1、陕西韩城桑树坪矿 11 号煤的可溶有机质组成及成因分析李新1，赵巧静1,2，王俊1，王泽伟1，杨彦利1，赵存良2（1.河北工程大学地球科学与工程学院,河北邯郸056038；2.河北省资源勘测研究重点实验室,河北邯郸056038）摘要：以桑树坪矿 11 号煤 8 个样品为研究对象进行有机地球化学研究，利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）、X 射线荧光光谱分析（XRF）测试方法，结合工业分析、形态硫、随机镜质组反射率的测试结果，综合分析陕西韩城矿区桑树坪矿 11 号煤有机质的母质来源及成煤环境。结果表明，煤样全硫含量均值 3.29%，油浸随机镜质组反射率均值为 2.01%，为高硫贫煤。常量元素指
2、相参数表明，煤样主要形成于还原沉积环境。饱和烃中的正构烷烃碳数分布存在前峰型及后峰型 2 种类型，前峰型主碳峰为 C16，后峰型主碳峰为 C26；结合C22/C23+、(C21+C22)/(C28+C29)、Pr/nC17、Ph/nC18等分布特征指示煤样有机质母质来源于水生生物和高等植物的双重贡献。OEP 值处于 0.491.05，均值为0.84，指示桑树坪 11 号煤经历了不同程度的生物降解。饱和烃甾萜烷化合物分析中，w(Ts)/w(Tm)(Ts为18(H)-22、29、30 三降霍烷，Tm为17(H)-27、29、30 三降霍烷)处于0.831.21，w(Ts)/w(Ts)+w(Tm)在
3、 0.450.55，说明煤样热演化程度较高；芳烃化合物分析中，三甲基萘的甲基重排作用及甲基菲指数的分布特征均表示与煤样较高的热演化程度相关。芳烃化合物以萘系列、菲系列和联苯系列为主，且三芴系列(氧芴 OF、硫芴 SF、芴 F)中含硫系列化合物明显高于含氧系列，同样指示了盐度较高偏还原条件的成煤环境。关键词：桑树坪矿；高硫煤；有机地球化学；可溶有机质；成煤环境；气相色谱-质谱联用仪中图分类号：P618.11文献标志码：A文章编号：02532336（2023）06013710Composition of soluble organic matter and its causes of No.11
4、coal fromSangshuping Mine,Shaanxi ProvinceLIXin1,ZHAOQiaojing1,2,WANGJun1,WANGZewei1,YANGYanli1,ZHAOCunliang2（1.School of Earth Science and Engineering,Hebei University of Engineering,Handan 056038,China;2.Hebei Key Laboratory of Resource Survey and Re-search,Handan 056038,China）Abstract:Eightsample
5、sofNo.11coalinSangshupingMinewereusedfororganicgeochemicalstudy,Gaschromatography-massspectro-metry(GC-MS)andX-rayfluorescencespectrometry(XRF)werecombinedwiththetestresultsofproximateanalysis,sulfurformsandrandomvitrinitereflectance,theorganicmattersourcesandcoal-formingenvironmentofNo.11coalfromth
6、eSangshupingmine,ShaanxiProvincewerecomprehensivelyanalyzed.Theresultsindicatethatthetotalsulfurcontentofthecoalsampleis3.29%,andthemeanvitrin-iteoil-leachingreflectanceis2.01%,whichishigh-sulfurleancoal.Thephaseparametersofmajorelementsindicatethatthecoalsamplesaremainlyformedinreductivesedimentary
7、environment.Therearetwotypesofcarbonnumberdistributionofn-alkanesinsaturatedhy-drocarbon:thefrontpeaktypemaincarbonpeakisC16,andthebackpeaktypeismaincarbonC26;Combinedwiththedistributioncharac-teristicsofC22/C23+、(C21+C22)/(C28+C29)、Pr/nC17、Ph/nC18indicatedthattheparentmaterialoforganicmattercomefro
8、maquaticor-ganisms and higher plants.The OEP value was between 0.49 to 1.05,with an average value of 0.84,indicating that No.11 coal ofSangshupinghasundergonedifferentdegreesofbiodegradation.Intheanalysisofsaturatedhydrocarbonsteroidalterpanes,theratioofw(Ts)/w(Tm)isbetween0.83-1.21andw(Ts)/w(Ts)+w(
