扫描电镜能测石英衬底吗

扫描电镜能测石英衬底，相关资料如下

能

扫描电子显微镜(SEM)是1965年以后才迅速发展起来的新型电子仪器。其主要特点可归纳为：①仪器分辨率高；②仪器的放大倍数范围大，一般可达15～180000倍，并在此范围内连续可调；③图像景深大，富有立体感；④样品制备简单，可不破坏样品；⑤在SEM上装上必要的专用附件——能谱仪(EDX)，以实现一机多用，在观察形貌像的同时，还可对样品的微区进行成分分析。

一、扫描电子显微镜(SEM)的基本结构及原理

扫描电镜基本上是由电子光学系统、信号接收处理显示系统、供电系统、真空系统等四部分组成。图13-2-1是它的前两部分结构原理方框图。电子光学部分只有起聚焦作用的汇聚透镜，它们的作用是用信号收受处理显示系统来完成的。

图13-2-1 SEM的基本结构示意图

在扫描电镜中，电子枪发射出来的电子束，经3个电磁透镜聚焦，成直径为20 μm～25 Å的电子束。置于末级透镜上部的扫描线圈能使电子束在试样表面上做光栅状扫描。试样在电子束作用下，激发出各种信号，信号的强度取决于试样表面的形貌、受激区域的成分和晶体取向。试样附近的探测器把激发出的电子信号接受下来，经信号处理放大系统后，输送到阴极射线管(显像管)的栅极以调制显像管的亮度。由于显像管中的电子束和镜筒中的电子束是同步扫描的，显像管亮度是由试样激发出的电子信号强度来调制的，由试样表面任一点所收集来的信号强度与显像管屏上相应点亮度一一对应，因此试样状态不同，相应的亮度也必然不同。由此，得到的像一定是试样形貌的反映。若在试样斜上方安置的波谱仪和能谱仪，收集特征X射线的波长和能量，则可做成分分析。

目前，石英颗粒表面特征可以分为机械成因、化学成因和附生物特征3大类（伍永秋等，1998）。机械成因的特征是颗粒在搬运过程中受到机械作用而产生的痕迹，主要有贝壳状断口、V形撞击坑、碟形撞击坑、擦痕、平行解理台阶、平整解理面、上翻解理薄片等。化学成因的特征是指石英颗粒受沉积环境化学作用而产生的特征，主要有溶蚀沟、晶体生长、鳞片状剥落等。附生物特征主要是指生物、矿物和某些特定环境中的元素。依据鲍威尔圆度等级划分原则，以及本次研究的目的要求，将石英颗粒表面形态简单地划分为尖棱状、次棱状、次圆状、圆状4个圆度等级。利用扫描电镜（SEM）研究石英颗粒表面形态特征，对判别沉积环境及其演变历史有很大的优越性和鉴定意义（Krinsley et al.，1973；陈丽华等，1986）。

1.石英砂颗粒表面结构特征

通过石英砂颗粒表面结构的研究，以达到对沉积物的成因分类、重建古环境的目的。因此，必须十分注意颗粒形态与其搬运介质条件之间的相互关系。不同的搬运介质和动力条件所形成的石英砂颗粒表面结构特征应有所差别，但是不同的介质搬运的条件和动力又往往形成相似的表面形态特征。这就为研究工作带来了某些困难，并充分显示了自然界的复杂性和共同性。共性和差异性同存在于事物之中，研究其差异性就成为研究石英颗粒表面结构的主要方面。某些表面特征在不同环境下完全相似，但它们出现的“几率”或称为“丰度”是不尽相同的。因此研究石英颗粒表面特征在某一沉积环境下的“丰度”成为重要内容。前人研究发现，石英颗粒表面最常见的特征是贝壳状断口、平整解理面、解理面或晶面上的翻卷薄片、各种形状的凹坑、碟形坑、擦痕、SiO2的溶蚀及沉淀现象，以及矿物的重结晶、颗粒的形态等。

为了便于研究和比较，把前人获得的各种成因的沉积物的石英颗粒表面特征（表5-1）与青藏高原地区的沉积物石英颗粒表面特征进行比较，以判别其成因及相应的沉积环境。

表5-1 不同沉积环境的石英砂颗粒表面结构特征

2.石英颗粒表面特征的统计分析

对不同成因类型石英颗粒表面形态和结构特征进行对比分析。经过比较发现（表5-1），尽管石英颗粒形态和表面结构类型受各种外动力作用和复杂条件的影响，但其组合特征在很大程度上反映了成因上的内在联系和规律。如前所述，石英颗粒表面特征对其沉积环境具有鉴定意义，但不能只强调某一孤立的标志，应该采用数量分析的方法，本书采用特征颗粒百分比的方法进行定量分析。

