我國(guó)煤系鍺鎵資源前景及研究方向

寧樹正，黃少青，嚴(yán)曉云，代國(guó)標(biāo)，朱士飛，徐 強(qiáng)，徐小濤，張 莉，劉 亢

（1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039；2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083；3.中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)，北京 100037；4.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計(jì)研究院（中國(guó)煤炭地質(zhì)總局檢測(cè)中心），江蘇 徐州 221006）

鎵和鍺是非常稀有的新興戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)，被稱為“半導(dǎo)體工業(yè)的糧食”，在半導(dǎo)體材料、新能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，已被列入我國(guó)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄，也先后被歐盟、美國(guó)、日本等列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄/關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄。2023 年7 月3 日，商務(wù)部和海關(guān)總署發(fā)布公告稱，為維護(hù)國(guó)家安全和利益，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，決定自2023 年8 月1 日起對(duì)鎵、鍺相關(guān)物項(xiàng)實(shí)施出口管制[1]。

鍺是地殼中最分散的元素之一，含鍺的礦石非常少見，具有親石、親鐵、親硫、親有機(jī)質(zhì)等性質(zhì)，同時(shí)具有高紅外折射率、低色散率等光學(xué)性質(zhì)和優(yōu)良的力學(xué)性能[2]。鍺原材料的主要來源為褐煤鍺礦、鉛鋅冶煉副產(chǎn)品。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）數(shù)據(jù)，全球已探明的鍺保有儲(chǔ)量?jī)H為8 600 金屬t，主要分布在美國(guó)、中國(guó)和俄羅斯。其中，美國(guó)鍺儲(chǔ)量占全球鍺儲(chǔ)量的45%，而中國(guó)占比為41%[3]。鎵是一種銀白色的稀有金屬，在自然界中含量非常稀少，在地殼中占總量的0.001 5%。目前90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁過程中提取的，其熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高，具有高導(dǎo)電性、中等導(dǎo)熱性和液態(tài)低毒等特性，是一種優(yōu)秀的合成智能材料的原料，在半導(dǎo)體、航空航天測(cè)控、核物理探測(cè)、光纖通訊等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。全球已探明的金屬鎵儲(chǔ)量?jī)H27.93 萬t，而中國(guó)擁有其中的19 萬t，占比在68%左右。隨著哈薩克斯坦、匈牙利、德國(guó)、烏克蘭等國(guó)家相繼停止鎵生產(chǎn)，我國(guó)鎵生產(chǎn)量占全球產(chǎn)量比例已達(dá)90%[3]。

根據(jù)相關(guān)報(bào)道[4]，在我國(guó)對(duì)鍺鎵出口管制消息公布之后，大量來自美日歐的買家向我國(guó)相關(guān)企業(yè)詢問鎵鍺產(chǎn)品的價(jià)格及供應(yīng)情況，這也體現(xiàn)了我國(guó)在鍺鎵資源領(lǐng)域的地位。我國(guó)的鍺資源和鎵資源的儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界前列，兩種礦產(chǎn)品的相關(guān)礦業(yè)公司的產(chǎn)量和產(chǎn)能也居世界第一位，在全球供給市場(chǎng)中占比高，優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈上游。但隨著需求端的不斷增長(zhǎng)，我國(guó)鍺鎵資源儲(chǔ)量上的優(yōu)勢(shì)正在不斷下降，因此，需要尋找新的鍺鎵資源儲(chǔ)量，以穩(wěn)固我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)。

1 我國(guó)鍺鎵資源現(xiàn)狀

1.1 鍺資源現(xiàn)狀和分布情況

我國(guó)鍺資源儲(chǔ)量豐富且分布較為廣泛，根據(jù)《2022 年全國(guó)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表》，截至2022 年，全國(guó)已探明鍺金屬儲(chǔ)量2 333.47 t，是全球第二大鍺資源儲(chǔ)量國(guó)。目前國(guó)內(nèi)已知鍺礦產(chǎn)地有35 處，分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)、云南省、廣東省、吉林省、山西省、四川省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省、青海省、甘肅省、湖北省、江蘇省等12 個(gè)省份，其中，內(nèi)蒙古自治區(qū)和云南省儲(chǔ)量最多。內(nèi)蒙古自治區(qū)鍺儲(chǔ)量居全國(guó)第一位，但其品位較低，礦床經(jīng)濟(jì)價(jià)值低，而云南省的鍺礦床便于開采。

我國(guó)鍺主要來源于鉛鋅礦和含鍺褐煤的開采，云南省作為我國(guó)鍺資源儲(chǔ)量大省，擁有豐富的鉛鋅礦和富鍺煤礦。作為典型鉛鋅礦床的會(huì)澤鉛鋅礦床含有富鍺方鉛礦、黃鐵礦和閃鋅礦等多種礦物，鉛鋅品位較高，鍺儲(chǔ)量可達(dá)500～600 t，是我國(guó)主要的鉛鋅鍺生產(chǎn)基地之一[5]。云南省富鍺煤礦比鉛鋅礦更為豐富，在滇西褐煤中已發(fā)現(xiàn)的具有工業(yè)價(jià)值的礦區(qū)有4 個(gè)，分別為幫賣礦區(qū)（600 t）、臘東礦區(qū)（132 t）、芒回礦區(qū)（257 t）和等噶礦區(qū)（67 t）。除芒回礦區(qū)未進(jìn)行開采外，其他礦區(qū)皆處于開采階段。其中，等噶礦區(qū)開采時(shí)間最長(zhǎng)，開采歷史近40 a，是我國(guó)的危機(jī)礦山之一[6]。

