云南勐撒盆地煤中鍺成因探討

陸龍 龐斌 龐查花 王雄

摘要：論文以幫賣(mài)盆地毗鄰的勐撒盆地為研究區(qū)，基于區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿活動(dòng)以及盆地沉積環(huán)境演化特征等分析，探討了盆地的形成機(jī)理，總結(jié)了區(qū)含煤地層、含煤性及煤層特征，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了煤中鍺等伴生元素的地球化學(xué)特征。

關(guān)鍵詞：勐撒盆地;元素分析;煤中鍺成因;

Abstract：The purpose of this paper was analysing other area’s coal whether enrich Ge or other associated elements in coal. This dissertation chose Mengsa Basin， which adjacent Bangmai Basin， as the research area. Through the analysis of the regional stratigraphy， tectonics， magmatic activity and the characteristics of depositional enviroment evolution of MengsaBasin，the formativemechanismof the basin， coal-bearing stratum， coal-bearing property， coal seam character，and coalaccumulation pattern had been studied， then on this basis， the geochemistry of Ge and other associated elements in coal was futher studied.

Keywords：Mengsa Basin;Elements Analysis;Geochemical characteristics of Ge

1勐撒煤礦區(qū)煤中鍺賦存特征（The occurrence characteristics of Ge in Coal in Mengsa Basin）

煤中鍺的存在形式以與有機(jī)質(zhì)形成牢固的化學(xué)結(jié)合態(tài)為主，一部分鍺呈吸附態(tài)，煤中極少部分鍺可能以類(lèi)質(zhì)同象狀態(tài)-鍺硅酸鹽的形式存在（張淑苓等，1987）。

煤中各種元素之間存在不同程度的內(nèi)在聯(lián)系，運(yùn)用Excel和SPSS軟件對(duì)煤中的13種伴生元素進(jìn)行相關(guān)性分析和R型聚類(lèi)分析，從而研究煤中Ge元素的賦存狀態(tài)和富集規(guī)律。

1.1相關(guān)性分析

應(yīng)用Excel軟件對(duì)以上伴生元素進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1-1。依據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)中樣本的相關(guān)系數(shù)r來(lái)判斷相關(guān)性的強(qiáng)弱。相關(guān)系數(shù)的范圍在-1和+l之間。|r|≥0.8，表示顯著相關(guān);0.5≤|r|0.8，表示中等相關(guān);|r|0.3，表示相關(guān)不明顯，說(shuō)明變量之間的相關(guān)程度較弱，可視為不相關(guān)。

由表5-4可以看出，煤中Ge與TiO2呈中等正相關(guān)（0.73），Ge與SiO2呈中等正相關(guān)（0.50），與其余元素不相關(guān)或者呈負(fù)相關(guān)。

1.2R型聚類(lèi)分析

R型聚類(lèi)分析是以各種元素（常量元素、微量元素）之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行聚類(lèi)組合的，不同的元素組合反映了不同的沉積環(huán)境的地球化學(xué)特征，以及各種古構(gòu)造、古氣候、古水文條件。因此，對(duì)于物理化學(xué)及地質(zhì)地理?xiàng)l件相似的環(huán)境，其沉積物的共生組合也相近。

本次實(shí)驗(yàn)的采用R型聚類(lèi)分析，聚類(lèi)方法為質(zhì)心聚類(lèi)法，間距為皮爾森相關(guān)性，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換值為1的最大量。聚類(lèi)結(jié)果見(jiàn)圖1-1。

由圖1-1可知，勐撒煤礦區(qū)的微量元素可以分為3個(gè)大的族群：

（1）第一個(gè)族群包括P、Cl、TiO2、Ge、MgO、CaO、SO3、Ga、Al2O3、Fe2O3、SiO2，而Al2O3、Fe2O3和SiO2是主要的成灰組分，因此Ge可能賦存在粘土礦物中。

