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摘 要 将黔西南煤层中不同成因的7种主要矿物分离，对其进行光学显微镜、扫描电镜及能谱分析;利用冷原子吸收光谱测定煤及矿物中汞的含量;并结合矿物包裹体测温和硫同位素分析，研究结果表明，黔西南煤层中汞主要分布于矿物中。不同成因黄铁矿中汞含量明显不同，后期低温热液成因的黄铁矿中汞含量(22.5×10－6)?结核状黄铁矿中的(3.51×10－6)>块状黄铁矿中的(2.97×10－6)>后期淋滤成因黄铁矿中的(1.80×10－6)。煤中后期低温热液成因的黄铁矿脉中汞(22.5×10－6)和方解石脉中汞(11.9×10－6)含量高，煤层所含方解石中含汞量较高以前未见报道。黔西南煤层中，原生成因的汞含量很低，后期淋滤成因的汞含量占较大比例，特别是后期低温热液成因的汞是部分煤中汞最主要来源，通过洗选可大大降低煤燃烧过程中汞的排放量。
任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑
煤是各个地质历史时期形成的复杂地质体，它是人们赖以生存必不可少的能源和化工原料。煤中含有多种潜在毒害微量元素，这些元素在煤中富集后，就会在煤炭加工利用过程中对环境造成严重污染［1～8］。燃煤是大气中汞的主要污染源，煤中90%以上的汞在燃烧过程中进入大气中［1，6］。全世界煤及石油燃烧过程中释放的汞量每年平均有1600多吨［7］。汞蒸汽有毒，元素汞在厌氧甲烷合成细菌作用下可以转化为毒性更强的甲基汞［6，8］。因此，研究煤中汞的分布和赋存状态，对了解煤中汞的可选性，减少煤中汞对环境的污染有着十分重要的意义。
Stock和Cucuel(1934)首次发现煤中含有汞。Dvornikov(1981)提出煤中汞以3种形式存在:辰砂(HgS)、金属汞、有机汞化合物。Swaine［9］认为煤中汞主要分布于黄铁矿和闪锌矿中。Finkelman［10］在煤中发现有微米级含汞硫化物。黔西南晚二叠世煤多为高硫煤［11］，而且局部煤中汞含量较高。本文主要是对黔西南晚二叠世煤层所含的主要矿物中汞进行初步研究。
一、样品及分析方法
1.采样区地质概况及样品
采样区位于水城—紫云断裂、南盘江断裂和盘县断裂之间的“黔西断陷区”，中部被师宗—贵阳断裂所切割，为一构造活动区［11，12］。区内上二叠统龙潭组煤变质程度较高［11］。煤中硫分含量大部分较高。分析样品采自晴隆县大厂，贞丰县木桑和兴仁县大丫口。将煤层中宏观可见的矿物分离出以下7种(表1):
表1 黔西南煤层主要伴生矿物中汞的含量表
①后期淋滤形成的黄铁矿脉(QL07);②块状黄铁矿(QG061);③后期低温热液形成的黄铁矿脉(XD011);④黄铁矿结核(ZM022);⑤黏土矿物(ZM03);⑥后期低温热液形成的方解石脉(ZM051);⑦后期低温热液形成的黑色混合岩脉(XD10)。
虽然黔西南煤中含较多的石英碎屑，但石英碎屑中汞含量很低［9］，因此没有对碎屑石英进行分析。低温热液形成的黄铁矿脉、方解石脉与淋滤形成的黄铁矿脉、方解石脉在煤层剖面中容易区别。前者呈束状、不规则状，有明显的挤压痕迹。而后者分叉少，形状比较规则。
显微镜下鉴定，发现QG061样品全为黄铁矿组成;QL07、XD011样品有少量其他矿物;ZM022样品中黄铁矿有交代痕迹;ZM03含石英碎屑及少量的黄铁矿等;ZM051样品主要由方解石组成;XD10样品由方解石、黄铁矿和煤碎屑颗粒混合组成，含少量石英，厚5mm左右，为低温热液成因，煤中极少见。
2.分析方法
将分离的样品破碎、研磨到200目以下，取一定量缩分样品进行消解，用冷原子吸收光谱法分析样品中汞的含量，使用仪器为F732-S测汞仪。一部分缩分样品破碎到<1mm制成光片和薄片(仅方解石和黏土矿物)，在光学显微镜下进行鉴定和定量，光片同时进行扫描电镜及能谱分析。由于在能谱图中，汞峰与硫峰部分重叠，因此难以用能谱比较准确地测定各种组分中汞的含量。部分样品制成步薄片进行了包裹体测温和成分分析。
二、分析结果与讨论
1.不同矿物中汞的含量
用冷原子吸收光谱法分析样品中汞的含量列于表1。分析结果表明，本区14个煤样，汞含量平均为0.172×10－6;煤中黏土矿物中汞含量为0.174×10－6，两者基本一致。其他矿物中汞含量比煤中汞含量高10～120倍，可见黔西南煤中的汞主要分布在伴生矿物之中。
不同成因黄铁矿中汞含量相差甚大［13］，后期低温热液成因的黄铁矿中汞含量(22.5×10－6)?结核状黄铁矿中的(3.51×10－6)>块状黄铁矿中的(2.97×10－6)>后期淋滤成因的黄铁矿中的(1.80×10－6)。后期低温热液成因黄铁矿中汞含量比后期淋滤成因黄铁矿中汞含量高12倍以上。黔西南煤中后期低温热液成因黄铁矿脉中的汞含量(22.5×10－6)和方解石脉中的汞含量(11.9×10－6)最高，煤层中所含的方解石含汞量较高以前未见报道。黄铁矿结核中存在明显的交代痕迹，说明其中一定有后期成因的汞的加入。
低温热液成因黑色混合岩脉中汞含量明显没有低温热液形成的黄铁矿脉中汞含量和方解石中汞含量高，一是由于黑色混合岩脉中含大量的煤屑(23.5%左右)，而煤有机组分中汞含量很低;二可能是由于低温热液的分异作用，造成其中汞含量明显偏低。
2.煤伴生矿物中汞的存在形式
对煤中各种主要伴生矿物，在高倍光学显微镜和扫描电子显微镜下进行观测，都没有发现独立存在的含汞矿物。因此，推测汞在煤中主要伴生矿物中可能以两种形式存在:①纳米粒级汞矿物。纳米粒级物质和普通粒级物质性质相差甚远，纳米粒级物质具有极强的扩散能力和强的固态迁移能力［14］。纳米粒级汞矿物分布于煤中各种主要伴生矿物中。②以类质同象形式存在。汞是亲硫元素，可以类质同象形式存在于黄铁矿中［15］。
