云南临沧锗煤与内蒙古乌兰图嘎锗煤元素地球化学对比研究.pdf

- 1 - 云南临沧锗煤与内蒙古乌兰图嘎锗煤元素地球化学 对比研究云南临沧锗煤与内蒙古乌兰图嘎锗煤元素地球化学 对比研究 李晶1，庄新国1，杜刚2，杨少卿1 1.中国地质大学资源学院，武汉（430074） 2.内蒙古煤田地质局地调院，呼和浩特（010010） E-mail: lijing02003140@ 摘摘 要：要： 本文通过对分别采自云南临沧和内蒙古乌兰图嘎两锗煤矿床的煤样的重液密度分离 实验，分别得到密度小于 1.43、1.43-1.6、1.6-2.0、2.0-2.4、2.4-2.8 和大于 2.8 的 6 个密度级 组分通过对这两个锗煤矿床煤样的不同密度组分的元素地球化学对比研究，可以看出，内 蒙古乌兰图嘎锗煤样相对富 Ca、Mg 和 Na，云南临沧锗煤样相对富 K；除这两煤样均明显 富 Ge、As、Sb、W、Be 和 Tl 外，云南临沧锗煤样中还明显富集 Rb、Nb、Mo、Sn、Cs 和 U，其含量远高于世界煤中的最高含量；除 Ge、W、B、Nb 和 Sb 在这两锗煤矿床煤样中均 表现出明显的有机亲和性，云南临沧锗煤样中 Be、U 和 Mo 也具有有机亲和性，Mn 和 Zn 具有部分有机亲和性， 乌兰图嘎锗煤样中 Na 和 Mg 也具有有机亲和性； 两锗煤样均具有 Fe、 S、As、Sn 和 Pb 的硫化物和砷化物矿物组合，而云南临沧锗煤样在该组合中还包括 Tl、Ta 和 Cs；云南临沧锗煤样中 Al、P、Li、Sc、Ti、V、Cr、Zr、Ba 主要与硅铝酸盐和微量的重 矿物组合有关，P、Na、Li、Sc、Ti、Ga、Rb、Zr、Cr、Ba、Th、轻稀土元素（La、Ce、 Pr、Nd 和 Gd）主要与磷酸盐和微量的重矿物组合有关，它们可能主要来源于物源区的碎屑 矿物；两个锗煤样均具有 Ca 和 Sr 的硫酸盐组合，表明煤层受后期氧化蚀变的影响。

关键词：关键词：云南临沧，内蒙古乌兰图嘎，锗煤矿床，地球化学，重液密度分离 1. 引言引言 云南临沧锗煤矿床与内蒙古乌兰图嘎锗煤矿床是我国两个典型的具有独立工业开采价值的特大型锗煤矿床椐任德贻等（2006）[1]，云南临沧大寨和中寨锗煤矿床的探明锗金属量约 1620 吨大寨和中寨锗煤矿床中 Ge 的平均品位分别为 847ug/g 和 833ug/g，最高可达2520ug/g椐王兰明（1999）[2]，内蒙古乌兰图嘎锗煤矿探明锗金属量 1600 吨，全区平均锗品位 244µg/g，最高煤层平均含量可达 820ug/g已有许多学者对云南临沧锗煤矿床做过系统的研究(汪本善，1963[3]；张淑苓等，1987,1988[4、5]；汪毓煌，1992[6]；庄汉平等，1997，1998a，1998b[7-9]；卢家烂等，2000[10]；胡瑞忠等，1996，1997，2000[11-13]；李余华,2000[14]；戚华文等,2001，2002a，2002b，2003[15-18]；等)内蒙古乌兰图嘎锗煤矿床也被一些学者进行过研究（王兰明，1999[2]；秦胜利，2001[19]；杜刚等，2003，2004[20、21]；Huawen Qi et al，2007a，2007b[22、23]；Zhuang X et al，2006[24]） 。