在扫描电镜下对114粒石英砂粒进行观察，依据鲍威尔圆度等级划分原则，将石英颗粒表面形态简单地划分为尖棱状、次棱角状、次圆状、圆球状4个等级。其主要表面特征有下列21种类型：硅质鳞片、硅质球、溶蚀坑和沟、鳞片状剥落、V形撞击坑、碟形撞击坑、麻面、磨光面、半平行或弧形阶梯状裂面、贝壳状断口、平整剪切断口、裂纹扩大的破裂面、粘附小碎片、平整节理面、磨光面、翻翘薄片、压坑及碾磨痕迹、平行擦痕与刻痕。借助上述指标，对电子显微镜下观察到的特征和出现频率统计分析如下（表5-2）：

表5-2 石英颗粒表面结构成因类型的颗粒频率统计

（1）野牛沟剖面（P1-5、P1-7）（图5-20）

P1-5样采于青海省玛多县城南，岩性为土黄色含砾砂岩。坐标：N34°31′39.4″；E97°59′56.9″；海拔4313m。P1-5样石英表面特征如下：颗粒以棱角状为主（41.67%），83.3%的颗粒表面具有粘附小颗粒，此外25%的颗粒上见有硅质球，25%的颗粒上有鳞片状脱落的石英，50%的颗粒可见溶蚀坑和溶蚀沟，溶蚀坑和沟反映当时的沉积环境是一种高能的化学环境。这些表面形态特征表明沉积物物源比较近或者水动力条件比较强，结合研究区环境分析，认为沉积物是在强水动力环境下在很短的时间内沉积的，为源区湖泊形成初期河流相产物。

P1-7样采于该剖面的上部，岩性为灰黑色含砾粉砂层。P1-7样石英表面特征与P1-5明显不同：颗粒以磨圆较好的圆球状为主（80%），磨圆好，33.33%的颗粒具有磨光面，86.7%的颗粒表面具有粘附小颗粒，同时代表高能化学环境的溶蚀坑和沟、硅质球、硅质鳞片也比较常见。这种组合特征说明P1-7沉积环境与P1-5截然不同，水动力环境较弱，沉积物处于比较动荡的水环境中，为湖相沉积物。

（2）大野马岭剖面（P2T1-1、P2T4-1、P2T7-1）（图5-21）

P2T1-1样采于玛多县城南大野马岭，位于湖相阶地的最底部，岩性为灰褐色粉细砂层，具水平层理。坐标：N34°40′44.1″；E98°4′1.0″；海拔4220m。P2T1-1样石英表面特征如下：86.67%颗粒以圆球状为主，其余颗粒为次圆状，46.67%的颗粒具有磨光面，没有代表高能化学环境的溶蚀坑和沟、硅质球、硅质鳞片颗粒出现，但出现了机械成因的贝壳状断口与阶梯状裂面。这种组合特征说明其沉积环境与P1-7沉积大致相同，水动力环境较弱，处于低能环境，为湖相沉积物。P2T4-1样和P2T7-1样表现出的组合特征基本与P2T1-1样一致，然而P2T4-1样有代表高能化学环境的颗粒（14.29%）出现，这种沉积环境可能代表了当时湖泊水的盐度与P2T1-1对应的湖泊环境有所不同。

图5-20 野牛沟剖面石英颗粒表面形态特征出现频率编号代表的表面特征见表5-1

图5-21 大野马岭剖面石英颗粒表面形态特征出现频率编号代表的表面特征见表5-1

（3）黑河乡剖面（P3-13、P3-18）（图5-22）

P3-13、P3-18样采于玛多县黑河乡东，岩性为灰黄色粉细砂层。坐标：N34°48.110′；E98°8.133′；海拔4252m。P3-13、P3-18两个样品石英表面特征比较接近，均以圆球状颗粒为主，P3-13样圆球状颗粒达到85.7%、P3-18达到73.3%，且其余均为次圆状颗粒，无次棱角状颗粒出现；颗粒表面特征比较明显，有磨光面、平整节理面、阶梯状裂面、贝壳状断口等，这些特征对应的百分比见表5-2；而代表高化学能的溶蚀坑和溶蚀沟、硅质球等不常见，代表高能机械撞击的碟形撞击坑在两样品中较常见，分别达到了42.8%与33.3%。以上组合特征说明该样品当时处于低化学能的湖泊中，但湖泊水体动能巨大，石英颗粒表面相互撞击出碟形坑。相对与大野马岭剖面样品对应的平稳的湖泊水体来说，黑河乡剖面两样品对应的湖泊水体比较动荡。