3.煤中汞的主要来源
地壳中汞的平均含量为77×10－9［16］。川滇古陆玄武岩分布区是研究区晚二叠世含煤岩系沉积时的主要陆源区。晴隆附近采集的玄武岩样品中汞平均含量为4.19×10－6［17］。由于汞的电离势高，汞的一个电子的电离势为10.39eV，两个电子的电离势为29.06eV，高电离势决定了汞易变为原子的特性［6］。正是由于汞不易电离，易分散的特征，搬运到泥炭沼泽的陆源碎屑中、植物中汞的含量均很低，因此原生煤沉积中含汞量低。但在高汞背景区，酸性地表水、地下水中可含较高含量的汞［7］，从而造成部分煤中淋滤沉积的矿脉中汞含量较高。
黔西南煤中汞的最主要来源是低温热液。包裹体测温表明本区岩脉形成时的温度为130～300℃，大部分为160～200℃。本区低温热液矿床Sb、As、Hg等分布比较广泛［17，18］，也说明了本区低温热液活动十分强烈。煤中低温热液岩脉中含汞量明显高于煤中。低温热液方解石中汞含量是煤中汞含量的65倍以上，低温热液黄铁矿中汞含量是煤中汞含量120倍左右。因此，在黔西南地区的低温热液是部分煤中汞的最主要来源。
总之，黔西南煤层中，原生成因的汞含量较低，后期地下水淋滤造成煤中汞含量增加，后期低温热液活动又使大量汞加入到煤层中。
4.煤中汞的赋存状态
通过煤及煤层中主要伴生矿物中汞的分析［19，20］，结合光学显微镜、扫描电镜及能谱分析，初步确定，黔西南煤中有机组分中汞含量很低，汞主要分布于矿物中。不同种类、不同成因的矿物中汞含量差异甚大。石英中基本不含汞［9］，黏土矿物中汞含量低，汞主要分布于黄铁矿和方解石中。不同成因的黄铁矿中汞含量也明显不同。从而说明煤中汞以无机态为主。
黔西南煤中汞主要赋存于矿物中，这样煤洗选过程中使灰分降低的同时可大大减少煤燃烧过程中汞的排放量。
本文得到美国伊利诺伊地质调查所C.L.Chou研究员，中国矿业大学北京研究生部金奎励教授、张鹏飞教授的指导;贵州省煤田地质局、贞丰县政府、晴隆县煤炭管理局给予野外工作的大力支持与帮助，在此一并感谢。
参 考 文 献
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The distribution of mercury in major associated minerals from coal beds in southwestern Guizhou
Zhang Junying，Ren Deyi，Xu Dewei，Liu Jianrong， Dong Bing，Zhang Chunyan
( Beijing Graduate School，China University of Mining and Technology，Beijing，100083)
( Environmental Sanitation Survery Institute，China Academy of Preventive Medical Science，Beijing，100021)
( Shanxi Provincial Coal Geological Corporation Taiyuan，030045)
Abstract: Seven major minerals of different geneses in coals from southwestern Guizhou have been identified using microscopy，combined scanning electron microscopy-energy spectrum analysis inclusion analysis and sulfur isotope analysis. Hg in coals and minerals w ere determined by cool-vapor atomic absorption spectrometry. The results show that Hg in coals of southw estern Guizhou is dominantly associated w ith minerals. The contents of Hg are obviously different in pyrite of different origins: epithermal pyrite vein ( 22. 5 × 10－ 6) ?nodular pyrite( 3. 51 × 10－ 6) > massive pyrite ( 2. 97 × 10－ 6) > pyrite in leaching vein ( 1. 80 × 10－ 6) . Additionally，the Hg content in epithermal calcite veins is also high ( 11. 9 × 10－ 6) . Hg in coals from southwestern Guizhou is dominantly of epithermal origin. Coal cleaning technique may remove most Hg from coals.
Key words: coal beds; Late Permian; mercury; occurrence; minerals in coal; southwest- ern Guizhou
( 本文由张军营、任德贻、许德伟、刘建荣、董兵合著，原载《地质论评》第 45 卷第 5 期)
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