本研究应用重液分离方法对这两个锗煤矿床煤样进行了地球化学研究， 并结合以上学者的研究成果对比讨论了这两个锗煤矿床地球化学特征 2. 矿床地质特征矿床地质特征 2.1 临沧锗矿床成矿地质特征临沧锗矿床成矿地质特征 根据汪本善 (1963) [3]、 张淑苓等 （1987,1988）[4、5]、 汪毓煌 （1992）[6]、 庄汉平等 （1997，1998a，1998b）[7-9]、卢家烂等（2000）[10]、胡瑞忠等（1996，1997，2000）[11-13]、李余华（2000）[14]、戚华文等（2001，2002a，2002b，2003）[15-18]等的研究，云南临沧锗煤矿床形成于新近系帮买盆地中（内陆断陷型含煤盆地） （图 1） - 2 - 该盆地被后期构造运动所破坏，现残留盆地呈北东-南西向展布盆地充填地层为中新世帮卖组，其岩性组成主要为砾岩、砂岩、粉砂岩，夹煤层、灰岩和硅质岩与下伏印支期花岗岩基底呈不整合接触；盆地西部边缘断裂相对发育，基底出露岩石为印支期二云母花岗岩盆地东部边缘基底出露岩石为印支期黑云花岗岩主要锗煤矿体分布于该盆地的西部边缘含煤层系的下部煤层中 煤中锗的物质来源为盆地边缘广泛分布的印支期二云母花岗岩。

成矿作用主要受同期热水硅质岩沉积的控制煤中的锗主要以与煤基质有机键合的形式存在 2.2 乌兰图嘎锗煤矿床成矿地质背景乌兰图嘎锗煤矿床成矿地质背景 根据王兰明 （1999）[2]， 秦胜利 （2001）[19]， 杜刚等 （2003， 2004）[20、21]， Qi et al. （2007a，2007b）[22、23]，Zhuang et al.（2006）[24]的研究，内蒙古乌兰图嘎锗煤矿床形成于早白垩世胜利盆地中（内陆断陷型含煤盆地） （图 2） 该盆地后期构造改造作用虽然不是非常强烈，但其边缘已被剥蚀，均为侵蚀边界现残留盆地呈北东-南西向展布盆地充填地层为晚侏罗世兴安岭群火山岩系和早白垩世白彦花群碎屑岩系， 早白垩世白彦花群岩性组成主要为砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩和煤层，含煤 10 余层上覆地层为新近系碎屑岩系基底地层为泥盆和志留纪浅变质岩系 该锗煤矿床分布于该盆地的西南边缘 （图 2） ， 面积大约 2.2 km2周边出露的地层有晚侏罗火山岩系、 二叠纪碎屑岩系和元古代变质岩系 该区岩浆活动比较频繁，其周边主要发育有古生代花岗岩和闪长岩、中生代花岗岩和安山岩、中侏罗玄武岩、晚侏罗玄武岩、火山角砾熔岩、流纹质和安山质凝灰岩、以及第四纪玄武岩。

1.新近系地层；2.富锗煤矿段；3.断层； 4.二云母花岗岩； 5.黑云母花岗岩；6.不整合面 图 1 云南帮卖盆地地质简图及锗煤矿床的分布(据戚华文 等，2003)[18] Fig.1 Geological map of Bangmai basin in Yunnan and the distribution of the germanium-coal deposit - 3 - β2δβ2β2γ52K b1K b1K b1J mn3J by3J by3K b1J mn3J mn3Pt by1Pt by1P gn1P gn1P gn1Q1N b2P zs1Pt by1P zs1K b1P gn1C bn2C bn2P zs1 K c2J by3Pt by1P zs1J mn3K b1C bn2N b2Q1K c2P gn144o116o15km1234567891011121314151605km171819202122锗煤矿床锡林浩特1.不整合边界，2.锗煤矿床，3.新近系全新统，4.古近系宝格达五拉组，5.白垩系上统二连组，6.白垩系下统 白彦花群，7.侏罗系上统玛尼吐组，8.侏罗系上统白吝高老组，9.二叠系下统格根敖包组，10.二叠系下统哲 斯组，11.石炭系上统本巴图组，12.下元古界宝音图组，13.新近系玄武岩，14.华力西期闪长岩，15.华力西 期花岗闪长岩，16.燕山早期花岗岩，17.白彦花群碎屑岩，18.格根敖包组碎屑岩和凝灰岩， 19.玛尼吐组火 山碎屑岩和流纹质熔岩，20.本巴图组安山岩和火山碎屑岩，21.宝音图组变质岩，22.断层 图 2 内蒙古胜利煤田乌兰图嘎锗煤矿床区域地质简图（据王兰明，1999 修改）[2] Fig.2 Regional geological map of Wulantuga germanium-coal deposit in Shengli coalfield,Inner Mongolia 该矿床为一向北东倾伏的单斜构造， 西部边缘发育规模较大的正断层， 南部为煤层隐伏露头，为侵蚀边界，煤层向北东倾伏，厚度逐渐增大。

