贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板Ga矿富集特征及成因.pdf

第47 卷第2 期2023年6 月doi:10.3969/j.issn.1674-3636.2023.02.006贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板Ga矿富集特征及成因（贵州省煤田地质局水源队，贵州贵阳550 0 18）摘要：为查清贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板及煤中Ga的赋存状况，开展钻孔勘探工作，采集煤层顶底板泥化样品39 件，煤样品2 5件，使用电感耦合等离子体发射光谱法测定Ga含量，根据样品中Ga含量的实测结果，结合勘查区聚煤时期的古地理环境及煤层顶底板沉积物源等特征，分析上二叠统煤层顶底板中Ga矿的富集特征及成因。结果表明：米妥勘查区煤中Ga富集程度低，2 5件煤样品中Ga的平均含量为7.9 0 g/g，远低于边界品位；煤层顶底板中Ga富集程度高，2 1件顶板样品中Ga含量为31.8 46.2 g/g，平均值为39.6 g/g，18 件底板样品中Ga含量为31.151.4g/g，平均值为41.3g/g，底板中Ga含量均值略高于顶板。顶底板中Ga的含量达到我国煤中伴生矿的工业指标，该区域煤层顶底板及围岩具有稀散金属矿找矿前景。分析沉积的古地理环境特征及沉积物源，认为聚煤时期古地理环境多为陆相及海陆交互相，导致煤层顶底板多为泥岩及泥质砂岩,陆源碎屑物为Ga沉积提供了很好的来源，流水、风力等搬运作用为Ga提供了很好的富集方式。关键词：Ga;富集特征；成矿成因；煤；贵州盘州米妥中图分类号：P611:P618.74文献标识码：A0 引 言Ga属于稀有分散金属元素，也是全球稀缺金属资源（敦妍冉等，2 0 19），广泛应用于国防、医疗等领域,是我国战略储备物资之一。我国Ga资源储量主要集中在广西、河南、内蒙古、山西、四川、贵州、云南等省（区）,内蒙古的Ga 主要伴生在煤中,四川的Ga主要伴生在铁矿中,广西的 Ga主要伴生在铝土矿中。全球Ga资源主要伴生在铝土矿中，分布在非洲、大洋洲、南美洲、亚洲等地区（Beazley，19 9 8），其中非洲Ga储量占比最大,欧洲次之。我国煤中Ga的含量加权平均值为6.6 2 g/g，略高于全球煤中 Ga的平均含量。Ga除伴生在铝土矿中外,还赋存在硅酸盐矿物、硫化物及煤中。矿床类型多样,成因也极为复杂,刘英俊等（19 6 3)将含镓矿床划分为岩浆矿床、伟晶岩矿床、气成-热液岩矿床、热液岩矿床、风化矿床和沉积矿床6 种类型。Ga富集成因可能与煤形成时期顶底板沉积物源、沉积古地理环境、地质构造后期热液作用（岩浆活动）有关（代世峰等，收稿日期：2 0 2 2-11-10；修回日期：2 0 2 2-11-2 8；编辑：陈露基金项目：贵州省2 0 2 1年度重点矿产资源大精查项目“贵州省盘州市米妥勘查区煤炭资源精查”（MCHC-ZC20212218-8)作者简介：张小祥（19 9 4一），男，助理工程师，采矿工程专业，主要从事煤田地质与工程地质方面的研究工作，E-mail：1342 530 18 6 q q.c o m地质学刊Journal of Geology张小祥文章编号：16 7 4-36 36(2 0 2 3)0 2-0 153-0 62014）。根据相关研究（易同生等,2 0 0 7；汪龙波等，2020;杨瑞东等,2 0 2 1），煤层中Ga的富集还可能与成煤有机质与陆源含Ga水凝胶或Ga离子输人沉积水体有关。对贵州盘州米妥勘查区进行勘探,并对煤层及顶底板进行采样分析，发现煤层顶底板普遍具有Ga富集特征,Ga平均含量为40.4g/g，富集系数达6.1,明显高于我国煤中伴生矿的工业指标30 g/g。虽然煤层中发现少量Ga,但其富集程度偏低,达不到工业指标。煤层顶底板中Ga富集显著,通过分析煤层顶底板中Ga的赋存特征、富集因素及成矿原因,认为研究区煤层顶底板及围岩具有Ga矿找矿前景。1研究区概况盘州米妥勘查区属贵州六盘水盘州鸡场坪镇管辖，位于盘州北部,距盘州城区约7 5km，8 个拐点坐标圈定勘查区面积4.536 8 km。研究区位于土城向斜北东翼，为单斜构造，走向SE-NW60，倾向WS,倾角2 0 35。研究区中部、中部偏西及偏北东部断层较发育,有 F,一F，、Fi s 6 条断层。Vol.47 No.2Jun.20231542研究区地质条件2.1地层米妥勘查区隶属六盘水煤田盘江矿区,位于贵州西南部,区内地层由老至新依次为上二叠统峨眉山玄武岩（P,）、上二叠统龙潭组（P,l）、下三叠统系统第四系(Q)中统关岭组(T)(T2g)永宁镇组第二段暗紫色、灰绿色、浅灰色泥质粉砂岩，夹薄层(Tiyn)(T,ym)三叠系第一段中厚层状灰岩、泥质灰岩，局部夹钙质泥质粉(T)(T,yml)砂岩第二段紫红色、灰色泥质粉砂岩。上部夹薄层泥质第三亚段灰岩；底部为紫红色泥岩，夹薄层细砂岩。含下统(T.f2-3)(T.)