（2）第二個(gè)族群包括As。

（3）第三個(gè)族群只包括F。

綜上分析，煤中鍺元素與成灰組分的相關(guān)性較差，因此煤中鍺可能主要以有機(jī)態(tài)的形式存在，也可能有一小部分賦存在粘土礦物中。

2 勐撒盆地煤中鍺成因分析（Genetic Analysis of Ge in Coal in Mengsa Basin）

2.1煤中鍺成因分析

煤-鍺礦床已經(jīng)成為世界上工業(yè)用鍺的主要來(lái)源。世界煤中鍺的含量均值為2.2μg/g，世界煤灰中鍺的含量為15μg/g。

關(guān)于煤中鍺的成因， 曾先后提出過(guò)同生（即煤中鍺從成煤植物中繼承而來(lái)）和后生（即煤中鍺在成煤期間（包括泥炭化階段）或其后從周?chē)w中吸收而來(lái)）兩種不同的觀點(diǎn)。后來(lái)的研究逐漸發(fā)現(xiàn)：①鍺是植物生長(zhǎng)的毒性元素，即使植物灰中的鍺含量也較低;②并非所有的煤層都含鍺，鍺含量較高的煤畢竟是少數(shù);③在同時(shí)代由同種環(huán)境條件下生長(zhǎng)的同類(lèi)植物群所形成的煤，其鍺含量極不相同;④礦化煤層中的鍺含量與煤層厚度呈反比關(guān)系;⑤礦化煤層中鍺在剖面上的分布具有一定的規(guī)律性： 鍺主要富集在煤層頂、底部而中部很少，只有當(dāng)煤層很薄時(shí)，鍺含量在剖面上的分布才是相對(duì)均一的;⑥煤中鍺含量與圍巖滲透性有關(guān)，高滲透性的圍巖有利于鍺富集。由于這些現(xiàn)象的相繼發(fā)現(xiàn)，目前人們幾乎已公認(rèn)，煤中鍺主要不是從成煤植物中繼承而來(lái)，而主要是在成煤（包括泥炭化階段）期間或其后從外界獲取的。

2.2臨滄勐撒盆地煤中鍺成因分析

臨滄超大型鍺礦床的形成在沉積、成巖和熱液改造階段都有鍺的輸入。在沉積階段，鍺主要源于盆地西緣的白云母花崗巖的風(fēng)化作用，鍺元素被淋濾進(jìn)人湖盆，被湖水中的低等生物和腐殖酸富集。在之后的泥炭化階段，在腐殖酸凝膠的生成的同時(shí)，這些凝膠體吸附和配合沉積物中的鍺。早期成巖階段，與腐殖酸結(jié)合的鍺在堿性還原條件下，發(fā)生轉(zhuǎn)移進(jìn)入到腐殖體的結(jié)構(gòu)中。最后，在熱液改造也對(duì)鍺起到富集作用，循環(huán)加熱的天水或來(lái)自基底的流體經(jīng)過(guò)處于構(gòu)造軟弱帶中的煤層時(shí)，SO42-被還原，生成熱液黃鐵礦，同時(shí)沉淀出方解石（盧家爛，2000）。

已有研究表明，在同種鍺背景值地區(qū)的富硅熱水溶液，可以比其他地表水體攜帶多得多的鍺。因此，從理論上推測(cè)，如果礦化煤層中的層狀硅質(zhì)巖為熱水成因，那么臨滄鍺礦成礦的特殊性就很可能主要是通過(guò)該區(qū)比其他含鍺煤區(qū)域有更加充足的鍺源（通過(guò)形成硅質(zhì)巖的熱水溶液）供給來(lái)實(shí)現(xiàn)的，研究臨滄鍺礦中硅質(zhì)巖的特征及其與鍺成礦的關(guān)系，可能是揭示鍺為何能在煤中形成超大型礦床，以及為何就在臨滄幫賣(mài)盆地等的煤中形成超大型礦床的關(guān)鍵所在。

而勐撒盆地煤夾層中并未富含硅質(zhì)巖，因此勐撒礦煤中的鍺元素不是來(lái)自富硅熱水溶液。礦區(qū)內(nèi)也未見(jiàn)巖漿活動(dòng)，因此可以推斷煤中鍺并非受到熱液改造形成的，因此勐撒盆地煤中鍺可能主要來(lái)自成煤植物（植物在其生長(zhǎng)過(guò)程中，通過(guò)吸收養(yǎng)分逐漸汲取了地下水中的鍺）。

2.3盆地成因類(lèi)型對(duì)煤中鍺含量的影響

臨滄超大型鍺礦床位于臨滄幫賣(mài)盆地北翼中北部。幫賣(mài)盆地沿北西330°方向展布，巖層向盆地中心傾斜，傾角一般30°，為一不對(duì)稱(chēng)的山間斷陷盆地。盆地東翼出露地層較全，厚度大，煤層少而薄，巖層產(chǎn)狀平緩，未見(jiàn)鍺礦化;西翼地層出露不全（缺失N13～N14），煤層多而厚，巖層產(chǎn)狀陡，傾角達(dá)50°，為鍺主要礦化區(qū)，礦化范圍長(zhǎng)600m，寬400余m，面積約0.25km2。

