華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層中伊利石礦物學(xué)特征及成因

黃 波，鄭啟明，石松林

華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層中伊利石礦物學(xué)特征及成因

黃 波，鄭啟明，石松林

(河南工程學(xué)院 資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 451191)

為了探討伊利石對煤化作用和沉積環(huán)境的指示作用，以華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸為研究對象，采用X射線衍射方法(XRD)和X射線熒光方法(XRF)分別測定煤層夾矸的礦物組成和化學(xué)組成，研究夾矸中伊利石礦物學(xué)特征及成因。結(jié)果表明，京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸主要由伊利石、綠泥石和石英組成，其中，伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為62.92%。將XRD數(shù)據(jù)和XRF數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，計算得到伊利石平均化學(xué)式為(K0.37(NH4)0.03)Al2(Si3.60Al0.40O10)(OH)2。京西煤田煤層夾矸中伊利石主要由高嶺石轉(zhuǎn)化而來，伊利石的NH4+占層間陽離子的比例具有隨沉積古鹽度升高而逐漸升高的趨勢，(Si)/(Al)Ⅳ具有隨煤化程度升高而逐漸降低的趨勢，這表明京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中的伊利石礦物學(xué)特征對沉積環(huán)境和煤化作用具有一定的指示作用。

侏羅紀(jì)；煤層夾矸；伊利石；煤化作用；沉積環(huán)境；京西煤田

伊利石是一種2∶1層型黏土礦物，其四面體中心陽離子含有一定量的Al，導(dǎo)致其層間域中有一定量的層間陽離子，K+和NH4+是伊利石常見的層間陽離子[1-2]。由于K+(半徑0.133 nm)和NH4+(0.148 nm)離子半徑差異，K-伊利石與NH4-伊利石組成不連續(xù)固溶體[3-5]。國內(nèi)外高變質(zhì)煙煤—無煙煤中伊利石時有發(fā)現(xiàn)。T. C. Juster等[6]在賓夕法尼亞州東北部的含煤地層中發(fā)現(xiàn)伊利石，其層間陽離子以NH4+為主，且隨著煤化程度增高，伊利石的比例具有逐漸升高的趨勢；M. R. Bayan等[7]研究了阿巴拉契亞中部煤田煤層中的伊利石礦物學(xué)特征，并探討了伊利石的結(jié)晶度和煤化程度相關(guān)性；劉欽甫等[8]、梁紹暹等[9]、Dai Shifeng等[10]在華北地區(qū)石炭–二疊紀(jì)煤層(煤或者夾矸)中發(fā)現(xiàn)一定量伊利石，研究指出，伊利石主要由高嶺石在高變質(zhì)煙煤—無煙煤階段轉(zhuǎn)化而來，其形成溫度大于150℃，層間陽離子以NH4+為主，其次為K+，其中，NH4+主要來源于煤中有機(jī)氮熱氨化作用的釋放；Zheng Qiming等[5]研究發(fā)現(xiàn)華北地區(qū)石炭–二疊紀(jì)煤層伊利石層間陽離子的組成與沉積環(huán)境具有一定的相關(guān)性，NH4+占層間陽離子的比例越高，沉積古鹽度越高，沉積環(huán)境偏堿性，且煤層中伊利石含量具有隨煤化程度升高而逐漸升高的趨勢，這一研究發(fā)現(xiàn)與T. C. Juster等[6]研究結(jié)果一致。由此可見，煤層中的伊利石礦物學(xué)特征對煤化程度和沉積環(huán)境均具有一定的指示作用。

依照E. H. Nickel[11]提出的礦物名稱命名方法，伊利石層間域陽離子NH4+占比大于50%的稱為NH4-伊利石，層間域陽離子K+占比大于50%的稱為K-伊利石。目前，煤層中伊利石礦物學(xué)特征對沉積環(huán)境指示作用的研究多集中于NH4-伊利石，而K-伊利石對沉積環(huán)境指示作用的研究相對較少。筆者以華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層中K-伊利石為研究對象，分析其礦物學(xué)特征及成因，進(jìn)一步探討伊利石對煤化作用和沉積環(huán)境的指示作用。