1.2 鎵資源現(xiàn)狀和分布情況

根據(jù)自然資源部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2022 年，全國(guó)探明鎵資源儲(chǔ)量28 865.64 t，占全球儲(chǔ)量的85%。我國(guó)鎵資源分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、廣西壯族自治區(qū)，所占比重分別為79%、8%和3%，其他省份合計(jì)占比為10%。內(nèi)蒙古自治區(qū)鎵資源主要伴生在煤礦中，四川省鎵資源主要伴生在攀枝花鐵礦中，廣西壯族自治區(qū)鎵資源主要伴生在鋁土礦中[7]。我國(guó)鎵礦床類型多樣，成因復(fù)雜，部分學(xué)者將含鎵礦床劃分為巖漿礦床、偉晶巖礦床、氣成-熱液礦床、熱液礦床、風(fēng)化礦床和沉積礦床等6 種類型[8-9]。然而，鎵作為典型的分散稀有金屬，按其賦存介質(zhì)劃分類型更有意義。就賦存介質(zhì)而言，我國(guó)鎵資源主要賦存在煤礦、巖漿型釩鈦磁鐵礦、沉積型鋁土礦以及少量斑巖型Cu-Mo 礦中。其中，沉積鋁土礦型鎵礦石的品質(zhì)以廣西壯族自治區(qū)的為最好，品位在3 000～8 700 μg/g 之間，平均品位為5 500 μg/g[10]；沉積鋁土礦型鎵礦在河南省和山西省也有分布，品位一般在4 000～15 000 μg/g 之間[11-12]；巖漿型釩鈦磁鐵礦中伴生的鎵礦石主要分布在四川省攀枝花市，品位在1 400～2 800 μg/g 之間，平均品位為1 900 μg/g，選礦后精礦中鎵含量更為富集，平均品位達(dá)到5 200 μg/g。攀枝花釩鈦磁鐵礦中鎵儲(chǔ)量巨大，鎵金屬量總計(jì)達(dá)9.24 萬t，約占全國(guó)儲(chǔ)量的50%[13]。富鎵煤礦分布范圍廣泛，主要賦存在我國(guó)北方地區(qū)和四川盆地，以內(nèi)蒙古自治區(qū)和山西省最為典型，主要涉及7 個(gè)成礦帶：二連-海拉爾成礦帶、天山成礦帶、陰山南麓成礦帶、太行山東成礦帶、祁連-秦嶺成礦帶、四川盆地成礦帶和川滇黔成礦帶[14]；典型礦床主要為五一煤礦、紅旗煤礦等；主要特征為儲(chǔ)量大、品位變化大、經(jīng)濟(jì)開發(fā)價(jià)值變化大。

2 我國(guó)煤系鍺鎵資源分布及資源潛力

2.1 煤系鍺資源分布及資源潛力

我國(guó)多數(shù)煤系鍺含量為0.5～10.0 μg/g，平均含量為4 μg/g，少數(shù)樣品中鍺含量超過20 μg/g[15]。我國(guó)將煤系鍺礦床的邊界品位定為20 μg/g，本文將煤系鍺含量超過20 μg/g 視為煤系鍺富集異常。我國(guó)煤系鍺富集異常分布的成煤時(shí)代包括新近紀(jì)、早白堊世、侏羅紀(jì)、二疊紀(jì)和石炭紀(jì)。我國(guó)煤系鍺富集異常點(diǎn)主要分布于以下區(qū)域：海拉爾-二連盆地、鄂爾多斯盆地周緣、郯廬大斷裂一帶及滇西-滇中盆地，其余地區(qū)煤系鍺富集異常點(diǎn)均為零星分布[14]。

2.1.1 海拉爾-二連盆地

東北賦煤區(qū)海拉爾-二連盆地為我國(guó)煤系鍺富集異常最主要的分布區(qū)域。二連盆地煤系鍺富集異常發(fā)育于下白堊統(tǒng)煤層，主要分布在勝利煤田、巴其北煤田、五間房煤田，其中，勝利煤田的烏蘭圖嘎礦煤系鍺形成礦床（表1）。杜剛等[16]在勝利煤田6-1 號(hào)煤層檢測(cè)到煤系鍺含量平均值為244.0 μg/g，異常高值達(dá)到820.0 μg/g。海拉爾盆地煤系鍺富集異常發(fā)育于下白堊統(tǒng)大磨拐河組煤層[17-18]，主要分布在伊敏煤田五牧場(chǎng)礦區(qū)、大雁礦區(qū)和五九礦區(qū)一帶，以伊敏煤田的五牧場(chǎng)礦區(qū)最為富集，根據(jù)收集資料統(tǒng)計(jì)，五牧場(chǎng)礦區(qū)大磨拐河組煤層煤系鍺含量平均值為43.6 μg/g，最大值達(dá)到470 μg/g（表1）。

