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挪威斯匹次卑尔根挪威斯匹次卑尔根岛岛 Kaffioyra 和朗伊尔城和朗伊尔城煤中煤中微量元素的地球化学分布微量元素的地球化学分布Lucyna Lewińska-Preis a, Monika J. Fabiańska a,, Stanisław Ćmiel a, Andrzej Kita ba.波兰索斯诺维茨 Będzińska 街 60 号西里西亚大学地球科学学院，41-200 b.波兰卡托维兹 Szkolna 街 9 号西里西亚大学数理化学院，40-006摘要摘要 早第三系的含沥青低等级烟煤（(Raver=0.63 -0.69%,，依次为）分布在斯 匹次卑尔根（挪威）的两个地区：Kaffioyra 和朗伊尔城，都被分析找出发生下 列微量元素的分布：铍, 镉, 钴, 铬, 铜, 锂, 锰, 钼, 镍, 铅, 钒, 锌.电感耦合 等离子体原子发射光谱（ICP - AES）的被用来从煤燃烧产生的灰、它们的提取 物以及大分子组分对微量元素浓聚物进行调查可以用于找出发生变异的方向 以及微量元素对这些区域的煤中无机物和有机物的亲和力这些煤中显微组分 和它的基本组成也被确定Kaffioyra 和朗伊尔城的煤显示了它们在有机物质和 矿物质组成上的差异，反映在它们的岩石学属性和元素组成上。

Kaffioyra 煤的 特点是有含量较高的镜质组组分，较低的 inetrinite 组分，以及较低的碳，氢， 硫浓聚物在 Kaffioyra 煤表现出较高的粘土矿物和碳酸盐含量比朗伊尔城煤 在煤灰渣微量元素上斯匹次卑尔根地区的煤低于在世界烟煤中这些元素的平均 含量这两个地区的煤微量元素浓度和其发生变异的趋向上是不同的这两个 区域的煤中微量元素的载体是原产地的生物起源吸附质的灰，而在原产地的微 量元素高浓度浓聚物的 terrigenic 输入也发挥了重要作用关键词关键词：烟煤 微量元素 有机物 无机物 提取物 高分子组分1. 引言引言1.1、、 分布在煤中的微量元素分布在煤中的微量元素 煤中的微量元素可以被发现无论 是作为分离的矿产品的主要或者微量 部分或者作为无机部分的吸附元素， 但是在有机部分它们就赋存在有机金 属上，螯合，或离子交换化合物 （Baruah et al., 2003). 煤中的微量元素在由于煤的大量 燃烧而引起的环境污染上有一个重要 作用这些在燃烧过程中不稳定结果 污染大气的元素被证明是对环境影响 最大的Rong and Wang, 1990; Helble, 1994; Querolet al., 1995, 1996; Foner et al., 1999; Qiu et al., 1999; Spears and Zheng, 1999; Spears et al., 1999; Yan et al., 1999; Swaine, 2000; Daiet al., 2004, 2005, 2006a,b, 2008b) 自从戈尔德斯密特的第一次出版， 两种主要方法已应用于显示煤中痕量 元素分布，它们的原理不同，但是每 一种方法都旨在发现个别微量元素和 煤中有机物或者矿物质之间的相互关 系。

这项研究的第一个方向是基于把 煤使用重液分离成不同的有机质密度 部分，在特定密度组分的元素浓聚物 的数量表明一个特定元素对煤中有机 和/或无机部分的亲和力程度（例： Horton and Aubrey, 1950;Otte, 1953; Zubovic et al., 1960; Ratynskij and Glusniev, 1967;Winnicki 1973; Gluskoter et al. 1977; Solari et al. 1989; Pires and Teixeira, 1992; Pires et al., 1997;)（附录A）这个问题的第二步包括大量灰分 含量和个别元素浓聚物能被微量方法 直接研究或者可按其灰分含量分为块 体的煤的样本(Wigley et al., 1997;Idzikowski 1959; Ryazanov et al., 1974; Uzunov 1976; Eskenazy, 1980;Marczak, 1985; Scholz, 1987). （见附录A数据）1.2、、 地质背景地质背景斯瓦尔巴群岛（挪威）沉积物含 煤的时代是宾夕法尼亚纪，三叠纪， 侏罗纪，白垩纪和第三纪 (Siedlecki,1960; Birkenmajer, 1964; Lipiarski and Ćmiel, 1984; Michelsen and Khorasani,1991; Harland, 1997). 宾 西法尼亚州的沉积物以熊岛中部和斯匹次卑尔根岛西部的 Billefjorden 组 沉积为代表（图 1）. 中生代含煤沉 积分布在埃其岛的东部边缘地区的卡 普托斯卡纳组（三叠纪-侏罗纪）和斯 匹次卑尔根岛中部的 Andventdalen 组（侏罗纪-白垩纪）。

