臺灣中新世石底層煤中硫及微量元素含量之沉積涵義

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陳佳芬(Chia-Fen Chen ) 查詢紙本館藏

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應用地質研究所

論文名稱

臺灣中新世石底層煤中硫及微量元素含量之沉積涵義
(Depositional implications of Sulfur and trace element contents in Shihti coal)

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摘要(中)

過去台灣對於煤的古沈積環境都是由沈積學的觀點來探討，並沒有真正從煤的角度去分析。煤中C、H、O、N元素的來源皆是植物體生長時就已具備，等死亡後便轉變到煤層中沈澱，除了以上的元素之外，煤中的成份還有硫及微量元素，這兩項成份的種類及含量多寡則是隨著沈積環境的不同而有所差異，也因為如此，若對煤中的硫份及各種微量元素能充分了解，應能幫助我們了解古沈積環境。
本研究針對台灣煤層開採中的石底層取了四個樣品做微量元素分析，採樣點分別位在台北縣三峽、新店地區的利豐、裕峰、安順、五坑煤礦場。分析的項目包括：硫份、微量元素、黃鐵礦體積百分比、鏡煤素反射率量測等。希望經由以上的分析能對台灣石底層的成煤環境有更深入的探討。
根據實驗分析的結果，本研究對測區石底層煤做了以下結論：
石底層沈積時的位置是濱海相，受到海水經常性覆蓋，以致於在泥煤沈積時有許多黃鐵礦的形成，也由於硫化鐵的含量高及海水的供應，使得煤層中的B、As、Tl元素富集。
微量元素指標分析結果，以四個煤礦作討論，古沈積環境分為兩種類型：第一種為潟湖或偶有海水淹沒的沼澤，主要的煤礦有安順、裕峰、利豐；第二種位置比第一種靠近海邊，五坑為較常受到海水影響的濱海三角洲，且推測在石底層層序中為上層或最上層。

摘要(英)

The distribution of sulfur and trace element in coal is controlled by the depositional environment of peat. Four high volatile bituminous coal samples were collected from the Shihti Formation, northern Taiwan. Their sulfur and trace element contents were analyzed according to ASTM procedures.
The analytic results indicate a reductive, littoral to brackish environment. The high pyrite contents can lead to the enrichment of B, As, Tl, with enrichment factors reaching 100. The depositional environment of Lifeng, Yufeng, and Anshuen mines were concluded as a lagoon or swamp, whereas the Wukeng mine was believed to be a delta.

關鍵字(中)

★ 微量元素
★ 沉積環境
★ 硫

關鍵字(英)