（4）鄂陵湖北哈拉滩剖面（P6-1）（图5-23）

P6-1样采于玛多县哈拉滩一河流陡坎处，剖面厚度9m左右，岩性为黄绿色中粗粒含砾粗砂层，地层具波状层理。坐标：N35°11.193′；E97°52.071′；海拔4391m。P6-1样品石英表面特征如下：多数颗粒具有代表高能化学环境的硅质球、溶蚀坑和沟、鳞片状剥落颗粒，含量分别达到6.67%、60.00%、13.33%；代表机械碰撞作用形成的贝壳状断口、平整剪切断口含量分别为26.67%，53.33%；此外多数颗粒还表现出具有粘附小碎片、翻翘薄片等特征，与野牛沟P1-5样品一样，该样品颗粒也以棱角状为主（86.7%）。哈拉滩剖面样品组合特征说明该样品在高能的环境中形成，表面形态特征表明沉积物物源比较近或者水动力条件比较强，因而可以认为沉积物是在强水动力环境下在很短的时间内沉积而成的，为源区湖泊形成初期河流相产物。这与野牛沟剖面P1-5得出的结论相一致，从石英颗粒表面特征可以认为，野牛沟剖面与哈拉滩剖面形成的环境基本相似，只是分布地区不同而已。

图5-22 黑河乡剖面石英颗粒表面形态特征出现频率编号代表的表面特征见表5-1

图5-23 哈拉滩剖面石英颗粒表面形态特征出现频率编号代表的表面特征见表5-1

摘 要 运用 X 射线衍射分析( XRD) 、带能谱仪的扫描电镜( SEM-EDX) 和光学显微镜等技术，首次在鄂尔多斯盆地东北缘准格尔矿区6 号巨厚煤层中发现了超常富集的勃姆石及其特殊的矿物组合，勃姆石含量可高达13. 1%，与勃姆石伴生的矿物有磷锶铝石、锆石、金红石、菱铁矿、方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿。重矿物的组合特征与华北地区本溪组铝土矿中的重矿物组合特征相似，高含量的勃姆石主要来源于聚煤盆地北偏东方向本溪组风化壳铝土矿，三水铝石以胶体溶液的形式从铝土矿中被短距离带入泥炭沼泽中，在泥炭聚积阶段和成岩作用早期经压实作用脱水凝聚而形成勃姆石。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

煤中矿物是煤的重要组成部分。从成因角度来看，煤中矿物的成分和特征，既反映聚煤环境的地质背景，有时又反映煤层形成后所经历的各种地质作用过程，有助于阐明煤层的成因、煤化作用、区域地质历史演化等基本理论问题( Ward，2002) 。从煤的利用角度看，煤中矿物含量直接影响煤发热量的高低和煤的加工利用特性( 韩德馨，1996) ，也是在炼焦冶金过程中造成磨损、腐蚀、污染的主要来源。另外，煤中大部分微量有害元素的含量、存在形式及其对环境的污染也与煤中矿物有关( Vassilev et al. ，1994) ，矿物是煤中微量元素的主要载体( 唐修义等，2004) 。Gupta 等( 1999) 认为，煤利用过程中大部分问题是煤中矿物引起的，而不是煤中的有机显微组分。另一方面，煤中所富集的达到工业品位要求的稀有元素、放射性元素是伴生的有用矿产，有的矿物在煤炭利用加工过程中能起催化作用，提高了煤的经济技术价值。因此，对煤中矿物的成分、含量、成因和赋存状态的研究，具有重要的理论和现实意义。

一、煤中发现的矿物

煤中矿物主要有石英、黏土矿物( 主要是高岭石、伊利石、伊利石/蒙脱石混层矿物) 、碳酸盐矿物( 菱铁矿、方解石、白云石) 、硫化物矿物( 如黄铁矿) ( Ward，1978，2002Harvey et al. ，1986Palmer et al. ，1996) 。国内外学者对煤中矿物，特别是这 4 大类矿物的赋存特征和地质成因进行了较为广泛的研究( Martinez-Tarazona et al. ，1992Patterson et al. ，1994黄文辉等，1999Hower et al. ，2001Ward，2002Dai et al. ，2003) ，并运用低温灰化、X 射线衍射、带能谱仪的扫描电镜等方法发现了煤中许多痕量矿物，如独居石、锆石、纤磷钙铝石、水绿矾、胶磷矿、铬铅矿等( Querol et al. ，1997Rao et al. ，1997Ward，1989Dill et al. ，1999Vassilevet al. ，1998Li et al. ，2001丁振华等，2002) 。根据 Finkelman( 1981) 的资料，煤中已鉴定出的矿物达 125 种以上Bouka 等( 2000) 认为煤中可能存在 145 种矿物唐修义等( 2004) 汇总了国内外文献报道，列出了煤中可以鉴定出的 201 种晶体矿物。

