[科普中国]-煤系地球化学相

煤系岩石中反映沉积环境的地球化学特征，包括水介质的含盐度、酸碱度、氧化还原电位等。

煤系中常用的沉积相地球化学标志能反映环境差别的化学成分及其含量。理想的地球化学标志应能敏锐地反映出水介质的含盐度，即具有指相性，且其在沉积期不受各种因素的干扰，沉积后不受成岩、后生等作用的影响，易于精确测定。

微量元素及其比值煤系的泥质岩和煤中微量元素的含量和比值，往往具有反映沉积环境的作用，一般用光谱分析方法来测定。

硼含量硼是一个比较好的指相元素。由于沉积物中硼的来源，除陆源碎屑中带来者(如电气石)外，大都是从水体中吸附来的。因而，可从沉积物中的硼含量，推测沉积介质的含盐度。现代正常海洋沉积物中，平均硼含量为115～143ppm (据Landergren，1964);半咸水盆地沉积物中，平均硼含量为85～110ppm(据Тимофеев，1976);淡水沉积物中，平均硼含量为40～60ppm (据Porrenga 1967)。古代海洋环境的泥质岩中，硼含量均大于100ppm; 古代大陆环境沉积物中，硼含量均低于64ppm; 古代过渡环境的泥质岩中，硼含量则介于二者之间。硼含量与岩石类型、矿物成分、有机质含量有一定关系，也受变质作用的影响。一般，只有在同一陆源区、同一沉积盆地形成的沉积物中，硼含量才有较好的指相意义。

硼镓比值 (B/Ga)该比值是较好的指相标志之一。一般认为：海洋沉积物中硼含量高，淡水沉积物中镓较富集。海洋沉积物中，B/Ga值一般大于4.5～5;而大陆沉积物中，B/Ga值小于3.3;过渡性沉积物中，则介于二者之间。

锶钡比值(Sr/Ba)该比值有随盐度的升高而明显增大的趋势。淡水沉积物中，Sr/Ba值通常小于1;而海洋沉积物中，则多大于1;特别是从陆地向海洋过渡地区，Sr/Ba值逐渐增大的趋势十分明显。

此外，像Cr、Cu、Ni、V等元素的含量以及锶钙比值、钍铀比值、铷钾比值和锰铁比值等，在海洋和大陆沉积物中也都有差别，均可作为指相的参考指标。

沉积磷酸盐现代或古代泥质沉积物中都含有少量沉积成因的磷酸盐，其成分与沉积水体的含盐度有关。从淡水到海水，随盐度升高，钙的活动性提高，铁的活动性逐渐减低。因此，河、湖相沉积物中，磷酸盐主要为磷酸铁;海相沉积物中，几乎全是磷酸钙。磷酸钙/磷酸铁比值，反映了水体的含盐度。据同济大学的资料(1980年)，海相沉积物中，这一比值大于7，计算盐度大于22‰; 过渡相沉积物中，该比值为7.0～3.0，计算盐度为22‰～13‰;陆相沉积物中，该比值小于3，计算盐度小于13‰。中国山西省太原西山煤田中淡水泥炭沼泽形成的煤层，其古盐度为5.5‰～8.5‰;而微咸水、半咸水泥炭沼泽形成的煤层，其古盐度为11‰～27‰，古盐度值与两类煤层的其它沉积相标志基本吻合。然而，用这种方法测算古盐度仅能定性，有局限性。有时，陆源区有磷灰石发育或沉积物中有含磷酸钙的化石(舌形贝等)存在，都会影响磷酸盐的成分及其比值，用时必须考虑。1

稳定同位素稳定同位素的数值变化也有较好的指相意义。利用稳定同位素区分沉积相的优点在于，它不受物源区的影响。而其缺点是，沉积物中同位素组分易受沉积后置换作用的影响(氧同位素表现更明显)。且供同位素分析用的样品，必须是自生碳酸盐样，有时难以采到。

介质的氧化还原性与酸碱度氧化或还原作用的强度决定于介质中所含溶解氧的量。它用氧化还原电位表示。对于含铁矿物，在氧化环境中形成赤铁矿，弱还原环境中则以形成菱铁矿为特征，强还原环境中多形成黄铁矿。由于某些元素或化合物沉积时所要求的酸碱条件不同，因此可以根据沉积物来推测介质的酸碱度 (pH)值。海水的pH值一般为7.8～8.3; 淡水的pH值为6.2。对于粘土矿物，陆相酸性条件下形成高岭石，而在海水碱性条件下则形成蒙脱石。因而，粘土矿物等一些自生矿物具有指相性，指示介质的酸碱度和氧化还原性见下表。

指示水介质物理化学性质的粘土矿物和其它自生矿物

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分析成煤环境时，硫、铁元素及其化合物经常被视为地球化学标志。泥炭沼泽有内陆淡水泥炭沼泽和近海滨岸泥炭沼泽两类。近海滨岸泥炭沼泽既有淡水流入，又有海水灌入，为微咸水、半咸水介质，盐度较高，海水带入的硫酸根离子，在碱性介质条件下，被还原细菌还原成具有活性的硫化氢，进而与铁离子化合成硫化铁，因而在这类沼泽中所形成的煤层富含黄铁矿;而淡水泥炭沼泽中由于盐度低，硫酸根离子少，虽有还原细菌作用，但不能生成较多的硫化铁，因而所形成的煤层中黄铁矿少。2

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李兵 - 副教授 - 西南大学