1 地質(zhì)背景

京西煤田位于北京地區(qū)西南部，長約45 km，寬約35 km，面積約1 019 km2。含煤地層主要包括：上石炭統(tǒng)–下二疊統(tǒng)太原組、下二疊統(tǒng)山西組及下侏羅統(tǒng)窯坡組，含煤地層總厚度約為844 m(圖1)。木城澗煤礦、大安山煤礦和長溝峪煤礦是京西煤田內(nèi)主要生產(chǎn)礦井。

太原組上覆于本溪組之上，整合接觸，厚度為76~139 m，平均117 m。太原組主要由砂巖、粉砂巖、灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖和煤組成，共含有5層煤，其中M3號煤大部分可采，M1和M5號煤局部可采。山西組上覆于太原組之上，整合接觸，厚度為134~170 m，平均157 m。山西組主要由砂巖、粉砂巖、炭質(zhì)泥巖和煤組成，共含有4層煤，其中僅M6號煤局部可采。窯坡組上覆于下侏羅統(tǒng)南大嶺組玄武巖之上，角度不整合接觸或假整合接觸，厚度為400~720 m，平均570 m。窯坡組主要由各粒級砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成，共含有12層煤，其中7層煤大部分可采或局部可采(圖1)。本文以京西煤田侏羅紀(jì)煤層為研究對象，其中，1號煤的泥炭聚集環(huán)境為濱、淺湖環(huán)境，2號至15號煤的泥炭聚集環(huán)境為河流環(huán)境。因此，窯坡組沉積期多次湖泊和河流的周期性消亡導(dǎo)致大面積泥炭沼澤化，最終形成了窯坡組中的各煤層。因此，京西煤田侏羅紀(jì)煤形成過程中主要受淡水影響。

圖1 京西煤田主要地層柱狀

2 樣品采集與實驗方法

2.1 樣品采集

本次研究煤層及夾矸樣品主要采自華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層，采樣地點為木城澗煤礦6號煤、大安山煤礦9號和10號煤及長溝峪煤礦4號和15號煤。煤樣工業(yè)分析和煤的鏡質(zhì)體最大反射率(max)測試結(jié)果見表1。夾矸樣品在煤礦新鮮工作面采取，每個樣品采集0.5~1 kg，采集后立即用塑料采樣袋封存以免污染和潮解。

表1 煤樣工業(yè)分析及煤的鏡質(zhì)體反射率

2.2 X射線衍射分析

采用X射線粉末衍射儀(XRD，D/max-2500/PC，日本Rigaku)對煤層夾矸樣品的礦物組成進(jìn)行定性分析，實驗條件為：功率6 kW(40 kV和150 mA)、掃描速度4°/min、步長0.02°、掃描范圍2在4°~5°。利用煤層夾矸XRD數(shù)據(jù)，采用商業(yè)軟件Quan對煤層夾矸礦物組成進(jìn)行定量分析[12]。XRD分析由中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室完成。

2.3 X射線熒光分析

采用X射線熒光儀(XRF，ADVANT'XP+，瑞士Arl)對煤層夾矸樣品常量元素組成進(jìn)行定量測定。測定前，需將煤層夾矸樣品在815℃條件下處理2 h。測定的常量元素氧化物包括：SiO2、Al2O3、K2O、Na2O、MgO、CaO、Fe2O3、TiO2等。XRF分析由中國礦業(yè)大學(xué)(北京)煤炭資源與安全開采國家重點實驗室完成。

2.4 電感耦合等離子質(zhì)譜分析

采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS，Aurora M90-Advance，美國Bruker)測定煤層夾矸中的B元素含量。為避免B元素在消解過程中發(fā)生揮發(fā)損失，依據(jù)Dai Shifeng等[13]提出的方法，采用HNO3(65%)+ HF(40%)+H3PO4(85%)對煤層夾矸進(jìn)行消解處理。標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度梯度為：0、10、20、40、50 ng/mL，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸系數(shù)為0.99。ICP-MS分析由北京市理化分析測試中心完成。

3 實驗結(jié)果

3.1 礦物組成

由XRD分析可知：華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中主要礦物及含量(表2、圖2)為：石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%~30.0%，平均18.0%；伊利石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.1%~68.7%，平均62.9%；綠泥石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.2%~11.9%，平均9.7%。此外，矸石中還見少量方解石和鈉長石(平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為4.9%和4.4%)。對比華北地區(qū)煤層中主要礦物組成[14]，京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中缺失高嶺石而出現(xiàn)了綠泥石、伊利石和鈉長石，主要是因為京西煤田煤變質(zhì)程度較高所致。