第二段灰紫色、灰绿色、紫红色细砂岩及粉砂岩，夹第二亚段泥质粉砂岩薄层，局部夹生物碎屑灰岩薄层飞仙关组(Tf2)(T.S)第二段第一亚段紫红色泥质粉砂岩，夹灰绿色、灰色细砂岩(T,f-)第一段上部为灰绿色、紫红色泥质粉砂岩，局部夹粉砂岩；下部为灰绿色粉砂质泥岩；底部为薄层(T.)高岭石泥岩第三段灰色、灰绿色薄层状细砂岩、粉砂岩，夹粉砂(P,13)质泥岩及泥岩，含动植物化石，含煤2 1 30龙潭组第二段层，平均2 4层(P,t)(P,1)第一段深灰一灰黑色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂上统二叠系(P)地质学刊飞仙关组（T,）、下三叠统永宁镇组（T,yn）、中三叠统关岭组(T2g)及第四系（Q)（表1)。2.2区域构造区域构造整体上位于羌塘一扬子一华南板块（一级分区)扬子陆块（二级分区）上扬子地块（三级分区)威宁隆起区(四级分区)威宁穹盆构造变形区（五级分区）,控制研究区的北西向土城向斜（与之表1研究区地层Table 1 Strata of the study area组段第三段浅灰色块状白云岩(T2g)第二段浅灰一深灰色中厚层状、块状灰岩，局部夹少(T2g)量泥质灰岩、灰质白云岩及角砾状白云岩。含菊石及腕足类等第一段黄、黄绿、暗紫红色页岩夹少量泥灰岩及泥质灰岩，含瓣腮类，底部0.3 1.0 m处为鲜绿色(T2g)斑脱岩(绿豆岩)第三段中厚层状灰岩，夹薄层泥质粉砂岩(T,ym)灰岩及粉砂质泥岩，局部夹薄层细砂岩生物碎屑化石(P,l)岩，多凝灰质成分，含煤11层(P,)第三段：凝灰质粉砂岩、玄武岩层、凝灰岩层；第二段：深灰色粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩及峨眉山第三段煤层，含植物化石，该段含煤1 7 层，可采煤玄武岩(P,)(P,3)2023年厚度/m主要岩性最小值一最大值平均值冲积、残积、坡积物等组成020.00118100.99 120.84143.33 158.04123.52 193.77209.88231.18139.65 200.0485.09 128.0616.64 104.41 43.08 69.95层1层；200第一段：以墨绿色玄武岩为主，顶部及中部夹紫红色凝灰质泥岩196.39113.85149.26154.47219.57178.97100.3995.3859.0668.07第47 卷第2 期平行且同组形成的另有白央坪背斜、照子河向斜等）,走向NW60,往西北延伸渐转向北，有复合于南北向构造带上之势；往东延伸则先向南又向北东，剧烈转弯再往北翘起,明显受到威宁穹盆构造变形带的影响,总体态势为一个较大的向南偏西凸出的弧形扭动构造带(图1)。2.3岩浆岩根据邻区松河井田勘探资料（贵州省煤矿设计研究院,2 0 17）,研究区内岩浆岩为峨眉山玄武岩,厚700.8m：下部厚6 30.0 m，为绿色坚硬具气孔的玄武岩；中部厚16.6 m，由深灰色粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩及煤层组成；上部约54.2 m处凝灰质粉砂岩、玄武张小祥：贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板Ga矿富集特征及成因155岩及凝灰岩与上覆地层呈假整合接触。峨眉山玄武岩层厚度较大,层位稳定,在区内均有分布，对煤系沉积起填平补齐作用，提供了聚煤场所，为龙潭组含煤地层提供了良好的沉积基底；峨眉山玄武岩层对含煤地层的分布、沉积岩性、岩相及含煤性等有一定的影响，但对含煤地层无破坏作用,对煤的变质无影响。3研究方法六盘水煤炭资源丰富，根据贵州煤炭资源潜力评价（唐显贵等，2 0 0 9），盘州、水城矿区的大部分地段，含煤2 0 45层，总厚度 2 0 m，含煤系数为8%NX221022425六盘水2621D420米妥勘查区131812盘县27晴隆普安3六枝3316D31514安顺32背斜向斜40 kmD1断裂0L图1研究区区域构造纲要图1-泥堡背斜；2-青山向斜；3-老鬼山背斜；4-法泥向斜；5-碧痕营背斜；6-盘南背斜；7-水塘向斜；8-鲁番背斜；9-盘关向斜；10-小竹青背斜；11-照子河向斜；12-白央坪背斜；13-土城向斜；14-晴隆向斜；15-花江背斜；16-茅口背斜；17-中营向斜；18-古牛河背斜；19-杨柳树向斜；2 0-布坑底背斜；2 1-格目底向斜；2 2-结里向斜；2 3-二塘向斜；2 4-大河边向斜；2 5-神仙坡向斜；2 6-土地垭向斜；2 7-小河边向斜；2 8-蟠龙向斜；2 9-三丈水背斜；30-六枝向斜；31-梅子关背斜；32-大煤山背斜；33-郎岱向斜D1-黄河泥-潘家庄断裂；D2-下甘河断裂;D3-堕脚断裂；D4-水城断裂带Fig.1 Outline map of regional structure of the study area15620%；可采煤层8 15层，总厚度一般 10 m最厚达22.7m（盘州羊场），煤层多较稳定。盘州煤炭资源储量为48 5亿t,分别占六盘水地区煤炭资源储量的60%、贵州全省煤炭资源储量的15%，盘州主要含煤地层为二叠系龙潭组。