煤系战略性金属元素富集成矿的构造控制

曹代勇，魏迎春，秦国红，宁树正，王安民，张 昀，李 新，位金昊，徐来鑫

(1.中国矿业大学(北京) 地球科学与测绘工程学院，北京 100083；2.中国矿业大学(北京) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083；3.河北师范大学 地理科学学院，河北 石家庄 050024；4.中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 100039)

煤系战略性金属矿产与煤系非常规气和清洁用煤资源是当前煤地质学研究的热点和前缘领域，与其他战略性金属(关键金属)矿产具有“稀”“伴”“细”的特点相似[1-2]，煤系战略性金属矿产属于煤(煤系)微量元素富集成矿[3]，其类型多样、成因复杂，煤系战略性金属矿产的形成与演化，受控于复杂的地质构造环境和重要的地球动力学过程，深刻体现了中国大陆的地质个性、自然优势和资源特色[4-5]。

含煤岩系是一套发育煤层的沉积岩系，其特点是旋回性明显、岩石类型多、有机质和黏土类细碎屑岩类发育。以有机质为主要物质组成的特征决定了煤的构成具有吸附性和还原性能[6]，在特定地质和地球化学条件下可富集多种战略性金属元素(例如锂、镓、铀、钪、钛、钒、锗、硒、锆、铌、铪、钽、稀土元素和钇、铂族元素等)形成“煤系战略性金属矿床”[4-5,7-11]。煤化作用是一个开放系统，其中的煤层和分散有机质对温度、压力、流体等地质环境条件十分敏感，煤和煤系与围岩存在能量和物质的交换，地质演化历史中的各种构造–热事件，无一不在煤和煤系中留下深刻的烙印[12]，不仅导致煤的有机组分、结构和构造变化，而且也可以导致包括金属元素在内的无机组分发生迁移和富集，造成煤系战略性金属矿产成矿机制和赋存状态的特殊性和复杂性。

构造作用是控制煤和煤系矿产资源形成、赋存的重要地质因素之一[13]，区域地质背景和盆地沉降充填提供了煤系矿产的物质基础，盆地构造–热演化决定了多种矿产耦合成矿过程，含煤岩系改造和构造格局控制了煤系矿产资源的赋存状态。地质构造不仅为微量元素富集成矿提供了流体迁移的通道和物质沉淀的空间，而且构造–热作用还会导致元素的重新分配、组合和调整。煤系战略性金属矿产与其他煤系矿产相同，均是煤盆地和含煤岩系形成、演化的产物，因此，在煤系战略性金属矿产成矿机制与分布规律研究中，地质构造控制作用是一个值得重视的因素。

1 煤系战略性金属矿产形成过程构造控制因素概述

蒋少涌等[1](2019)和翟明国等[2](2019)指出，战略性金属元素富集成矿是多种因素作用的结果，宏观上与板块俯冲、超大陆聚合和裂解、岩浆源区特征、岩浆结晶分异和表生作用等过程有关，微观上又受挥发分、温度、压力、氧逸度、酸碱度、地质流体、古气候、古环境等物理和化学因素控制。但是，诸多因素如何作用，以及何种因素或条件在成矿过程中起主导作用，仍存在争议。

煤系战略性金属矿产作为煤系共伴生矿产资源，其成矿过程与成煤作用密切相关。刘桂建等[14](2001)把包括煤系战略性金属的煤中微量元素富集因素分为原生、次生和后生三大类，分别对应于泥炭化作用阶段、成岩作用阶段和变质作用阶段。任德贻等[3,15](2006)指出，煤中微量元素的聚集和分布在泥炭化阶段、煤化作用阶段及后期风氧化作用阶段受多种因素控制，包括成煤植物门类、泥炭沼泽类型、陆源区母岩性质、沉积环境、火山活动、微生物作用、气候及水文地质条件、顶板沉积成岩作用、构造活动、岩浆热液活动、地下水活动，以及成煤作用后的风氧化作用等；总结出6 种成因类型：陆源富集型、岩浆热液作用富集型、火山作用富集型、大断裂–热液作用富集型、地下水作用富集型和沉积环境–生物作用富集型。V.V.Seredin等[8](2013)将煤中微量元素富集划分为陆源碎屑富集型、火山凝灰岩富集型、渗透或大气地下水驱动富集型，以及与各种成因的流体上升有关的渗出类型富集型。代世峰等[5](2022)指出煤系战略性金属矿产成因类型复杂，有火山灰成因、蚀源区供给成因、火山灰和热液流体改造复合成因、同生热液淋溶成因、后生热液淋溶成因、海底喷流成因、热液和沉积环境复合成因等；煤系金属矿产成矿作用经历的“蚀源区供给(和蚀源区形成)−物质迁移−金属富集−后期改造保存”4 个过程，是在盆地沉积物“堆积−成岩−后期改造”3 个演化阶段中发生和发展的。王文峰等(2021)认为，地质构造沟通了地球深部与地表的物质联系，大地构造条件与气候因素共同决定了聚煤作用、剥蚀作用强度及地表与地表水体的特征和组成，因而，煤中伴生元素的富集与亏损多与地质构造有关[16]。

可以看出，已经普遍认识到煤系战略性金属矿产的聚集分布是多因素、多阶段、多层次综合作用的结果，从煤系矿产物源相关、耦合成矿、同盆共存的角度分析[17]，煤中战略性金属富集成矿的构造控制贯穿于含煤岩系形成与演化的全过程(图1)。

图1 煤系战略性金属成矿构造控制因素Fig.1 Tectonic control factors for metallogenesis of strategic metal elements in coal measures

1.1 岩石圈板块运动

显生宙以来的全球板块运动决定了地质历史时期海陆分布和古地理面貌、全球气候分带、成煤植物区系等，这是影响聚煤作用的主要控制因素[18]，从宏观上导致聚煤作用的兴衰、含煤岩系的时空分布及其共伴生战略性金属元素迁移和富集成矿。

聚煤作用的古气候、古植物、古地理和古构造4 大控制因素中，古气候是前提条件，温暖、潮湿的气候条件，有利于成煤植物的生长，为泥炭沼泽发育和泥炭堆积提供充足的物质基础，同样温暖、潮湿的气候也有利于物源区充分风化剥蚀，分解的微量元素得以长期迁移进入聚煤盆地泥炭沼泽中聚集。温暖、潮湿的气候条件取决于地球表面的气候分带，地质历史中古板块的运动正是造成不同时期全球性聚煤带的根本原因。以中国晚古生代含煤岩系为例，主要地块古地磁恢复表明，从早古生代到晚古生代石炭–二叠纪时期，华北古板块与华南古板块同时向北运移，由南半球位移到北半球，古纬度变化分别为12.9°S→10.8°N 和6.9°S→3.3°N，呈近东西向排列[19]，处于北半球低纬度温暖潮湿型气候的热带、亚热带，以大羽羊齿植物为主的华夏植物群为特征，聚煤作用广泛发育[20]。

早古生代早期，华北古大陆板块与西伯利亚古大陆板块之间隔着宽达4 000 km 的大洋，早古生代中晚期，华北古板块北缘转化为主动大陆边缘[21]，洋壳向南俯冲消减，石炭纪时大洋关闭，华北古板块与西伯利亚古板块开始初始碰撞[21-23]，华北北缘地区阴山山脉开始隆起[19]，成为晚古生代华北聚煤盆地主要物源区。华北古板块南缘在早古生代早期为被动大陆边缘，寒武系和奥陶系均向北超覆，表明海侵来自南侧古秦岭洋；早古生代中期，洋壳开始向北俯冲消减，华北古板块南缘转化为安第斯型主动大陆边缘[21]，中奥陶世后华北整体抬升成陆与此有关。两个大陆的拼合是一个长期而复杂的地球动力学过程。一方面，从时间演化上包括从初始碰撞到全面拼贴等一系列构造事件[22]，另一方面，在空间展布上，大陆边缘的不规则性可以造成沿缝合带分段定时序碰撞的不同时性[24]。研究表明，华北古大陆板块与华南古大陆板块之间的初始碰撞始于泥盆纪，全面拼贴完成于三叠纪，具有由东向西逐步进行的穿时性[21]。由华北晚古生代聚煤盆地物源分析表明，晚石炭世至早二叠世物源主要来自北部阴山一带，古水流向均指向南，南华北晚二叠世平顶山砂岩段古水流反向由南向北，反映华北南缘出现陆源剥蚀区[25]。华北南部西段鄂尔多斯盆地南缘石炭–二叠纪煤系沉积范围仅限于五峰山–嵯峨山以北，二叠系下伏地层间为角度不整合接触[26]，秦岭洋的部分关闭可能始于海西期中期，北秦岭古陆成为渭北煤田石炭–二叠系煤系Li、Ga、REE 等元素富集的主要物源[27-28]。上述特征表明，晚古生代，北部大陆碰撞过程及造山作用是控制板内克拉通煤盆地发育的主要因素，海西运动末期，随南、北古洋壳不断消减乃至天山–兴蒙褶皱系的崛起，华北聚煤盆地基底抬升，海水由北向南逐渐退出，过渡为晚二叠世陆相盆地，华北古板块继续北移至北纬30°左右的副热带高压带，气候转为干旱，晚古生代聚煤作用结束。

