煤炭地質(zhì)勘查中共伴生礦產(chǎn)資源的綜合勘查研究
——以內(nèi)蒙古地區(qū)煤田中共伴生的鍺、稼等礦床為例

張劼，榮曉偉

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東 滕州 275000)

煤炭地質(zhì)勘查中共伴生礦產(chǎn)資源的綜合勘查研究
——以內(nèi)蒙古地區(qū)煤田中共伴生的鍺、稼等礦床為例

張劼1，榮曉偉2

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031；2.山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，山東 滕州 275000)

煤炭地質(zhì)勘查揭露的含煤巖系中共伴生有金屬礦產(chǎn)資源、非金屬礦產(chǎn)資源和能源資源，加強(qiáng)含煤巖系中共伴生礦產(chǎn)資源的勘查可為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更多的礦產(chǎn)資源具有重要現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。如何在煤炭地質(zhì)勘查中加強(qiáng)共伴生礦產(chǎn)資源的勘查與研究。文中列舉了內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭圖與煤層共生鍺礦床，鍺品位平均244×10-6，鍺金屬量1805t；內(nèi)蒙古自治區(qū)準(zhǔn)格爾煤田與煤層共伴生鎵礦床，鎵平均品位44.8×10-6，保有鎵金屬量6.3×104t，預(yù)測(cè)鍺金屬量8.57×105t，該煤層還富集稀土元素，其平均含量為255×10-4。內(nèi)蒙古自治區(qū)近幾年在鄂爾多斯東勝煤田含煤巖系下中侏羅統(tǒng)延安組的煤炭地質(zhì)勘查中發(fā)現(xiàn)并勘查了一處世界級(jí)鈾礦床，從而改變了我國(guó)鈾礦資源狀況。因此，在煤炭地質(zhì)勘查中極需加強(qiáng)含煤巖系中共伴生礦產(chǎn)資源的勘查與研究，并就此問(wèn)題提出了若干建設(shè)性的意見(jiàn)。

共伴生礦產(chǎn)資源；煤層和含煤巖系；煤炭地質(zhì)勘查；內(nèi)蒙古地區(qū)

地質(zhì)工作者皆知煤層和含煤巖系中共伴生有眾多的礦產(chǎn)資源，既有金屬礦產(chǎn)(如鐵、鋁土礦、稀有分散元素、稀土元素和貴金屬)；又有非金屬礦產(chǎn)(如高嶺土、膨潤(rùn)土、高鋁粘土等)和能源礦產(chǎn)(鈾、煤層氣、頁(yè)巖氣、油頁(yè)巖)。煤炭地質(zhì)勘查規(guī)范中與煤層伴生礦產(chǎn)勘查亦有明確要求。近十幾年來(lái)，內(nèi)蒙古自治區(qū)在煤炭資源勘查中相繼發(fā)現(xiàn)和勘查了幾處與煤層和含煤巖系共伴生的金屬礦產(chǎn)資源，礦產(chǎn)規(guī)模均達(dá)大型、超大型，極大地提高了煤炭資源利用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。該文以幾個(gè)礦床為實(shí)例，探討了如何在煤炭地質(zhì)勘查中加強(qiáng)共伴生礦產(chǎn)資源的勘查與研究。

1 共伴生礦床實(shí)例概況

1.1內(nèi)蒙古烏蘭圖煤-鍺礦床

烏蘭圖煤-鍺礦床位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟，礦床賦存于二連中生代盆地群烏尼特坳陷內(nèi)，延于勝利煤盆地西南隅。該盆地內(nèi)充填的含煤巖系為早白堊世賽漢塔拉組。該組含煤5層，煤巖類(lèi)型為半暗-暗淡型褐煤，其中6-2，7，9，11號(hào)煤層為局部可采煤層；6-1號(hào)煤層全區(qū)可采，層位穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅在下部有0.15～0.30m的非穩(wěn)定分布的炭質(zhì)泥巖夾矸。煤層厚度為0.82～16.66m，平均煤厚為9.88m。鍺礦與6-1號(hào)煤層為同體共生，即6-1號(hào)煤層既為煤礦體，又為鍺礦體。6-1號(hào)煤層宏觀煤巖類(lèi)型為暗煤，夾亮煤條帶，富含絲炭和木質(zhì)結(jié)構(gòu)植物殘?bào)w。其上覆地層以各種粒級(jí)砂巖、礫巖為主，泥巖和粉砂巖次之；下伏地層巖性以黑色泥巖、粉砂巖為主，夾少量中—粗粒砂巖薄層；巖相具明顯的盆地邊緣相沉積特征。礦體東西兩側(cè)各有1條斷層F2，F(xiàn)1；呈NNW向展布，傾向SE，傾角75°和70°，破壞了6-1號(hào)煤-鍺礦層的連續(xù)分布(圖1)。