为查清米妥勘查区煤层及其顶底板中Ga的赋存状态，开展了勘探工作，钻进9 个钻孔，孔深至18煤层下30 m。可采煤层共12 层，分别为3、45-1、6-2、7、9、10、12、15、16、17、18 煤层。对米妥勘查区上述主采煤层及顶底板进行采样，共采集煤层顶底板泥化样品39 件、煤样品2 5件，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）测定Ga及其他金属元素的含量。4?Ga 的富集、赋存与分布特征研究发现盘州米妥勘查区上二叠统龙潭组3、4、5-1、6-2、7、9、10、12、15、16、17、18 煤层顶底板中富含Ga,39件煤层顶底板样品测试结果显示，Ga均达到我国煤中伴生矿的工业指标，部分高于工业指标。其中,2 1件顶板样品中Ga含量为31.8 46.2g/g，平均值为39.6 g/g;18件底板样品中Ga含量为31.1 51.4g/g，平均值为41.3g/，底板中Ga含量均值略高于顶板（表2、图2)。25件煤样品中，有2 1件含有Ga，含量为4.2 7 16.0g/g，平均值为7.9 0 g/，4件煤样品中无Ga,表明煤层中Ga含量远低于我国煤中伴生矿的工业指标（表3、图2)。煤的物质结构复杂，微量元素在煤中以多种形态产出，赋存状态很难直接测定。根据采集样品的实测结果分析,研究区Ga赋存状态以无机结合态类质同象替代为主，主要赋存于煤层顶底板岩层的黏土矿物中，主要成分为SiO,等，说明煤层顶底板物质主要来源于陆源碎屑。煤层顶底板中Ga在平面上稳定分布，在研究区东西部Ga含量略高，中心地带含量较低，总体呈东西高、中心低的趋势。由于煤层底板中Ga含量略高于顶板，差距较小，因此Ga在垂向上总体呈上低下高的趋势。煤层沉积特征及成煤环境表明，上二叠统含煤地层的围岩中Ga含量较为丰富,具有开发利用前景。地质学刊表2 米妥勘查区煤层顶底板泥化样品中Ga元素分析结果Table 2 Test and analysis results of Ga contentof argillated samples from coal seam roof andfloorin Mituo exploration area顶板序号样品编号Ga/(g/g)12021M144622021M144732021M144842021M144952021M145062021M145172021M145282021M145392021M1473102021M1474112021M1475122021M1476132021M1477142021M1478152021M1621162021M1622172021M1623182021M1651192021M1652202021M1653212021M16546050(/am)鲁号的403020101图2米妥勘查区煤层顶底板与煤层中Ga元素含量对比图Fig.2Comparison between Ga content ofcoal seam roof and floor and Ga contentof coal seam in Mituo exploration area2023年底板样品编号Ga/(g/g)34.52021M212840.22021M212937.02021M213033.82021M213140.12021M213236.92021M213341.32021M182042.02021M182135.12021M182239.82021M182334.92021M197442.82021M197531.82021M197639.12021M197744.02021M197846.22021M197944.72021M198039.62021M198142.842.542.4611样品数量(件)顶底板Ga煤层Ga47.644.048.144.540.040.951.434.733.841.538.331.145.140.939.045.837.539.511621263136第47 卷第2 期表3米妥勘查区煤层中Ga元素分析结果Table 3Test and analysis results of Ga content of coalseam in Mituo exploration areaGa序号样品编号/(g/g)12021M240522021M240632021M240742021M240852021M223862021M223972021M224082021M224192021M2242102021M2243112021M2244122021M2245132021M22465Ga 的富集影响因素研究区地处贵州西部。晚二叠世初期受构造的控制,贵州形成了北高南低、由北西往南东缓倾斜的古地势。海洋先侵人贵州南部、东部，然后由东向西推进,淹没广阔的剥蚀残积平原,形成海水极浅的陆表海，有利于陆源碎屑物质沉积。晚二叠世时期是贵州地区重要的成煤期,区内普遍形成了气候温润、植物繁茂,与地壳协调振荡有机组合的优良聚煤环境，为川黔滇聚煤盆地中心。