表2 煤層夾矸礦物組成

3.2 常量元素化學(xué)組成及賦存形式

由X射線熒光儀測試結(jié)果可知，Si和Al是京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸的主要常量元素(表3)，其氧化物平均含量為：SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60.27%，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.02%。其他常量元素氧化物包括：Fe2O3(3.96%)、TiO2(0.94%)、CaO(2.11%)、MgO (1.21%)、K2O(3.16%)、Na2O(1.92%)、P2O5(0.04%)和MnO(0.05%)，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)均低于6%。(SiO2)/(Al2O3)為1.91~ 3.16，平均2.51，明顯高于中國煤中(SiO2)/(Al2O3)(1.44)[10]，這主要是因為高含量的石英所致。

京西煤田煤層夾矸中Al和Si主要以石英、伊利石和綠泥石形式存在，通過計算伊利石和綠泥石化學(xué)式及相關(guān)性系數(shù)，可以判斷其他常量元素的賦存形式。其中，F(xiàn)e2O3和MgO與綠泥石有較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)2分別為0.89、0.88，表明Fe和Mg主要賦存于綠泥石中；CaO與方解石具有較強(qiáng)的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)2為0.83，表明方解石以Ca為主要載體礦物；Na2O與鈉長石相關(guān)性較強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)2為0.88，表明Na主要賦存于鈉長石中；K2O與伊利石具有較強(qiáng)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)2為0.73，表明K以層間陽離子的形式賦存于伊利石的層間域中[1-2]。

注：d單位為nm。

表3 煤層夾矸化學(xué)組成

3.3 礦物組成與化學(xué)組成對比分析

京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸由石英、伊利石、綠泥石、鈉長石和方解石組成。其中，石英、鈉長石和方解石化學(xué)組成較為固定，其化學(xué)式分別為：SiO2、NaAlSi3O8和CaCO3。煤層中的綠泥石以斜綠泥石和鮞綠泥石為主[15-16]，主要形成于較強(qiáng)的還原環(huán)境，其Fe主要以Fe2+的形式存在，其化學(xué)式為：(Mg1Fe6-x1)(AlSi3O10)(OH)8。伊利石層間陽離子以K+為主，其次為NH4+，其化學(xué)式為：(K3(NH4)2-x3) Al2(Si4-x2Al2O10)(OH)2。依據(jù)Dai Shifeng等[10,14]和Zheng Qiming等[5]提出的礦物組成和化學(xué)組成對比分析方法，可計算出伊利石和綠泥石的化學(xué)式，其中1、2和3表示元素個數(shù)。具體計算過程如下：

式中：MgO-Chl、Fe2O3-Chl、SiO2-Chl、Al2O3-Chl為綠泥石中MgO、Fe2O3、SiO2和Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；SiO2-Pl、Al2O3-Pl為鈉長石中SiO2和Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；SiO2-Qz為石英中SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；K2O-Ilt為伊利石中K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；SiO2-t和Al2O3-t為SiO2和Al2O3的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

計算結(jié)果表明：京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中綠泥石平均化學(xué)式為(Mg2.00Fe4.00)(AlSi3O10)(OH)8，伊利石平均化學(xué)式為(K0.37(NH4)0.03)Al2(Si3.60Al0.40O10)(OH)2(表4)。

表4 煤層夾矸中伊利石和綠泥石化學(xué)式

3.4 伊利石X射線衍射特征

S. Higashi[3]指出，由于NH4+離子半徑大于K+離子半徑，因此，伊利石的層間距(001,單位為nm)具有隨層間域中NH4+的比例升高而升高的趨勢，二者呈正比關(guān)系，回歸曲線如圖3所示。

圖3 d001和nNH4回歸曲線[3]

京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中伊利石001在1.001 1~ 1.004 5 nm，平均1.002 5 nm。NH4+在層間域中的比例NH4介于2.2%~12.2%，平均6.2%，與由文獻(xiàn)[3]計算的NH4相差不大(表5)。對京西煤田伊利石的001和NH4進(jìn)行回歸分析，如圖3所示。當(dāng)NH4=0時，層間域全部為K+，此時001=1.000 4 nm。這與文獻(xiàn)[3]研究結(jié)果一致。