表1 我國(guó)煤系鍺分布情況Table 1 Distribution of germanium in coal-bearing strata in China

目前，烏蘭圖嘎煤鍺礦已經(jīng)開始進(jìn)行開發(fā)利用，二連盆地和海拉爾盆地下白堊統(tǒng)煤層有較好的煤鍺礦成礦前景，白音霍布爾礦區(qū)下白堊統(tǒng)6 號(hào)煤層鍺含量平均值達(dá)65.0 μg/g，伊敏煤田五牧場(chǎng)礦區(qū)大磨拐河組10-3 號(hào)煤層、10-5 號(hào)煤層、12 號(hào)煤層、13-4+5號(hào)煤層、14-4 號(hào)煤層、14-6 號(hào)煤層鍺平均含量都超過15 μg/g，均具有較好的開發(fā)利用潛力。

2.1.2 鄂爾多斯盆地邊緣

在鄂爾多斯盆地邊緣零星分布煤系鍺富集異常點(diǎn)，對(duì)甘肅省紅水煤田進(jìn)行元素分析發(fā)現(xiàn)，存在煤系鍺富集異?，F(xiàn)象。礦區(qū)煤層鍺元素含量統(tǒng)計(jì)見表1。其中，煤系鍺平均含量達(dá)到邊界品位的煤層：方家井四個(gè)山礦區(qū)有5 層（20 號(hào)煤層、12 號(hào)煤層、11 號(hào)煤層、10-1 號(hào)煤層、8 號(hào)煤層），冰草灣井田有2 層（13 號(hào)煤層、5 號(hào)煤層），方家井西有5 層（15-5 號(hào)煤層、12-2號(hào)煤層、10-1 號(hào)煤層、8-2 號(hào)煤層、1 號(hào)煤層）。方家井四個(gè)山礦區(qū)的煤系鍺含量最大值大于40 μg/g，冰草灣井田煤系鍺含量最大值略小于40 μg/g，方家井西10-1 號(hào)煤層和5 號(hào)煤層鍺含量最大值大于30 μg/g。此外，在內(nèi)蒙古自治區(qū)的東勝礦區(qū)，陜西省銅川礦區(qū)、神北礦區(qū)和寧夏回族自治區(qū)寧南煤田的個(gè)別煤礦或井田均發(fā)現(xiàn)煤系鍺富集異常點(diǎn)，張金青等[19]研究發(fā)現(xiàn)東勝煤田后石圪節(jié)煤礦2 號(hào)煤層中鍺含量平均值為101.0 μg/g，達(dá)到工業(yè)品位。

2.1.3 滇西-滇中盆地

云南省主要的煤系鍺礦點(diǎn)主要分布在滇西的臨滄地區(qū)，已探明儲(chǔ)量3 192 t，目前居全國(guó)第一位。此外，還有已發(fā)現(xiàn)開采鍺資源有工業(yè)價(jià)值的礦區(qū)：幫賣礦區(qū)（大寨鍺礦和中寨鍺礦）、臘東（白塔）礦區(qū)、芒回礦區(qū)。其中，最大的鍺礦是位于幫賣礦區(qū)的大寨鍺礦和中寨鍺礦，儲(chǔ)量約為1 620 t，屬超大型鍺礦床。另外，潞西盆地、瀾滄盆地、騰沖盆地、滄源盆地等盆地均發(fā)現(xiàn)鍺的高度異常。云南省阿直礦區(qū)、寶山礦區(qū)、老牛場(chǎng)礦區(qū)、羅木礦區(qū)也均有鍺異常點(diǎn)分布，鍺含量普遍為10～20 μg/g，有零星的異常點(diǎn)超過煤系伴生鍺的工業(yè)品位要求（表1）。

2.1.4 其他區(qū)域

滕縣煤田石炭系-二疊系煤層中發(fā)現(xiàn)煤系鍺富集異常，煤系鍺含量一般為1.48～24.12 μg/g，有107 處異常點(diǎn)達(dá)到工業(yè)品位，其中，柴里井田59 號(hào)孔17 號(hào)煤層含量最高，達(dá)到80 μg/g。鍺的富集異常點(diǎn)多分布在含煤性最好的滕南地區(qū)的柴里井田和蔣莊井田，并且能連成片，而在滕北地區(qū)則分布零散。從垂向剖面來看，煤系鍺富集異常點(diǎn)多在底部17 號(hào)煤層、18 號(hào)煤層[20]。滕縣煤田煤系鍺富集異常發(fā)現(xiàn)較早，但是并沒有得到重視，目前該區(qū)域煤炭資源開發(fā)殆盡，煤系鍺的富集只具有學(xué)術(shù)研究?jī)r(jià)值。