根据前人的研究资料，煤中发现的氢氧化物矿物有: 褐铁矿、铝土矿、针铁矿、纤铁矿、硬水铝石、三水铝石、勃姆石、黑锌锰矿、水镁石，羟钙石。其中褐铁矿、铝土矿、针铁矿在煤中常见，对其成因也有较多的研究( Dill et al. ，1999) 纤铁矿在煤中较少见，主要存在于泥炭中( Bouka et al. ，1997) 硬水铝石在煤中含量较低，主要存在于有火山灰层夹矸的煤层中，且主要在火山灰层夹矸中( Burger et al. ，1971) 三水铝石在煤中少见( Bouka et al. ，2000) 勃姆石、黑锌锰矿、水镁石和羟钙石等矿物在煤中偶见或罕见( Ward，1978Bouka etal. ，2000唐修义等，2004) 。

值得关注的是，虽然勃姆石可以存在于某些煤系地层的黏土岩夹矸中，并对其进行了一些研究工作( Maoyuan et al. ，1994梁绍暹等，1997刘钦甫等，1997) ，但是对煤中勃姆石的赋存、成因在国内外尚未见公开报道的资料，其主要原因就是它在煤中较为罕见。Bouka等( 2000) 认为勃姆石在煤中是非常稀少的Ward( 1977，1984，2002) 认为在个别煤中可以存在痕量的勃姆石，但高含量的勃姆石在煤中是非同寻常的。Goodarzi 等( 1985) 、Harvey 等( 1986) 、Patterson 等( 1994) 、Vassilev( 1994) 等分别对加拿大、澳大利亚、美国、保加利亚的煤中矿物进行了研究，未发现勃姆石。Tatsuo 等( 1993，1996) ，Tatsuo( 1998) 在日本北海道的石狩湾煤田古近纪煤的低温灰化产物中发现了含量很少的勃姆石( 在所采集的 85 个煤样品中，仅 8 个样品的低温灰化产物中有勃姆石，并且其最高含量仅占低温灰化产物中矿物总量的 2. 5%) 。除此之外，国内外对煤中勃姆石的研究再无公开报道。

二、地质背景和实验方法

准格尔煤田地处鄂尔多斯盆地的东北缘，煤田南北长 65km，东西宽 26km，面积1700km2，已探明的煤炭地质储量为 268 亿吨。它是鄂尔多斯盆地煤层最富集的地带，也是沉积相变最明显的地带，石灰岩在煤田内全部尖灭，逐渐相变为陆源碎屑岩。准格尔煤田的含煤岩系包括上石炭统本溪组、太原组和下二叠统山西组，含煤岩系总厚 110 ～160 m，煤系地层的底板为中奥陶统石灰岩，其上覆地层为下石盒子组、上石盒子组、石千峰组、刘家沟组等非含煤地层。该区主采煤层6 号煤位于太原组的顶部，厚度一般在2. 7 ～35 m 之间，平均厚度为 30m，最厚可达 50 m，是在三角洲沉积体系的背景下形成的一巨厚煤层( 刘钦甫等，1997) 。

按照 GB 482-1995 和 MT 262-91 的采样规范和矿区煤层开采的实际情况，对准格尔矿区黑岱沟矿6 号煤层煤样进行了分层样品的采集。样品的编号、厚度及特征如图 1 所示。煤层自上而下的编号为 ZG6-1、ZG6-2、ZG6-3、ZG6-4、ZG6-5、ZG6-6 和 ZG6-7。用 X 射线衍射分析( XRD) 对该煤层进行了矿物组成研究，用带能谱仪的扫描电镜( SEM-EDX) 和 MPV-Ⅲ显微镜光度计对矿物的形貌特征进行观察。按照 GB 8899-88 对煤的显微组分和矿物进行了定量统计，测试结果的单位为体积百分数( vol. %) ，两次测试结果的允许差小于4. 5% 。

图 1 研究区 6 号煤层柱状及分层矿物组成

三、勃姆石及其特殊矿物组合的发现和赋存特征

在矿物组成上，准格尔 6 号煤层 d 剖面自上而下明显分成 4 段，第 1 段由 ZG6-1 组成，第 2 段由 ZG6-2、ZG6-3 和 ZG6-4 组成，第 3 段由 ZG6-5 组成，第 4 段由 ZG6-6 和 ZG6-7 组成。这 4 段的矿物组成有很大差别( 图 1) 。自上而下的特征如下:

