普安、晴隆矿区煤炭资源丰富,是贵州省重要的产煤基地之一。随着大力推进对煤炭资源可持续地、合理地开发与利用,如何最大限度地降低煤中有害元素在开采以及燃烧排放过程中对环境造成的严重污染,并将煤及煤灰中伴生金属元素作为一种潜在资源进行开发利用,这已成为煤地质学、煤地球化学的研究热点。因此,研究普安、晴隆矿区晚二叠世含煤岩系中微量和稀土元素的分布规律、富集特征,对于污染防治和促进煤炭资源的合理利用、实现煤炭经济的循环发展以及理论研究都具有重要意义。本文以普安、晴隆矿区晚二叠世含煤岩系(主体为煤层、煤灰及顶底板围岩)为研究对象,运用煤岩学、矿物学、沉积学、以及地球化学等方面的知识和方法,分别对宏观煤岩结构和构造特征、煤质特征、煤中微量、稀土元素的平均丰度、分布规律、富集成因以及有益伴生金属元素的富集成矿潜力进行了研究。具体研究成果如下:1.1.含煤岩系中微量、稀土元素的分布、富集特征通过与中国煤、贵州煤均值含量相比,并结合对富集系数的计算分析,结果表明普安、晴隆矿区晚二叠世各煤层原煤及煤灰中整体上具有较高的微量元素含量,明显富集Li、V、Cr、Ge、As、Nb、Mo、W和U等元素,其中Li、Ge、Ag、As、Mo、W和U等元素的富集程度更高。与地壳、沉积岩中的稀土元素丰度(150.68μg/g、135.37μg/g)以及中国煤、贵州煤中∑REE均值(117.69μg/g、96μg/g)相比,研究区煤中的∑REE均值含量(205.17μg/g)显著偏高,且相对富集轻稀土元素。而在原煤燃烧后,煤灰中微量、稀土元素含量出现几倍、几十倍甚至是近百倍的浓集,表明元素在煤灰中进一步浓缩并富集。此外,根据普安、晴隆矿区两组煤层剖面样品中的微量元素沿垂向上的含量分布特征和变化规律,发现顶底板岩石中很多微量元素要明显高于其所夹煤层中相应元素的含量。2.含煤岩系中有益伴生元素富集成矿潜力分析普安、晴隆矿区晚二叠世含煤岩系整体上具有较高的微量元素含量,其富集程度大致为:煤灰中>围岩>煤中。因此,将异常富集的有益伴生金属元素(如Li、V、Nb、Ga、Zr、Ag和U等)与相应矿种的边界品位和最低工业品位对比发现,普安宏发煤矿C17煤层中的Nb元素,以晴隆全力煤矿C19煤层为代表的各煤层煤灰中的Nb、Zr、V、Ga和U元素以及宏发煤矿C26煤层围岩中的Nb、Zr等元素的含量非常高,已基本达到或超过了相应矿种的边界品位或最低工业品位,又考虑到从粉煤灰以及围岩中提取上述元素能节省很多勘探开采成本,故理论上已具备进行工业利用的初步条件。另外,将研究区晚二叠世煤及煤灰中较高含量的稀土元素换算成稀土氧化物(REO)含量,并与相应最低边界品位对比,结果显示煤及煤灰中的稀土氧化物含量均未达到最低边界品位的要求,暂不具备开发利用价值。3.煤中微量、稀土元素的富集成因及来源分析普安、晴隆矿区晚二叠世煤中的∑REE远高于珊瑚、海水中的稀土元素总量,且不同煤层的煤样之间以及与峨眉山玄武岩的球粒陨石标准化后的稀土元素配分模式十分相似,Eu亦呈明显的负异常,这表明各煤层成煤作用期间稀土元素来源较为一致,主要与陆源碎屑(峨眉山玄武岩)联系密切。而∑REE与灰分、伴生元素的相关性分析则进一步表明,研究区煤中的稀土元素与无机组分即陆源岩联系密切。此外,稀土元素在平面上的分布具有越靠近物源区,煤中稀土元素含量越高的趋势。故认为,普安、晴隆矿区晚二叠世煤中的稀土元素以陆源碎屑来源为主,峨眉山玄武岩是其碎屑物质的主要母岩。普安、晴隆矿区晚二叠世煤中明显富集Li、Sc、V、Cr、Co、Ge、As、Nb、Mo、W、U等微量元素。研究认为,陆表迁移性较强的元素如V、Cr、Co、Ni等的富集主要受到物源区峨眉山玄武岩风化碎屑物质供给的控制。微量元素在煤中的富集也受到沉积环境的影响,受海水作用较强的环境,U、V、S、Mo等元素易于发生有限的富集。受成煤期同沉积火山灰沉降的影响,普安、晴隆矿区晚二叠世煤中Li、Nb、Zr、Mo和U等微量元素表现出一致富集的特点。另外,成煤期后的低温热液作用,使得各煤层,尤其是底部煤层(C19、C26)明显富集As、Mo、U和W等元素。总之,成煤期同沉积的火山灰沉降和成煤期后的低温热液作用,是普安、晴隆矿区晚二叠世煤中微量元素异常富集的重要原因,它们对煤中元素的富集可能不具有普遍性,一般出现在局部,但是其影响极为显著。