1.2 区域构造的活动性

区域构造的活动性决定了盆–山关系和煤盆地类型及其演化，从而影响煤系金属元素富集成矿作用。聚煤作用有利的构造–古地理条件是连续缓慢的构造沉降，在古大陆板块内部往往发育巨型克拉通拗陷型煤盆地，基底构造稳定，聚煤期沉降相对缓慢、形成广阔的陆表海环境，海陆过渡相泥炭沼泽大面积连续发育，盆地周缘物源区缓慢平稳的构造抬升，为物源区母岩遭受彻底的剥蚀、风化和淋滤分解提供了良好条件，有利于亲石元素Al、Ga 等搬运富集成矿。此类克拉通拗陷盆地后期改造通常较轻微，煤中金属元素迁移主要受聚煤期源–汇系统控制，成因类型以陆源富集型为主。如华北石炭–二叠纪聚煤盆地、鄂尔多斯中侏罗世聚煤盆地、华南上扬子晚二叠世聚煤盆地等均为大陆板块内部的巨型拗陷型煤盆，盆缘普遍发育煤系战略性金属富集成矿带。

与之相对应的是大陆边缘活动带、大陆裂谷带等构造环境，构造–岩浆活动强烈、基底不稳定，煤盆地以断陷型、断拗型和小型山间(拗陷)型为特征，如位于滨太平洋活动大陆边缘的内蒙古东部早白垩世海拉尔–二连断陷盆地群、新特提斯构造域三江造山带的滇西新近纪走滑拉分盆地群。煤盆地通常以变质岩系或岩浆岩为基底，规模较小、盆地展布具有明显的方向性，聚煤作用和含煤岩系受盆缘断裂和盆内断裂系统的控制，岩相变化和煤层变化剧烈，盆缘隆起高差大、物源区剥蚀强烈，盆内同沉积构造发育，以拉张环境下正断层为特征，盆地后期改造和热液活动通常较明显，煤系金属元素迁移富集成矿受物源区性质、岩浆作用、断裂作用等多种因素控制。成因类型除陆源富集型之外，还包括岩浆热液作用富集型、火山作用富集型、大断裂–热液作用富集型和地下水作用富集型等多种类型。俄罗斯远东滨海地区南部发育于新生代大陆裂谷带小型断陷盆地的煤–锗矿床[29]、我国内蒙古二连早白垩世断陷盆地群胜利煤田乌兰图嘎煤–锗矿床[30]和滇西新近纪走滑拉分盆地群帮买盆地临沧煤–锗矿床[31]等著名煤–锗矿床，均发育同沉积期或聚煤期后深断裂，切割基底，形成沟通岩浆岩或变质岩深循环含矿热液进入煤系的有利通道，煤的还原障和锗元素的有机亲和性导致锗在煤层中合适部位富集成矿，富矿层段与断裂构造关系密切。

1.3 构造控矿作用

广义的构造控煤作用泛指构造作用对煤的聚集和赋存的控制关系，包括作用过程即构造运动对聚煤作用和聚煤期后改造作用的控制、作用结果即构造形态对聚煤作用和改造作用的控制[32-33]。煤系战略性金属矿产作为煤系共伴生矿产类型，其成矿过程同样受到构造运动和构造形态的控制，可以从构造控煤角度理解煤系战略性金属元素迁移富集的构造控矿作用。

聚煤期前的构造运动奠定煤盆地基底构造格局，构造沉降和隆升提供了聚煤作用的场所和含煤岩系的物源区，包括成煤盆地的构造类型(拗陷盆地、断陷盆地、断拗盆地等)和蚀源区的性质(物质组成、结构构造、地形地貌)，从而决定了含煤岩系及其战略性金属元素形成的物质基础。研究表明，煤系战略性金属矿床具有物源区母岩专属性特征，例如，煤中锗矿床的盆地基底或盆地周边为花岗岩，煤系中铌−锆−镓−稀土矿床的底部为玄武岩或者为灰岩，煤中铌−锆−镓−稀土矿床均含有碱性火山灰夹矸[5]。这些基底和围岩的岩性差异在很大程度是由早期构造–岩浆活动所决定的，取决于大地构造环境和特定的构造单元。

聚煤期构造作用主要表现为盆–山耦合过程、同沉积期盆缘和盆内构造活动、岩浆侵入和火山喷发等方式，通过对聚煤源–汇系统、岩相古地理与成煤环境、泥炭沼泽类型及其地球化学条件等因素的影响，在泥炭化阶段和成岩作用阶段，决定成矿物质的迁移与原生聚集。

聚煤期后构造作用通过盆地沉降–隆升史、断裂活动、褶皱变形、岩浆活动、构造应力与应变等形式，影响煤变质类型、含矿热液运移、容矿空间变动、剥蚀和风(氧)化，促使元素迁移和重组，主要体现为构造沉降增温和岩浆热效应、构造格局与含矿热液活动、构造应力应变控矿机制，以及煤田构造定位决定矿床赋存状态等4 方面。

1.4 构造–岩浆作用

岩浆作用是指地壳深处或上地幔形成的，以硅酸盐为主要成分，炽热、黏稠并富含挥发分的熔融体，在压力差的驱动下，沿构造软弱带上升到地壳上部或喷溢到地表冷凝成岩的过程。这一过程与岩石圈地壳的结构、构造和应力状态密切相关，因此，岩浆作用可以视为地壳运动的一种表现形式，又称为构造–岩浆作用。岩浆成分复杂，在向上运移过程中，由于物理化学条件的改变，分异冷凝形成不同类型的岩浆岩，地壳中的高分异花岗岩和LCT 型伟晶岩中富集Li、Be、Rb、Cs、Nb、Ta 等元素，壳幔混合来源的碱性花岗岩和NYF型伟晶岩则富含Nb、Ta、Zr、Hf、Y 等元素[1-2]。岩浆作用不仅是决定煤变质类型的重要因素，而且对包括煤系战略性金属元素在内的微量元素的迁移富集也有重要的影响。其方式主要表现在以下方面。

其一，不同类型的岩浆岩以风化剥蚀碎屑、淋滤含矿流体等形式从物源区搬运进入沉积区，聚煤期喷出作用以火山灰或火山碎屑形式进入沉积区，成煤盆地基底或外缘岩体经热液萃取沿断裂运移进入泥炭沼泽[34]，为金属元素的原始聚集和迁移提供了丰富的物质基础。

其二，成煤期后的岩浆侵入煤系或煤层，所带来的挥发分或热液活动，与煤层发生物质交换，使微量元素发生迁移和再富集[3,14]。R.B.Finkelman 等[35](1998)研究了受到长英质白斑岩侵入的白垩纪挥发性无烟煤，总结出火成岩侵入改变煤中元素组成的方式主要有3 种：受热挥发、岩浆残留，以及通过流体增加或带走元素。F.Goodarzi[36](1995)和R.B.Finkelman 等[35](1998)等研究接触变质煤，发现煤热解过程中与有机质结合的Cl、Mn 和Se 等元素由于逸散而含量减少。

其三，构造岩浆侵位产生的高温和压力，导致区域岩浆热变质作用和接触变质作用[37]，促进煤有机大分子结构发生变化，可能造成与有机质结合的挥发性元素逸散[3]。这是由于与微量元素结合的有机官能团主要有羧基(－COOH)、羟基(－OH) 等[38]，随着煤化作用增加，基本结构单元的脂肪族侧链和含氧官能团逐渐降解，特别是羧基(－COOH)和羟基(－OH)的大量消失，导致与这些官能团缔结的微量元素也随之减少，形成的金属螯合物含量降低[39]。