9、Tm)isbetween0.45-0.55,indicatingthatthethermalevolutiondegreeofcoalsampleishigh.Intheanalysisofaromaticcompounds,themethylrearrangementoftrimethylnaphthaleneandthedistributioncharacterist-收稿日期：20220424责任编辑：周子博DOI：10.13199/ki.cst.2021-1459基金项目：国家自然科学基金资助项目(41330317)；河北省自然科学基金资助项目(D2017402121)作者简介：李新（
10、1997），女，河南开封人，博士研究生。E-mail:通讯作者：赵巧静（1982），女，河北石家庄人，副教授。E-mail:第51卷第6期煤炭科学技术Vol.51No.62023年6月CoalScienceandTechnologyJun.2023李新，赵巧静，王俊，等.陕西韩城桑树坪矿 11 号煤的可溶有机质组成及成因分析J.煤炭科学技术，2023，51（6）：137146.LIXin，ZHAOQiaojing，WANGJun，et al.CompositionofsolubleorganicmatteranditscausesofNo.11coalfromSangshupingMine,S
11、haanxiProvinceJ.CoalScienceandTechnology，2023，51（6）：137146.137icsofmethylphenanthreneindexarecorrelatedwiththehighthermalevolutiondegreeofcoalsamples.Thearomatichydrocarbonsweredominatedbynaphthalene,phenanthreneandbiphenylseries,andthesulfur-containingcompoundsinthetrifluoreneseries(oxygen-fluorene
12、,sulfur-fluorene,fluorene)areobviouslyhigherthantheoxygen-containingcompounds,whichalsoindicatesthecoal-formingen-vironmentunderhighersalinitypartialreductionconditions.Key words:SangshupingMine；highsulfurcoal；organicgeochemistry；solubleorganicmatter；coal-formingenvironment；gaschroma-tograph-massspe
13、ctrometry0引言高硫煤形成具有其独特的地质成因，生物标志化合物的研究对揭示沉积过程中形成的演化机制具有重要地质意义1-2。煤样抽提化合物的识别是研究煤有机质的重要基础，对沉积环境、母质来源和有机质的演化阶段等具有探索意义3。可溶有机质中有机硫化合物随着煤级增高，表现为以噻吩型化合物为主4；可溶性有机物的产量和组成受煤级以及煤成熟度的强烈控制5-6；姥植比(Pr/Ph)、C27C29 甾烷等一些分子参数，随着煤级的变化而发生变化，在镜质体反射率 1.1%附近变化最为明显7；煤中有机质正构烷烃的分布可以反应成煤植物的来源、煤样热演化程度以及微生物或无机环境的影响8；姥姣烷与植烷的比值(Pr
14、/Ph)可以表明成煤环境的氧化还原程度9；奇偶优势指数(OEP)和甲基菲指数(MPI)可以反映煤化程度的高低10；甲基菲指数 F1、F2 在指示有机质成熟度时受有机质的类型及岩性的影响较小11。有机地球化学分析可结合同位素相关测试，通过生物标志化合物综合分析成煤环境及泥炭沼泽类型12。韩城矿区煤炭资源丰富，针对桑树坪煤矿的研究主要集中在煤层气储层物性特征及控制机理13-14、矿物组成及化学成分15、不同关键金属组合类型富集的控制因素16等方面，但对煤中可溶有机质的组成特征研究较少。借此以桑树坪 11 号煤为研究对象，在工业分析、常量元素分析基础上，重点对有机抽提化合物进行相关分析，探讨煤中生物
15、标志化合物参数差异性对高有机硫煤的成因、成煤环境、母质来源等响应，对有机硫化合物的种类的分析可为煤炭资源高效清洁利用提供理论基础，为煤炭资源的综合利用奠定基础。1地质概况韩城矿区位于渭北石炭二叠纪煤田东部(图 1a)，含煤地层主要为上石炭统太原组和下二叠统山西组15。桑树坪煤矿处于韩城矿区最北端，11 号煤位于太原组中下部，为井田内的中厚煤层17。11号煤直接顶板以粉砂岩为主，局部为中、细砂岩，直接底板为泥岩（图 1b）。2样品采集与分析方法依照国家标准煤层煤样采取方法(GB/T4822008)对桑树坪 11 号煤结合实际情况进行分层取样，每 20cm 采取一个样品，共采集 8 个煤样。为减少
16、样品污染和氧化，用铝箔迅速包好放入自封袋保存(表 1)。根据国家标准 GB/T2122008、GB/T2152003 对磨筛好的煤样进行工业分析、形态硫的测定。称取 10g 煤样(200 目，0.075mm)使用已精馏的二氯甲烷(科密欧，分析纯)进行索氏抽提(抽提 48h)山西组组太原组上石炭统下二叠统统奥陶系0N50 km本溪组峰峰组地层厚度/m柱状1:500泥岩煤泥质砂岩细粒砂岩粉砂岩中粒砂岩石英砂岩石灰岩2.001.276.703.602.701.8910.334.309.8221.676.304.031.1710.843.516.042号0.853号5.4511号3.20(a)采样位置(b)地层柱状图1采样位置及地层柱状图17Fig.1Samplinglocationandstratigraphichistogram172023年第6期煤炭科学技术第51卷138及柱色谱分离实验(40mg 样品分别使用40mL 正己烷、40mL 二氯甲烷、40mL 无水甲醇进行淋洗)，分离后的饱和烃通过色谱-质谱联用仪(AgilentGC7890b-MSD5977)进行测试分析。气相色谱测试条件