圖1 內(nèi)蒙古自治區(qū)烏蘭圖鍺品位等值線圖

烏蘭圖煤-鍺礦床估算的鍺金屬儲(chǔ)量約1805t。其中6-1號(hào)煤，即為鍺礦體，礦體較穩(wěn)定，連續(xù)分布。礦層?xùn)|南厚度小于10m，西北厚度大于10m，平均厚度為9.88m，礦體形態(tài)簡(jiǎn)單。橫向上，從盆地邊緣向盆地內(nèi)方向礦層厚度由薄變厚，鍺品位則由高變低，鍺含量南北部較高，東西部較低，呈“馬鞍”狀。礦區(qū)東南部約有0.2km2范圍內(nèi)，鍺品位(100～700)×10-6之間，礦體厚度為0.80～2.03m；礦區(qū)西北部0.45km2范圍內(nèi)，鍺含量為(169～345)×10-6，礦體厚度10～20m不等。礦區(qū)范圍內(nèi)，大部分鍺含量為200×10-6以上，而在露采坑一帶鍺含量大于400×10-6，最高可達(dá)1530×10-6，全礦區(qū)礦體鍺平均品位為244×10-6。

根據(jù)區(qū)內(nèi)20多個(gè)鉆孔鍺含量資料統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)多數(shù)鉆孔出現(xiàn)多個(gè)鍺含量高峰?，F(xiàn)以3號(hào)鉆孔為例，該鉆孔中礦體鍺平均含量為301×10-6，但自上而下礦體鍺含量明顯出現(xiàn)3個(gè)高峰值，2個(gè)谷凹。這表明鍺含量在縱向上分布是不均勻的。鍺含量這種變化與鍺源供給變化相關(guān)，當(dāng)鍺源供給充沛時(shí)，礦層中的鍺富集，便出現(xiàn)高峰；當(dāng)鍺源供給不足時(shí)，礦層中的鍺含量減少，鍺含量就出現(xiàn)凹谷[1-4]。

1.2內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田

準(zhǔn)格爾煤田位于鄂爾多斯盆地東北緣，煤田南北長(zhǎng)65km，東西寬26km，面積1700km2。該煤田含煤巖系為晚石炭世本溪組、太原組和早二疊世山西組，含煤巖系總厚為110～160m。其下伏地層為中奧陶世馬家溝群灰?guī)r，上覆地層為二疊紀(jì)石盒子群、石千峰群等非含煤地層。準(zhǔn)格爾煤田含煤巖系中共有單層煤31層，可采17層，太原組上部6號(hào)煤層為煤田主采煤層，厚度為2.7～50m，平均厚度30m；太原組下部9號(hào)煤層次之。6號(hào)煤層鏡質(zhì)反射率Ro為0.57%～6.00%，均值為0.58%；揮發(fā)分均值為33.5%；灰分產(chǎn)率均值為17.72%；全硫含量為0.73%，屬低硫煤。

1.2.1鎵礦床

以準(zhǔn)格爾煤田黑岱溝礦區(qū)6號(hào)煤層為例，逐層采集樣品分析鎵含量(圖2)。

圖2 準(zhǔn)格爾煤田黑岱溝礦6號(hào)煤層柱狀圖

6號(hào)煤層的礦物組成自上而下明顯可分為4段。第1段ZG6-1組成，第2段ZG6-2，ZG6-3和6-4組成，第3段ZG6-5組成，第4段由ZG6-6和ZG6-7組成。這4段的礦物組成有很大區(qū)別(圖2)，其特征如下：