2 区域构造背景决定了煤系战略金属矿产成矿区带展布

2.1 中国煤田构造基本格局

中国大陆自晚古生代主要成煤期以来，相继经历了古亚洲地球动力学体系、太平洋地球动力学体系和特提斯地球动力学体系的作用[22]，大陆构造演化的时空非均匀性、基底属性和地层结构的复杂性，导致煤田构造格局呈现复杂而又有序的总体面貌[40]。控制中国煤田构造格局的区域构造因素包括：贺兰山–龙门山–哀牢山南北向构造带、大兴安岭–太行山–武陵山南北向构造带，天山–兴蒙东西向构造带和昆仑–秦岭–大别山东西向构造带，上述区域性构造带划分了三大煤田构造域(煤系变形构造组合带)和五大赋煤构造区[33,41]，构成影响和控制煤系战略性金属富集成矿的基本构造背景。

东部煤田构造域位于大兴安岭−太行山−武陵山构造带以东，煤系变形时空差异明显，具有复合变形或叠加变形性质。前中生代受古亚洲地球动力学体系控制，中、新生代主要受太平洋地球动力学体系的控制，西太平洋板块的俯冲，造成华北克拉通的破坏[42]，构造–岩浆活动频繁、煤盆地后期改造强烈。华北和东北具有中生代早期挤压/中生代晚期–新生代伸展负反转构造背景，秦岭−大别山以南则以多期持续挤压变形为特征，构造变形和岩浆作用强度由东向西递减。

中部煤田构造域具有过渡变形的特点，位于贺兰山−龙门山−哀牢山构造带与大兴安岭−太行山−武陵山构造带之间，属于前中生代古亚洲地球动力学体系、中–新生代特提斯地球动力学体系与太平洋地球动力学体系交汇部位。岩石圈和地壳结构稳定，发育鄂尔多斯盆地和四川盆地等巨型煤–油气多能源盆地，煤盆地多被构造隆起带环绕，盆–山结构清晰，盆缘造山带构造–岩浆活动为煤系战略性金属迁移富集提供了良好的区域构造背景。

西部煤田构造域位于贺兰山−龙门山−哀牢山构造带以西，以挤压变形为特征。经历了古亚洲洋盆和特提斯洋盆的开启、俯冲、闭合以及微陆块多次碰撞造山，特别是受印度/亚洲碰撞(60～50 Ma)以来的近程效应和远程效应影响[43]，煤田构造以挤压体制为特色，区域构造线呈NW–NWW–NNW 弧形展布，变形强度向北递减。构造变形组合由滇藏赋煤构造区的平行条带结构，转换为西北赋煤构造区的多中心环带结构[33]。

贺兰山–龙门山–哀牢山南北向构造带、天山–兴蒙近东西向构造带、昆仑–秦岭–大别山东西向构造带等区域性构造带相互组合，划分了东北、华北、华南、西北和滇藏五大赋煤构造区。

2.2 五大赋煤构造区煤系战略性金属成矿构造背景

东北赋煤构造区的大地构造区划属于天山–兴蒙造山带东段，区内以早白垩世内陆含煤岩系为主，其次为晚侏罗世煤系，沿NNE 向展布的小型断陷盆地中发育古近纪煤系。该区以兴蒙造山带及其中间地块为基底，印支运动以后卷入滨太平洋活动大陆边缘，古、新太平洋地球动力学体系的转折期，岩石圈地壳发生大规模裂陷并伴随大规模岩浆侵入和喷发，在伸展作用下形成一系列NE−NNE 向展布的断陷盆地，并发生强度较大的成煤作用。中生代成煤盆地均属于地堑或半地堑构造类型，盆地规模普遍较小、离散程度较高、成带性明显，往往追踪基底断裂网络发育。区内海西期和燕山期岩浆活动强烈，晚中生代煤盆地的形成多与火山活动有密切关系，含煤岩系覆盖在火山岩之上或被火山岩所控制。东北赋煤区自西向东分为3 个亚区，大兴安岭以东的东部和西部亚区煤中微量元素富集程度一般不高[44]，西部带发育于变质基底或火山岩基底之上的海拉尔盆地群和二连盆地群，煤中锗、稀土等金属元素富集成矿，比较典型的包括胜利煤田乌兰图嘎煤−锗矿床[30,45]和伊敏煤田五牧场煤−锗矿床[46-47]，以及乌兰图嘎煤中钨、铂族等金属元素的超常富集，二连盆地南部部分煤田煤中铀的富集和部分中侏罗世煤中稀土元素富集[30,48]。

华北赋煤构造区位于兴蒙造山带与秦岭–大别山造山带之间的华北古大陆板块主体部位，广泛发育石炭−二叠纪煤系，其次为鄂尔多斯盆地及外围的中侏罗世煤系、晚三叠世煤系和东部沿海的古近纪煤系。华北晚古生代聚煤盆地是一个典型的巨型克拉通拗陷，基底连续稳定，加里东运动构造抬升整体隆起成陆，经历了奥陶纪晚期至石炭纪早期长达150～130 Ma 年的风化剥蚀，形成以高铝并含镓和锂等亲铝元素的黏土岩为特征的风化壳，构成石炭–二叠纪海陆交互相含煤岩系的直接基底。海西运动期间华北陆块南、北古洋逐渐消减闭合，北部天山–兴蒙造山带阴山古陆和南部秦岭造山带相继隆起，构成华北石炭–二叠纪煤系的物源区。在斜坡沉积构造背景下[49]，煤系底部风化壳黏土岩抬升遭受剥蚀，作为近源物质进入泥炭沼泽参与成煤作用，使北方石炭–二叠纪煤中主要以镓、锂异常及少量轻稀土异常为主[50-52]。海西运动末期，天山–兴蒙造山带崛起致使华北盆地基底抬升，海水由北向南逐渐退出，过渡为晚二叠世陆相盆地，晚古生代成煤作用结束，华南古板块与华北古板块于中生代早期由东向西逐渐完成碰撞对接，构成中国大陆的主体。印支运动是中国大陆构造演化的重大转折，中国东部进入滨太平洋构造域的演化阶段，华北陆块发生解体，经历了中生代板内挤压变形和新生代活动大陆边缘伸展变形阶段。受控于周缘造山带活动和盆地基底结构及物质运动的差异性，西部继承性发育鄂尔多斯中生代陆相含煤盆地，太行山以东卷入环太平洋构造域，构造–岩浆活动明显，构造应力、岩浆热和热液对石炭−二叠纪煤系微量元素迁移造成不同程度的影响。

华南赋煤构造区处于特提斯构造域与环太平洋构造域的交汇部位，跨扬子陆块区和华南褶皱系2 个一级大地构造单元，划分为扬子赋煤构造亚区和华夏赋煤构造亚区[33]。中、晚二叠世煤系全区发育，其次为晚三叠世煤系，新近纪煤系则局限于西南部滇东一带。华南岩石圈经历了多期、幕式的生长，煤田构造格局时空差异显著，物源供给具有多源性，煤层沉积环境多样，沉积相变化明显；同时，区域内同沉积断裂非常发育，为热液流体和岩浆活动提供了物质运移通道[53]。晚二叠世聚煤盆地属于巨型克拉通拗陷构造类型，扬子陆块变质基底固结于晋宁期，为富煤带的形成提供了稳定的构造环境；加里东褶皱带构造活动相对较强，在构造和古地理适宜的地区，也形成了次要富煤带。海西期东吴运动使盆地周缘的构造带抬升隆起成陆，为煤系战略性金属元素富集提供了丰富的物质来源，尤其是中、晚二叠世之交“峨眉地幔热柱”活动，发生的大规模基性岩浆喷溢，控制了西南地区的构造格局，构成了康滇古陆玄武岩山地、玄武岩斜坡、茅口灰岩溶蚀及残积平原和浅海4 个构造地形台阶，决定了晚二叠世聚煤前的古地理面貌[54]，以蚀源区供给、火山灰降落和热液流体等方式，对川黔滇渝地区晚二叠世煤的地球化学特征和煤系战略性金属成矿产生重要影响[53,55-57]。黔东凯里地区下二叠统梁山组煤中稀土元素富集来源于研究区东侧雪峰古陆石炭统的表生作用产物[58]，广西以早古生代变质岩系为基底的右江裂陷盆地同期合山组煤系以浅水碳酸盐台地沉积环境为特色，上贤、扶绥等区煤和煤系泥岩中锂、稀土富集则主要受东南部云开古陆[59]、西南部哀牢山−松马缝合带酸性岩浆岩[60]剥蚀物源的控制。江南古陆以东以华南褶皱系前泥盆纪变质为基底的华夏赋煤构造亚区活动性大、后期改造强烈，煤田逆冲推覆和滑覆构造全面发育，中生代构造岩浆活动强烈，煤变质程度普遍较高[41]，煤系战略性金属成矿条件较差[59]。