( 1) X 射线衍射分析( 图 2a) 和光学显微镜下测定 ZG6-1 分层的矿物组成以石英为主，含量高达 16. 4%( 表 1) ，呈分散状( 图版Ⅰ-1) ，石英造成煤的矿化现象比较严重( 图版Ⅰ-2) 。从石英形态特征来看，其边缘棱角明显，粒度均匀，大多为 5 ～ 10μm ( 图版Ⅰ-3) ，主要分布在基质镜质体中，也存在于同生黏土矿物中，在均质镜质体中也有分布。黏土矿物( 主要是高岭石) 的含量为5. 5%( 表1) 。该分层的石英和黏土矿物的 SEM-EDX 测试结果如表2 所示。

表 1 准格尔煤田 6 煤层的煤岩组成

注: bdl 为低于检测极限。

图 2 研究区 6 号煤层分层样品的 XRD 图

( 2) ZG6-2、ZG6-3、ZG6-4 的组成以超常富集的勃姆石为主，其含量分别为 11. 9% 、13. 1% 和 11% ( 图 2b、c、d表 1) ，如此高含量的勃姆石存在于煤中，在国内外尚无报道。另外，这 3 个分层中高岭石含量分别为 4. 3%、3. 6%和 4. 4%。勃姆石在该煤层中呈隐晶状产出，其赋存状态多样，但主要以团块状分布于基质镜质体中，有的以单独的团块状或不规则的团块状出现( 图版Ⅰ-4 ～6) ，有的以连续的团块状或串珠状出现，也有的充填在成煤植物的胞腔中( 图版Ⅰ-7) 。呈团块状分布的勃姆石的粒度差别很大，为 1 ～ 300μm。在偏光显微镜下，勃姆石与黏土矿物的区别主要是: 勃姆石致密，而黏土矿物比较松散( 图版Ⅰ-8) ，勃姆石的反射色比黏土矿物浅，并且勃姆石的突起较高( 图版Ⅰ-6) ，黏土矿物不显突起( 图版Ⅰ-8) 。在这些勃姆石富集的煤层中，与勃姆石伴生的矿物组合也较特殊，这些矿物包括金红石、磷锶铝石、锆石、菱铁矿、方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿。在 ZG6-2 中，有较高含量的金红石( 1. 6%) ，金红石以单晶或膝状双晶形式出现，并有环带结构的现象( 图版Ⅱ-1，2) 。在ZG6-2 和 ZG6-3 中有磷锶铝石，磷锶铝石主要充填在丝质体的胞腔中，呈圆粒状出现，粒度为1 ～2μm( 图版Ⅰ-7，图版Ⅱ-3) 。在 ZG6-3 中有方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿，这3 种矿物呈浑圆状产出( 图版Ⅱ-4) ，其内部结构比较特殊，有许多孔洞，似明显的菌藻类等低等生物矿化的迹象( 图版Ⅱ-5) 。在 ZG6-2 和 ZG6-3 中，有锆石，其破碎的痕迹表明来源于物源区( 图版Ⅱ-6，7) 。此外，在勃姆石富集的层位还有少量的菱铁矿( 图版Ⅱ-8) 。由于金红石、磷锶铝石、锆石和菱铁矿的含量不高，X 射线衍射分析未能检测出，主要是通过偏光显微镜和带能谱仪的扫描电镜( SEM-EDX) 所观察的晶体形态和物质成分加以鉴定。

( 3) ZG6-5 的矿物组成以高岭石为主，含量为 11. 4% ，含少量勃姆石( 3. 3% ) 及痕量的黄铁矿。

( 4) ZG6-6 和 ZG6-7 的矿物以高岭石为主，含量分别为 22% 和 19. 5% ，有痕量的黄铁矿、石英和方解石，未见勃姆石( 图 2e、f) 。

四、勃姆石及其伴生矿物成因初探

勃姆石是硅酸盐岩石的风化产物，常与三水铝石、硬水铝石、高岭石、迪开石、玉髓、铵云母等矿物共生，此外，还可能是低温热液产物，与泡沸石共生( Kondakov et al. ，1975Hrinko，1986梁绍暹等，1997Banerji，1998程东等，2001) 。但在勃姆石富集的煤层中，除高岭石外，没有发现上述共生矿物，也没有发现任何低温热液矿物或热液活动的证据。