①第1段ZG6-1分層礦物組成以石英為主，含量16.4%。石英略有順層理分布特征。②第2段ZG6-2，ZG6-3和ZG6-4等分層礦物組成以勃姆石為主，其含量分別為11.9%，13.1%和11.0%。高嶺石含量分別為4.3%，3.6%和4.4%。③第3段ZG6-5分層礦物組成以高嶺石為主，含量為11.4%，并含少量的勃姆石(3.3%)，以及痕量黃鐵礦。④第4段ZG6-6和ZG6-7分層礦物組成以高嶺石為主，含量分別為22.0%和19.5%，有痕量黃鐵礦、石英和方解石，未見(jiàn)勃姆石。

準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤的高溫(550℃)灰化產(chǎn)物中鎵亦富集，權(quán)衡平均值為81.8×10-6，超過(guò)工業(yè)品位的所有煤分層中的權(quán)衡均值為89.2×10-6，ZG6-3分層的灰化產(chǎn)物中鎵含量高達(dá)178×10-6。準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層中鎵的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中國(guó)大多數(shù)煤(9×10-6)，美國(guó)煤(5.7×10-6)、土耳其煤(5.8×10-6)、英國(guó)煤(5.4×10-6)和世界煤(5×10-6)的算術(shù)均值。6號(hào)煤層各分層及其高溫(550℃)灰化產(chǎn)物中鎵的含量，除頂?shù)撞縕G6-1和ZG6-7分層鎵的含量較低外，其他5個(gè)分層鎵含量均超出了工業(yè)品位(30×10-6)，其中ZG6-5分層鎵含量為30.1×10-6；ZG6-3，ZG6-4和ZG6-6分層鎵的含量接近或超出工業(yè)品位2倍；ZG6-3分層鎵的含量最高(76×10-6)。這5個(gè)分層亦是主要煤層，占整個(gè)煤層厚度的81.9%。按照分層厚度所占的比例，計(jì)算出鎵超出工業(yè)品位的分層(ZG6-2至ZG6-6)的權(quán)衡均值為51.9×10-6，整個(gè)6號(hào)煤層鎵的權(quán)衡均值為44.8×10-6。

準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層鎵金屬量：黑岱溝礦區(qū)(55km2)保有鎵金屬量6.3×104t，整個(gè)準(zhǔn)格爾煤田預(yù)測(cè)鎵金屬量為8.57×105t。

1.2.2稀土元素

我國(guó)華北晚古生代煤中稀土元素均值為111.2×10-6，稀土元素在準(zhǔn)格爾煤田黑岱溝礦區(qū)主采6號(hào)煤層中亦富集(表1)，6號(hào)煤層稀土元素含量均值為255×10-6，ZG6-3分層煤樣中的含量高達(dá)715.10×10-6。我國(guó)大多數(shù)煤中稀土元素總量為137.9×10-6，美國(guó)煤中稀土元素總量為62.1×10-6，世界大多數(shù)煤中稀土元素的總量為46.3×10-6。

表1 煤、煤灰化產(chǎn)物和燃煤產(chǎn)物中稀土元素

注：nd:未檢測(cè)。權(quán)衡均值1:對(duì)ZG6-2到ZG6-6的權(quán)衡均值。權(quán)衡均值2:對(duì)所有煤分層(ZG6-1到ZG6-7)的權(quán)衡均值。LREE=La+Ce+Pr+Nd+Sm+Eu,HREE=Gd+Tb+Dy+Ho+Er+Tm+Yb+Lu+Y,L/H=LREE/HREE,REE=LREE+HREE

準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層鎵的富集程度與其所含勃姆石數(shù)量有關(guān)，即勃姆石含量高，則鎵富集；勃姆石含量低，鎵含量亦低，表明勃姆石是鎵的載體。6號(hào)煤層勃姆石含量均值為7.5%。同時(shí)該煤層和其他灰化產(chǎn)物中稀土元素總量分別為255×10-6和830.36×10-6。因此，準(zhǔn)格爾煤田與6號(hào)煤層共伴生的稀土元素亦是可利用的資源。

6號(hào)煤樣品灰化產(chǎn)物中稀土元素的總量為763.81×10-6，在ZG6-3分層煤樣灰化產(chǎn)物中稀土元素總量高達(dá)2586.03×10-6。準(zhǔn)格爾電廠燃煤產(chǎn)物飛灰中稀土元素總量為508.92×10-6，底灰中稀土元素總量為206.36×10-6。這表明稀土元素在準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層中普遍富集。