西北赋煤构造区东以贺兰山、六盘山为界，南以昆仑山、秦岭为界，跨越天山–兴蒙造山带、塔里木陆块区、秦祁昆造山带等不同的一级大地构造单元，主要受特提斯地球动力学体系与古亚洲地球动力学体系的影响，总体上呈盆–山耦合构造格局。本区主要发育早−中侏罗世含煤岩系，聚煤盆地形成于古亚洲动力学体系造山期后伸展的地球动力学背景，为断裂断块格局控制的泛湖盆体系的湖沼环境[61]，湖盆周边发育成煤沼泽，煤中元素汇入和聚集受控于造山带活动控制[16]，取决于盆地沉降与山体相对抬升速率，盆缘隆起的前中生代岩浆岩与变质岩系的剥蚀提供了丰富的金属元素物源。新生代以来印度/欧亚板块碰撞拼合的远程效应影响[43,62-63]，使西北地区盆地不同程度反转，形成再生型前陆盆地。西北赋煤区目前发现的煤中金属异常主要以镓、铀为主，分布在北疆天山造山带与卡拉麦里造山带夹持的准噶尔盆地东部和南部[64]、天山造山带中的吐哈盆地[59]和伊犁盆地南北缘[16,65]，以及青海祁连山南麓的木里煤田[64,66]。

滇藏赋煤构造区大地构造区划属于特提斯范畴，主体为西藏–三江造山系，由归属于欧亚大陆和冈瓦纳大陆的若干陆块(地体)及其间的缝合带构成，地质演化历史复杂，构造–岩浆活动期次多、强度大。含煤岩系主要赋存于青藏高原北部和滇西地区，受NW−SE 向深断裂的控制和强烈的新构造运动改造，褶皱、断裂极为发育，煤系赋存条件复杂。滇藏赋煤构造区划分为青南–藏北赋煤亚区、藏中(冈底斯)赋煤构造亚区和滇西赋煤构造亚区3 个赋煤构造亚区[33]。滇西赋煤构造亚区位于西南三江特提斯造山带和复合成矿系统[67]，构造格局以新生代走滑断裂变形为显著特征，发育众多小型山间盆地和走滑拉分盆地，新近纪有聚煤作用发生。发育于印支期花岗岩基底之上的帮买走滑拉分盆地，新近纪褐煤中锗的超常富集是最著名的煤系战略性金属矿产开发的成功实例，煤中锗的富集与切割基底的断裂导通富硅含锗热水溶液循环有关[31]。滇藏赋煤区广泛的构造–岩浆活动为煤系金属元素富集成矿提供了良好的构造条件，但青南–藏北和藏中亚区因含煤块段分布零星、资源量小、工作程度低，很少开展煤地球化学研究工作，仅在昆仑山赋煤带尕玛羊曲地区局部发现煤中锗、镓异常，在昌都妥坝、巴贡等地零星发现煤中镓轻度富集[68]。

2.3 中国煤系战略性金属矿产成矿区带

煤系战略性金属元素富集成矿影响因素复杂，时空分布差异显著，但仍有规律可循，呈现分区成带分布的基本特点，与区域构造背景和煤田构造格局具有一定程度的相关性。现有煤系战略金属矿产富集区主要分布在二连–海拉尔盆地群、鄂尔多斯煤盆地周缘及邻区、四川盆地和云贵高原等区域[10,16,59,69-70]，呈NNE向展布；此外，还沿东西向展布的天山–阴山造山带、秦岭–祁连造山带，以及新特提斯造山带滇西走滑断陷盆地群分布。

宁树正等[59](2019)以煤中金属异常点空间分布为基础，结合矿化特征、赋存特征、富集控制因素，将全国划分出7 个煤中金属元素矿产资源成矿区带：(1) 二连盆地–海拉尔盆地锗、稀土成矿带，(2) 天山镓成矿带；(3) 阴山南麓镓–锂成矿区带；(4) 太行山东镓成矿带；(5) 祁连–秦岭镓–锂成矿带；(6) 川滇桂镓–锂、稀土成矿带；(7) 滇西三江锗成矿带。本文从区域构造控制角度出发，对上述成矿带进行重新梳理，将中国煤系战略性金属成矿区带划分为3 大成矿域、8 个成矿带(图2)。其中，中部成矿域、西部成矿域和东部成矿域分别以贺兰山–龙门山–哀牢山南北向构造带和大兴安岭–太行山–武陵山南北向构造带为界，与中国煤田构造格局一级单元−3 大煤田构造域的范围相当，反映了大地构造格架对煤系战略性金属元素富集成矿的控制，8 个成矿带的划分则综合考虑了现有研究成果揭示的煤系战略性金属元素富集特点和赋煤构造单元格局。

中部成矿域，处于3 大地球动力学体系的交汇部位，区域构造具有过渡性质，盆–山结构清晰，以华北古大陆板块和华南古大陆板块主体为基底，发育巨型克拉通拗陷型聚煤盆地，聚煤作用广泛、煤系战略性金属元素成矿条件优越，是目前报道煤系战略性金属矿产最丰富的区域。阴山造山带和秦岭造山带把中部成矿域自北向南分为3 段。北段发育于岩浆岩或变质基底之上的早白垩世地堑和半地堑型盆地群是我国煤中锗最为富集的区域[45,48,72]，同聚煤期或聚煤期后盆缘张性断裂构成含矿热液运移的通道[30,47,59,73]，是控制微量元素迁移富集的主要因素。华北晚古生代聚煤盆地主要受北部造山带构造–岩浆活动控制，聚煤期阴山古陆稳定性隆升使酸性和中酸性岩浆岩以及盆地边缘的风化壳铝土矿层遭受剥蚀，为石炭–二叠纪煤系铝、镓、锂等元素的富集提供了丰富的物源[74-78]；盆地南缘秦岭古陆、西缘阿拉善古陆也构成盆缘煤系战略性金属元素原生聚集的物源区[27,79-80]。受中生代以来区域构造演化形成的赋煤构造单元格局控制[33]，华北西部成矿带分解为鄂尔多斯盆地周缘成矿亚带和山西成矿亚带(图2)。南段峨眉地幔柱事件导致的地壳隆升和玄武岩浆喷溢，决定了华南晚古生代聚煤盆地西部构造–古地理格局和沉积物源，构成康滇古陆以东川渝滇黔地区镓、铌、锆、稀土多金属成矿带的主要构造控制因素[5,55-57]。大火山岩省外围右江裂陷盆地右江成矿带合山组煤和煤系泥岩中锂、稀土富集还同时受东南部云开隆起[59]和西南部哀牢山−松马缝合带酸性岩浆岩[60]的控制。

图2 中国煤系战略性金属矿产成矿区带分布(据文献[10，48，59，70-71]修编)Fig.2 Distributing of ore-forming zones strategic metal minerals in coal measures in China (modified from[10，48，59，70-71])

西部成矿域，煤系战略性金属元素成矿集中于天山构造隆起带、祁连山–秦岭构造隆起带和滇西三江走滑构造带内或旁侧，前两者主要为构造隆起控制的陆源碎屑成因。天山成矿带包括西段夹持于北天山与中天山之间的伊犁盆地煤中铀[16,81]和东段夹持于阿勒泰山系克拉麦里断裂隆起带与天山造山带之间的准噶尔盆地东部煤中镓[64]。整体上伊犁盆地煤中战略性金属含量不高，在盆地南北边缘局部地区出现了U、Se、Mo 及Re 等元素的高度富集，且盆地南缘显著高于北部及中部，这与北部的同沉积断裂构造和南缘受到后生富铀溶液渗入有关[65]。祁连造山带中祁连拗陷木里煤田煤中镓富集，其控制因素主要为聚煤期盆地北缘由酸性岩和中性岩浆岩组成的托莱山提供物源，后期岩浆中的热水与地层水经煤田南部深断裂带向上运移进入煤中，煤层的还原障和吸附障性能使得Ga在煤田东部矿区相对富集[64]。滇西三江造山带新近纪含煤盆地群则主要为走滑断裂控制的断裂–热液作用富集型，典型实例是帮买盆地临沧煤锗矿床[31]。

