滇东是我国西南地区重要的赋煤区,属于上扬子聚煤盆地。作为大型的含煤沉积盆地,上扬子聚煤盆地具有良好的出露和相带保存,是研究古环境和地质演化的理想场所。煤作为地质信息的特殊载体,在沉积过程中记录了古气候、古环境、古地理及区域地质演化等信息。晚二叠世是地质历史时期的较为特殊的一个阶段,处于中晚二叠世之交的生物大灭绝(晚瓜达卢普期生物大灭绝)之后,晚二叠世末期生物大灭绝之前;中晚二叠世之交发生的地幔柱事件是西南地区同时期最重要的地质事件,控制了西南地区的构造格局,对滇东地区晚二叠世煤的地球化学和矿物学特征产生了重要影响;晚二叠世末期的生物大灭绝是地质历史时期最严重的一次大灭绝,目前对于其成因仍有不同看法,此次的研究通过煤的有机碳同位素特征、矿物质组成特征,拟对晚二叠世末期的生物大灭绝提供新的线索。此外,本次研究采集的是钻孔样品,目标钻孔中晚二叠世所有可见煤层都按照宏观特征或一定间距采样(5-20cm)采样。相对于剖面采样,钻孔样品具有更好的完整性和连续性,能够提供更加准确的信息。应用X射线荧光光谱(XRF)分析了钻孔样品的高温灰中常量元素氧化物的含量。滇东煤中富集的TiO₂主要是受峨眉山高钛玄武岩的影响;SiO₂/Al₂O₃质量比高于中国煤均值(1.18)主要是受到峨眉山玄武岩风化析出液形成大量的石英的影响;峨眉山玄武岩作为主要源岩,使得树根田煤矿所采样品及联营煤矿的顶底板样品Al₂O₃/TiO₂多介于3-8之间,显示基性岩的特点;此外联营煤矿的多数煤和夹矸以及树根田煤矿的个别样品Al₂O₃/TiO₂显示受到中酸性岩的影响,可能来自中酸性火山灰的输入。应用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析了钻孔样品中微量元素的含量,与世界煤均值比较后发现,滇东地区煤中轻度富集Sc、V、Co、Nb、Ta、Zr、Hf、Cu、Zn、Se及稀土元素(REY);Sc、V、Co、Cu和Zn的富集主要是来自峨眉山玄武岩的陆源输入,其中LY2-8p,SGT1-11c相比于上下分层样品,亏损Sc、V、Cr和Co,是由酸性火山灰输入导致;Nb、Ta、Zr、Hf和REE的富集则是由于来自碱性火山灰以及后续的热液—风化作用造成。REE含量在局部的亏损或富集还受到热液淋滤的影响。上地壳(Upper Continental Crust,UCC)标准化后的稀土元素,可用于地球化学示踪,此次研究中Eu的正异常是受到沉积源区峨眉山玄武岩的影响,Eu负异常则是受到中酸性火山灰输入的影响。此外,Li,F,Mo,U元素在受到海水的影响的煤层中含量较高。矿物学分析用到了粉末X射线衍射(XRD)、光学显微镜和带能谱的扫描电镜。分析结果表明,滇东地区晚二叠世煤中矿物以石英、黏土矿物(主要为高岭石、伊蒙混层、鲕绿泥石)、方解石和锐钛矿为主,含有少量的伊利石、白云石、白铁矿、钠长石、钙长石、磷灰石、金红石、烧石膏和硬石膏;扫描电镜下还检测到含稀土的矿物(独居石,磷铝铈矿)、锆石(含钛的锆石)、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿、辉砷镍矿等痕量矿物的存在。石英是所研究的煤中含量最高的一种矿物,以自生成因为主,赋存形式包括浸染状的石英和分布于有机质中顺层理分布的细小的石英颗粒,主要来自峨眉山玄武岩风化析出液;个别样品中还发现有具有的一定磨圆的来自陆源的较大颗粒,这表明峨眉山玄武岩对煤层的影响以溶液形式为主,陆源碎屑形式为辅。