1.2.3高嶺石

畢萬(wàn)昌等[1]對(duì)準(zhǔn)格爾煤田晚石炭世太原組和早二疊世山西組含煤巖系的研究中，采用巖石學(xué)、礦物學(xué)、礦物化學(xué)等綜合方法，發(fā)現(xiàn)該含煤巖系中前人認(rèn)為的泥巖、粘土類(lèi)巖石，煤層內(nèi)的砂巖、泥質(zhì)砂巖類(lèi)夾矸，煤層頂?shù)装宓纳百|(zhì)泥巖均以高嶺石為主要成分的高嶺石巖類(lèi)。高嶺石巖層厚度為0.15～6m，共有17層，總厚度累計(jì)達(dá)10～25m，平均總厚度為15.75m。僅對(duì)煤田內(nèi)哈爾烏蘇礦區(qū)—牛連溝礦區(qū)間預(yù)測(cè)高嶺石礦石資源量約55億t。

高嶺石礦石化學(xué)成分：Al2O3含量23%～38.5%，含少量勃姆石的高嶺石巖中Al2O3達(dá)41%～51%；SiO2含量45%～60%；Fe2O3+TiO2含量1%～2.5%。部分高嶺石巖層可用于造紙和增加劑[5-8]。

1.3內(nèi)蒙古東勝煤田鈾礦床

近幾年鄂爾多斯東勝煤田煤炭地質(zhì)勘查中在早中侏羅世延安組含煤巖系發(fā)現(xiàn)并勘查了1處世界級(jí)鈾礦床，改變了我國(guó)鈾礦資源狀況。

2 建議

上述幾個(gè)與煤層和含煤巖系共伴生礦床實(shí)例表明，無(wú)論是陸相含煤巖系，還是海陸交互相含煤巖系均共伴生豐富的礦產(chǎn)資源。含煤巖系中共伴生的鍺、鎵等分散元素，稀土元素，鈾礦等金屬礦產(chǎn)均是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的重要資源，尤其是高科技迅猛發(fā)展的今天，顯得更為重要。這些共伴生金屬資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值遠(yuǎn)超過(guò)了煤炭自身的價(jià)值，并可能改變我國(guó)某些資源的供需關(guān)系。因此，加強(qiáng)含煤巖系中共伴生礦產(chǎn)資源的勘查與研究有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

(1)切實(shí)貫徹《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》(DZ/T0215-2002)。該規(guī)范明確要求，煤炭地質(zhì)勘查必須堅(jiān)持“以煤為主、綜合勘查、綜合評(píng)價(jià)”，做到充分利用，合理保護(hù)礦產(chǎn)資源，做好與煤共伴生的其他礦產(chǎn)的勘查評(píng)價(jià)工作。在實(shí)際工作中必須樹(shù)立綜合找礦思想，切忌單打一。

(2)加強(qiáng)區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)資料的搜集與研究，尤其要分析研究煤盆地基底的含礦性。亦就是說(shuō)，要加強(qiáng)煤田盆地原始物質(zhì)供給區(qū)的含礦性研究，判別含煤巖系中可能的共伴生的礦產(chǎn)資源。如烏蘭圖鍺礦的鍺來(lái)源于勝利煤盆地西南部燕山中期二長(zhǎng)花崗巖，其鍺含量為15.28×10-6，南部和東部的中酸性巖體鍺含量為2.53×10-6，煤田北部二疊地層和火山巖鍺含量很低。因此，確認(rèn)勝利煤盆地西南一帶的原始物源區(qū)，在其附近煤層中鍺含量高，而其他地區(qū)的鍺含量較低。內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田6號(hào)煤層鎵來(lái)源于該煤盆地北偏西的陰山古陸的中元古代鉀長(zhǎng)花崗巖和盆地北偏東的本溪組隆起區(qū)。

(3)加強(qiáng)煤盆地古地理、古構(gòu)造的研究。判別水流方向，綜合基底含礦性，可初步判別煤盆地的哪個(gè)地段可能賦存有共伴生礦產(chǎn)資源。

