煤系地球化學相

煤系岩石中反映沉積環境的地球化學特徵，包括水介質的含鹽度、酸鹼度、氧化還原電位等。

基本介紹

• 中文名：煤系地球化學相
• 外文名：geochemical facies of coal measures 
• 學科：地球化學
• 作用：反映沉積環境
• 化學相：水介質的含鹽度、酸鹼度等
• 目標：煤系岩石

煤系中常用的沉積相地球化學標誌

能反映環境差別的化學成分及其含量。理想的地球化學標誌應能敏銳地反映出水介質的含鹽度，即具有指相性，且其在沉積期不受各種因素的干擾，沉積後不受成岩、後生等作用的影響，易於精確測定。

微量元素及其比值

煤系的泥質岩和煤中微量元素的含量和比值，往往具有反映沉積環境的作用，一般用光譜分析方法來測定。

硼含量

硼是一個比較好的指相元素。由於沉積物中硼的來源，除陸源碎屑中帶來者(如電氣石)外，大都是從水體中吸附來的。因而，可從沉積物中的硼含量，推測沉積介質的含鹽度。現代正常海洋沉積物中，平均硼含量為115～143ppm (據Landergren，1964);半鹹水盆地沉積物中，平均硼含量為85～110ppm(據Тимофеев，1976);淡水沉積物中，平均硼含量為40～60ppm (據Porrenga 1967)。古代海洋環境的泥質岩中，硼含量均大於100ppm; 古代大陸環境沉積物中，硼含量均低於64ppm; 古代過渡環境的泥質岩中，硼含量則介於二者之間。硼含量與岩石類型、礦物成分、有機質含量有一定關係，也受變質作用的影響。一般，只有在同一陸源區、同一沉積盆地形成的沉積物中，硼含量才有較好的指相意義。

硼鎵比值 (B/Ga)

該比值是較好的指相標誌之一。一般認為：海洋沉積物中硼含量高，淡水沉積物中鎵較富集。海洋沉積物中，B/Ga值一般大於4.5～5;而大陸沉積物中，B/Ga值小於3.3;過渡性沉積物中，則介於二者之間。

鍶鋇比值(Sr/Ba)

該比值有隨鹽度的升高而明顯增大的趨勢。淡水沉積物中，Sr/Ba值通常小於1;而海洋沉積物中，則多大於1;特別是從陸地向海洋過渡地區，Sr/Ba值逐漸增大的趨勢十分明顯。

此外，像Cr、Cu、Ni、V等元素的含量以及鍶鈣比值、釷鈾比值、銣鉀比值和錳鐵比值等，在海洋和大陸沉積物中也都有差別，均可作為指相的參考指標。

沉積磷酸鹽

現代或古代泥質沉積物中都含有少量沉積成因的磷酸鹽，其成分與沉積水體的含鹽度有關。從淡水到海水，隨鹽度升高，鈣的活動性提高，鐵的活動性逐漸減低。因此，河、湖相沉積物中，磷酸鹽主要為磷酸鐵;海相沉積物中，幾乎全是磷酸鈣。磷酸鈣/磷酸鐵比值，反映了水體的含鹽度。據同濟大學的資料(1980年)，海相沉積物中，這一比值大於7，計算鹽度大於22‰; 過渡相沉積物中，該比值為7.0～3.0，計算鹽度為22‰～13‰;陸相沉積物中，該比值小於3，計算鹽度小於13‰。中國山西省太原西山煤田中淡水泥炭沼澤形成的煤層，其古鹽度為5.5‰～8.5‰;而微鹹水、半鹹水泥炭沼澤形成的煤層，其古鹽度為11‰～27‰，古鹽度值與兩類煤層的其它沉積相標誌基本吻合。然而，用這種方法測算古鹽度僅能定性，有局限性。有時，陸源區有磷灰石發育或沉積物中有含磷酸鈣的化石(舌形貝等)存在，都會影響磷酸鹽的成分及其比值，用時必須考慮。

穩定同位素

穩定同位素的數值變化也有較好的指相意義。利用穩定同位素區分沉積相的優點在於，它不受物源區的影響。而其缺點是，沉積物中同位素組分易受沉積後置換作用的影響(氧同位素表現更明顯)。且供同位素分析用的樣品，必須是自生碳酸鹽樣，有時難以採到。

介質的氧化還原性與酸鹼度

氧化或還原作用的強度決定於介質中所含溶解氧的量。它用氧化還原電位表示。對於含鐵礦物，在氧化環境中形成赤鐵礦，弱還原環境中則以形成菱鐵礦為特徵，強還原環境中多形成黃鐵礦。由於某些元素或化合物沉積時所要求的酸鹼條件不同，因此可以根據沉積物來推測介質的酸鹼度 (pH)值。海水的pH值一般為7.8～8.3; 淡水的pH值為6.2。對於粘土礦物，陸相酸性條件下形成高嶺石，而在海水鹼性條件下則形成蒙脫石。因而，粘土礦物等一些自生礦物具有指相性，指示介質的酸鹼度和氧化還原性見下表。

指示水介質物理化學性質的粘土礦物和其它自生礦物

介質酸鹼性	粘土礦物	碳酸鹽礦物	含鐵礦物	介質的氧化; 還原性	含鐵礦物
酸 性	高嶺石		白鐵礦	強氧化	赤鐵礦
弱酸性	埃洛石			氧 化	菱鐵礦; 赤鐵礦
中 性	埃洛石; 拜來石	菱鐵礦	黃鐵礦	弱氧化	赤鐵礦; 菱鐵礦
弱鹼性	鈣蒙脫石; 拜來石、伊利石	白雲石、鐵白; 雲石、 菱錳礦		弱還原	菱鐵礦
鹼 性	鈣鎂蒙脫石	方解石		還 原	黃鐵礦; 菱鐵礦
強鹼性	鎂蒙脫石			強還原	菱鐵礦; 黃鐵礦
				硫化氫	黃鐵礦

分析成煤環境時，硫、鐵元素及其化合物經常被視為地球化學標誌。泥炭沼澤有內陸淡水泥炭沼澤和近海濱岸泥炭沼澤兩類。近海濱岸泥炭沼澤既有淡水流入，又有海水灌入，為微鹹水、半鹹水介質，鹽度較高，海水帶入的硫酸根離子，在鹼性介質條件下，被還原細菌還原成具有活性的硫化氫，進而與鐵離子化合成硫化鐵，因而在這類沼澤中所形成的煤層富含黃鐵礦;而淡水泥炭沼澤中由於鹽度低，硫酸根離子少，雖有還原細菌作用，但不能生成較多的硫化鐵，因而所形成的煤層中黃鐵礦少。