黔西南煤层主要伴生矿物中汞的分布特征

煤和含煤岩系中潜在的共伴生矿产资源~

———一个值得重视的问题
摘 要 煤是一种具有高度还原障和吸附障性能的有机岩和矿产，在特定的地质条件下，可以富集一些有益金属元素，并达到成矿的规模。综合国内外一些研究资料，论述了煤和含煤岩系中有益金属铌、镓、铼、钪的丰度、赋存状态、地质成因以及利用的可能性。煤中稀有金属元素富集或成矿的研究，是煤地球化学和矿床地球化学重要内容之一，值得进一步加强。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

煤的微量元素组成中有一些珍贵的有益元素，有的已富集成相当规模的共伴生矿床，日益受到重视。例如，在哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦和新疆伊犁、吐-哈等侏罗纪含煤盆地中，都发现了煤层顶板砂岩层及部分煤层中共生的大型铀矿床，其中有的已形成生产能力。又如，在云南临沧、内蒙古乌兰图嘎矿区和俄罗斯滨海边区所发现的中、新生代大型褐煤—锗矿床，这些矿床的主要特征见于众多文献［1～8］。
近年在煤中又陆续发现了高度富集的镓、铌、铼、钪等稀有金属元素以及稀土元素和银、金、铂族元素等贵金属元素。这些高含量的煤中微量元素，不少都是潜在的重要战略矿产资源，或者是经济上可回收利用的煤加工的副产品。加强对其勘查，深入研究其赋存状态和富集规律，有利于充分、合理利用煤炭资源及共伴生的矿产资源，发展循环经济。
本文综合文献及已知信息，仅就铌、镓、铼、钪等元素，简述如下。
一、铌(Nb)
铌是一种抗蚀性强的高熔点的稀有金属，其合金超耐热、超轻，可用作导弹、火箭和航空航天发动机的重要材料，也是重要的超导材料，是世界上需求量较多的稀有金属。地壳中铌的克拉克值为21μg/g，据Ketris和Yudovich［9］，全球煤中铌的平均含量为3.7μg/g。俄罗斯学者Середин建议当煤中铌含量≥300μg/g时，可作为伴生有用矿产评价［6］。
煤中铌的异常可能是同生的，主要是与风化壳共生的煤往往富含铌，在表生带条件下，铌可与有机酸结合，如在含黄腐酸的溶液中有含铌矿物粉末，在4、5个月中可使溶液含铌达1mg/L即高出自然水中的几百倍。
其次，当煤层中有酸性火山碎屑蚀变的tonstein时，亦会与其相邻的煤中铌富集，Hower等报导美国肯塔基州东部FireClay煤层的tonstein夹矸层上下分层的煤中铌含量异常高，分别达到55～88μg/g和76～150μg/g［10］。
煤中铌的异常亦可能是受含金属热液的影响，Seredin报道［11］，俄罗斯远东地区一个地堑型始新世褐煤，由于受富含铌的碳酸型热液的改造，使煤中铌含量达60μg/g。
世界上一些煤中富含铌，俄罗斯库兹涅茨煤田二叠纪煤中铌含量可达30～50μg/g，而煤灰中达180～360μg/g，米努辛斯克石炭—二叠纪煤田伊塞克斯煤产地30号煤层中铌含量为90μg/g，而煤灰中铌含量为580μg/g。波兰日塔夫煤田两层厚达90m和22m的中新世褐煤中富集铌，其煤灰中铌含量超过200μg/g［6，12，13］。
广西合山上二叠统煤中铌含量均值为50μg/g，其中柳花岭矿4下煤层1.1m厚的上分层煤中含铌126μg/g，换算成煤灰中含铌689μg/g［14］。据Dai等，贵州织金煤田上二叠统34号煤层铌含量的均值为64μg/g，大方煤田上二叠统3号煤层铌含量为80μg/g［15～17］。