山西省大同市廣靈礦區(qū)的羅疃井田和板塔寺井田煤系發(fā)現(xiàn)鍺的富集，含煤地層為下侏羅統(tǒng)下花園組，板塔寺井田6 號(hào)煤層煤系鍺含量為31.94 μg/g，為板塔寺井田含鍺礦體；羅疃井田3 號(hào)煤層、4 號(hào)煤層、8 號(hào)煤層屬鍺礦體，煤系鍺含量為12.2～29.2 μg/g。2004 年6 月，山西煤田地質(zhì)研究所提交的《大同市廣靈礦區(qū)煤系鍺資源調(diào)查報(bào)告》，計(jì)算出羅疃井田和板塔寺井田中的煤系鍺資源量為51.6 t。

此外，在遼寧省鐵法煤田曉南煤礦也出現(xiàn)了較明顯的鍺異常點(diǎn)分布，14 號(hào)煤層鍺平均含量達(dá)27 μg/g。四川盆地周邊井田二疊系煤層，湖南省韶山清溪沖礦區(qū)上二疊統(tǒng)煤層，浙江省煤山礦區(qū)上二疊系統(tǒng)煤層、嵊縣新近系煤點(diǎn)和廣東省茂名礦區(qū)古近系褐煤系都有鍺富集異常點(diǎn)發(fā)現(xiàn)。其中，浙江省嵊縣煤點(diǎn)的煤系鍺含量最高，達(dá)到3 000 μg/g 以上；另外，河北省的蔚縣礦區(qū)曾報(bào)道開展過煤系鍺的綜合開發(fā)利用工作（表1）。

2.2 我國(guó)煤系鎵分布及資源潛力

鎵作為典型的稀散元素，在煤系中的含量很低，我國(guó)煤系鎵的含量一般為2～20 μg/g，少數(shù)煤田中的鎵含量超過30 μg/g[9]。我國(guó)將煤系鎵的工業(yè)品位確定為30 μg/g，本文將煤系鎵含量超過30 μg/g 視為煤系鎵富集異常。我國(guó)煤系鎵富集異常分布成煤時(shí)代包括早白堊世、侏羅紀(jì)、二疊紀(jì)和石炭紀(jì)。在陰山南麓準(zhǔn)格爾煤田和山西省北部石炭系-二疊系煤田，新疆準(zhǔn)東煤田侏羅系煤層中鎵富集異常點(diǎn)出現(xiàn)成片分布情況，其余地區(qū)的不同成煤時(shí)代煤層中鍺富集異常點(diǎn)零星分布，如四川盆地周邊、重慶市南武礦區(qū)和南桐礦區(qū)、貴州省西南礦區(qū)二疊系煤層、山東省滕縣煤田、河南省登封煤田石炭系煤層、寧夏回族自治區(qū)磁窯堡礦區(qū)侏羅系煤層等[14]。

2.2.1 陰山南麓

陰山南麓準(zhǔn)格爾煤田和山西省北部煤田石炭系-二疊系煤系鎵是目前我國(guó)對(duì)煤系鎵研究最多的區(qū)域（表2）。代世峰等[23-24]對(duì)準(zhǔn)格爾煤田主采6 號(hào)煤層進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，鎵在全層煤樣中的含量平均值為44.83 μg/g，初步估算該鎵礦床鎵的保有儲(chǔ)量為6.3 萬t，預(yù)測(cè)儲(chǔ)量為85.7 萬t，為超大型鎵礦床。2012年“內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田煤系鋁、鎵伴生礦產(chǎn)賦存規(guī)律及開發(fā)利用”項(xiàng)目測(cè)試數(shù)據(jù)得出黑岱溝露天礦煤系鎵平均含量為37.31 μg/g，估算了黑岱溝6 號(hào)煤層中鎵的資源量為4.91 萬t。秦勇等[25]對(duì)全國(guó)首批規(guī)劃礦區(qū)煤系鎵進(jìn)行資源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)格爾煤田東孔兌8 號(hào)煤層、9 號(hào)煤層，龍王溝6 上煤層和南部勘查區(qū)均有富集異常點(diǎn)存在。其中，哈爾烏素6 號(hào)煤層、東孔兌3 號(hào)煤層和牛連溝8 號(hào)煤層鎵的平均含量均超過最低工業(yè)品位（30 μg/g）。

表2 陰山南麓煤系鎵分布Table 2 Distribution of gallium in coal-bearing strata in the southern foothills of the Yinshan Mountain