该时期贵州地区的煤炭处于陆相、海陆交互相、海相沉积环境，煤层厚度和顶底板沉积物来源均存在很大差异。成煤时期研究区位于陆相和海陆交互相区,煤层顶底板中Ga的富集主要受河流沉积和陆源碎屑的双重影响。受泥炭沼泽及成煤植物的影响，煤层的Ga含量低于顶底板,甚至为0;煤中灰分较少,SiO,物质含量较低,因此Ga含量较低。6 Ga矿成因分析米妥勘查区地处六盘水煤田,区内可采的12 层煤层属低硫煤，结构较为复杂；成煤环境属河流体系，即河流聚煤环境，河流及潮汐对聚煤环境起着控张小祥：贵州盘州米妥勘查区煤层顶底板Ga矿富集特征及成因序号样品编号/(g/g)无14无15无16无174.27187.981913.1202021M21847.46217.36222021M21765.95238.58248.272516.0157制作用（杨瑞东,19 8 9）。由此推知,研究区煤层在泥炭沼泽发育期间明显受到河流和潮汐的影响，因此顶底板在沉积过程中也受到了河流和潮汐的影Ga响，Ga被河流及潮汐带入煤层及顶底板中并逐渐富集。此次采集的煤层顶底板泥化样多为泥岩，岩层2021M23925.192021M23936.012021M23947.072021M21868.012021M218712.52021M21838.845.972021M21857.035.222021M21775.722021M13598.742021M13606.78中动植物化石含量丰富。研究区所处的贵州西部有数百至数千米高的玄武岩山地,是丰富的陆源碎屑供给区。当岩石受到剥蚀时,其细颗粒黏土矿物被带入泥炭沼泽中,并在煤层及其顶底板中沉积。研究区煤层下部玄武岩较为发育,厚7 0 0 m,层位稳定,在区内均有分布,对煤系沉积起填平补齐作用，提供了良好的聚煤场所，为含煤地层提供了沉积基地；在成煤时期，也为煤层及顶底板提供了沉积矿物。因此，西部的火山岩为煤层顶底板中Ga的富集提供了物源。综合研究区煤层顶底板及煤层中Ga的富集特征、地质构造、岩浆活动、古地理环境等特征,Ga富集可能是由于成煤期受陆源碎屑和河流环境沉积影响,含Ga的陆源碎屑物进人成煤的沼泽水体环境中,随着沼泽水介质的盐度和还原性增加,富集度增强。Ga作为伴生矿产，主要赋存于煤层及其顶底板中,在煤层顶底板中的含量大于煤层中的含量。7 结 论(1)贵州盘州米妥勘查区上二叠统龙潭组煤层顶底板中富含金属元素Ga,煤层及其顶底板中Ga含量分别为4.2 7 16.0、31.1 51.4g/g，顶底板中的Ga含量达到我国煤中伴生矿的工业指标，该区煤层顶底板及围岩具有稀散金属元素矿床找矿前景。(2)研究区煤层顶底板泥化样采样厚度均为30cm,样品分析结果表明，煤层顶底板中Ga含量平均值为40.4g/g，达到工业边界品位；煤层中Ga含量平均值为7.9 0 g/g，远低于边界品位。在不同煤层中,顶底板中的Ga含量均高于煤层中的Ga含量,对Ga的开采及提取方法研究具有重要意义。(3)根据研究区煤层顶底板泥化样测试结果，上二叠统煤层顶底板中均含有Ga，测试样品取自勘查区内的9 个钻孔，分布较广，而煤的沉积特点导致其含有的微量元素具有分布广、资源量大的特征，因此在该区开采煤层时可考虑开发利用顶底板中的Ga资源。158参考文献代世峰，任德贻，周义平，等，2 0 14.煤型稀有金属矿床：成因类型、赋存状态和利用评价J.煤炭学报，39（8）：1707-1715.敦妍冉，荆海鹏，洛桑才仁，等，2 0 19.全球镓矿资源分布、供需及消费趋势研究J.矿产保护与利用,39(5)：9-15,2 5.贵州省煤矿设计研究院，2 0 17.贵州松河煤业发展有限责任公司松河煤矿（兼并重组)煤炭资源储量核实报告R.贵阳：贵州省地质资料馆.刘英俊，于镇藩,19 6 3.某地铝土矿中镓的地球化学特征J.南京大学学报（自然科学版），7（1）：9 3-10 0.唐显贵,金军,唐兴文，等,2 0 0 9.贵州省六盘水煤田煤炭资源潜力评价报告R.贵阳：贵州省煤田地质局.地质学刊汪龙波，高军波，杨瑞东，等，2 0 2 0.黔西北上二叠统宣威组底部富锯多金属层地球化学特征研究J.地质论评,6 6(6):1696-1709.杨瑞东，19 8 9.贵州省晚二叠世岩相古地理与聚煤环境研究D.贵阳:贵州大学.易同生，秦勇，吴艳艳，等，2 0 0 7.黔东凯里梁山组煤层及其底板中镓的富集与地质成因J.中国矿业大学学报，36(3):330-334.杨瑞东，郑禄林，程伟，等,2 0 2 1.黔北桐梓一金沙一带发现晚二叠世煤富集稀土、锂金属元素J.