Spears和Zheng［18］对英国主要煤田煤的分析表明，伊利石是煤中铌的主要载体。刘大锰等［19］对山西安太堡矿的分析，也得出了相似的结论。俄罗斯库兹涅茨煤田煤中铌主要富集在烧绿石和钽铁矿中。Palmer等［20］用六步逐级化学提取方法证实，所研究煤中66%的铌为有机态。Querol等［21］对土耳其Beypazary新近纪含硫褐煤的研究表明，煤中以有机态铌为主。由此可见，不同煤中，铌的赋存状态各不相同，因地而异。
代世峰等［22］、周义平［23］报道了中国西南地区受碱性火山灰影响的煤和碱性火山灰蚀变黏土岩夹矸(Tonstein)中高度富集Nb。碱性Tonstein不仅可以作为等时标志层，而且可以根据含煤岩系中碱性Tonstein的层数、厚度的空间分布规律，有可能寻找到古火山口的位置，对于与碱性火山岩建造有关的稀有元素找矿具有重要的意义。
二、镓(Ga)
镓是典型分散元素，是用于光纤通讯设备、电脑和彩电显示的材料。镓的克拉克值为16μg/g［24］。在自然界难以形成独立的镓矿床，而主要从铝土矿及闪锌矿矿床开采中综合回收。全球煤中的镓含量为5.8μg/g，而煤灰中镓含量的均值为33μg/g［9］。我国煤中镓含量的均值为6.5μg/g［7］。
世界上有些煤田煤中镓含量比较高，一些煤的煤灰中镓含量高达几百μg/g，因此，富镓煤的燃烧副产品具有提取镓的潜力。根据全国矿产储量委员会1987年的规定，各类含镓矿床中镓的工业利用标准:铝土矿矿石镓为20μg/g，而煤为30μg/g。
周义平和任友谅［25］的研究表明，西南地区上二叠统的煤灰中镓含量可达63.7～401.5μg/g，主要呈有机态，在<1.3g/cm3密度级的煤样的灰分中较为富集。贵州紫云轿顶山上二叠统煤中镓含量均值为375μg/g。贵州织金龙潭组底部34号煤含镓100μg/g。重庆松藻煤田11号煤层煤中镓含量为32μg/g［22］。此外，浙江长兴上二叠统若干煤，宁夏石炭井、石嘴山矿区晚古生代中镓含量亦超过30μg/g。
内蒙古准格尔煤田黑岱沟巨厚煤层6号煤是煤中镓富集的一个典型实例［26，27］。该煤层中Ga的含量均值为44.6μg/g，有的分层可达76μg/g，微区分析表明，镓的主要载体是煤中的勃姆石，部分分布在有机质中［26，27］。不仅如此，该煤中亦超常富集Al，导致该煤层的燃煤产物高度富集Al2O3，Al2O3在粉煤灰中的含量超过50%，因此，黑岱沟6号煤层是一个与煤共(伴)生的镓—铝矿床。在黑岱沟南部和北部的哈尔乌素和官板乌素煤中镓虽然富集，但尚未达到工业品位。随着近年来煤炭产量的增加，黑岱沟富镓和铝的煤炭资源量逐年递减，应引起相关部门的高度重视，以保护这块稀有的煤炭资源。另外，燃烧该区6号煤层的电厂所排放的粉煤灰经过常年的累积，形成了富Al和Ga的人工矿床，该人工矿床中Al和Ga的分布规律、赋存形态和迁移特征值得进一步深入研究。
俄罗斯米努辛斯克煤田切尔诺戈尔煤产地“两俄尺”煤层煤中含镓30μg/g，煤灰中含镓375μg/g;俄罗斯远东地区拉科夫斯克煤产地中新世含锗煤中含镓30～65μg/g，煤灰中含镓100～300μg/g。美国肯塔基州西北部石炭纪煤层“阿莫斯”的低灰煤中，煤灰中含镓140～500μg/g［28］。
Affolter(1998)研究表明，美国肯塔基州某大型电厂，原料煤灰分含镓70μg/g，炉渣含镓<22μg/g，粗粒飞灰中为67μg/g，镓相对富集在细粒飞灰中，其含量为110μg/g。Mar-don和Hower［29］研究表明，美国肯塔基州东南部燃煤电厂的各级产物中，原料煤煤灰含镓61μg/g，灰渣中为26μg/g，而电除尘器所获的飞灰中镓为169μg/g，相当富集。据方正和Gesser［30］，取自加拿大、以色列和中国的煤烟尘镓的含量达100μg/g以上。