具有重大经济 意义的下第三系的煤是斯匹次卑尔根 岛的西部和中部以及卡尔王子岛的 VanMijenfiorden 组（古新世-始新世） 和 Buchananisen 组（始新世-渐新世） （图 1）图 1：在斯匹次卑尔根岛的宾西法尼亚纪和第三纪沉积样品的位置示意图（修 改后哈兰德，1997） 1 -早第三纪沉积，2 -宾夕法尼亚存款，3 -中生代和前 中生代存款，4 -煤样的位置区域主要的下第三系沉积物，超过2300米厚，分布在斯匹次卑尔根岛中部的一个大洼地中它们组成砾岩、 砂岩、粉砂岩、泥岩、页岩和煤下 第三系的层状煤在三个主要的盆地中 发现Harland,1997) 中央盆地（斯匹次卑尔根地区的中间 部分）是第三纪地层主要的向陆出露 层和范 Mijenfiorden 组盆地的最上面 单元Calypsostranda 盆地包括在韦 德尔亚尔斯贝格大陆西北部的下第三 系沉积物，而福田盆地则包含了卡尔 王子岛西部同龄沉积物 中央盆地是中始新世到古新世范 迈恩峡湾组的N – S向分支向斜国王 湾煤田（奥尔松）界定了中央盆地西 北部的界线下第三系沉积序列，范 Mijenfiorden组，已被分为六个排列。

（表1）(Harland, 1997)煤炭已被记 录在Firkanten，格鲁曼特比恩和 Aspelintoppen排列（图2）. 在斯匹 次卑尔根岛的古新世，Firkanten排列 是煤炭的主要来源，正在开采的朗伊 尔城，Barentsburg和斯韦阿格吕瓦 有五种煤层，从顶部开始依次是： Askeladden，Svarteper，朗耶尔， Todalen和斯韦亚(Orheim et al., 2007)表 1：Kaffioyra 和朗伊尔城地区煤化 学参数（％）本研究调查收集的煤炭样本取 自朗伊尔城的中央盆地中部地区的一 部分和 Kaffioyra 地区的福尔兰海峡 盆地西北部的一部分（奥斯卡二号大 陆的西部地区） 只有少量关于在斯 匹次卑尔根下第三系煤质量的出版物， 迄今最全面的研究是哈兰德等 （1976 年，1997 年），马尼姆和 Throndsen（1978）， Dalland（1979），和米科尔森和 Khorasani（1991）不幸的是现在 仍没有有关化学和技术性能的详细资 料， ，也没有这些煤显微组分组成， 除了 Ćmiel 和 Fabiańska 外（2004 年） 。

图2：在斯瓦尔巴群岛地层序列 （Michelsen and Khorasani修改, 1991).2.实验实验2.1 样品描述样品描述调查的样本是在 Icefiord 南缘， Kaffioyra 沿海平原北部（奥斯卡二号 大陆） ，纽约奥勒松的 30 公里以南的 奥瓦茨马克冰川总站的下第三系古朗 伊尔城和 Kaffioyra 地区（斯匹次卑尔 根）的煤朗伊尔城的四份样品取自 熊谷一个矿坑附近的出露煤缝：样本 L1，L2，L3 和 L4五份 Kaffioyra 煤样都取样自距离冰川总站 30 - 50 米 的奥瓦茨马克冰川末端和侧面的冰碛： K1，K2，K3，K4 和 K5煤炭碎片都 嵌入冰川中采样点如图 1 所示2.2 岩相分析岩相分析煤的技术和化学性质指标按照国 际规则系统中高煤级煤，遗传特性根 据已被规定的煤层煤国际分类（表 1） 岩石的分析都进行了白光反射 在微观研究中使用的分析程序，遵循国际煤炭和有机岩石学（ICCP）标准 委员会的标准被研究的煤镜质体反 射的测量方法都采用拥有 40 倍物镜， 10 倍目镜和 546 纳米干涉滤光片的 蔡司奥显微镜—光度计系统随机 collotelinite 反射的测量，进行了非偏 振光反射光，并与折射率 n = 1.5176 温度 T = 23 ° C 的油浸泡。

