云南勐撒盆地煤中锗成因探讨

陆龙 庞斌 庞查花 王雄

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，在此基础上，进一步研究了煤中锗等伴生元素的地球化学特征。

关键词：勐撒盆地;元素分析;煤中锗成因;

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勐撒煤礦区煤中锗赋存特征（The occurrence characteristics of Ge in Coal in Mengsa Basin）

煤中锗的存在形式以与有机质形成牢固的化学结合态为主，一部分锗呈吸附态，煤中极少部分锗可能以类质同象状态-锗硅酸盐的形式存在（张淑苓等，1987）。

煤中各种元素之间存在不同程度的内在联系，运用Excel和SPSS软件对煤中的13种伴生元素进行相关性分析和R型聚类分析，从而研究煤中Ge元素的赋存状态和富集规律。

1.1相关性分析

应用Excel软件对以上伴生元素进行相关性分析，分析结果见表1-1。依据统计学中样本的相关系数r来判断相关性的强弱。相关系数的范围在-1和+l之间。|r|≥0.8，表示显著相关;0.5≤|r|0.8，表示中等相关;|r|0.3，表示相关不明显，说明变量之间的相关程度较弱，可视为不相关。

由表5-4可以看出，煤中Ge与TiO2呈中等正相关（0.73），Ge与SiO2呈中等正相关（0.50），与其余元素不相关或者呈负相关。

1.2R型聚类分析

R型聚类分析是以各种元素（常量元素、微量元素）之间的相关关系进行聚类组合的，不同的元素组合反映了不同的沉积环境的地球化学特征，以及各种古构造、古气候、古水文条件。因此，对于物理化学及地质地理条件相似的环境，其沉积物的共生组合也相近。

本次实验的采用R型聚类分析，聚类方法为质心聚类法，间距为皮尔森相关性，标准转换值为1的最大量。聚类结果见图1-1。

由图1-1可知，勐撒煤矿区的微量元素可以分为3个大的族群：

（1）第一个族群包括P、Cl、TiO2、Ge、MgO、CaO、SO3、Ga、Al2O3、Fe2O3、SiO2，而Al2O3、Fe2O3和SiO2是主要的成灰组分，因此Ge可能赋存在粘土矿物中。

（2）第二个族群包括As。

（3）第三个族群只包括F。

综上分析，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。

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

2.1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。

2.2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时，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等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）。

2.3盆地成因类型对煤中锗含量的影响

临沧超大型锗矿床位于临沧帮卖盆地北翼中北部。帮卖盆地沿北西330°方向展布，岩层向盆地中心倾斜，倾角一般30°，为一不对称的山间断陷盆地。盆地东翼出露地层较全，厚度大，煤层少而薄，岩层产状平缓，未见锗矿化;西翼地层出露不全（缺失N13～N14），煤层多而厚，岩层产状陡，倾角达50°，为锗主要矿化区，矿化范圍长600m，宽400余m，面积约0.25km2。

帮卖组不整合覆于花岗岩之上。花岗岩是盆地的物源区，ω（Ge）=1.7×10-6，是锗矿床最重要的物质来源。大量的花岗岩为成矿提供丰富矿源，在地下水、地热水、断裂的作用下，成矿物质不断地运移，经过沉积作用，特别是泥炭层吸附和络含作用，而形成了较富的锗矿床（李余华，2000）。

临沧超大型锗矿床主主要特点是（张淑苓等，1987）：①锗矿体产于基底古地形凹陷、沟谷和拐弯处，距基底越近，矿越好。②受岩相、层位及岩性控制：矿富集于盆地西部边缘，该区属于封闭一半封闭环境的泥炭沼泽相;大部分锗集中于N12煤层中（约占93%），少量产于N12的含炭砂岩和N11顶部的含炭花岗质碎屑砂岩中，在N13与N14煤层中只见零星矿化。

分析帮卖盆地锗矿床成因可以得出，成矿可分为植物富集、沉积富集、成岩富集及后生改造富集四个阶段：成煤植物生长时吸收锗奠定了初步基础;当盆地进入早期泥炭化阶段，由蚀源区迁移来的锗被有机质等吸附形成预富集;成岩阶段孔隙水使物质重新迁移聚集，致使锗富集成矿;继之后生阶段地下水的作用，使锗更进一步富集。其中，地下水、地热水、断裂的作用下，成矿物质不断地运移，是帮卖盆地锗矿床成矿的必要条件。

而勐撒盆地成因还与由岩溶塌陷有关，即在区域控盆断裂背景下，并在可溶性岩溶发育区上覆盖松散盖层岩土体在内外力条件作用下产生破坏、塌落形成的岩溶塌陷盆地。没有与锗的最重要来源——花岗岩基底不整合接触的地层，不利于锗元素的运移。勐撒煤矿区处于沉降断陷带的中部，面积较大，中新统沉积层厚，区内构造简单，没有地热水运移成矿物质的通道，仅仅依靠成煤植物生长时吸收的锗和沉积过程富积的少量锗，无法形成锗矿床。因此，勐撒盆地成因类型不利于锗元素的运移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。

3 结论（Conclusions）

（1）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，因此勐撒盆地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。

（2）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与溶岩断陷盆地有关，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

[1]李余华. 临沧锗矿床地质特征[J]. 云南地质，2000，03：263-269.

[2]张淑苓， 王淑英， 尹金双. 云南临沧地区帮卖盆地含铀煤中锗矿的研究[J]. 铀矿地质，1987（05）：267-275.

[3]罗星云， 张永宏. 云南新近纪聚煤盆地特征及成因类型[J]. 中国煤炭地质， 2013， 09：10-17.

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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