由此可见，燃煤副产品，主要是细粒飞灰，已成为世界上从矿产中综合回收镓的第三种主要来源。
三、铼(Re)
铼是具有超耐热性的稀有金属，是新一代航空航天发动机的材料，属战略性矿产资源，也是高效催化剂和制造新医疗器械的材料。铼是极度分散的元素，地壳中铼的克拉克值仅为0.6ng/g［24］。作为伴生金属利用时，要求矿产中铼的含量不低于2ng/g。哈萨克斯坦热兹卡兹干含铜砂岩型铜矿床中，铼局部达到工业品位。俄罗斯Середин［6］建议，当煤中含铼超过1μg/g时，可作为有益的伴生铼矿产资源予以评价。
根据Клер和Неханова1981年报告，乌兹别克斯坦安格连侏罗纪煤中含铼0.2～4μg/g，铼源自盆地周围母岩。据Валиев等(1993)研究，塔吉克斯坦纳扎尔-阿依洛克侏罗纪煤产地无烟煤中，低灰煤(Ad=3.2%)含铼2.1μg/g，而灰分较高的煤(Ad=17.9%)含铼3.3μg/g，这表明该地煤中既有有机态铼又有矿物态铼。
西班牙北部埃布罗盆地碳酸盐岩系中的褐煤含铼9μg/g，这种“褐煤”富含沥青质，灰分很高，其特性接近油页岩。
淋滤型铀—煤矿床的煤中往往富集铼。哈萨克斯坦下伊犁铀—煤矿床4m厚煤层的还原带上部的富铀矿带，铼含量均值为9.5μg/g;煤层的过渡带下部铼含量均值为4.2μg/g。煤作为还原障能使溶液中高铼酸盐还原并富集。
根据Юровский1968年的报告，顿涅茨煤田南普利沃尔尼扬矿长焰煤的精煤(Ad=8%)含铼4μg/g。
用高分辨ICP-MS方法测定煤中铼的含量，在我国大多数样品中未检测出铼，但在河北开滦、山东济宁、山西晋城个别煤矿太原组煤中，贵州兴仁上二叠统个别煤层中以及江西安源上三叠统个别煤样中，测出铼含量为0.106～0.39μg/g，这些值虽低于伴生矿产评价所需的值，但已高出铼的克拉克值百余倍到几百倍，相对富集，值得今后进一步关注。新疆早、中侏罗世的淋滤型铀-煤矿床煤中的铼应引起重视。
四、钪(Sc)
钪是一种超耐热制造轻质合金的稀有金属，价格昂贵，目前主要从提炼钨、钛、铀等金属的废渣(钪含量为80～100μg/g)中提取，出率相当低。Середин提出，当煤灰中钪的含量超过100μg/g时，可作为有益的燃煤副产品予以评价［6］。据Ketris和Yudovich的报道，全球煤中钪含量均值为3.9μg/g，而且煤灰中钪含量均值为23μg/g［9］。
近年研究表明，有些煤产地煤灰中钪含量相当高。俄罗斯库兹涅茨煤田的切尔尼戈夫露天矿、卡尔坦露天矿和南吉尔盖依矿的个别煤层煤灰中含钪100～200μg/g［31］。Юровский对煤进行重液分离后发现库兹涅茨煤田切尔诺戈尔煤产地低密度的精煤中含钪量400μg/g，因此在选煤阶段可提取富集钪的精煤。俄罗斯米努辛斯克煤田一些煤层的煤灰中含钪95～175μg/g，在低密度级的煤中钪含量达到400μg/g。俄罗斯坎斯克—阿钦斯克侏罗纪煤田别廖佐夫煤产地1号煤层的上分层煤含钪230μg/g，其灰中钪含量则达870μg/g［32］。
美国肯塔基州西北部阿莫斯煤层很薄(<0.5m)，在其底部8.2cm厚的分层中，煤灰中钪含量达560μg/g［28］。
广西合山上二叠统煤田中钪含量均值较高，为42.2μg/g，而在其溯河矿4号煤层中部煤灰的钪含量达221μg/g［14］。
煤中其他含量异常高的元素并有可能回收的副产品还有V、Sb、Cs、Mo、W、Be、Ta、REEs、Zr、Hf等。