东部成矿域，中新生代构造–岩浆活动强烈，除陆源碎屑来源之外，岩浆活动和火山灰、断裂控制的热液流体，以及构造–热作用等成因类型也很普遍。聚煤期后强烈构造–岩浆活动对煤系微量元素迁移改造作用显著，为数不多的研究成果报道包括：华北东部成矿带太行山东麓峰峰–邯郸矿区受成煤期阴山古陆物源控制及燕山期岩浆侵入影响，煤中Li、Nb、Ta、Th、Y、La、Sm、Ce、Er、Yb 轻度富集[82]；华北平原区济宁煤田许厂井田煤中铼(Re)富集[83]、新安煤田孟津井田早二叠世煤中Li 富集[84]，江南古陆南侧赣东北上二叠统乐平组和上三叠安源组煤中发现Li、Cr、Rb、Cs、Sc轻度富集[85]。

3 聚煤期构造–岩浆活动与盆地的充填奠定了煤系战略性金属矿产的物质基础

3.1 物源区构造隆起与风化剥蚀

盆–山关系和沉积过程的源–汇系统研究拓宽了盆地动力学的视野[86]，造山带隆升与沉积盆地沉降、物源区剥蚀与汇聚区充填是统一系统中相辅相成的两方面，聚煤期盆缘构造隆升成陆，遭受不同程度的风化剥蚀，产物搬运进入盆内充填，包括碎屑物质的直接输入和溶解物质的随水迁入，为煤系沉积和战略性金属富集提供物质来源，陆源富集型是煤系战略性金属的主要成因类型[3,8]。

华北石炭–二叠纪煤系战略性金属元素分布与富集成矿是构造隆升物源控矿的良好实例。华北晚古生代聚煤盆地属于典型巨型克拉通拗陷，发育于华北古大陆板块的主体部分，聚煤期构造稳定、古地理环境连续过渡，聚煤作用广泛发育，明显的构造运动和岩浆活动主要发生在古大陆板块边缘，构成聚煤盆地的物源区。早古生代中晚期，古蒙古洋壳向南俯冲消减，华北古大陆板块北缘开始由被动大陆边缘转化为安第斯型主动大陆边缘[21]，石炭纪时大洋关闭，华北古大陆与西伯利亚古大陆开始对接[21–23]，阴山古陆隆起遭受剥蚀[19]，成为晚古生代华北聚煤盆地的主要物源区。现有研究成果普遍认为，华北地区石炭–二叠纪煤系中铝、镓、锂、稀土等金属元素的富集与于阴山古陆的抬升剥蚀密切相关，Sun Yuzhuang 等[87](2013)研究了准格尔煤田官板乌素露天矿6 号煤中锂的赋存状态，认为阴山古陆中元古代形成的钾长花岗岩是煤中锂的可能来源；王金喜[88](2019)通过分析锂同位素特征，认为宁武盆地周边高锂铝土矿为该地区锂元素富集提供了部分物源，并且其最初来源为北部阴山古陆中元古代钾长花岗岩。泥炭堆积期间，盆缘随阴山带隆起的本溪组风化壳铝土矿经过风化剥蚀后，三水铝石胶体溶液被带入到泥炭沼泽中，在成岩作用早期经压实脱水形成准格尔煤田超常富集的勃姆石[75,77]，后者是镓的主要载体[89]。

陆源富集成因的金属元素含量通常随泥炭沼泽与陆源区的距离增加而递减，呈现有规律的变化，王文峰等[74](2011)分析准格尔煤田煤中镓的平面分布，从东北部东孔兑与牛连沟区至南部勘探区煤中镓含量逐渐减少，认为这可能与北侧阴山古陆物源区的距离增加有关。受到元素搬运距离的影响，鄂尔多斯周缘成矿亚带东段河东煤田煤中Al、Ga、Li 含量同样由北向南逐渐降低[90]。该成矿亚带西段石炭–二叠系煤中稀土元素的含量分布呈现出北高南低的趋势，Eu 负异常、Ce 负异常，侏罗系煤中稀土元素含量分布总体上呈现出由北向南增高的趋势，具有轻微Eu 负异常和轻微Ce 正异常，且前者稀土元素含量明显大于后者，造成二者差异的原因主要是物源不同[80]。石炭–二叠纪阴山地区作为华北古大陆板块的板缘俯冲造山带，处于隆起状态遭受剥蚀，因而与西北方向的阿拉善地块共同为鄂尔多斯盆地西缘石炭–二叠系煤中的稀土元素提供了主要物源；从晚古生代末期开始，扬子古板块以逆时针呈剪刀状与华北古板块拼合，秦–祁造山带对华北板块内部中生代构造–沉积作用的影响日趋显著，盆地形态发生不对称，表现为南陡北缓[91-92]，因此，鄂尔多斯盆地中侏罗统煤中稀土元素的主要物源可能来自秦岭造山带崛起的古陆风化剥蚀。

3.2 聚煤期岩浆活动

区域上盆内岩浆活动以火山灰和火山碎屑降落、同生热液淋溶等形式进入泥炭沼泽，使得各种元素在泥炭和成岩过程中富集。

发生在中晚二叠世之交的峨眉山地幔柱事件对西南地区聚煤作用和煤系战略性金属元素原始聚集具有重要影响，峨眉山玄武岩的同位素年代学研究表明，岩浆房的形成年龄及地幔活动导致地壳开始隆升的时间始于～273 Ma，于261.9±2.0～261.5±2.1 Ma 发生4 次大规模喷发，可能持续到258.86±0.71 Ma[93]，时限由晚二叠世聚煤期前延续到同聚煤期。峨眉山大火山岩省以蚀源区供给、火山灰降落和热液流体等方式向泥炭沼泽输送成矿物质，导致煤和煤系泥岩中Li、Nb、Ta、Zr、Ga、稀土元素等金属元素富集[53,94-95]。Dai Shifeng等[11,96](2018)在滇东宣威组煤系下段发现了厚达5～8 m的高度富集铌–锆–稀土–镓多种战略性金属元素层段，其成因与同期大规模火山喷发作用有关，并认为这种碱性火山灰是峨嵋山地幔柱消亡阶段的产物。

东亚(俄罗斯和华南的滨海)的金属煤矿床，含有Zr(Hf)–Nb(Ta)–REE 和U(Mo，Se)–REE 矿石，主要受从深地幔和/或软流圈上升的地幔柱演化控制，两者都包括一些大陆地壳的改造，这种地幔–地壳相互作用不仅导致了煤盆地的形成，而且在广泛的火山作用和成矿热液活动中发挥了重要作用，在这些矿床中发现了3 种成矿样式：凝灰岩型、热液型和混合凝灰岩–热液型[94]。西伯利亚东部南雅库梯煤田埃尔金矿区侏罗纪–早白垩世煤灰中REE 含量高达1 840 μg/g，该地区在泥炭聚积期火山作用活跃，泥炭沼泽水可能将微量元素从火山碎屑中溶出，也可能有火山热液注入泥炭沼泽，使REE 及Sc 富集[3]。

3.3 盆内同沉积构造

泥炭沼泽和沉积环境是影响煤中微量元素聚集的2 个重要地质地球化学因素，聚煤期盆地内的隆起和拗陷(凸起和凹陷)、断裂活动等同沉积构造控制古地理格局，在一定程度上影响沉积环境和泥炭沼泽类型及其演变，从而间接地影响煤中战略性金属元素的原生聚集。

发育于晋宁期基底之上的晚二叠世华南聚煤盆地构造活动性较大，华南裂陷槽的发展，控制着盆地的古地理和富煤带迁移，导致泥炭沼泽环境的地质地球化学条件的空间变异特征。在扬子克拉通边缘及加里东褶皱带存在着较多的基底断裂，在聚煤期表现为同沉积断裂构造，其活动致使构造格局各组成部分构造发展的差异性，从而控制古地理和富煤带的展布[97]。六盘水聚煤中心的形成主要和同沉积断裂构造有关，是断块差异沉降的结果；以加里东褶皱带为基底的广西右江盆地同沉积构造发育，呈现出碳酸盐岩台地与台间海槽相间的古地理格局，合山组含煤地层以富碳酸盐岩为特征，成为影响煤和泥岩中锂、铌、镓、稀土元素富集的因素之一[60,98]。