2014 年“山西平朔地區(qū)煤系鋰、鎵資源調(diào)查評(píng)價(jià)”項(xiàng)目針對(duì)山西省平朔礦區(qū)的石炭系-二疊系山西組、太原組4 號(hào)煤層、11 號(hào)煤層進(jìn)行了較系統(tǒng)的采樣，勘測(cè)其中的伴生金屬微量元素鋰、鎵等，4 號(hào)煤層和11號(hào)煤層鎵平均含量分別為35.7 μg/g 和40.0 μg/g；安太堡礦區(qū)4 號(hào)煤層、9 號(hào)煤層、11 號(hào)煤層中鎵的含量均值分別達(dá)到24.80 μg/g、29.89 μg/g、35.52 μg/g，接近或達(dá)到煤系伴生鎵的邊界品位，估計(jì)安太堡礦區(qū)煤系鎵資源量達(dá)42.31 萬t。此外，在河?xùn)|煤田北部8 號(hào)煤層、13 號(hào)煤層，楊家灣勘查區(qū)6 號(hào)煤層、8 號(hào)煤層和古交邢家社勘探區(qū)02 號(hào)煤層、2 號(hào)煤層、4 號(hào)煤層發(fā)現(xiàn)存在零星煤系鎵富集異常點(diǎn)。大同魏家溝勘查區(qū)2 號(hào)煤層鎵含量均值達(dá)到了38.9 μg/g，平朔朔南規(guī)劃區(qū)10 號(hào)煤層鎵含量均值為31.8 μg/g 和陽泉坪頭勘查區(qū)9 上號(hào)煤層鎵含量也超過了邊界品位要求，為30.2 μg/g。

2.2.2 新疆準(zhǔn)東-吐哈煤田

準(zhǔn)東煤田中侏羅統(tǒng)煤系鎵富集異常分布特征為：煤田整體上鎵含量背景值很高，大部分礦區(qū)煤層鎵含量達(dá)到了邊界品位。其中，在煤田西部和上中部礦區(qū)的鎵異常富集，含量大于最低工業(yè)品位；帳南東勘查區(qū)、大井礦區(qū)大慶溝南區(qū)、大井礦區(qū)一井田和大井東南勘查區(qū)煤系鎵富集異常明顯。就整個(gè)中侏羅統(tǒng)煤層而言，煤田全區(qū)均有鎵元素的富礦區(qū)出現(xiàn)，鎵的平均含量為21.74～47.98 μg/g，最高可達(dá)到253.0 μg/g，其中，大井礦區(qū)和大井東南勘查區(qū)侏羅系煤系鎵元素平均含量超出了該元素的邊界品位。

表3 展示了新疆準(zhǔn)東-吐哈煤田煤系鎵分布情況。準(zhǔn)東煤田鎵富集異常存在的煤層包括B1 號(hào)煤層、B2 號(hào)煤層、B3 號(hào)煤層和C1 號(hào)煤層，不同煤層鎵元素富集分布區(qū)域不同。B1 號(hào)煤層和B2 號(hào)煤層的鎵元素富集異常在煤田分布廣泛，在大部分礦區(qū)均有出現(xiàn)。其中，B1 號(hào)煤層中區(qū)域分布差異較大，鎵元素在煤田的中北部和東南位置異常富集，而有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的西部礦區(qū)的平均含量只有10 μg/g；B2 號(hào)煤層中區(qū)域分布較為均衡，平均含量為19.01～35.21 μg/g；B3 號(hào)煤層和C1 號(hào)煤層的鎵元素富集異常只分布在煤田中北部的極少礦區(qū)。吐哈煤田沙爾湖礦區(qū)北部、大南湖東二井田、西南湖戈壁露天煤礦煤系鎵出現(xiàn)富集異常，大南湖東二井田除18 號(hào)煤層外，其他煤層均達(dá)到煤系鎵元素的邊界品位，最高值可達(dá)247 μg/g。西南湖戈壁露天煤礦8 號(hào)煤層、9 號(hào)煤層中鎵元素含量超過30 μg/g。沙爾湖礦區(qū)煤系鎵含量一般為22.0～90.0 μg/g，各煤層鎵平均含量為A1 號(hào)煤層47 μg/g、B1 號(hào)煤層56 μg/g、C1 號(hào)煤層46 μg/g、D 號(hào)煤層90 μg/g。

表3 新疆準(zhǔn)東-吐哈煤田煤系鎵分布Table 3 Distribution of gallium in coal-bearing strata in the Zhundong-Tuha Coalfield,Xinjiang