鲕绿泥石在联营煤中广泛分布,其成因被认为与热液相关,即高岭石在早期成岩作用阶段与富铁镁质热液作用而成,或者是富铁的硅质溶液直接沉淀形成;含稀土的磷酸盐矿物(磷铝铈矿,独居石)被认为是与热液相关的次生的含稀土元素矿物;充填矿物裂隙的闪锌矿,方铅矿和辉砷镍矿也是由于热液侵入而形成;充填裂隙的碳酸盐矿物是后期热液充填裂隙形成。蠕虫状高岭石、尖角状石英、竹节状磷灰石、自形的钠长石则来自火山灰的输入。树根田煤中莓球状、自形黄铁矿为自生成因,表明其形成受到海水的影响。滇东地区晚二叠世煤的地球化学和矿物学特征对峨眉山地幔柱事件的响应主要体现在四个方面:第一,峨眉山大火成岩省的基性玄武岩及其顶部的中酸性岩是滇东晚二叠世煤的主要源岩,以玄武岩风化析出的富Fe-Mg的硅质溶液输入到泥炭沼泽或煤层中,形成石英、鲕绿泥石,或者以陆源碎屑和火山碎屑的形式输入,形成具有一定磨圆的颗粒或者尖角状的矿物。第二,滇东地区晚二叠世有机质的堆积伴随着多期次的热液活动,在同生作用阶段,富铁的硅质热液沉积形成充填胞腔的鲕绿泥石和石英;后生作用阶段,热液侵入煤层,形成充填裂隙的碳酸盐矿物;此外,热液的入侵还可能蚀变先存矿物而形成新的矿物,如富铁镁的热液蚀变高岭石形成鲕绿泥石,含稀土的磷酸盐矿物是与热液相关的次生矿物等;此外,热液的淋滤还能引起稀土元素的分异,造成稀土元素在局部分层的亏损和富集。第三,地幔柱活动衰退阶段的所产生的火山灰输入到泥炭沼泽,终止了泥炭堆积并形成tonstein或以火山碎屑的形式存在于煤层中,如煤中发现的尖角状石英,自形的钠长石,以及蠕虫状高岭石等都可以指示火山灰的影响。第四,地幔柱隆起形成的西高东低的地势决定了海水在西南地区自东向西入侵,以盘县断裂和师宗—贵阳断裂为界,自西向东依次发育了陆相的宣威组,海陆过渡相的龙潭组和海相的吴家坪组。联营煤矿位于陆相的宣威组,树根田煤矿位于海陆过渡相地区,在吴家坪期发育了海陆过渡相的龙潭组,在长兴期发育了海相的长兴组。海水对于煤中元素的影响有多个方式:影响植物本身富集的元素;影响有机质分解过程中,易溶的物质先被搬运走而留下了有些微量元素作为难溶的氢氧化物,或者由于形成金属有机化合物;影响沉积后作用阶段,与循环的水溶液反应。在分析海水对煤的影响时,要区分其他因素的影响,此次研究中,Sr存在于后生的碳酸盐矿物中,因此Sr/Ba不能用来指示海水的影响。用同位素质谱仪(IRMS),以美国南卡罗来纳州白垩纪皮狄组拟箭化石(Pea Dee Belemnite,PDB)为标准,分析了联营煤矿907钻孔煤样品有机碳同位素的变化,剖面变化显示,在晚二叠世末期LY2煤层,δ¹³C_org出现了约1‰的负偏移,在更接近二叠与三叠的界线(Permian Triassic Boundary,PTB)的位置,δ¹³C_org值移回均值附近。在有机碳同位素负偏移的LY2煤层的矿物质组成中发现了火山活动的证据,并且该次的火山活动的动力学机制与火山弧/造山运动相关,而不同于峨眉山地幔柱衰退期的火山活动。推测火山喷发释放含有轻同位素的CO₂到海洋—大气系统,以及溢流玄武岩岩浆大规模的侵入,并与富有机质的页岩和含石油的蒸发岩相互作用,导致岩石内的CO₂、热解甲烷等气体释放,使得大气及海水中的CO₂的δ¹³C值降低,成煤植物的碳同位素随之降低,进而反映在煤的有机碳同位素值的负偏移。煤中有机质碳同位素的负偏移与矿物质组成中火山活动的证据耦合,对晚二叠世末期生物大灭绝具有一定的启示。