煤中共伴生有益矿产资源的勘查与评价很有意义。在煤炭资源勘查中如缺失此项工作，很难弥补。在从事此项工作时，需要注意以下事项。
(1)优选最佳的有益元素测试方法，以确保测试成果的可靠性。
(2)由于煤中共伴生有益元素往往富集在煤层的局部层位和特定的空间，因此要注意合理布置采样点，以掌握其富集成矿的规律。
(3)煤中有益金属元素的利用最佳途径是从粉煤灰中进行提取。因此，研究有益元素在煤炭燃烧及其他加工利用过程中的习性，及有益元素在煤副产品中的富集程度及其回收的可能性是非常重要的。
(4)煤中共伴生有益矿产往往是多金属的，除有益元素外，往往又有潜在有害元素，因此，必须进行全面的技术经济和环境评估，以保障开发中尽量减少潜在有害元素的对环境和人体健康的影响。
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Potential Coexisting and Associated Mineral Resources in Coal and Coal-bearing Strata———An Issue Should Pay Close Attention to
Ren Deyi，Dai Shifeng
( Key State Laboratory of Coal Resources and Safety Mining，CUMT ( Beijing) ，Beijing 100083;
School of Earth Science and Surveying and Mapping Engineering，CUMT ( Beijing) ，Beijing 100083)
Abstract: Coal is a kind of organolite and mineral deposit with high reducing barrier and absorbing barrier performances，under specific geological conditions，it can enrich some useful metal elements and amount to the ore-forming scale. Integrated some literatures both home and abroad，w e have discussed abundance，hosting state，geologic genesis and possibility of utiliza- tion of useful metals such as niobium，gallium，rhenium and scandium in coal and coal-bearing strata. The research of rare metal elements enrichment or ore-forming is one of major subjects in coal geochemistry and ore deposit geochemistry，and thus w orthw hile to be further strength- ened.
Key words: coal; coal-bearing strata; rare metal; coexisting and associated ore deposits
( 本文由任德贻、代世峰合著，原载《中国煤炭地质》，2009 年第 21 卷第 10 期)