结果都用 电脑化的系统解释显微组分还使用 自动点计数器确定了 500 点矿物的 组成物质（n= 500）列于表 2，而显 微组成和调查煤镜质体反射值列于表 3aver”=平均浓度表 2：Kaffioyra 和朗伊尔城煤的矿物质组成（Vol.％） （N = 500）表 3：Kaffioyra 和朗伊尔城煤镜质组反射率（％）及其显微结构组成（Vol. ％）(N=500) “aver”=平均浓度 2.3 样品制备样品制备地球化学分析包括：1）用溶剂 萃取煤制备提取物和沥青煤无煤大分子组分; 2）燃烧煤的母体，煤提取物 及大分子组分; 3）灰酸增溶; 4）原 子发射光谱法跟踪调查微量元素元素 浓度分析步骤如图 3 所示图 3：Kaffioyra 和朗伊尔城煤中微量元素的调查分析步骤使用二氯甲烷清洁煤炭样品的表 面污染，粉末和提取物用至少 3 倍的 二氯甲烷、乙醇（体积比 4：1，光谱 纯级）溶剂混合物进行超声波浴; 每 次超声波浴的时间约为 0.5 小时提 取物都用波希蒸发器收集和蒸发 这两个系列的不同宏观煤样 Kaffioyra 地区煤为具明亮光泽和黑色 条纹的黑色，煤是均一的，中等紧凑， 较为坚硬，具有贝壳状断口。

它们有 大规模的纹理，能见少量的断口垂直 和平行层理面一些煤炭片段显示褐 色条纹和简单的矿物聚合在裂缝面， 煤表面有浅灰色的无光泽矿物质 从朗伊尔城地区的煤样是黑灰色 的褐色色调，其光泽是半亮煤所有得不规则的薄带明亮光泽它们的条带 是黑色的，该煤不显示可见的裂纹 它结构紧凑，具坚硬的不规则断口2.4 微量元素分析微量元素分析煤样，提取物，提取的高分子有 机物在 525 ° C 的高温燃烧后灰分含 量见表 4斯旺森和霍夫曼（1976 年） 煤炭灰分样本，提取物和大分子有 机物都被氢氟酸和盐酸溶解溶液中 的微量元素都使用具有 ICP JI 50p 分 光计的电感耦合等离子体原子发射光 谱（ICP - AES）进行分析分析详情 载于附录 B表 4：Kaffioyra 和朗伊尔城煤中的灰分含量（％） “aver”=平均浓度除了要使用双色计确定的锂之外， 所有的元素都使用单色计确定按照 编写的校准曲线 5 标准实施空白的 分析结果低于检测限对煤灰中和煤中微量元素分布的结果列于表 5，煤 灰中的提取物及提取物的见表 6，而 煤中的大分子组分灰烬中的微量元素 分布及大分子组分的结果则见表 7.浓度限制：0.018μg/cm3 表 5：Kaffioyra 和朗伊尔城煤灰分和煤中微量元素浓度（以 ppm） 1：煤灰分中 2：煤中浓度最低限制：铍- 0.003μg/cm3，镉 - 0.004μg/cm3，钴 - 0.007μg/cm3，镓、镆 - 0.018μg/cm3，锂 - 0.015μg/cm3。

表 6：：Kaffioyra 和朗伊尔城煤提取物及其灰分中微量元素浓度（以 ppm） 1：煤提取物灰分中 2：煤提取物浓度最低限制：镉- 0.004μg/cm3，镓，锗，钼- 0.0。