★ depositional environment
★ Sulfur
★ trace element

論文目次

論文提要…………………………………………………….…………Ⅰ
誌謝………………………………………………………….…………Ⅱ
目錄…………………………………………………………………...…Ⅲ
圖目………………………………………………………………..…….Ⅴ
表目…………………………………………………………………...…Ⅵ
第一章緒論……………………………………………………………1
1-1 研究動機及目的…………………………………………….…1
1-2 內文概述…………………………………………………….…2
第二章基本理論………………………………………………………3
2-1 煤的形成條件………………………………………………….3
2-2 煤的基本組成及來源………………………………………….5
2-3 硫與微量元素………………………………………………….5
2-3-1 硫………………………………………………………….5
2-3-2 硫的有機循環……………………………………………..6
2-3-3 煤中硫來源………………………………………………..8
2-3-4 微量元素…………………………………………………9
2-4 微生物地球化學……………………………………………11
2-4-1 煤中微生物作用………………………………………...13
第三章文獻回顧……………………………………………………..14
3-1 微量元素……………………………………………………...14
3-2 硫……………………………………………………………...18
3-3 成煤環境……………………………………………………...23
3-4 台煤研究……………………………………………………...26
第四章台灣西北部煤田地質………………………………………28
4-1 台灣中新世含煤地層………………………………………...28
4-2 石底層煤田地質……………………………………………31
4-2-1 石底層岩性及構造……………………………………...31
4-2-2 石底層沈積環境………………………………………...32
4-2-3 石底層煤層特性………………………………………...36
4-2-4 研究區內煤田地質……………………………………...37
第五章實驗方法……………………………………………………..42
5-1 採樣點……..………………………………………………….42
5-2 煤中碳硫分析….……..………………………………………42
5-3 煤中微量元素分析……..…………………………………….45
5-4 煤樣製作與拋光…………..………………………………….46
5-5 煤中成份體積百分比……..………………………………….48
5-6 鏡煤素反射率量測…………..……………………………….49
第六章結果與討論…………………………………………………51
6-1 實驗結果……………………………………………………...51
6-1-1 煤素質百分比…………………………………………...51
6-1-2 硫……...…………………………………………………51
6-1-3 微量元素………………………………………………...53
6-1-4 鏡煤素反射率……………...……………………………54
6-2 討論…………………………………………………………...54
6-2-1 煤素質百分比…………………………………………...54
6-2-2 硫………………………………………………………...55
6-2-3 微量元素………………………………………………...56
6-3 小結…...………………………………………………………64
第七章結論與建議…………………………………………………..65
參考文獻………………………………………………………………66
附錄一美國地質調查所(U.S.G.S.)煤樣實驗方法流程……………..72
附錄二微量元素、地殼豐度及EF值…………………………………73
圖版……………………………………………………………………77
英文摘要………………………………………………………………79
圖目
圖2-1 25℃、1 atm下硫的各種存在形式…..….…………..…………7
圖2-2 硫的有機循環……..……………………………………………..8
圖2-3 高硫份煤中黃鐵礦及有機硫的形成機制..…………...……….10
圖3-1 煤中碎屑物的來源………..……………………………………15
圖3-2 硫分的含量及鏡煤素的關係…………………………..………19
圖3-3 (a)低硫、高惰煤素煤層形成機制…………………....………..20
(b)高硫、高鏡煤素煤層形成機制…………………....……..…20
圖4-1 台灣中新世含煤層剖面……………………………..…………30
圖4-2 漸新世至中新世的古地理圖…………………………..………33
圖4-3 中新世台西盆地………………………………….…………….35
圖4-4 台灣煤田位置……………………………………….………….39
圖4-5 石底層構造位置圖………………………………….………….41
圖5-1 採樣點位置圖……....………………………………..…………43
圖5-2 碳硫分析儀系統分析原理……..………………………………44
圖5-3 Sulfur form實驗流程…………….………..…………………..44
圖5-4 美國地質調查所實驗分析流程圖..………………...………….46
圖6-1沈積岩中Th/U比值的一般分布……….………….…………..58
圖6-2 微量元素與煤級的關係………………….………...…………..62
表目
表2-1 有機物的轉換過程………………………………...…………….4
表2-2 各種環境中元素的相對活動性…………………….………….12
表3-1 元素的來源…………………………………………….……….17
表3-2 各環境中元素的濃度、富集程度……………………..………21
表3-3 不同煤相的地球化學特徵……………………………….…….24
表3-4 煤相的類別及其形成環境……………………………………..25
表4-1 台灣中新世地層名稱…………………………………………..28
表6-1 煤素質百分比………………………………………………..…51
表6-2 硫份分析(U.S.G.S.)……...…………………………………..52
表6-3煤樣總碳量分析結果……………..….……..………………..52
表6-4 工業分析(U.S.G.S.)…………………………………………….53
表6-5 元素分析(U.S.G.S.)………………………………..…………...53
表6-6 鏡煤素反射率………………………………………..…………54
表6-7 石底層煤灰分析結果…………………………………….…….57
表6-8 TiO2＆灰份含量………..………………………………………58
表6-9 煤層中Th、U含量及Th/U比值…………….………………59
表6-10 Sr/Ba比、B/Ga比……….……………………………………60

參考文獻

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指導教授

蔡龍珆(Louis L. Tsai)

審核日期

2001-6-22

推文