根据王双明等( 1996) 的研究表明，在准格尔煤田 6 号煤层的形成初期( 对应的煤层编号为 ZG6-7 和 ZG6-6) ，准格尔煤田北偏西方向地势高，而南偏东地势低，陆源碎屑物质主要来自北西方向的阴山古陆广泛分布的中元古代钾长花岗岩，因此在 ZG6-7 和 ZG6-6 分层中所形成的矿物和鄂尔多斯盆地其他地区煤的矿物组成差别不大，以陆缘碎屑的黏土矿物为主。在煤层形成的中期( 相对应的煤层编号为 ZG6-5、ZG6-4、ZG6-3 和 ZG6-2) ，煤田的北东部开始隆起，并有本溪组铝土矿出露，煤田处于北偏西的阴山古陆和北偏东本溪组隆起的低洼地区，聚煤作用持续进行，古河流的方向为北偏东( 王双明等，1996) ，表明陆源碎屑主要来自北偏东的隆起。根据石炭纪石灰岩氧、碳同位素值代表的环境意义，得出石炭纪石灰岩是在正常海相环境中形成的，并计算出太原组形成期古水温平均为 29 ～ 32℃，说明当时该地区气候为炎热( 刘焕杰等，1991程东等，2001) 。根据林万智( 1984) 和程东等( 2001) 对该区石炭纪古地磁研究推测，准格尔煤田晚石炭世的古纬度在北纬 14°左右。这种热带湿热气候有利于本溪组风化壳三水铝石的形成( 程东等，2001) 。三水铝石为氧化的开放环境的产物。三水铝石以及少量的黏土矿物在水流的作用下，以胶体的形式经过短距离的搬运到准格尔泥炭沼泽中。根据王双明等( 1996) 的研究，准格尔煤田距离风化壳仅为50km 左右。随着泥炭的持续聚积，到对应的煤层为 ZG6-1 时，北偏东方向的本溪组隆起下降，陆源碎屑的供给又转变为北偏西方向的阴山古陆的中元古代钾长花岗岩，除在 ZG6-1分层中的大量石英外，主要为黏土矿物。在泥炭聚积和成岩作用早期阶段，ZG6-5、ZG6-4、ZG6-3 和 ZG6-2 分层中三水铝石胶体溶液在上覆沉积物的压实作用下，发生脱水作用形成勃姆石。从勃姆石的赋存形态来看，大部分勃姆石呈絮凝状，也反映了它的胶体成因的特点。刘长龄等( 1985) 认为，勃姆石形成主要与成岩阶段的弱酸性与弱氧化至弱还原的介质环境有关，勃姆石在泥炭沼泽中更易形成。山西河曲本溪组铝土矿富含勃姆石，山西和河南铝土矿的重矿物组成有锆石、金红石、方铅矿等，和富勃姆石煤层中的重矿物组合相似( 刘长龄等，1985) ，也是 6 号煤层中勃姆石来源于本溪组铝土矿的佐证。6 号煤中高含量勃姆石的形成与含煤岩系高岭岩中的勃姆石或勃姆石岩的形成不同，刘钦甫等( 1997) 的研究表明，含煤岩系高岭岩中的勃姆石或勃姆石岩中勃姆石的形成主要是高岭石在介质的酸度( pH <5) 增大时脱硅形成的，并且具有高岭石的假象。而在该煤层中的勃姆石没有交代高岭石的现象。

表2 勃姆石及其伴生矿物的SEM-EDX 测试结果

注: Min 为最小值Max 为最大值AM 为算术均值bdl 为低于检测极限。

研究区晚古生代煤中高含量勃姆石的出现并不是一个简单、孤立的地质事件，它独特的赋存状态、成因、伴生矿物组合关系与其周围的地质体、煤层的形成演化、煤层形成时的古地理和古气候具有不可分割的联系。

致谢: 感谢中国科学院地质与地球物理研究所曾荣树研究员和中国石油大学( 北京) 钟宁宁教授给予的悉心指导和大力帮助。

参 考 文 献

程东，沈芳，柴东浩 . 2001. 山西铝土矿的成因属性及地质意义 . 太原理工大学学报，32( 6) : 576 ～579

丁振华，Finkelman R B，Belkin H E 等 . 2002. 煤中发现镉矿物 . 地质地球化学，30( 2) : 95 ～96

韩德馨 . 1996. 中国煤岩学 . 徐州: 中国矿业大学出版社，67 ～78

黄文辉，杨起，汤达祯等 . 1999. 陶枣煤田晚古生代煤中硫及伴生有害元素分布特征 . 地学前缘，6( 增刊) : 45 ～51

梁绍暹，任大伟，王水利等 . 1997. 华北石炭—二叠纪煤系黏土岩夹矸中铝的氢氧化物矿物研究 . 地质科学，32( 4) :478 ～ 485

林万智 . 1984. 中朝板块晚古生代的古地磁特征 . 物探与化探，( 5) : 297 ～305

刘长龄，时子祯 . 1985. 山西、河南高铝黏土铝土矿矿床矿物学研究 . 沉积学报，3( 2) : 18 ～36

刘焕杰，张瑜瑾，王宏伟等 . 1991. 准格尔煤田含煤建造岩相古地理研究 . 北京: 地质出版社

刘钦甫，张鹏飞 . 1997. 华北晚古生代煤系高岭岩物质组成和成矿机理研究 . 北京: 海洋出版社，24 ～38

唐修义，黄文辉等 . 2004. 中国煤中微量元素 . 北京: 商务印书馆

王双明 . 1996. 鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价 . 北京: 煤炭工业出版社

