煤是地质信息的载体,煤中矿物与微量元素的研究有助于阐明煤层的聚积环境和热液活动、火山事件等区域地质活动。百色煤田位于广西壮族自治区西部的百色盆地,百色盆地是在中三叠世基底上形成的新生代内陆盆地,古近纪地层分布较为广泛,且具有完整的相带保存,是研究古环境及地质演化的理想地域。本次研究综合运用煤岩学、煤地质学以及煤地球化学等学科的研究方法,以百色煤田古近纪煤中的矿物与微量元素的分布特征为纽带,深入研究百色煤田古近纪煤中微量元素与矿物的组合关系及主控地质因素。结合百色盆地的演化史,通过对百色煤田含煤地层的元素与矿物的赋存状态与影响机制,从煤地质学的角度分析泥炭聚积期间以及煤层形成后的各种地质和地球化学因素对百色煤田主采煤层的影响(如沉积源区供给、成煤环境、生物活动、热液活动、地下水等)。本次研究在系统收集百色煤田的基础地质资料的基础上,在百色煤田的东怀煤矿、东笋煤矿、那怀煤矿和州景煤矿四个煤矿采集了98个刻槽样品(煤、顶底板和夹矸)。所有的分层样品按国标或ASTM标准测定煤的水分含量,灰分和挥发分产率,全硫和各种形态硫,C、H、N含量等指标。运用X射线荧光光谱(XRF)和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对所采集的样品进行常量和微量元素测定,查明研究区常量和微量元素在煤、夹矸及顶底板中含量与分布特征。使用低温灰化仪(LTA)、X射线衍射分析仪(XRD)和Siroquant软件对煤的低温灰和岩石样品中的矿物含量进行测试,使用徕卡光学显微镜和带能谱分析仪的扫描电镜(SEM-EDS)观察和分析含煤地层中矿物的种类、形貌和赋存特征。东怀煤矿C煤层和I煤层为中灰分、高挥发分C型亚烟煤;东怀煤矿D煤层为高灰分、高挥发分A型褐煤;东笋煤矿F煤层为中灰分、高挥发分B型亚烟煤;那怀煤矿A煤层高灰分、高挥发分A型褐煤。州景煤矿4煤层和5煤层均为低灰分、高挥发分B型亚烟煤。百色煤田古近纪煤中矿物以石英、伊利石、高岭石、绿泥石为主,其次是锐钛矿和黄铁矿,在部分分层样品中还发现了菱铁矿、方解石、石膏、硬石膏、烧石膏、黄钾铁钒、铁钒。除此之外,在扫描电镜下还观察到了钾长石、磷灰石、电气石和重晶石。石英在本次研究中的赋存状态主要以具有一定磨圆度的陆源碎屑石英颗粒顺层理分布为主,少量的以棱角状的火山碎屑石英产出。在扫描电镜下观察到样品中的黏土矿物主要作为其他矿物的基质产出,有时呈层状或薄层状顺层理分布,另外可见不规则形状的伊利石和绿泥石以分散颗粒状分布在有机质中或黏土矿物基质中,以及少量充填胞腔或裂隙的高岭石。在扫描电镜下可见大部分的菱铁矿、磷灰石充填在裂隙或胞腔中,表明在成煤作用晚期受到热液流体作用的影响。方解石以分散颗粒状分布在黏土矿物基质或菱铁矿基质中。在显微镜及扫描电镜下观察到的菱铁矿与黄铁矿共生,推断是在弱酸性的成煤环境条件下,细菌将SO₄^2-还原为H₂S,与Fe²⁺反应,生成莓球状黄铁矿,当溶液中SO₄^2-全部反应完之后,Fe²⁺还有剩余,当水体呈中性或弱碱性时,铁离子与来自有机质的CO₂反应,生成菱铁矿。与中国煤均值相比,东怀煤矿煤中富集SiO₂、Al₂O₃、K₂O和Mg O,东笋煤矿煤中富集SiO₂、Al₂O₃、K₂O和Mg O,那怀煤矿煤中富集SiO₂、Al₂O₃、K₂O、Mg O和Na₂O,州景煤矿煤中富集K₂O、Mg O、Na₂O和CaO。四个煤矿煤中都富集K₂O和Mg O的原因主要归因于高含量的伊利石和绿泥石。与世界低煤阶煤均值相比,东怀煤矿煤中富集素Li、F、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sb、Cs、Ta和Pb,东笋煤矿煤中富集Li、F、V、Cr、Ni、Rb、Sb、Cs和Hg,那怀煤矿煤中富集Cs、Li、Rb、F、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、In、Sb、Hg和Pb,州景煤矿煤中富集V、Ge、Rb、Cd、Cs、Ba、Ta和U,高度富集Sb。百色煤田州景煤矿煤中富集Sb元素,可能是周边金锑矿床中含锑矿物被风化或淋溶出来的,富含Sb的陆源泥质悬浮物或溶液输入泥炭沼泽并积累起来,造成含煤地层中Sb含量显著富集。本次研究的广西百色煤田古近纪煤中稀土元素的含量与世界低煤阶煤中稀土元素的均值接近或略低;广西百色煤田古近纪煤中大部分分层样品的稀土配分模式以中-重稀土富集型为主,且呈Gd正异常,结合煤中高含量的B,推测这可能是由于循环于煤盆地中的酸性水的影响造成的。