鄂尔多斯盆地东北缘高温煤燃烧事件成因的岩石矿物学与地球化学研究

本研究针对鄂尔多斯盆地东北缘煤火成因的烧变岩（pyrometamorphic rocks）展开系统性分析，通过野外调查、SEM-EDS/XRD矿物学表征及ICP-OES/MS地球化学测试，首次揭示该区域两类烧变岩（clinker与paralava）的高温矿物组合（如tridymite、cordierite）及REE分异特征，为理解煤火事件的热力学条件与元素迁移机制提供关键证据。

　　

在全球范围内，煤火（coal fires）引发的热变质作用（pyrometamorphism）是地表地质过程的独特现象，其形成的烧变岩（pyrometamorphic rocks）记录了700–1400°C极端温度下的矿物重组与元素再分配。然而，中国鄂尔多斯盆地作为世界级煤火高发区，其烧变岩的成因机制与地球化学特征长期缺乏系统研究。针对这一空白，中国某高校联合研究团队在《International Journal of Coal Geology》发表论文，首次综合岩石学、矿物学与地球化学手段，揭示了该区烧变岩的高温形成条件与元素迁移规律。

研究采用多尺度技术方法：野外采集宁条塔（NTT）、前川（QC）和神山沟（SSG）剖面的12件烧变岩样本（源自中侏罗统延安组J₂y与直罗组J₂z），通过光学显微镜观察宏观结构，SEM-EDS（扫描电镜-能谱）和XRD（X射线衍射）解析矿物相，ICP-OES/MS（电感耦合等离子体光谱/质谱）定量主量元素、微量元素及稀土元素（REE）。

宏观特征与岩石学
野外识别出两类烧变岩剖面：①含残余煤层的厚层状clinker（砖红色多孔结构）与②含薄层煤灰的轻烘烤岩，二者均无paralava伴生（图2b,e）。显微镜下clinker显示玻璃质基质包裹石英残晶，而paralava呈现辉绿结构（图3d），指示更高熔融程度。

典型矿物组合
XRD与SEM-EDS检测到高温标志矿物群：tridymite（鳞石英）、cristobalite（方石英）、mullite（莫来石）、cordierite（堇青石）、sekaninaite（铁堇青石）及Fe氧化物（图5）。其中mullite-cordierite组合证实温度>1200°C，与葡萄牙煤渣堆的矿物演化序列一致。

地球化学特征
大离子亲石元素（LILE：Rb、Sr、Cs、Ba）在烧变岩中剧烈波动（表2），反映热驱动元素迁移。Clinker富集轻稀土（LREE），paralava倾向重稀土（HREE），但二者标准化UCC（上陆壳）图谱均无显著δCe/δEu异常（图7b），表明未经历强烈流体分馏。Se-As-Mo-Sn-Tl异常则暗示后期热液叠加。

结论与意义
研究首次建立鄂尔多斯盆地东北缘烧变岩的成因模型：①clinker（未熔）与paralava（熔融）分别代表700–1000°C与>1200°C的煤火温度梯度；②REE分异模式揭示熔融过程主导元素分配，而LILE变异反映开放体系下的热化学扩散；③As-Se异常为煤火区环境风险评估提供新指标。该成果不仅填补了中国煤火变质作用的系统性研究空白，更为全球对比煤火事件的热力学边界条件提供了关键参数。