幫賣(mài)組不整合覆于花崗巖之上?；◢弾r是盆地的物源區(qū)，ω（Ge）=1.7×10-6，是鍺礦床最重要的物質(zhì)來(lái)源。大量的花崗巖為成礦提供豐富礦源，在地下水、地?zé)崴?、斷裂的作用下，成礦物質(zhì)不斷地運(yùn)移，經(jīng)過(guò)沉積作用，特別是泥炭層吸附和絡(luò)含作用，而形成了較富的鍺礦床（李余華，2000）。

臨滄超大型鍺礦床主主要特點(diǎn)是（張淑苓等，1987）：①鍺礦體產(chǎn)于基底古地形凹陷、溝谷和拐彎處，距基底越近，礦越好。②受巖相、層位及巖性控制：礦富集于盆地西部邊緣，該區(qū)屬于封閉一半封閉環(huán)境的泥炭沼澤相;大部分鍺集中于N12煤層中（約占93%），少量產(chǎn)于N12的含炭砂巖和N11頂部的含炭花崗質(zhì)碎屑砂巖中，在N13與N14煤層中只見(jiàn)零星礦化。

分析幫賣(mài)盆地鍺礦床成因可以得出，成礦可分為植物富集、沉積富集、成巖富集及后生改造富集四個(gè)階段：成煤植物生長(zhǎng)時(shí)吸收鍺奠定了初步基礎(chǔ);當(dāng)盆地進(jìn)入早期泥炭化階段，由蝕源區(qū)遷移來(lái)的鍺被有機(jī)質(zhì)等吸附形成預(yù)富集;成巖階段孔隙水使物質(zhì)重新遷移聚集，致使鍺富集成礦;繼之后生階段地下水的作用，使鍺更進(jìn)一步富集。其中，地下水、地?zé)崴嗔训淖饔孟?，成礦物質(zhì)不斷地運(yùn)移，是幫賣(mài)盆地鍺礦床成礦的必要條件。

而勐撒盆地成因還與由巖溶塌陷有關(guān)，即在區(qū)域控盆斷裂背景下，并在可溶性巖溶發(fā)育區(qū)上覆蓋松散蓋層巖土體在內(nèi)外力條件作用下產(chǎn)生破壞、塌落形成的巖溶塌陷盆地。沒(méi)有與鍺的最重要來(lái)源——花崗巖基底不整合接觸的地層，不利于鍺元素的運(yùn)移。勐撒煤礦區(qū)處于沉降斷陷帶的中部，面積較大，中新統(tǒng)沉積層厚，區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，沒(méi)有地?zé)崴\(yùn)移成礦物質(zhì)的通道，僅僅依靠成煤植物生長(zhǎng)時(shí)吸收的鍺和沉積過(guò)程富積的少量鍺，無(wú)法形成鍺礦床。因此，勐撒盆地成因類(lèi)型不利于鍺元素的運(yùn)移是勐撒煤礦區(qū)煤中鍺含量較低，不能形成鍺礦床的主要原因。

3 結(jié)論（Conclusions）

（1）伴生元素地球化學(xué)特征為：所有煤層鍺（Ge）的含量普遍為1-2ug/g，垂向上、橫向上均無(wú)明顯的分布規(guī)律，也均達(dá)不到最低工業(yè)開(kāi)采品位要求，無(wú)開(kāi)發(fā)利用價(jià)值。然而，勐撒盆地煤中As、F和Ga等元素含量高出世界煤平均值，明顯富集，這與毗鄰的幫賣(mài)盆地存在明顯差異。

煤中鍺元素與成灰組分的相關(guān)性較差，因此煤中鍺可能主要以有機(jī)態(tài)的形式存在，也可能有一小部分賦存在粘土礦物中。而勐撒盆地煤夾層中并未富含硅質(zhì)巖，因此勐撒盆地煤中的鍺元素不是來(lái)自富硅熱水溶液。礦區(qū)內(nèi)也未見(jiàn)巖漿活動(dòng)，因此可以推斷煤中鍺并非受到熱液改造形成的，因此勐撒盆地煤中鍺可能主要來(lái)自成煤植物。

（2）通過(guò)與幫賣(mài)盆地超大型鍺礦床成因?qū)Ρ确治稣J(rèn)為，幫賣(mài)鍺礦床中的鍺主要來(lái)源于花崗巖，在地下水、地?zé)崴蛿嗔训淖饔孟拢\(yùn)移到煤層中富積。而勐撒盆地的成因類(lèi)型與溶巖斷陷盆地有關(guān)，區(qū)內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，沒(méi)有地?zé)崴\(yùn)移鍺成礦物質(zhì)的通道，是勐撒煤礦區(qū)煤中鍺含量較低，不能形成鍺礦床的主要原因。

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作者簡(jiǎn)介：陸龍（1983-），男，寧夏中衛(wèi)人，地質(zhì)工程師，從事煤田地質(zhì)勘查工作