河南省煤矿瓦斯地质图图集

鹤壁四矿瓦斯地质简介
一、矿井概况
鹤壁煤业（集团）有限责任公司四矿，是河南省国有重点煤矿和煤电公司主力矿井之一，2005年与泰国合资组建为鹤壁中泰矿业有限公司，位于鹤壁矿区北部，交通十分便利。井田面积为23.4825km2。
四矿于1957年动工建设，1992年改扩建，扩建生产能力90×104t/a。目前生产能力达到165×104t/a,2004年实际产量162.77×104t。矿井开拓方式为竖井—暗斜井多水平上、下山开拓，矿井通风方式为两翼对角抽出式，采煤方法原主要为倾斜长壁放顶煤开采，现改为分层开采。
四矿井田共含煤层及煤线16～18层，其中可采煤层有3层：二1煤（大煤）、 煤（八煤）、 煤（六煤），总厚度为11.01m。二1煤位于二叠系下统山西组之底部，为矿区主要可采煤层，平均厚度7.77m。
1987年以来，四矿瓦斯等级鉴定均为高瓦斯矿井，历年瓦斯等级鉴定结果见下表。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

二、井田地质构造及控制特征
四矿井田位于鹤壁煤田北部，受区域和矿区构造的控制，井田构造以断层为主，褶曲亦较发育，构造线展布方向以NNE、NE向为主。四矿井田的4-I号向斜、4－Ⅱ号背斜、F7断层、红5断层以及红11断层属于矿区二级构造的组成部分，对矿井起着控制作用。全井田落差大于5m的断层多达54条，平均每平方千米3条，均为正断层。从矿井中、小型断层的发育组合特征看，中、小型断层，特别是小型断层往往与褶皱的发育过程相伴生，在背斜轴部及其两翼常常出现高角度张性正断层，而且倾向相反。井田内的陷落柱大多发育在4－Ⅳ号大型背斜轴部及其两翼，且主要分布于井田的浅部地区。
三、矿井瓦斯地质规律
地质构造的性质和特征不同，对煤层瓦斯保存条件的影响程度也不同，封闭型构造有利于瓦斯的保存，开放性构造有利于瓦斯释放，规模较大断裂带能起到逸散瓦斯通道的作用，大中型断层附近瓦斯含量一般比较低，井田内N NE向构造现代构造应力场表现为压扭作用，落差10m 左右以下的断层部位易于发生煤与瓦斯突出；构造复合部位是煤与瓦斯突出的敏感地带，如1976～1979年发生的7次煤与瓦斯突出都发生在216采区，该采区处于4-Ⅰ号向斜、4-Ⅱ号背斜、4－Ⅲ号向斜和4－Ⅳ号背斜的交叉部位，同时来自深部4－Ⅷ 号向斜也汇集到该处，使该区域形成一个小型盆地和小穹隆，在盆地的下部为4-Ⅱ号背斜和4－Ⅷ 号向斜交汇的马鞍状构造，上部为沿4-Ⅱ号背斜两翼形成的陷落柱组。同时，落差为100m 左右的红5断层在该地区尖灭，伴生一系列中小断层，地质构造十分复杂。随着矿井向深部开采，瓦斯含量进一步增大，在4-Ⅶ 号背斜和4-Ⅷ号向斜轴部发育有多组大断层和伴生中小断层，受地质构造作用影响，构造软煤在局部区域发育，煤与瓦斯突出危险性增大。
二1煤层老顶为大占砂岩（S10），直接顶板为灰黑色泥岩及砂质泥岩，不利于瓦斯逸散。
四、矿井瓦斯含量分布
根据鹤壁二矿地勘瓦斯含量资料和生产测定的瓦斯含量数据，在煤层底板标高－208～－665m，埋深436～872.92m 范围，瓦斯含量7.67～27.3m3/t，瓦斯含量大。煤层瓦斯含量在瓦斯带内具有随埋深增加而变化，见式4-1，深度每增加100m 瓦斯含量增加2.21m3/t的整体分布规律，但由于鹤壁四矿地质条件复杂，出现局部瓦斯富集，相关性不明显（图4-1）。
回归方程：
R2=0.3753
式中：W——煤层瓦斯含量，m3/t;
X——煤层底板标高，m；
R——相关系数。

图4-1 煤层埋深与瓦斯含量回归趋势图

五、瓦斯涌出特征
根据4F46、红5断层等大型断层将矿井分为南翼地区、北翼地区、龙宫地区。在现有的开采条件和开采强度下，瓦斯含量是瓦斯涌出多少的决定因素，通过统计分析，各地质单元回采工作面瓦斯涌出量具有随埋深增加而增大的整体趋势，回采工作面相对瓦斯涌出量Q 随埋深H（以煤层底板标高表示）的变化而变化，见下表，局部受构造、顶底板岩性的影响，具有变大或变小的现象。

