云南勐撒盆地聚煤特征和煤伴生元素研究

[摘 要]论文以帮卖盆地毗邻的勐撒盆地为研究区，基于区内地层、构造、岩浆活动以及盆地沉积环境演化特征等分析，探讨了盆地的形成机理，总结了区含煤地层、含煤性及煤层特征以及聚煤规律，在此基础上，进一步研究了煤中鍺等伴生元素的地球化学特征。

[关键词]勐撒盆地；聚煤规律；伴生元素

中图分类号：S495 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）02-0258-02

1 聚煤规律（Coal-forming Pattern）

聚煤规律是指在古植物、古气候、古地理和古构造等有利的条件下，泥炭聚集而最终形成煤矿床的作用。煤聚集规律受多种因素影响，如煤坳陷基底不均衡沉降、沉积环境和古地形、褶皱、断裂、岩浆侵入等。

1.1 沉积相展布变化特征

勐撒盆地盖层构造比较简单，受基底断裂继承性活动的影响，地层形成宽缓的向斜构造，两侧地层向盆中倾，倾角5至15度（见图1-1）。盆地形成独立的补—径—排水文地质系统，砂岩层即为含水层，赋存裂隙—孔隙水，自盆边往盆中承压性增大。地下水以层间水形式自盆地边缘补给，向盆地中心径流，自主河道排泄，或以承压水形式沿断裂上升排至地表，为渗入型自流盆地。

1.2 聚煤规律

在含煤冲积扇沉积体系中，煤的聚集往往集中于特定的部位，这主要决定于控制泥炭沼泽形成和发育的自然地理条件。勐撒盆地冲积扇和扇三角洲位于盆地西北缘，向东南逐渐过渡为泥炭沼泽和浅湖相。此种环境背景极易发生改变，东南部的浅水湖泊被淤浅后，大面积沼泽化，所形成的泥炭层与废弃的三角洲平原和扇三角洲平原上的泥炭层连为一片。无煤带仅限于冲积扇的中、近端范围，在垂向上表现为浅湖相泥岩、扇三角洲相砂岩和煤层的交互出现。综合盆地中出现的扇三角洲-浅湖盆聚煤环境，可将其沉积体系的空间关系用如下的聚煤模式表示（图1-2）。

2 煤伴生元素地球化学特征（Geochemistry of Associated Elements）

煤中的元素按照其赋存状态可以划分为主体元素和伴生元素。主体元素是组成煤的主体结构的有机元素，即C、H、O、N和S等；伴生元素则是煤中除主体元素以外的其他所有元素，伴生元素包括常量元素和微量元素。煤中的C、H、O、N、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Ti、P和Fe等14种含量超过0.01%元素的为常量元素，含量小于0.01%的称为微量元素。本文对煤中伴生元素的研究主要通过常量元素和微量元素两部分进行研究。

2.1 勐撒盆地煤中锗成因分析

2.1.1 煤中锗成因分析

煤-锗矿床已经成为世界上工业用锗的主要来源。世界煤中锗的含量均值为2.2μg/g，世界煤灰中锗的含量为15μg/g。

关于煤中锗的成因， 曾先后提出过同生（即煤中锗从成煤植物中继承而来）和后生（即煤中锗在成煤期间（包括泥炭化阶段）或其后从周围水体中吸收而来）两种不同的观点。后来的研究逐渐发现：①锗是植物生长的毒性元素，即使植物灰中的锗含量也较低；②并非所有的煤层都含锗，锗含量较高的煤毕竟是少数；③在同时代由同种环境条件下生长的同类植物群所形成的煤，其锗含量极不相同；④矿化煤层中的锗含量与煤层厚度呈反比关系；⑤矿化煤层中锗在剖面上的分布具有一定的规律性： 锗主要富集在煤层顶、底部而中部很少，只有当煤层很薄时，锗含量在剖面上的分布才是相对均一的；⑥煤中锗含量与围岩渗透性有关，高渗透性的围岩有利于锗富集。由于这些现象的相继发现，目前人们几乎已公认，煤中锗主要不是从成煤植物中继承而来，而主要是在成煤（包括泥炭化阶段）期间或其后从外界获取的。

