鄂尔多斯盆地西北缘石炭二叠纪煤中磷灰石成因及富集机理

Mineral matter in coals can reveals valuable information including the coal-forming environment, metamorphism of coal, multi-stage geologic process, geologic history of coal-bearing sequences and regional tectonic history. Apatite is an important carrier of rare earth elements. The contents, ratios and distribution patterns of rare earth elements of apatite, can sensitively reflect the characteristics of their genesis and occurrence systems. Apatite is a excellent indicator for diagenesis and palaeoenvironment. This study choose the apatite in C-P coals from Northwestern Ordos Basin as research object. The modes of occurrence and spatial distribution pattern of apatite in C-P coals from Northwestern Ordos Basin will be studied in detail by a series of analytical testing methods including LA-ICP-MS, XRF, LTA-XRD and SEM-EDX+EBSD, as well as using the knowledge of coal petrology, mineralogy, geochemistry and sedimentology. The trace element enrichment characteristics and distribution pattern of rare earth elements of apatite from different coal seams will be deeply analyzed and contrasted. The geological-geochemical factors, including volcanic activity, hydrothermal fluid, biological activity and influence of seawater will be studied. The source and origin of apatite in C-P coals from Northwestern Ordos Basin will be ascertained. Based on evolution history of the Northwestern Ordos Basin, the enrichment mechanism of apatite will be proposed.

煤中的矿物质可以反映聚煤环境的地质背景和煤层形成后所经历的各种多期次的地质作用，有助于阐明煤层的成因、煤化作用以及区域沉积和构造演化等诸多理论问题。磷灰石是稀土元素的重要载体，其微量元素特别是稀土元素的含量、比值、分布模式能灵敏地反映其成因和赋存体系的特点，是成岩过程和古环境的优良指示剂。本课题以鄂尔多斯盆地西北缘石炭二叠纪煤中磷灰石为研究对象，利用LA-ICP-MS、XRF、LTA-XRD、SEM-EDX+EBSD等测试技术，运用煤岩学、矿物学、地球化学等学科理论，深入研究煤中磷灰石的空间分布特征和赋存状态，分析对比不同煤层、不同赋存状态磷灰石的微量元素富集特征和稀土元素分布模式，结合鄂尔多斯盆地的演化历史，综合分析煤层形成过程中火山活动、海水的影响、热液流体及生物活动等因素，查明鄂尔多斯盆地西北缘石炭二叠纪煤中不同类型、不同赋存状态磷灰石的成因及其物质来源，阐明煤中磷灰石的富集机理。

磷灰石是一些微量元素的载体矿物，尤其是稀土元素（REY），其含量、比值以及分布模式能灵敏地反映煤系地层在泥炭化作用阶段、成岩作用阶段以及煤化作用阶段的特点，是成煤环境和过程的有效指示剂。本课题以鄂尔多斯盆地西北缘晚石炭-早二叠世煤系中磷灰石为研究对象，利用LA-ICP-MS、XRF、LTA-XRD、SEM-EDX+EBSD等测试技术，运用煤岩学、煤化学、统计学、矿物学和地球化学等学科理论，深入研究煤系地层中磷灰石的种类、赋存状态、空间分布、磷源以及磷灰石的成因和富集机理。研究发现：在鄂尔多斯盆地西北缘晚石炭-早二叠世煤中磷灰石主要为氟磷灰石，且磷灰石并没有均匀的分布于各煤分层中，而是在一些独立的煤分层中磷灰石含量极高。磷灰石大部分充填于丝质体或半丝质体等显微组分的胞腔中，是埋藏、压缩以及有效的孔隙空间尚未关闭之前，煤化作用早期自生沉淀的结果。一些磷灰石充填在裂隙中，形成较晚，是在埋藏、压缩以及热成熟之后形成的，这些磷灰石大部分是煤化作用后期随着煤级升高热液作用的产物。充填胞腔以及裂隙的磷灰石整体稀土元素含量REY较低，均以富集轻稀土元素（LREY）为特征。在鄂尔多斯盆地西北缘煤系中还存在着少量的陆源碎屑磷灰石，大多呈透镜体状，颗粒状，或者和有机组分交互混杂，这类磷灰石的特点和岩浆型磷灰石类似，总体稀土分布模式比较平缓，显示出Eu的负异常。鄂尔多斯盆地西北缘煤中的磷主要来自于原始成煤植物中的含磷有机质，晚石炭-早二叠世的鄂尔多斯盆地西北缘受海水影响，弱碱性到中性的Ph值、泥炭沼泽处于较低水位以及较干燥的氧化环境均有利于磷灰石的富集。