注：NH4-1由表4計算；NH4-2由文獻(xiàn)[3]計算；AlⅣ代表四面體中的Al。

4 討論

4.1 伊利石成因及其n(Si)/n(Al)Ⅳ對煤化作用的指示

煤層中伊利石屬于自生礦物，主要在成巖過程中由伊蒙間層礦物伊利石化或者由高嶺石轉(zhuǎn)化而來[17-18]，華北地區(qū)含煤盆地煤層中的伊利石形成以后者為主[4,8,10]。京西煤田侏羅紀(jì)煤層中伊利石的(SiO2)/(Al2O3)=1.78，明顯高于高嶺石的(SiO2)/(Al2O3)(1.18)，因此，在高嶺石轉(zhuǎn)化為伊利石，Si、Al發(fā)生重組的過程中，有部分Si進(jìn)入礦物晶格也或部分Al從礦物晶格排出。京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸XRD結(jié)果分析表明，并未發(fā)現(xiàn)Al的氫氧化物礦物，這說明部分Si進(jìn)入高嶺石礦物晶格形成伊利石，其反應(yīng)方程如式(4)所示。

2.39Al4Si4O10(OH)8+1.48K++0.08 NH4++4.88Si+43.32OH–=

4(K0.37(NH4)0.02)Al2(Si3.61Al0.39O10)(OH)2+16.1H2O (4)

由表5可知，京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中伊利石的(Si)/(Al)Ⅳ＞3，高于白云母(KAl2(Si3AlO10)(OH)2，(Si)/(Al)Ⅳ=3)。煤層夾矸中伊利石的(Si)/(Al)Ⅳ與相應(yīng)煤層的反射率max關(guān)系如圖4所示，由圖中可知，隨著煤化作用程度逐漸加深，max逐漸升高，Si/AlⅣ具有逐漸降低的趨勢，伊利石逐漸向白云母轉(zhuǎn)化，當(dāng)伊利石完全轉(zhuǎn)變?yōu)榘自颇?，?Si)/(Al)Ⅳ降低為3[1-2]。因此，煤層夾矸中伊利石的(Si)/(Al)Ⅳ對煤化程度具有一定的指示作用。

4.2 伊利石nNH4對沉積環(huán)境的指示

京西煤田煤層夾矸中B元素含量在17.0~ 69.8 μg/g，平均37.0 μg/g(表3)。采用B元素法可計算煤層夾矸沉積階段的古鹽度[2,19]。其計算公式如下。

式中：P為古鹽度，‰；B為原始B含量，μg/g；B*為修正后的B含量，μg/g；Ilt為伊利石含量，μg/g；Chl為綠泥石含量，μg/g。

圖4 Rmax和n(Si)/n(Al)Ⅳ回歸曲線

計算結(jié)果表明，京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸沉積古鹽度在9.51‰~27.23‰，平均17.19‰，屬于半咸水，表明泥炭聚集過程中同時受淡水影響。京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸中伊利石的NH4隨著P增大呈逐漸升高的趨勢(圖5)，表明伊利石層間域陽離子中NH4+比例越高，沉積古鹽度越大，伊利石的NH4對沉積環(huán)境具有一定的指示作用。其主要原因如下：煤中有機(jī)氮分為3種類型，包括煤分子邊緣的有機(jī)氮(吡咯氮N-5和吡啶氮N-6)和煤分子內(nèi)部的有機(jī)氮(季氮N-Q)。由于N-5和N-6位于煤分子邊緣，其化學(xué)活性明顯高于煤分子內(nèi)部的N-Q，在古鹽度較高、偏堿性和還原性的沉積環(huán)境下，更有利于N-5和N-6的保存，而沉積環(huán)境對N-Q影響不大。煤化作用過程中，N-5和N-6通過熱氨化作用以NH4+形式進(jìn)入到孔隙流體，并與高嶺石反應(yīng)形成伊利石，NH4+以層間陽離子的形式存在，而N-Q在煤化作用過程中相對較穩(wěn)定。古鹽度較高的沉積環(huán)境導(dǎo)致N-5和N-6占煤中有機(jī)氮的比例較高，保留下來的N-5和N-6在煤化作用過程中以NH4+形式進(jìn)入孔隙流體，參與高嶺石向伊利石的轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致伊利石的NH4越高[4-5]。