河南省煤矿瓦斯地质图图集

六、煤与瓦斯区域突出危险性分布
根据地质构造首先将四矿深部未采区划分为6个瓦斯地质单元：①2F022断层以深区域；②红11和2F022断层之间的25采区；③F015和红11断层之间的33采区；④4F46断层和F015断层之间的31采区；⑤红5断层和4F46断层之间的21采区；⑥边界F7断层以下和红5断层之间的区域。
各瓦斯地质单元煤与瓦斯突出危险性分布：第1瓦斯地质单元－390m 以深区域，第2瓦斯地质单元－300m以深区域，第3地质单元－260以深区域，第4地质单元－260m以深区域，第5、6地质单元－260m以深区域为煤与瓦斯突出危险区，其余地区为无突出危险区。

摘 要 将黔西南煤层中不同成因的7种主要矿物分离，对其进行光学显微镜、扫描电镜及能谱分析;利用冷原子吸收光谱测定煤及矿物中汞的含量;并结合矿物包裹体测温和硫同位素分析，研究结果表明，黔西南煤层中汞主要分布于矿物中。不同成因黄铁矿中汞含量明显不同，后期低温热液成因的黄铁矿中汞含量(22.5×10^－6)结核状黄铁矿中的(3.51×10^－6)>块状黄铁矿中的(2.97×10^－6)>后期淋滤成因黄铁矿中的(1.80×10^－6)。煤中后期低温热液成因的黄铁矿脉中汞(22.5×10^－6)和方解石脉中汞(11.9×10^－6)含量高，煤层所含方解石中含汞量较高以前未见报道。黔西南煤层中，原生成因的汞含量很低，后期淋滤成因的汞含量占较大比例，特别是后期低温热液成因的汞是部分煤中汞最主要来源，通过洗选可大大降低煤燃烧过程中汞的排放量。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

煤是各个地质历史时期形成的复杂地质体，它是人们赖以生存必不可少的能源和化工原料。煤中含有多种潜在毒害微量元素，这些元素在煤中富集后，就会在煤炭加工利用过程中对环境造成严重污染^［1～8］。燃煤是大气中汞的主要污染源，煤中90%以上的汞在燃烧过程中进入大气中^［1，6］。全世界煤及石油燃烧过程中释放的汞量每年平均有1600多吨^［7］。汞蒸汽有毒，元素汞在厌氧甲烷合成细菌作用下可以转化为毒性更强的甲基汞^［6，8］。因此，研究煤中汞的分布和赋存状态，对了解煤中汞的可选性，减少煤中汞对环境的污染有着十分重要的意义。

Stock和Cucuel(1934)首次发现煤中含有汞。Dvornikov(1981)提出煤中汞以3种形式存在:辰砂(HgS)、金属汞、有机汞化合物。Swaine^［9］认为煤中汞主要分布于黄铁矿和闪锌矿中。Finkelman^［10］在煤中发现有微米级含汞硫化物。黔西南晚二叠世煤多为高硫煤^［11］，而且局部煤中汞含量较高。本文主要是对黔西南晚二叠世煤层所含的主要矿物中汞进行初步研究。

一、样品及分析方法

1.采样区地质概况及样品

采样区位于水城—紫云断裂、南盘江断裂和盘县断裂之间的“黔西断陷区”，中部被师宗—贵阳断裂所切割，为一构造活动区^{［11，12］}。区内上二叠统龙潭组煤变质程度较高^［11］。煤中硫分含量大部分较高。分析样品采自晴隆县大厂，贞丰县木桑和兴仁县大丫口。将煤层中宏观可见的矿物分离出以下7种(表1):

表1 黔西南煤层主要伴生矿物中汞的含量表

①后期淋滤形成的黄铁矿脉(QL07);②块状黄铁矿(QG061);③后期低温热液形成的黄铁矿脉(XD011);④黄铁矿结核(ZM022);⑤黏土矿物(ZM03);⑥后期低温热液形成的方解石脉(ZM051);⑦后期低温热液形成的黑色混合岩脉(XD10)。