地质论评，6 7（5）：1543-1544.Beazley T M,1998.Events and trends in metal and mineralscommodities J.The Journal of the Minerals,Metals&Materials Society,50(4):40-43,76.2023年Ga enrichment characteristics and metallogenic genesis of coal seam roof andfloor in Mituo exploration area,Panzhou,GuizhouZhang Xiaoxiang(Water Source Team of Guizhou Coal Geology Bureau,Guiyang 550018,Guizhou,China)Abstract:To find out the occurrence of Ga in the roof and floor of coal seam and in coal of Mituo exploration area,Panzhou,Guizhou,the paper explored borehole data,collected 39 argillated samples of coal seam roof and floor,25 samples of coal seam,usedthe inductively coupled plasma optical emission spectrometry to determine the Ga content.Based on the tested Ga content of samples,incombination with the characteristics of the paleogeographic environment and the sediment source of the roof and floor of coal seam dur-ing the coal accumulation period in the exploration area,the enrichment characteristics and metallogenic genesis of Ga in the UpperPermian coal seam roof and floor were deeply analyzed.The results show that the enrichment degree of Ga is low in the coal of Mituo ex-ploration area.The average content of Ga in 25 coal samples is 7.90 g/g,which is much lower than the boundary grade.Moreover,the concentration of Ga in the roof and floor of coal seam is high.The content of Ga in 21 roof samples is from 31.8 g/g to 46.2 g/g,with an average of 39.6 g/g;the content of Ga in 18 floor samples is from 31.1 g/g to 51.4 g/g,with an average of 41.3 g/g,which shows that the average content of Ga in the floor is slightly higher than that in the roof.The content of Ga in the roof and floor ofthe coal seam reaches the industrial index of associated ore in coal in China,and the roof and floor of coal seam and its surroundingrock are good targets for prospecting scarce metal deposits.By analyzing the characteristics of paleogeographic environment andsediment sources,it is concluded that the paleogeographic environment in the coal accumulation period was mainly continental faciesand sea-land alternate facies,which resulted in mudstone and argillaceous sandstone in the roof and floor of coal seam.Terrigenous de-tritus provided a good source for Ga deposition,and transportation including water and wind promoted Ga enrichment.Key words:Ga;enrichment characteristic;metallogenic genesis;coal;Mituo,Panzhou,Guizhou