Banerji P K. 1998. A plea for systematic study on some unusual aspects of bauxite at Salal，Jammu and Kashmir. Indian Miner- als，42( 1) : 65 ～ 70

Bouka V，Dvoˇrák Z. 1997. Minerals of the North Bohemian lignite Basin. Nakl. Dick，Praha，1 ～ 159

Bouka V，Peek J，Sykorova I. 2000. Probable modes of occurrence of chemical elements in coal. Acta Montana，Ser. B. Fuel， Carbon，Mineral Process，Praha，( 10) : 53 ～ 90

Burger K，Stadler G. 1971. Monographie des Kaolin-Kohlenton-steins Zollverein 8 in den Eissener Schichten ( Westfal B1) des niederrheinisch-westfalischen Steinkohlenreviers. I und II，Forschungsber. Nordrhein，Westfalen，Nr. 2125，Westdeutscher Verlag，Koln. ，1 ～ 96 ( in German)

Dai S F，Hou X Q，Ren D Y et al. 2003. Surface analysis of pyrite in the No. 9 coal seam，Wuda Coalfield，Inner Mongolia，

China，using high-resolution time-of-flight secondary ion mass-spectrometry. International Journal of Coal Geology，55( 2 ～4) : 139 ～ 150

Dill H G，Wehner H. 1999. The depositional environment and mineralogical and chemical compositions of high ash brown coal resting on early Tertiary saprock. International Journal of Coal Geology，39: 301 ～ 328

Finkelman R B. 1981. Modes of occurrence of trace elements in coal. US Geol. Surv. Open-File Rep. ，81 ～ 99，322

Goodarzi F，Foscolos A E，Cameron A R. 1985. Mineral matter and elemental concentrations in selected western Canadian coals. Fuel，64: 1599 ～ 1605

Gupta R，Wall T F，Baxter L A. 1999. The Impact of Mineral Impurities in Solid Fuel Combustion. Plenum，New York，768

Harvey R D，Ruch R R. 1986. Mineral matter in Illinois and other US coals. In: Vorres K S，ed. Mineral Matter in Coal Ash and Coal. American Chemical Society Symposium Series 301，10 ～ 40

Hower J C，Williams D A，Eble C F et al. 2001. Brecciated and mineralized coals in Union County，Western Kentucky coal field. International Journal of Coal Geology，47: 223 ～ 234

Hrinko V. 1986. Technological， chemical， and mineralogical characteristics of bauxites and country rocks near Drie- novec. Mineralia Slovaca，18( 6) : 551 ～ 555

Kondakov I V，Korobeinikov R A. 1975. Bauxite occurrence in the northern Caucasus. Litol. Polezn. Iskop. ，( 1) : 124 ～ 127( in Russian)

Li Z，Moore T A，Weaver S D，Finkelman R B. 2001. Crocoite: an unusual mode of occurrence for lead in coal. International Journal of Coal Geology，45: 289 ～ 293

Liu Qinfu，Zhang Pengfei. 1997. Compositions and mechanism of kaolin in the Late Paleozoic Coal-bearing Strata of North Chi- na. Beijing: Ocean Press，24 ～ 38

Maoyuan Ya N，Gromov A V，Pavlov E G. 1994. Mineralogy of tonsteins in Chungou coal basin ( China) . Geologiya i Razved- ka，( 2) : 47 ～ 54 ( in Russian)

Martinez-Tarazona M R，Spears D A，Palaicios J M et al. 1992. Mineral matter in coals of different rank from the Asturian Central Basin. Fuel，71: 367 ～ 372

Palmer C A，Lyons P C. 1996. Selected elements and major minerals from bituminous coal as determined by INAA: implica- tions for removing environmentally sensitive elements from coal. International Journal of Coal Geology，32: 151 ～ 166

Patterson J H，Corcoran J F，Kinealy K M. 1994. Chemistry and mineralogy of carbonates in Australian bituminous and sub-bi tuminous coals. Fuel，73: 1735 ～ 1745

Querol X，Whateley M K G，Fernández-Turiel J L et al. 1997. Geological controls on the mineralogy and geochemistry of the Beypazari lignite，Central Anatolia，Turkey. International Journal of Coal Geology，33: 255 ～ 271

Rao P D，Walsh D E. 1997. Nature and distributions of phosphorus minerals in Cook Inlet coals，Alaska. Internaitonal Journal of Coal Geology，33: 19 ～ 42