热液流体作用是我国西南地区煤中矿物和地球化学异常的重要影响因素之一[55,95]，而同沉积断裂活动则构成流体运移的有利通道。热液流体对煤系及煤中战略性金属元素的富集作用主要体现在2 个方面，其一是提供战略性金属元素，其二是对火山灰中战略性金属的淋溶与再分配[53]。俄罗斯远东滨海地区南部煤–锗矿床位于锡霍特山脉以西的新生代大陆裂谷带，在被不同方向断裂(大多为同沉积断裂)包围的小型凹陷中，盆地附近基性和碱基性火山活动及相应的热液活动发育，锗矿床仅占含煤凹陷的一小部分，多位于断裂交汇处[3]。代世峰等[99](2008)研究了云南省东南部砚山矿晚二叠世煤的矿物学和地球化学特征，提出了煤中微量元素和矿物富集的同沉积火山灰与海底喷流复合模式的新成因类型，海底喷流从镁铁质–超镁铁质岩中萃取了V、Ni、Cu 和Mo，并可能与下伏富U 岩浆层提供的物质混合在一起，沿深大断裂搬运沉积至泥炭沼泽。云南临沧煤–锗矿床的矿化特征之一是富锗煤在平面上表现出与盆地基底NNW 和近EW 向同生断裂平行的串珠状分布的趋势，富锗煤矿段对应着断裂的交叉部位。胡瑞忠等[31](1996)将煤–锗成矿过程概括为：在第一含煤段形成时，同生断裂中存在着热水循环活动，从基底二白云母花岗岩中浸取锗，沿盆地西部NNW 和近EW 向同生断裂的交叉部位涌出，热液中的锗随硅质岩一起沉淀下来，形成富锗硅质岩，或在通道附近的煤中发生富集。

4 煤盆地的构造–热演化促进煤系金属元素的迁移和富集成矿

4.1 构造沉降增温和岩浆热效应

盆地构造沉降–热史分析是盆地动力学和化石能源(煤、油气)地质学常用的研究方法之一，泥炭沼泽形成后由于构造沉降被沉积物覆盖而埋藏于地下，盆地持续沉降受地热增温和上覆岩层压力控制，泥炭层相继经历成岩作用和深成变质作用(区域变质作用)，形成褐煤、烟煤等各种煤类。与构造沉降相关联的地温梯度所决定的地热增温在此过程中起到主导作用，后期岩浆活动带来的叠加热场使热效应更加显著。热力作用不仅通过有机大分子的降解和缩聚机制促使煤级增高，而且也会在一定程度上影响包括战略性金属元素在内的微量元素的迁移和富集，我国东部和南方印支期、燕山期构造–岩浆活动强烈，对煤系战略性金属元素的迁移、重组影响更为显著。

煤中微量元素赋存状态包括有机亲和与无机亲和两大类[3]，在煤化作用早期的成岩作用阶段，褐煤中含大量的腐殖酸，可与金属阳离子化合形成金属螯合物，同时腐殖酸具有强烈的吸附作用，可吸附一定量的金属离子[100]，有利于有机结合态金属元素赋存。随着煤化程度增加，基本结构单元的脂肪族侧链和含氧官能团逐渐降解，特别是羧基(－COOH)和羟基(－OH)的大量减少，从而使与官能团缔结的金属元素也随之减少。因此，通常有机态结合的微量元素在褐煤中含量较高，随煤化作用程度提高含量降低，无烟煤阶段，微量元素以无机态占主导地位[39,101]。

刘金钟等[102](1992)研究发现热变质煤中Ga 元素的含量随着煤变质程度的增加而降低。张军营等[39](2000)用逐级化学提取方法，分析了沈北煤田、黔西南烟煤，山西平朔、阳泉、晋城的褐煤、烟煤和无烟煤中与有机质结合的Zn、Cr、Co、Cd、Cu、Ni、Pb、Sb、V 等9 种元素，呈现随煤化作用程度增加、煤中微量元素有机亲合性明显降低的总体规律。F.E.Huggins 等[103](2004)研究伊利诺斯盆地从泥炭和低阶煤中的螯合有机缔合物到高挥发分烟煤中无机缔合物的转变过程，发现随着煤阶的增加，有机结合度总体上有降低的趋势。王文峰等[16](2021)指出，随着煤化作用的加深，煤中螯合官能团(―COOH，―OH)分解，导致有机结合态微量元素丧失，部分形成微细粒矿物，因此，富铀煤一般都为低煤级煤。构造岩浆活动带来的高温还可能促使矿物变化，从而影响无机亲和态元素的赋存状态。华北晚古生代聚煤盆地北缘阴山造山带燕山运动期岩浆侵入，在岩浆热液的烘烤作用下，三水铝石或勃姆石进一步形成硬水铝石，致使大青山煤田煤中镓元素的富集[104]。

4.2 构造格局与含矿热液活动

褶皱和断裂是最基本的两大类构造样式，含煤岩系褶皱和断裂变形通过改变地层或岩石的结构、构造，为后期含矿流体活动提供有利条件，从而影响元素的迁移和富集。通常在褶皱轴部或转折端张性断裂及微裂隙发育，可成为含矿流体聚集和元素富集的有效空间；不同规模、不同性质的断裂活动，构成含矿流体运移的通道，提供新的成矿物质或促进先期元素赋存状态的改变。

任德贻等[3](2006)划分了煤中微量元素成因的大断裂–热液作用富集型，认为煤中异常高含量的元素与通过断裂带运移的热液、挥发物质有关。Zhou Yiping等[105](1992)研究发现滇西三江断裂带附近的新近纪褐煤盆地煤中As 含量极高，认为与后生热液矿化作用有关，矿区发育穿切含煤岩系的断裂带，热液将成矿物质−萤石带入龙潭组与下伏茅口组灰岩之间的不整合面并沉淀。S.F.Diehl 等[106](2004)对阿巴拉契亚造山带东南隅的勇士煤田煤中潜在有害元素的分布及富集原因进行了研究，从古生代持续到三叠纪的阿勒格尼造山运动所形成的逆冲断裂体系成为热液流体长距离运移通道，在晚古生代末将热液流体带入勇士煤田。煤田中东部正断层十分发育，断层附近构造破坏的煤中热液硫化物和碳酸盐矿化作用明显，导致多种潜在的有害元素高度富集。

王文峰等[74](2011)认为准格尔煤田煤中镓元素的富集也受构造、岩浆热液等地质作用的影响，黑岱沟勘探区的褶曲、断层相对发育，断层能产生裂隙并沟通了煤层与深部岩体的联系，由于Ga 是低熔点的金属，能随气水热液沿裂隙扩散，并被煤层吸附。赵蕾等[107](2022)指出，鄂尔多斯盆地和沁水盆地在晚侏罗世−早白垩世均出现过明显的构造热事件，准格尔煤田和晋城矿区富锂煤的含锂溶液来源很可能与这次构造热事件有关。海拉尔盆地群伊敏断陷盆地五牧场煤中锗来自周缘岩浆活动，区域上高角度张性断裂发育，构成热液活动的通道，热液将煤中的锗元素活化，在浓度差的驱动下，在平面上横向搬运，到达受到热液弱变质但是有机质尚且丰富的长焰煤、气煤后，再次被有机质束缚，在长期热液作用下，达到富集[46]。太行山东麓燕山期岩浆侵入是峰峰－邯郸矿区晚古生代煤中微量元素的来源之一，矿区中部的九龙矿与岩体的距离近于南部的梧桐庄矿，受燕山期岩浆热液的影响较大，2 号煤镜下可见热液成因的黄铁矿，Li、Nb、Ta 等和稀土元素相对富集[83]。