2.2.3 四川盆地周邊及滇東-黔西

四川盆地周邊煤系（共）伴生礦產(chǎn)資源僅存在鎵的富集異常點(diǎn)，區(qū)內(nèi)沿著四川盆地邊緣分布有南桐煤田、建樂煤田等十余個(gè)煤系鎵的異常點(diǎn)（表4）。從分布位置上來看，主要分布在川東褶皺賦煤帶，其次包括龍門山逆推斷陷賦煤帶和川中南部隆起賦煤帶內(nèi)。川東褶皺賦煤帶內(nèi)以重慶市南桐煤田為主，從北到南依次主要包括宣漢礦區(qū)、方斗山礦區(qū)、華鎣山礦區(qū)、長(zhǎng)壽礦區(qū)、南武礦區(qū)、南桐礦區(qū)、松藻礦區(qū)，這7 個(gè)礦區(qū)上二疊統(tǒng)煤層中均有鎵異常點(diǎn)分布，鎵富集的賦存層位以龍?zhí)督M底部C25 號(hào)煤層為主，在C25 號(hào)煤層上部的其他煤層也見有鎵富集異常點(diǎn)，但均不及C25 號(hào)煤層集中。南武礦區(qū)內(nèi)鎵異常點(diǎn)較為集中，自北向南依次為白濤煤礦、天寶煤礦、青木煤礦、沙壩煤礦、潼儀煤礦、橫春煤礦，其中，以天寶煤礦和青木煤礦煤系鎵含量最為集中，最高值可達(dá)66.42 μg/g；水江井田K1 號(hào)煤層中鎵異常值最高為35 μg/g；月亮臺(tái)井田煤層中鎵含量為20～106 μg/g，平均值為48.84 μg/g。南桐礦區(qū)[28]中煤系鎵富集異常點(diǎn)主要分布于魚田堡井田K1 號(hào)煤層中，煤系鎵異常值為11.00～91.00 μg/g，平均值為36.89 μg/g。松藻礦區(qū)煤系鎵異常點(diǎn)主要分布在梨園壩井田、張獅壩井田、石壕井田、觀音橋井田、同華井田，鎵異常在龍?zhí)督M多層煤系均有發(fā)現(xiàn)。其中，觀音橋井田中鎵異常點(diǎn)以C25 號(hào)煤層為主，平均值為30.80 μg/g；同華井田中鎵異常點(diǎn)出現(xiàn)在K2 號(hào)煤層中，鎵含量變化較大，含量范圍為3.5～57.0 μg/g，平均值為31.60 μg/g；梨園壩井田、張獅壩井田、石壕井田中鎵異常點(diǎn)以11 號(hào)煤層、12 號(hào)煤層為主，鎵含量異常范圍為28～50 μg/g，平均含量為40.85 μg/g。根據(jù)DAI 等[29]化驗(yàn)分析結(jié)果，松藻礦區(qū)11 號(hào)煤層中鎵平均含量為32 μg/g，超過了煤系伴生鎵的工業(yè)品位。

表4 四川盆地周邊及滇東-黔西煤系鎵分布Table 4 Distribution of gallium in coal-bearing strata around the Sichuan Basin and the East Yunnan and West Guizhou

在南桐煤田多個(gè)煤礦點(diǎn)的C25 號(hào)煤層底板泥巖中發(fā)現(xiàn)鎵含量較高，其中，南武礦區(qū)23 個(gè)樣品的鎵含量為20.46～84.72 μg/g，平均值為53.55 μg/g；南桐礦區(qū)3 個(gè)煤礦點(diǎn)7 個(gè)樣品中的鎵含量變化范圍為3.15～70.07 μg/g，平均值為38.11 μg/g。

滇東-黔西-川南褶皺賦煤帶內(nèi)也以上二疊統(tǒng)煤系鎵含量為主，主要為云南恩洪礦區(qū)一井田、貴州織納礦區(qū)（織金）鎵富集異常點(diǎn)等，其中，恩洪礦區(qū)一井田中鎵含量為30～50 μg/g，平均含量為40 μg/g，貴州織納礦區(qū)（織金）富集異常點(diǎn)煤系鎵含量最高可達(dá)220 μg/g[28]。

2.2.4 其他區(qū)域

除了以上3 個(gè)煤系鎵富集異常分布區(qū)域之外，我國(guó)煤系鎵富集異常點(diǎn)還零星分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)高力罕煤田和巴彥胡碩煤田，遼寧省南票煤田，河南省登封煤田，山東省滕縣煤田，陜西省渭北澄合詳查區(qū)、蒲白朱家河勘查區(qū)、店頭倉村平硐，寧夏回族自治區(qū)磁窯堡礦區(qū)和廣西壯族自治區(qū)扶綏礦區(qū)。秦勇等[25]對(duì)全國(guó)首批規(guī)劃礦區(qū)煤系鎵進(jìn)行資源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)陜西省渭北澄合詳查區(qū)11 號(hào)煤層和11 下號(hào)煤層、蒲白朱家河勘查區(qū)11 號(hào)煤層和店頭倉村平硐二號(hào)煤層煤系鎵含量平均值都超過了邊界品位。遼寧省南票煤田6 煤組、廣西壯族自治區(qū)扶綏礦區(qū)K1 號(hào)煤層鎵含量均值分別達(dá)到26.2 μg/g 和32.6 μg/g[30]（表5）。這些煤層中鎵都具有較好的開發(fā)利用潛力，可進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)查研究。

表5 我國(guó)其他地區(qū)煤系鎵分布Table 5 Distribution of gallium in coal-bearing strata in other regions of China

由于受物源供給、沉積環(huán)境等富集因素的影響，鎵在煤系中的富集程度不一。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)東煤田和吐哈煤田侏羅系煤層中鎵含量為240.0 μg/g，準(zhǔn)格爾礦區(qū)和平朔礦區(qū)煤層中鎵含量也分別達(dá)到70.0 μg/g 和57.0 μg/g。目前，準(zhǔn)格爾礦區(qū)和平朔礦區(qū)煤系鎵資源已經(jīng)部署開發(fā)利用，準(zhǔn)東煤田和吐哈煤田侏羅系煤層中鎵含量的異常分布在平面上較廣，并且各煤層中鎵含量接近或超過30 μg/g，也具有較好的開發(fā)利用前景。