(4)煤炭地質(zhì)勘查實(shí)施中，應(yīng)先施工1～2個(gè)基準(zhǔn)孔。對(duì)基準(zhǔn)孔所揭露的地層(含煤巖系和非含煤巖系)全孔采集光譜定量全分析樣品，同時(shí)進(jìn)行鉆孔測(cè)井。根據(jù)光譜分析結(jié)果和測(cè)井資料，在出現(xiàn)異常地段再采集化學(xué)分析樣品進(jìn)行化學(xué)分析。依據(jù)化學(xué)分析結(jié)果，確認(rèn)有共伴生礦產(chǎn)后，則要查明共伴生礦產(chǎn)的賦存位置、厚度、品位變化、礦石成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造，巖性、分布規(guī)律和煤層的關(guān)系等[9-13]。

3 結(jié)論

含煤巖系或煤層共伴生的礦產(chǎn)資源是極其豐富的，礦床規(guī)模往往可達(dá)大型、超大型。為了合理有效地利用和保護(hù)礦產(chǎn)資源，在煤炭地質(zhì)勘查中必須切實(shí)貫徹“以煤為主、綜合勘查、綜合評(píng)價(jià)”的工作原則。在煤炭地質(zhì)勘查中首先要加強(qiáng)含煤盆地基底含煤性研究，為勘查與含煤巖系共伴生礦產(chǎn)提供基礎(chǔ)資料。先期施工基準(zhǔn)孔，基準(zhǔn)孔所揭露的地層(包括含煤巖系和非含煤巖系)必須采集光譜定量分析樣品，以發(fā)現(xiàn)是否有共伴生成礦元素異常，為進(jìn)一步開(kāi)展共伴生礦產(chǎn)提供依據(jù)。總之，加強(qiáng)含煤巖系中共伴生礦產(chǎn)資源的勘查可為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更多的礦產(chǎn)資源，具有重要現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

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Comprehensive Study on Coal Geological Exploration of Symbiotic and Associated Mineral Resources——Setting Symbiotic and Associated Germanium and Marry Deposits in Coal Mines in Inner Mongolia as an example

ZHANG Jie1, RONG Xiaowei2

(1. Inner Mongolia Mineral Experiment Research Institute, Inner Mongolia 010031, China; 2. No.1 Exploration Brigade of Shandong Coal Geology Bureau，Shandong Tengzhou 277500, China)

Coal geological exploration revealed the coal-bearing rock series of the communist party of China associated with metal mineral resources, non-metallic mineral resources and energy resources, strengthen the coal-bearing rock series of the communist party of China of associated mineral resources exploration can provide more mineral resources for the national economic construction has important practical significance and economic value. How to strengthen in coal geological exploration of associated mineral resources exploration and research. This paper enumerates the Inner Mongolia autonomous region were ulam figure and symbiotic germanium deposits of coal seam, the average grade of germanium 244×10-6, germanium metal reserves of 1805t; Inner Mongolia autonomous region must be associated with coal, coal gallium deposits, gallium average grade 44.8×10-6, gallium reserves metal reserves of 6.3×104t, forecasts 8.57×105t resources, the coal seam also enrichment of rare earth elements, the average content of 255×10-4. The Inner Mongolia autonomous region in recent years under the erdos dongsheng coalfield coal-bearing rock series in the jurassic yanan group found in coal geological exploration and the exploration of a world-class uranium deposits, which changes the uranium resources in our country. So, exploration and research of associated mineral resources in coal-bearing rock series should be strengthened. Relative countermeasures and suggestions have been put forward as well.

Symbiotic and associated mineral resources; coal strata and coal-bearing strata; geological exploration of coal resource; Inner Mongolia

2013-12-02；

2017-01-06；編輯：曹麗麗

張劼(1973—)，男，江蘇張家港人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)研究工作;E-mail:rongdw@163.com

P618.11

A

張劼，榮曉偉.煤炭地質(zhì)勘查中共伴生礦產(chǎn)資源的綜合勘查研究——以內(nèi)蒙古地區(qū)煤田中共伴生的鍺、稼等礦床為例[J].山東國(guó)土資源，2017,33(2)：34-38.ZHANG Jie, RONG Xiaowei. Comprehensive Study on Coal Geological Exploration of Symbiotic and Associated Mineral Resources——Setting Symbiotic and Associated Germanium and Marry Deposits in Coal Mines in Inner Mongolia as an Example[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(2)：34-38.