2.1.2 临沧勐撒盆地煤中锗成因分析

临沧超大型锗矿床的形成在沉积、成岩和热液改造阶段都有锗的输入。在沉积阶段，锗主要源于盆地西缘的白云母花岗岩的风化作用，锗元素被淋滤进人湖盆，被湖水中的低等生物和腐殖酸富集。在之后的泥炭化阶段，在腐殖酸凝胶的生成的同时，这些凝胶体吸附和配合沉积物中的锗。早期成岩阶段，与腐殖酸结合的锗在碱性还原条件下，发生转移进入到腐殖体的结构中。最后，在热液改造也对锗起到富集作用，循环加热的天水或来自基底的流体经过处于构造软弱带中的煤层，SO42-被还原，生成热液黄铁矿，同时沉淀出方解石（卢家烂，2000）。

已有研究表明，在同种锗背景值地区的富硅热水溶液，可以比其他地表水体携带多得多的锗。因此，从理论上推测，如果矿化煤层中的层状硅质岩为热水成因，那么临沧锗矿成矿的特殊性就很可能主要是通过该区比其他含锗煤区域有更加充足的锗源（通过形成硅质岩的热水溶液）供给来实现的，研究临沧锗矿中硅质岩的特征及其与锗成矿的关系，可能是揭示锗为何能在煤中形成超大型矿床，以及为何就在临沧帮卖盆地的煤中形成超大型矿床的关键所在。

而勐撒盆地煤夹层中并未富含硅质岩，因此勐撒矿煤中的锗元素不是来自富硅热水溶液。矿区内也未见岩浆活动，因此可以推断煤中锗并非受到热液改造形成的，因此勐撒盆地煤中锗可能主要来自成煤植物（植物在其生长过程中，通过吸收养分逐渐汲取了地下水中的锗）。

3 结论（Conclusions）

（1）研究区聚煤规律特征为：含煤岩系为陆相含煤碎屑岩沉积，区内各煤层结构简单，煤层间距和厚度变化稳定，具有较为明显的规律性，属较稳定煤层。在盆地形成且断裂活动相对宁静的时期，在盆地中心至陡岸带逐渐演变为沼泽，从而形成泥潭沼泽的沉积。泥炭沼泽煤层常赋存与盆地下部或中下部，煤层薄而且分散，属不稳定或极不稳定煤层，可采含煤系数小于1%，含煤性差，煤种为高变质褐煤。勐撒盆地成煤，符合泥炭沼泽成煤规律，煤层赋存于盆地中深部，煤层较薄。质属高变质褐煤。

（2）伴生元素地球化学特征为：所有煤层锗（Ge）的含量普遍为1-2ug/g，垂向上、横向上均无明显的分布规律，也均达不到最低工业开采品位要求，无开发利用价值，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，明显富集，这与毗邻的帮卖盆地存在明显差异。

煤中锗元素与成灰组分的相关性较差，因此煤中锗可能主要以有机态的形式存在，也可能有一小部分赋存在粘土矿物中。而勐撒盆地煤夹层中并未富含硅质岩，因此勐撒矿煤中的锗元素不是来自富硅热水溶液。矿区内也未见岩浆活动，因此可以推断煤中锗并非受到热液改造形成的，因此勐撒盆地煤中锗可能主要来自成煤植物。

（3）通过与帮卖盆地超大型锗矿床成因对比分析认为，帮卖锗矿床中的锗主要来源于花岗岩，在地下水、地热水和断裂的作用下，运移到煤层中富积。而勐撒盆地的成因类型为溶岩断陷盆地，区内构造简单，没有地热水运移锗成矿物质的通道，是勐撒煤矿区煤中锗含量较低，不能形成锗矿床的主要原因。

参考文献

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作者简介

陆龙（1983-），男，宁夏中卫人，地质工程师，从事煤田地质勘查工作。