Tatsuo K. 1998. Relationships between inorganic elements and minerals in coals from the Ashibetsu district，Ishikari coal field， Japan. Fuel Processing Technology，56( 1 ～ 2) : 1 ～ 19

Tatsuo K，Makoto K. 1993. Mineral matter in the Ashibetsu coals. Shigen to Kankyo，2( 5) : 491 ～ 499

Tatsuo K，Makoto K. 1996. Mineralogical composition of the Ashibetsu coals in the Ishikari coalfield，Japan. Shigen Chishitsu，46( 1) : 13 ～ 24

Vassilev S V，Yossitora M G，Vassileva C G. 1994. Mineralogy and geochemistry of Bobov Dol coals，Bulgaria. International Journal of Coal Geology，26: 185 ～ 213

Vassilev S V，Christina G. 1998. Comparative chemical and mineral characterization of some Bulgarian coals. Fuel Processing Technology，55: 55 ～ 69

Ward C R. 1977. Mineral matter in the Harrisburg-Springfield ( No. 5 ) Coal Member of the Carbondale Formation，Illinois Basin. Illinois State Geological Survey，Circular 498，35

Ward C R. 1978. Mineral matter in Australian bituminous coals. Proceedings，Australasian Institute of Mining and Metallurgy，267: 7 ～ 25

Ward C R. 1984. Coal Geology and Coal Technology. Blackwell，Oxford，345

Ward C R. 1989. Minerals in bituminous coals of the Sydney basin ( Australia) and the Illinois basin ( USA) . International Jour- nal of Coal Geology，13: 455 ～ 479

Ward C R. 2002. Analysis and significance of mineral matter in coal seams. International Journal of Coal Geology，50:135 ～ 168

图版说明

图版Ⅰ

1. ZG6-1 中的石英( SEM ) 。

2. ZG6-1 中的石英，矿化现象严重( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

3. ZG6-1 中的石英，棱角明显，粒度均匀( SEM ) 。

4. ZG6-2 中规则的团块状勃姆石( SEM ) 。

5. ZG6-2 中不规则团块状勃姆石( SEM ) 。

6. ZG6-3 中不规则团块状勃姆石，突起高( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

7. ZG6-3 中充填于丝质体胞腔的勃姆石和磷锶铝石( SEM ) 。

8. ZG6-5 中黏土矿物，不显突起( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

图版Ⅱ

1. ZG6-2 中的金红石晶体( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

2. ZG6-2 中金红石的膝状双晶( SEM ) 。

3. ZG6-3 中充填于胞腔的磷锶铝石( SEM ) 。

4. ZG6-3 中呈浑圆状产出的硒方铅矿( SEM ) 。

5. ZG6-3 中硒铅矿的内部结构( SEM ) 。

6. ZG6-2 中的锆石( SEM ) 。

7. ZG6-3 中的锆石( SEM ) 。

8. ZG6-3 中的菱铁矿( SEM ) 。

代世峰等: 鄂尔多斯盆地东北缘准格尔煤田煤中超常富集勃姆石的发现

图版Ⅰ

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

代世峰等: 鄂尔多斯盆地东北缘准格尔煤田煤中超常富集勃姆石的发现

图版Ⅱ

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

A discovery of extremely-enriched boehmite from coal in the Junger coalfield，the northeastern Ordos Basin.

DAI Shifeng1，2，REN Deyi1，2，LI Shengsheng2，Chen Lin CHOU3

( 1. Key Laboratory of Coal Resources of CUMT，Beijing，1000832. Department of Resources and Earth Science， China University of Mining and Technology，Beijing，1000833. Illinois State Geological Survey，IL61820，USA)

Abstract: The authors found an extremely-enriched boehmite and its associated minerals for the first time in the super-thick No. 6 coal seam from the Junger Coalfield in the northeastern Ordos Basin by using technologies including the X-ray diffraction analysis ( XRD ) ，scanning electron microscope equipped w ith an energy dispersive X-ray spectrometer，and optical micro- scope. The content of boehmite is as high as 13. 1% ，and the associated minerals are goyazite， zircon，rutile，goethite，galena，clausthalite，and selenio-galena. The heavy minerals assem- blage is similar to that in the bauxite of the Benxi Formation from North China. The high boehmite in coal is mainly from w eathering crust bauxite of the Benxi Formation from the north- eastern coal-accumulation basin. The gibbsite colloidstone solution w as removed from bauxite to the peat mire，and boehmite w as formed via compaction and dehydration of gibbsite colloid- stone solution in the period of peat accumulation and early period of diagenesis.

Key words: coalboehmiteLate Paleozoic periodJunger Coalfield

( 本文由代世峰、任德贻、李生盛合著，原载《地质学报》，2006 年第 80 卷第 2 期)

---