4.3 构造应力应变控矿机制

国内外学者早就注意到变形岩石发生化学变化的现象[108-112]，提出应力矿物的概念[113]。构造地球化学观点认为，构造应力是元素迁移富集的驱动力之一，不同类型构造岩中元素的迁移与富集规律不同。Sun Yan等[114](1984)从动力分异角度，提出造岩元素稳定顺序依次为Si、Fe、Mg、Mn、Al、Ca、Na、K，某些离子半径小、密度大和电位高的元素，例如Fe、Ca、Mg、Y、Yb、Be 等在断裂带中间岩带即强应力条件下聚集或富集，REE 总量相对分散，ΣHREE/ΣLREE 相对降低；相反，离子半径大、密度小和电位低的元素，如K、Na、Ba、Sr 和Rb 等呈现分散或离散组合，REE 总量相对集中，ΣHREE/ΣLREE 明显增高[115]。煤是由有机质和无机物质组成的混合岩，对构造应力十分敏感，构造应力尤其是剪切应力在改变煤体结构的同时，也会以应力降解形式加速煤芳环结构上的官能团、侧链等结合能较低的化学键断裂[116]，造成煤中元素、尤其是有机亲和性元素迁移分异，其原因在于杂原子官能团作为有机结合态微量元素的重要吸附位点，应力作用下的降解导致相关微量元素的聚散。同时，由于构造应力造成元素载体矿物发生碎裂、流变、压溶等物理化学变化，也可促使煤中无机亲和性元素迁移富集[117]，从而促进煤层与外界环境的物质交换过程[12,118]。

煤变形–变质动力学机制的差异是导致煤中微量元素富集分异的重要原因，不同变形机制对元素迁移的控制机理不同。大别山北麓豫皖交界处的石炭系杨山煤系展布于山前逆冲推覆构造带内，中生代构造岩浆活动强烈，根据构造环境的不同，将杨山煤系高变质煤划分为3 类不同变质–变形类型：以构造应力为主导的构造–热变质煤位于商城花岗岩基西侧剪切应变带内马鞍山煤矿；皮冲岩株附近受岩浆高温作用的岩浆热变质煤；其他地区的区域变质煤。不同类型煤中微量元素实测数据显示系统性差异[118]，构造–热变质煤中实测As、Se、Sb、Bi、Rb、Sr、Ta、Zr、Nb、Hf 等微量元素的平均值均低于其他两种变质类型煤；稀土元素数据亦有类似结果，区域变质类型煤的稀土元素含量与地壳丰度值相近，岩浆热变质煤稀土元素含量高于地壳丰度，而构造–热变质煤的稀土元素含量最低。上述特征似乎表明，强烈构造应力尤其是剪切变形促使微量元素向煤体外迁移。Li Yunbo[119]等(2014)研究了淮北矿区构造煤中元素迁移富集规律，依据煤中元素分布特征，将构造煤中元素迁移模式分为稳定型、聚集型、散失型和复杂型等4 类，发现Bi、Ge 和Mn等元素在断层面附近富集，并初步探讨了元素分异的动力学机制。程国玺等[120](2017)根据煤中元素的应力敏感性特征，划分出3 种类型：(1) 脆性变形敏感型元素Ca、Mg、Zn、Mn、Sb、Hg 等，在脆性变形阶段含量随变形程度的增强而增加；(2) 韧性变形敏感型元素Si、Al、K、Rb、Th、Cu、U、Sc、Cr 和REE 元素，脆性变形煤中含量变化不大，韧性变形阶段含量显著增加或减少；(3) 稳定或复杂变化型元素，元素含量变化与构造变形程度的关系复杂，或总体稳定在某一水平。刘和武等[117](2021)基于煤高温高压变形实验和淮北煤田逆冲推覆构造背景下构造煤的实测数据分析，筛选出应力敏感元素，并划分为富集型与散失型两大类；阐释了具有无机亲和性元素迁移变化的影响因素，主要机制包括矿物的应力诱导混入、局部动力迁移及动力变质。

4.4 煤田构造定位决定矿床赋存

我国煤田构造的典型特征之一是含煤岩系后期改造明显，晚古生代以来，中国大陆经历了海西、印支、燕山和喜马拉雅四大构造旋回，多期性质、方向、强度不同的构造运动，使不同时期形成的不同类型聚煤盆地遭受不同程度的分解破坏，或抬升剥蚀、或下降深埋，充填其中的含煤岩系相应地发生变形、变位和变质作用，形成形态各异、规模不等的赋煤块段[121]，也决定了煤系战略性金属矿床的现今赋存状态。

宏观上，煤系战略性金属成矿区带不仅取决于元素的富集特征，而且还受煤田构造格局的控制。例如，华北晚古生代巨型克拉通拗陷聚煤作用广布，煤系铝、镓、锂等富集分布区域应远大于目前发现的矿区，中、新生代的构造运动使华北晚古生代盆地解体，形成5 个赋煤构造亚区、22 个赋煤构造带的基本格局[33]。含煤岩系失去原有的连续性和完整性，部分抬升风化剥蚀、部分深埋超越开发深度，统一的煤系金属元素原生聚集空间演变为鄂尔多斯盆地周缘成矿亚带、山西断块成矿亚带、华北东部成矿带等分离的成矿区带。此外，煤系战略金属矿产作为煤层(或煤系泥岩等其他层位)的同体矿产，找矿和勘查的对象不仅包括元素的品位分布，还要查明金属元素的载体−煤层的赋存状况，也就是煤系战略性金属矿床的赋存状况，后者主要是由煤层或煤系岩层的构造形态所决定。

5 几个值得关注的问题

5.1 与煤盆地沉积充填相关联的大地构造背景研究

已经认识到煤系金属矿产成矿作用经历了“蚀源区供给(和蚀源区形成)−物质迁移−金属富集−后期改造保存”4个过程，是在盆地沉积物“堆积−成岩−后期改造”3 个演化阶段中发生和发展的[5]，当前对堆积–成岩阶段的金属元素迁移富集研究较深入，强调聚煤环境、物源类型等沉积作用的控制；相对而言，蚀源区形成和演化的研究比较薄弱，大地构造背景、盆–山关系动力学机制等关键问题涉及较少，在一定程度上阻碍了对战略性金属元素聚集成矿过程的全面认识。盆地和造山带是在空间发展和形成机制上具有密切联系的统一的构造系统，具有盆山耦合性质[122]，近年来盆地动力学研究的重要进展是源–汇系统(source-tosink)，即把研究区域从沉积区扩大到剥蚀物源区，研究物源区古地貌演化、岩石风化、搬运到沉积的完整动力系统[86]，从而建立起盆–山联系。由“源”到“汇”的地球表层动力学过程常常受到构造活动和气候(海平面)演变的塑造与控制，“构造–气候–沉积”耦合机制是源–汇系统研究的核心科学问题[123]，上述认识为深入研究煤系战略性金属元素原生堆积条件提供了新的思路。

应从大地构造背景角度关注含煤岩系沉积期区域构造运动导致的盆缘(如华北晚古生代盆地北缘阴山晚古生代造山带、华南西部康滇古陆和峨眉山大火山岩省)和盆内(如华北晚古生代盆地吕梁隆起、右江盆地基底断块)构造升降和剥蚀进程，研究剥蚀区抬升时间、速率、幅度，以及在气候条件耦合下风化剥蚀作用强度，从而正确理解沉积物原始组分特征和物源供给速率的变化[124]。华北晚古生代聚煤盆地北缘大青山煤田砂岩种类的变化特征表明，晚石炭世−早二叠世早期，陆源区母岩组合主要为下古生界寒武系−奥陶系含燧石条带或结核的碳酸盐岩和碎屑岩以及上元古界震旦系石英岩，构造作用表现为整体的平稳隆升，早二叠世中晚期陆源区发生了较为强烈的隆升，还可能伴有冲断和褶皱作用，剥蚀作用已触及到古老变质岩系和先期侵入的花岗岩体[125]，这一认识可以搭建板缘造山带阴山古陆构造演化与克拉通拗陷聚煤盆地沉积充填之间的桥梁。华南右江盆地内合山组不活动元素Al、Ti、Nb、Ta、Zr、Hf 及REE 物源示踪研究，显示底部富Nb 铝土矿及上覆富Li 黏土岩的物源差异，铝土矿及Nb 的物源主要来自西北方向的峨眉山大火山岩省(ELIP)相关碱性长英质岩类，而黏土岩则主要来自西南方向的哀牢山–松马缝合带的二叠纪岩浆弧的过铝质或中等分异酸性岩[98]，指示聚煤时期区域构造格局的重大变化。近年来对天山–阴山、昆仑–秦岭和峨眉山地幔柱等环绕各大沉积盆地的巨型造山带开展了系统研究，获得包括洋壳时代、俯冲消减、碰撞造山过程等重要构造事件的系统定年数据，盆内沉积岩也开展了碎屑锆石定年工作，研究成果表明，造山带与盆地演化中的构造事件和阶段性可以很好地对比，从而解释了盆地多次发生构造变革的原因[43,86,93]。区域构造研究成果的合理利用，将从定量角度推进对煤系战略性金属元素迁移富集过程的全面认识。