虽然黔西南煤中含较多的石英碎屑，但石英碎屑中汞含量很低^［9］，因此没有对碎屑石英进行分析。低温热液形成的黄铁矿脉、方解石脉与淋滤形成的黄铁矿脉、方解石脉在煤层剖面中容易区别。前者呈束状、不规则状，有明显的挤压痕迹。而后者分叉少，形状比较规则。

显微镜下鉴定，发现QG061样品全为黄铁矿组成;QL07、XD011样品有少量其他矿物;ZM022样品中黄铁矿有交代痕迹;ZM03含石英碎屑及少量的黄铁矿等;ZM051样品主要由方解石组成;XD10样品由方解石、黄铁矿和煤碎屑颗粒混合组成，含少量石英，厚5mm左右，为低温热液成因，煤中极少见。

2.分析方法

将分离的样品破碎、研磨到200目以下，取一定量缩分样品进行消解，用冷原子吸收光谱法分析样品中汞的含量，使用仪器为F732-S测汞仪。一部分缩分样品破碎到<1mm制成光片和薄片(仅方解石和黏土矿物)，在光学显微镜下进行鉴定和定量，光片同时进行扫描电镜及能谱分析。由于在能谱图中，汞峰与硫峰部分重叠，因此难以用能谱比较准确地测定各种组分中汞的含量。部分样品制成步薄片进行了包裹体测温和成分分析。

二、分析结果与讨论

1.不同矿物中汞的含量

用冷原子吸收光谱法分析样品中汞的含量列于表1。分析结果表明，本区14个煤样，汞含量平均为0.172×10^－6;煤中黏土矿物中汞含量为0.174×10^－6，两者基本一致。其他矿物中汞含量比煤中汞含量高10～120倍，可见黔西南煤中的汞主要分布在伴生矿物之中。

不同成因黄铁矿中汞含量相差甚大^［13］，后期低温热液成因的黄铁矿中汞含量(22.5×10^－6)结核状黄铁矿中的(3.51×10^－6)>块状黄铁矿中的(2.97×10^－6)>后期淋滤成因的黄铁矿中的(1.80×10^－6)。后期低温热液成因黄铁矿中汞含量比后期淋滤成因黄铁矿中汞含量高12倍以上。黔西南煤中后期低温热液成因黄铁矿脉中的汞含量(22.5×10^－6)和方解石脉中的汞含量(11.9×10^－6)最高，煤层中所含的方解石含汞量较高以前未见报道。黄铁矿结核中存在明显的交代痕迹，说明其中一定有后期成因的汞的加入。

低温热液成因黑色混合岩脉中汞含量明显没有低温热液形成的黄铁矿脉中汞含量和方解石中汞含量高，一是由于黑色混合岩脉中含大量的煤屑(23.5%左右)，而煤有机组分中汞含量很低;二可能是由于低温热液的分异作用，造成其中汞含量明显偏低。

2.煤伴生矿物中汞的存在形式

对煤中各种主要伴生矿物，在高倍光学显微镜和扫描电子显微镜下进行观测，都没有发现独立存在的含汞矿物。因此，推测汞在煤中主要伴生矿物中可能以两种形式存在:①纳米粒级汞矿物。纳米粒级物质和普通粒级物质性质相差甚远，纳米粒级物质具有极强的扩散能力和强的固态迁移能力^［14］。纳米粒级汞矿物分布于煤中各种主要伴生矿物中。②以类质同象形式存在。汞是亲硫元素，可以类质同象形式存在于黄铁矿中^［15］。