圖5 SP和n(NH4+)/n(NH4++K+)回歸曲線

5 結(jié)論

a. 京西煤田侏羅紀(jì)煤層中伊利石屬于自生礦物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)在58.1%~68.7%，平均62.9%，平均化學(xué)式為(K0.37(NH4)0.03)Al2(Si3.60Al0.40O10)(OH)，主要由高嶺石在煤化作用(夾矸的成巖作用)過程中轉(zhuǎn)化而來，其四面體中(Si)/(Al)Ⅳ為7.89~11.50，平均9.26，明顯高于白云母的(Si)/(Al)Ⅳ(白云母中(Si)/(Al)Ⅳ=3)。隨著煤化程度逐漸升高，煤層夾矸中伊利石的(Si)/(Al)Ⅳ具有逐漸降低的趨勢，對煤化程度具有一定的指示作用。

b.京西煤田侏羅紀(jì)煤層夾矸沉積古鹽度在9.51‰~27.23‰，平均17.19‰，屬于半咸水。煤層夾矸中(NH4+)/(NH4++K+)為2.2%~12.2%，平均6.2%。隨著沉積古鹽度的升高，煤層夾矸中伊利石的(NH4+)/(NH4++K+)具有逐漸升高的趨勢，對沉積環(huán)境具有一定的指示作用。

請聽作者語音介紹創(chuàng)新技術(shù)成果等信息，歡迎與作者進(jìn)行交流

[1] 趙杏媛，張有瑜. 黏土礦物與黏土礦物分析[M]. 北京：海洋出版社，1990. ZHAO Xingyuan，ZHANG Youyu. Clay mineral and clay mineral analysis[M]. Beijing：China Ocean Press，1990.

[2] 徐同臺，王行信，張有瑜，等. 中國含油氣盆地黏土礦物[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2003. XU Tongtai，WANG Xingxin，ZHANG Youyu，et al. Clay minerals of Chinese petroliferous basins[M]. Beijing：China Petroleum Industry Press，2003.

[3] HIGASHI S. Ammonium-bearing mica and micarsmectite of several pottery stone and pyrophyllite deposits in Japan：Their mineralogical properties and utilization[J]. Applied Clay Science，2000，16(3)：171–184.

[4] 劉欽甫，鄭啟明. 煤層中的氮及含氮黏土礦物研究[M]. 北京：科學(xué)出版社，2016. LIU Qinfu，ZHENG Qiming. Study on nitrogen and nitrogen-bearing clay minerals in coal seam[M]. Beijing： Science Press，2016.

[5] ZHENG Qiming，LIU Qinfu，SHI Songlin. Mineralogy and geochemistry of ammonian illite in intra-seam partings in Permo-Carboniferous coal of the Qinshui coalfield，North China[J]. International Journal of Coal Geology，2016，153：1–11.

[6] JUSTER T C，BROWN P E，BAILEY S W. NH4-bearing illite in very low grade metamorphic rocks associated with coal，northeastern Pennsylvania[J]. American Mineralogist，1987，72(5/6)：555–565.

[7] BAYAN M R，HOWER J C. Illite crystallinity and coal metamorphism for selected central Appalachian coals and shales[J]. International Journal of Coal Geology，2012，94：167–172.

[8] 劉欽甫，張鵬飛，丁樹理，等. 華北石炭二疊紀(jì)含煤地層中的銨伊利石[J]. 科學(xué)通報，1996，41(8)：717–719. LIU Qinfu，ZHANG Pengfei，DING Shuli，et al. Ammonium illite in the coal-bearing strata of Carboniferous-Permian in northern China[J]. Chiness Science Bulletin，1996，41(8)：717–719.

[9] 梁紹暹，王水利，任大偉，等. 華北石炭二疊紀(jì)煤層含銨云母黏土巖夾矸研究[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，1996，24(3)：11–18. LIANG Shaoxian，WANG Shuili，REN Dawei，et al. Study on tobelite-bearing tonsteins of Carboniferous-Permian coal measures in North China[J]. Coal Geology & Exploration，1996，24(3)：11–18.

[10] DAI Shifeng，ZOU Jianhua，JIANG Yaofa，et al. Mineralogical and geochemical compositions of the Pennsylvanian coal in the Adaohai mine，Daqingshan coalfield，Inner Mongolia，China：Modes of occurrence and origin of diaspore，gorceixite，and ammonian illite[J]. International Journal of Coal Geology，2012，94：250–270.