3 我國(guó)煤系鍺鎵資源研究方向

隨著煤系鍺鎵資源的發(fā)現(xiàn)，煤地質(zhì)學(xué)科將拓展新的專業(yè)方向[31]。當(dāng)前，對(duì)煤系金屬礦產(chǎn)資源分布、賦存規(guī)律和富集機(jī)理研究及其綜合開發(fā)利用技術(shù)研究均不成熟，直接影響我國(guó)煤系鍺鎵資源研究工作的開展。煤系鍺鎵資源工業(yè)品位的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)取決于開發(fā)提煉技術(shù)的發(fā)展及社會(huì)的需求。技術(shù)水平的提高和社會(huì)對(duì)元素利用價(jià)值認(rèn)識(shí)的深化，必將使其品位閾值（邊界品位）對(duì)含量的要求不斷降低，即煤系有工業(yè)利用價(jià)值元素的種類將不斷增多，作為礦產(chǎn)資源的潛力會(huì)不斷增大。因此，煤系鍺鎵礦產(chǎn)成礦機(jī)理、提取工藝和綜合勘探與綜合開發(fā)利用的研究具有廣泛前景[32-35]，研究重點(diǎn)集中在以下五個(gè)方面。

3.1 開展資源成礦條件綜合研究

目前，我國(guó)煤系鍺鎵資源發(fā)現(xiàn)礦床少，對(duì)于煤系鍺鎵礦產(chǎn)的研究只是針對(duì)個(gè)別礦床單獨(dú)進(jìn)行煤系鍺鎵元素礦產(chǎn)分布特征、賦存狀態(tài)和富集機(jī)理的研究，而對(duì)煤系鍺鎵資源來源和富集機(jī)理的研究顯得十分薄弱，特別是在有機(jī)質(zhì)聚積、成巖、各種變質(zhì)作用、熱液作用過程中，煤系鍺鎵資源的富集機(jī)理及其地質(zhì)背景探討等方面顯得尤為不足。一方面，由于以往煤炭資源勘查階段對(duì)煤系金屬元素采樣部署不足以支持相關(guān)研究；另一方面，以往煤田勘查中僅能對(duì)每種元素礦產(chǎn)資源開展概略性評(píng)價(jià)，對(duì)煤系鍺鎵礦產(chǎn)成礦規(guī)律、產(chǎn)出的準(zhǔn)確層位注意不夠，是其成果不能得到充分利用的根本原因。

建議開展煤和煤系金屬礦產(chǎn)資源成礦地質(zhì)條件綜合研究，注意結(jié)合煤系鍺鎵時(shí)空分布規(guī)律，合理布置采樣點(diǎn)，以掌握其富集成礦規(guī)律，從含煤盆地（煤產(chǎn)地）所處的區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)背景和地質(zhì)發(fā)展史等角度進(jìn)行理論總結(jié)，歸納出煤系鍺鎵富集的成因類型或地質(zhì)模式，有效預(yù)測(cè)煤系鍺鎵礦產(chǎn)量。

3.2 開展成礦機(jī)制和成礦模式研究

煤和煤系鍺鎵礦產(chǎn)組成一個(gè)共生依存的整體，通過對(duì)煤物質(zhì)基礎(chǔ)、構(gòu)造-熱演化、煤層特征、沉積條件等方面的綜合分析，從代表性鉆孔巖芯觀察入手，采用高分辨層序地層學(xué)方法，結(jié)合煤巖、地化和巖礦分析方法，確定煤系金屬礦產(chǎn)資源礦床的成礦環(huán)境、成礦的物理化學(xué)條件，包括Eh、pH 值、生物、細(xì)菌、地下水、水動(dòng)力等。研究含煤盆地演化進(jìn)程中煤系成礦元素物質(zhì)遷移聚散、煤系鍺鎵富集在時(shí)空尺度的組合特征、煤系鍺鎵富集的分區(qū)性和定位性，建立煤系金屬礦產(chǎn)資源成礦模式。

3.3 開展多種金屬同時(shí)提取工藝研究

目前對(duì)煤系鍺鎵礦產(chǎn)賦存狀態(tài)分析水平有限，只能大致判斷煤系鍺鎵礦產(chǎn)賦存狀態(tài)屬于哪種類型，嚴(yán)重影響了煤系鍺鎵礦產(chǎn)提取方法的確定。盡管對(duì)于煤（煤灰、煤矸石）中元素提取取得了一定成果，但是都有成本較高或操作流程較復(fù)雜的問題，而且僅針對(duì)某一種元素進(jìn)行提取，對(duì)于煤系多種元素提取則效率較低。因此，有必要尋求最佳的提取工藝和流程，降低成本，建立從煤（煤灰、煤矸石）中同時(shí)提取多種元素的技術(shù)流程和實(shí)驗(yàn)方法，最大程度提高煤（煤灰、煤矸石）附加值。