3.煤中汞的主要来源

地壳中汞的平均含量为77×10^－9［16］。川滇古陆玄武岩分布区是研究区晚二叠世含煤岩系沉积时的主要陆源区。晴隆附近采集的玄武岩样品中汞平均含量为4.19×10^－6［17］。由于汞的电离势高，汞的一个电子的电离势为10.39eV，两个电子的电离势为29.06eV，高电离势决定了汞易变为原子的特性^［6］。正是由于汞不易电离，易分散的特征，搬运到泥炭沼泽的陆源碎屑中、植物中汞的含量均很低，因此原生煤沉积中含汞量低。但在高汞背景区，酸性地表水、地下水中可含较高含量的汞^［7］，从而造成部分煤中淋滤沉积的矿脉中汞含量较高。

黔西南煤中汞的最主要来源是低温热液。包裹体测温表明本区岩脉形成时的温度为130～300℃，大部分为160～200℃。本区低温热液矿床Sb、As、Hg等分布比较广泛^{［17，18］}，也说明了本区低温热液活动十分强烈。煤中低温热液岩脉中含汞量明显高于煤中。低温热液方解石中汞含量是煤中汞含量的65倍以上，低温热液黄铁矿中汞含量是煤中汞含量120倍左右。因此，在黔西南地区的低温热液是部分煤中汞的最主要来源。

总之，黔西南煤层中，原生成因的汞含量较低，后期地下水淋滤造成煤中汞含量增加，后期低温热液活动又使大量汞加入到煤层中。

4.煤中汞的赋存状态

通过煤及煤层中主要伴生矿物中汞的分析^{［19，20］}，结合光学显微镜、扫描电镜及能谱分析，初步确定，黔西南煤中有机组分中汞含量很低，汞主要分布于矿物中。不同种类、不同成因的矿物中汞含量差异甚大。石英中基本不含汞^［9］，黏土矿物中汞含量低，汞主要分布于黄铁矿和方解石中。不同成因的黄铁矿中汞含量也明显不同。从而说明煤中汞以无机态为主。

黔西南煤中汞主要赋存于矿物中，这样煤洗选过程中使灰分降低的同时可大大减少煤燃烧过程中汞的排放量。

本文得到美国伊利诺伊地质调查所C.L.Chou研究员，中国矿业大学北京研究生部金奎励教授、张鹏飞教授的指导;贵州省煤田地质局、贞丰县政府、晴隆县煤炭管理局给予野外工作的大力支持与帮助，在此一并感谢。

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The distribution of mercury in major associated minerals from coal beds in southwestern Guizhou

Zhang Junying，Ren Deyi，Xu Dewei，Liu Jianrong， Dong Bing，Zhang Chunyan

( Beijing Graduate School，China University of Mining and Technology，Beijing，100083)

( Environmental Sanitation Survery Institute，China Academy of Preventive Medical Science，Beijing，100021)

( Shanxi Provincial Coal Geological Corporation Taiyuan，030045)

Abstract: Seven major minerals of different geneses in coals from southwestern Guizhou have been identified using microscopy，combined scanning electron microscopy-energy spectrum analysis inclusion analysis and sulfur isotope analysis. Hg in coals and minerals w ere determined by cool-vapor atomic absorption spectrometry. The results show that Hg in coals of southw estern Guizhou is dominantly associated w ith minerals. The contents of Hg are obviously different in pyrite of different origins: epithermal pyrite vein ( 22. 5 × 10^{－ 6}) nodular pyrite( 3. 51 × 10^{－ 6}) > massive pyrite ( 2. 97 × 10^{－ 6}) > pyrite in leaching vein ( 1. 80 × 10^{－ 6}) . Additionally，the Hg content in epithermal calcite veins is also high ( 11. 9 × 10^{－ 6}) . Hg in coals from southwestern Guizhou is dominantly of epithermal origin. Coal cleaning technique may remove most Hg from coals.

Key words: coal beds; Late Permian; mercury; occurrence; minerals in coal; southwest- ern Guizhou

( 本文由张军营、任德贻、许德伟、刘建荣、董兵合著，原载《地质论评》第 45 卷第 5 期)

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