[11] NICKEL E H. Solid solutions in mineral nomenclature[J]. Canadian Mineralogist，1992，30(1)：231–234.

[12] 林西生. X射線衍射分析技術(shù)及其地質(zhì)應(yīng)用[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1990. LIN Xisheng. X-ray diffraction analysis technology and its geological application[M]. Beijing：Petroleum Industry Press，1990.

[13] DAI Shifeng，SONG Weijiao，ZHAO Lei，et al. Determination of boron in coal using closed-vessel microwave digestion and inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS)[J]. Energy and Fuels，2014，28：4517–4522.

[14] DAI Shifeng，REN Deyi，CHOU Chenlin，et al. Mineralogy and geochemistry of the No.6 coal(Pennsylvanian) in the Junger coalfield，Ordos basin，China[J]. International Journal of Coal Geology，2006，66(4)：253–270.

[15] WARD C R. Analysis，origin and significance of mineral matter in coal：An updated review[J]. International Journal of Coal Geology，2016，165：1–27.

[16] WARD C R. Analysis and significance of mineral matter in coal seams[J]. International Journal of Coal Geology，2002，50(1)：135–168.

[17] PERMANA A K，WARD C R，LI Zhongsheng，et al. Distribution and origin of minerals in high-rank coals of the south Walker Creek area，Bowen basin，Australia[J]. International Journal of Coal Geology，2013，116/117：185–207.

[18] SUSILAWATI R，WARD C R. Metamorphism of mineral matter in coal from the Bukit Asam deposit，south Sumatra，Indonesia[J]. International Journal of Coal Geology，2006，68(3/4)：171–195.

[19] COUCH E L. Calculation of paleosalinities from boron and claymineral data[J]. AAPG Bulletin，1971，55：1829–1837.

Mineralogical characteristics and genesis of the illite in Jurassic coal of the Jingxi coalfield, North China

HUANG Bo, ZHENG Qiming, SHI Songlin

(School of Resources and Environment Engineering, Henan University of Engineering, Zhengzhou 451191, China)

In order to study the indicating effect of illite for coalification and sedimentary environments, the Jurassic coal seam gangue in Jingxi coalfield of North China was taken as the research object. X-ray diffraction(XRD) and X-ray fluorescence(XRF) were used to determine the mineral composition and chemical composition of the gangue sandwiched in the coal seam gangue. The mineralogical characteristics and genesis of illite in the gangue were studied. The results indicated that the intra-seam partings are mainly composed of illite, chlorite and quartz, followed by small amount of calcite and albite. The illite has an average proportion of 62.92%. According to the comparison of XRD data and XRF data, the average chemical formula of the illite can be calculated as (K0.37(NH4)0.03)Al2(Si3.60Al0.40O10)(OH)2. The illite in the intra-seam partings of Jurassic coal of the Jingxi coalfield is mainly converted from kaolinite, and the NH4+proportion of the illite has an increasing trend with the increase of depositional paleosalinity, and the(Si)/(Al)Ⅳof the illite has a decreasing trend along with coalification. This indicates that the mineralogical characteristics of the illite in the intra-seam partings can be used as indicators of coalification and depositional environment.

Jurassic; coal gangue; illite; coalification; depositional environment; Jingxi coalfield

P571

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.02.015

1001-1986(2020)02-0092-07

2019-11-20；

2020-02-14

國家自然科學(xué)基金青年基金項目(41502154)；河南省科技攻關(guān)重點項目(182102310016)

Youth Fund of National Natural Science Foundation of China(41502154)；Science and Technology Major Project of Henan Province(182102310016)

黃波，1980年生，男，河南信陽人，博士，講師，從事煤層氣地質(zhì)研究工作. E-mail：hb123_@126.com

黃波，鄭啟明，石松林. 華北地區(qū)京西煤田侏羅紀(jì)煤層中伊利石礦物學(xué)特征及成因[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(2)：92–98.

HUANG Bo，ZHENG Qiming，SHI Songlin. Mineralogical characteristics and genesis of the illite in Jurassic coal of the Jingxi coalfield，North China[J]. Coal Geology & Exploration，2020，48(2)：92–98.

(責(zé)任編輯 范章群)