模式图可以看出研究区元素的分布模式(图2)，7个样品整体趋势类似，从左至右，由陡到缓。轻稀土元素部分变化较大，整体含量明显高于趋势平缓的中稀土和重稀土元素。图2中Ce亏损，这与上文中Ce呈现负异常相对应。总体特征与被动大陆边缘相似，这说明研究区煤沉积在被动大陆边缘构造环境中。

图2 稀土元素分布模式

6 结论

(1)7 个煤分层原煤水分(Mad)为1.42%～2.69%，平均2.03%；灰分(Ad) 含量为28.03%～92.28%，平均55.29%，为特高灰煤。

抗战开始以后，南京政府摒除社会力量，建立起统一的合作行政体系，将农业合作事业置于政府控制之下，形成对农业合作事业的强制性制度推进。在强制性制度安排之下，中国农业合作事业完全丧失发展的自主性，无论从发展模式、发展速度亦或业务经营等方面，均服从于政府的行政指令，农业合作组织也被作为政府推行经济政策，维护政治统治的工具之一。在此背景之下，早期农业合作事业的自助与互助性质丧失殆尽。迄今为止，对抗战以后农业合作事业及合作金融问题尚缺乏系统性研究，尤其是1946—1949年间的研究基本处于空白。通过探讨政府垄断模式下农业合作金融的兴衰变革，透视在强制性制度安排下，中国农业合作事业的被动发展历程。

(2)煤中常量元素氧化物以 SiO2和Al2O3为主，SiO2含量为 34.81%～50.83%，均值为42.98%；Al2O3含量为16.20%～28.82%，均值为21.58%； SiO2/Al2O3含量比为 1.72～2.42，平均2.03。其余依次是：Fe2O3(11.09%)、CaO(7.71%)、SO3(7.01%)、TiO2(2.65%)、K2O(1.50%)、Na2O(1.46%)、MgO(1.46%)、MNO2(0.03%)。渝东地区W1井成煤环境为温暖潮湿的海陆过渡性沉积环境。

(3)研究区7个样品中的15种稀土元素含量均远高于中国值、世界值和上地壳值。煤样中LaN/LuN及LaN/SmN的比值大于1，表明研究区煤中元素为轻稀土富集。δCe平均0.72，Ce负异常。样品轻稀土元素部分变化较大，整体含量明显高于趋势平缓的中稀土和重稀土元素。