5.2 作为含矿流体运移通道的断裂构造特征

众多学者已经注意到断裂构造作为热液运移通道在俄罗斯远东煤–锗、内蒙古胜利煤田乌兰图嘎煤–锗和滇西临沧煤–锗成矿中的重要作用[7,30-31,46,59,73]，然而对控矿断裂自身特征的研究尚较粗浅。例如，断裂活动是同聚煤期沟通围岩与泥炭沼泽、还是聚煤期后活动使含矿热液与煤层发生物质交换，抑或是两种方式都有，尚未定论，更多的是定性推断。由断层力学性质、断层带物质和结构等因素决定的断层封闭性研究在油气勘探开发中得到普遍应用[126]，断层封闭性特征对煤系金属元素迁移的气水热液运移有何影响，现有工作也少有涉及。

下一步的研究应集中于3 方面：其一是断裂构造的规模、垂向切割深度、平面延伸长度等特征，确定是否沟通矿源与泥炭沼泽或煤层；其二是断裂活动时间，区分聚煤期前的基底断裂、聚煤期同沉积断裂、聚煤期后活动断裂抑或是多期活动断裂；其三是断裂的性质，属于拉张性断裂、挤压性断裂、剪切(走滑)断裂还是反转断层，以及由此决定的断裂带的封堵性。断裂构造的上述特征，都会对作为煤系战略性金属元素富集成因类型的含矿热液或地下水运移产生重要的影响。

5.3 不同时期岩浆活动的影响差异性

岩浆作用与构造运动的关系密切，岩浆活动可以发育于板块边界(俯冲、碰撞和拉伸边界)，也可以发育于大陆内部，拉张环境下形成幔源型性岩浆，挤压环境下以壳源型岩浆为主；岩体规模也可能差异悬殊，从区域规模的岩基到直接侵入煤层的岩脉。岩浆作用是影响煤系战略性金属元素迁移富集的重要因素之一，元素的迁移、富集与成矿受地壳、地幔、或壳幔相互作用过程控制，不同时期岩浆活动所起的作用不同。聚煤期前(煤盆地基底或外围)的岩体，作为物源区的重要组成部分，以岩体风化剥蚀碎屑搬运和淋滤产物形式影响泥炭沼泽元素构成；聚煤期的岩浆活动以火山灰降落、同生热液淋溶等形式进入泥炭沼泽沉积；聚煤期后的岩浆作用所带来的挥发分及被其捕获的元素以及热液萃取活动侵入煤层，使煤中有关元素含量增加，但其富集样式往往受控于侵入体的形态，不同于火山喷发影响下的(近)层状分布特征[127-128]。岩体侵位的热力作用和应力作用，对岩浆变质煤热解过程中有机亲和性元素和应力敏感元素的迁移也有不同程度影响。

因此，详细研究和区分不同期次的岩浆活动，以及岩浆与同期构造运动的关系，对于全面认识煤系战略性金属元素迁移富集具有重要意义。当前，对岩体作为蚀源区物质供给、同沉积期火山作用和热液流体的研究较多，但聚煤期后构造–岩浆作用的影响研究相对薄弱，尤其是我国中、东部地区，印支运动和燕山运动中多期、多类型、不同规模的岩浆活动，对煤系战略性金属元素的迁移和改造作用的研究，应引起足够的重视。

5.4 应力应变的构造物理化学效应

由于所处大地构造背景不同，我国煤田构造格局时空差异显著，但大多数煤盆地都经历了不同程度的后期改造，煤层变形较强烈，各类构造煤发育，这是造成煤与瓦斯突出灾害和制约煤层气连续排采的主要因素。由于产业需求的推动，国内外尤其是我国地质工作者对构造煤开展了大量研究工作，取得丰硕成果[129-131]，研究视野已经从煤体宏观破坏和物理化学性质改变深入到构造煤的大分子结构尺度[132-133]；此外，构造地球化学的发展及其动力成矿研究等领域得到成功应用[134]，这些研究成果引起人们对构造应力应变影响煤系战略性金属元素迁移重组的关注。

姜波等[133]从矿井瓦斯防治角度，针对煤层构造变形常量和微量元素的迁移富集机制开展了出色的研究工作，但研究目的并非针对金属元素成矿，且研究区域局限于煤系战略性金属矿产并不丰富的两淮地区，煤田构造变形相对强烈的华南西部成矿带、华北鄂尔多斯周缘成矿亚带的南段和西段等煤系战略性金属矿产分布区尚未开展此方面工作。有研究表明，变形强度高的构造煤中稀土元素含量呈增加趋势[117,119-120]；但也有研究认为构造应力作用对稀土元素含量分布并不产生影响[135]，或构造应力导致稀土元素分配模式变化，向富集重稀土的方向发展[118]。由此可见，煤中微量元素的应力敏感性尚存争议，亟待开展更全面深入的研究。

构造物理化学认为构造应力改变压力、温度等物理化学条件，进而控制岩石矿床分布及其地球化学过程，表现为不同程度的物质组分迁移和结构变化[134]，煤对温度、压力等物理化学条件的敏感性为从构造物理化学角度研究战略性金属元素的迁移提供了新思路[136]。可行的途径包括选择代表性实例并结合模拟实验，研究不同构造环境(挤压、拉张、剪切)、不同构造要素(断裂、褶皱)条件下，应力应变对不同元素迁移的影响，为全面认识煤系金属矿产分布尤其是局部异常增添依据。

6 结论

a.构造作用是控制煤和煤系矿产资源形成、赋存的重要地质因素之一，区域地质背景和盆地沉降充填提供了煤系矿产的物质基础，盆地构造–热演化决定了多种矿产耦合成矿过程，含煤岩系改造和构造格局控制了煤系矿产资源的赋存状态。在煤系战略性金属矿产成矿机制与分布规律研究中，地质构造控制作用是一个不可忽视的因素。

b.煤中战略性金属富集成矿的构造控制因素包括大地构造背景、构造运动、构造–岩浆活动等方面，体现在对金属矿产载体−含煤岩系的控制、对成矿物质来源的控制、对元素原生聚集和后期迁移重组的控制。从煤系矿产物源相关、耦合成矿、同盆共存角度分析，构造作用对煤中战略性金属富集成矿的控制贯穿于含煤盆地形成与演化的全过程，划分为聚煤期前、聚煤期和聚煤期后三大阶段。

c.聚煤期前的构造运动奠定煤盆地基底构造格局，构造沉降和隆升提供了聚煤作用的场所和含煤岩系的物源区，包括聚煤盆地的构造类型(拗陷盆地、断陷盆地、断拗盆地)、蚀源区方面性质(物质组成、结构构造、地形地貌)等，从而决定了含煤岩系及其战略性金属元素形成的物质基础。

d.聚煤期构造作用主要表现为盆–山耦合过程、同沉积期盆缘和盆内构造活动、岩浆侵入和火山喷发等方式，通过对聚煤源–汇系统、岩相古地理与聚煤环境、泥炭沼泽类型及地球化学条件等因素的影响，决定成矿物质在泥炭化阶段和成岩作用阶段的迁移与原生聚集。

e.聚煤期后的构造–热演化过程使含煤岩系变形、变位和变质，导致结构构造变化和包括金属元素在内的物质成分变化，从而对金属元素迁移重组产生不同程度的影响，主要体现为构造沉降增温和岩浆热效应、构造格局与含矿热液活动、构造应力应变控矿机制，以及煤田构造定位决定矿床赋存状态等4 方面。

f.在煤系战略性金属元素富集成矿诸多控制因素中，构造控制研究是一个相对薄弱的环节，今后的工作应加强以下4 方面研究：与煤盆地沉积充填相关联的大地构造格局与演化、作为含矿流体运移通道的断裂构造特征、不同时期岩浆活动的影响差异性，以及应力应变的构造物理化学效应。