在锗矿区范围内仅发育两个煤层组（6号和 12 号煤层） ，锗煤仅分布于 6 号煤层组中 乌兰图嘎高锗煤矿床主要的富锗煤层为#6 煤层， 分叉为 6 上、 6-1 及 6-2 煤层， 其中 6-1煤层为主要的富 Ge 载体前人分析发现在胜利煤田西南部燕山中期的二长花岗岩锗品位为15.28µg/g，东南部的中酸性岩浆岩锗品位在 2.53µg/g-4.96µg/g 之间；据秦胜利（2001）[19]研究，在锗矿体西部附近出露华力西期二长花岗岩和闪长岩，含锗相当高，由此推断矿区西南部的中酸性花岗岩是乌兰图嘎高锗煤矿床的主要锗源 秦胜利 （2001）[19]、 杜刚等 （2003）[20]、 Qi et al(2007a，2007b) [22、23]、Zhuang et al(2006) [24]的研究表明该矿床中 Ge 主要富集在煤中有机质中 3. 样品与实验方法样品与实验方法 两个高锗煤样品分别采自云南新近系帮卖盆地（LB301）和内蒙古晚白垩世胜利煤田乌兰图嘎锗煤矿床（MY8） 煤样的工业分析和元素分析按照国际标准化组织（ISO）和美国材料试验学会 （ASTM） 规定的标准进行(ISO-589-1981, ISO-1171-1976, ISO-562-1974, ASTM - 4 - D-3286-96)。

矿物学分析采用 X 射线衍射分析(XRD)的方法进行煤样不同比重组分的重液分离试验所用介质为三溴甲烷、 四氯乙烯及二甲苯的混合液 所有样品的溶样采用两步溶解的方法进行酸溶以保留溶液中的易挥发元素[25]所获得的样品溶液采用电感耦合等离子原子发射光谱(ICP-AES) 和电感耦合等离子质谱(ICP-MS)进行常量和微量元素分析 4. 分析煤样的煤质及矿物学特征分析煤样的煤质及矿物学特征 LB301 及 MY8 锗煤样品的工业分析及元素分析结果见表 1LB301 以高灰分（29.4%，db） 、中硫分（2.8%,db） 、中低热值（4625 kcal/kg，daf）煤为特征MY8 以低灰分(12.3%，db)、中硫分（2.0%,db） 、中热值（5888kcal/kg，daf）煤为特征LB301 的 H 和 N 含量（分别为 4.5%和 1.5%，daf）相对高于 MY8 的 H 和 N 含量（2.9%和 0.9%，daf） 根据这两个样品的挥发分含量（42-48%，daf） 、C 含量（76-78%，daf） ，其煤级均属于高挥发分亚烟煤 表 1 分析煤样的工业分析及元素分析结果 Tab. 1 Proximate, ultimate analysis and calorific value of the coal samples studied. 灰分 %db 挥发份 %daf C %dafH %dafN %dafS %db发热量 kcal/kg daf LB30129.4 48 78 4.5 1.5 2.8 4625 MY8 12.3 42 76 2.9 0.9 2.0 5888 注：ad,空干基;db,干燥基;daf,无灰干燥基. LB301 及 MY8 锗煤样的矿物学分析结果见表 2。

MY8 煤样以高岭石（6.5%） 、石英（4.2%） 、黄铁矿（1.5%） 、石膏（3.4%）及少量伊利石（0.2%）和长石（0.3%）矿物组合为特征， LB301 煤样以伊利石（1.9%） 、高岭石（14.7%） 、石英（7.7%） 、黄铁矿（2.2%）和石膏（3.2%）矿物组合为特征 表 2 分析煤样中主要矿物的含量 Tab.2 Main mineral content of the coal。