鄂尔多斯地块东北部石炭-二叠纪煤层的元素地球化学与矿物学特征：对古亚洲洋闭合期陆内响应的启示

本研究针对鄂尔多斯地块东北部石炭-二叠纪构造演化争议，通过系统分析府谷矿区煤层（太原组9号、山西组4号和2号煤层）的地球化学（Al2O3/TiO2比值、Zr/Sc-Th/Sc图解、REY模式）与矿物学特征，揭示本溪组铝土矿为关键物源，并重建了多阶段隆升-沉降模型，为理解华北克拉通西缘活化机制提供了新证据。

　　

研究背景与科学问题
鄂尔多斯地块东北部作为华北克拉通与阴山造山带的关键过渡带，其石炭-二叠纪构造演化长期存在争议。前人研究对同期地层（如太原组）的物源解释存在矛盾：部分学者基于煤层中Al、Ga、Li和稀土元素(REY)富集，认为本溪组铝土矿是主要物源，指示地块隆升；而砂岩重矿物与古水流分析则支持阴山造山带主导物源。这种分歧的核心在于：1) 鄂尔多斯地块东北部是否发生差异隆升？2) 隆升时限如何约束？回答这些问题对理解古亚洲洋闭合的远程效应至关重要，但现有研究多聚焦单一煤层（如太原组6号煤）或依赖砂岩指标，缺乏系统性煤层地球化学-构造关联分析。

研究设计与方法
中国研究人员对府谷矿区太原组9号煤（下部）、山西组4号煤（下部）和2号煤（上部）开展多指标整合研究。关键技术包括：1) 煤质参数（灰分产率、挥发分、硫含量）测定；2) 高场强元素(HFSEs)、Al₂O₃/TiO₂比值、REY配分模式分析；3) Sr-Nd同位素示踪；4) 矿物组合（铝氢氧化物、金红石、锆石）鉴定。

研究结果
1. 煤层的物源约束

• Al₂O₃/TiO₂比值（15-25）、Zr/Sc-Th/Sc图解及Eu负异常均指向本溪组铝土矿为三套煤层的主要物源，排除阴山造山带主导贡献。

2. 太原组9号煤的构造响应

• HFSEs含量突变与Al-氢氧化物出现揭示快速隆升-急剧沉降-缓慢隆升的三阶段演化：早期短暂隆升（高Al₂O₃含量），随后海水-淡水混合入侵（中高硫含量、Sr/Ba比值升高）。

3. 山西组4号煤的渐进式隆升

• 泥炭堆积初期低HFSEs含量反映微弱陆源输入，后期元素含量递增与金红石、锆石出现指示渐进隆升，末期元素减少对应地块沉降。

4. 山西组2号煤的剧烈构造活动

• 锐钛矿与HFSEs波动反映短期沉降-缓慢隆升-末期急剧隆升/沉降的复杂过程。

结论与意义
该研究首次通过煤层地球化学-矿物学耦合分析，重建了鄂尔多斯地块东北部石炭-二叠纪多阶段隆升模型：1) 太原组沉积期（9号煤）以快速构造活动为特征；2) 山西组早期（4号煤）表现为渐进隆升；3) 山西组晚期（2号煤）呈现剧烈波动。这一成果不仅将煤层地球化学拓展为构造演化新指标，更揭示了华北克拉通西缘对古亚洲洋闭合的差异响应机制，为陆内活化研究提供了范例。论文由Guohong Qin、Daiyong Cao等合作完成，发表于《International Journal of Coal Geology》。