必須充分依靠科研單位和企業(yè)的合作，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，加強(qiáng)煤系礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用的研究工作，包括可選性實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室流程實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)大連續(xù)實(shí)驗(yàn)、半工業(yè)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)實(shí)驗(yàn)與綜合利用示范，促進(jìn)其工業(yè)化進(jìn)程；建立煤系礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)與利用體系，促進(jìn)礦產(chǎn)綜合利用水平進(jìn)一步提升，拓展煤炭地質(zhì)工作領(lǐng)域，提高自主創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 開展綜合勘查評(píng)價(jià)規(guī)范制定研究

盡管現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《礦產(chǎn)資源綜合勘查評(píng)價(jià)規(guī)范》（GB/T 25283—2010）、《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 0215—2002）提到了要綜合勘探（共）伴生礦產(chǎn)，但是對(duì)于煤系鍺、鎵等（共）伴生礦產(chǎn)，由于缺乏對(duì)其開采利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性研究，工業(yè)指標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)尚未確定，評(píng)價(jià)工作處于研究階段。

如何確定煤系鍺鎵等礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)指標(biāo)沒有現(xiàn)成的規(guī)范可以參照?qǐng)?zhí)行。通過調(diào)研煤炭勘查工作中對(duì)鍺、鎵的評(píng)價(jià)程度，尤其是典型煤礦山（如烏蘭圖嘎煤鍺礦床、云南臨滄煤系鍺礦床和準(zhǔn)格爾黑岱溝煤系鎵礦床等）的詳查、勘探報(bào)告實(shí)例研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)采集的樣品實(shí)驗(yàn)室測(cè)試分析數(shù)據(jù)，開展煤系鍺鎵資源綜合利用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性研究，建立評(píng)價(jià)煤系鍺鎵資源的工業(yè)指標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)，研究開采技術(shù)條件指標(biāo)和分級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)，建立開采技術(shù)條件指標(biāo)體系，制定煤系鍺鎵等礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)方法。

3.5 開展綜合勘查工作

為了合理有效地利用和保護(hù)礦產(chǎn)資源，在煤炭地質(zhì)勘查中必須切實(shí)貫徹“以煤為主，綜合勘查綜合評(píng)價(jià)”的工作原則。針對(duì)煤系富含金屬元素成礦遠(yuǎn)景區(qū)、煤礦區(qū)，一是要明確開發(fā)和利用的空間布局和時(shí)序，明確勘查、保護(hù)和儲(chǔ)備的范圍；二是要依照規(guī)劃科學(xué)調(diào)控開采總量和礦業(yè)權(quán)投放總量；三是在資源管理和開發(fā)程序上，對(duì)高有益元素煤實(shí)行保護(hù)性開采，要求礦業(yè)權(quán)所有人充分考慮高有益元素富集成礦的事實(shí)，在煤炭使用消耗時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)共同開發(fā)煤及煤系有益元素的綜合利用，制訂符合保護(hù)性開發(fā)要求的針對(duì)性措施，需要提供有益元素提取回收的配套設(shè)備，并開展有益元素（諸如鍺、鎵等金屬礦產(chǎn)）提取回收，方可進(jìn)行煤炭開采。

4 結(jié)論

1）我國(guó)鍺鎵資源儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界前列，但隨著需求端的不斷增長(zhǎng)，鍺鎵資源在儲(chǔ)量上的優(yōu)勢(shì)正在不斷下降，因此，需要尋找新的鍺鎵資源儲(chǔ)量，穩(wěn)固資源優(yōu)勢(shì)。在特定的地質(zhì)作用下，含煤巖系中高度富集鎵、鍺、稀土等戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬，在戰(zhàn)略金屬資源供應(yīng)日趨緊張的大環(huán)境下，能夠作為新型戰(zhàn)略性金屬資源的來源。

2）我國(guó)煤系鍺富集異常點(diǎn)主要分布于以下區(qū)域：海拉爾-二連盆地、鄂爾多斯盆地周緣、郯廬大斷裂一帶及滇西-滇中盆地，其余地區(qū)煤系鍺富集異常點(diǎn)均為零星分布。

3）我國(guó)煤系鎵主要富集在陰山南麓準(zhǔn)格爾煤田和山西省北部石炭系-二疊系煤田，準(zhǔn)東煤田侏羅系煤層中鎵富集異常點(diǎn)出現(xiàn)成片分布情況，其余地區(qū)的不同成煤時(shí)代煤層中鍺富集異常點(diǎn)零星分布，如四川盆地周邊、重慶市南武礦區(qū)和南桐礦區(qū)、貴州省西南礦區(qū)二疊系煤層、山東省滕縣煤田、河南省登封煤田石炭系煤層、寧夏回族自治區(qū)磁窯堡礦區(qū)侏羅系煤層等。

4）煤系鍺鎵礦產(chǎn)成礦機(jī)理、提取工藝和綜合勘探與綜合開發(fā)利用的研究具有廣泛前景，研究重點(diǎn)應(yīng)該集中在資源成礦條件、成礦機(jī)制和成礦模式、多種金屬協(xié)同提取工藝、勘查評(píng)價(jià)規(guī)范制定、綜合勘查示范工作等方面。