稀土元素地球化学在煤与矿产勘查中的应用

稀土元素地球化学在煤与矿产勘查中的应 用 钟明灯,王爱宽 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏省徐州市221000 摘要:稀土元素在地质学的应用非常广泛,本文从煤田地质的角度出发,综合探究了煤中稀土元素对于沉积环境,变质作用等指示作用;并从矿床学角度出发,探讨了稀土元素在判别岩体含矿性和构造岩稀土元素特征在找矿中的应用。 关键词:地球化学;稀土元素;资源勘查;煤 0引言 众所周知,稀土元素不仅在工业、农业和国防上具有重要用途,而且其地球化学特征对天体演化和成岩成矿作用的研究,可以起到良好的地球化学指示剂作用。因此,稀土元素地球化学的研究受到人们越来越多的注意。在煤田地质学中,不少学者从不同区域的煤中稀土元素含量、空间分布、地球化学参数及分布模式、来源等方面,探讨不同区域的煤中稀土元素的地球化学特征,得出了不少成果。而稀土元素在找矿,判别岩体含矿性方面的作用也不容忽视。本文从从不同角度综述稀土元素地球化学在煤田地质学及资源勘探等领域中的应用来探讨现阶段稀土元素地球化学的应用成果及存在问题。有助于研究工作的进一步开展。 1煤稀土元素的研究及应用 煤中的稀土元素一直是煤地质学研究中的一个重点问题之一,煤中稀土元素的研究具有两个方面的意义,一是地质成因方面,可指示物源、环境等,许多学者用煤中稀土元素的分布特征、赋存状态以及地球化学参数等来作为煤地质成因的地球化学指示剂和揭示成煤物质的来源;另一方面是资源利用,在一些煤盆地发现有高含量稀土元素的煤可有望作为REE矿产新的来源。下面,我们从煤中稀土元素对于煤的沉积环境和变质程度的指示作用来讨论煤稀土元素应用在煤田地质学中的应用。 1.1煤中稀土元素与沉积环境之间的关系 虽然不同成因煤中的组分相同,但稀土元素的含量相差很大,源区是主要的控制因素之一,煤中铕(Eu)的负异常是由源岩继承而来的[1]。泥质岩、碎屑岩和碳酸盐岩中稀土元素组成具有明显的规律性,从泥质岩、砂岩到碳酸盐岩,稀土元素总量逐渐降低,说明黏土矿物更富集稀土元素[2]。华南晚二叠世、华北石炭-二叠纪和中、新生代煤的稀土元素分布特征存在明显差异,这种差异性是各区各时代聚煤期物源区复杂程度和沉积物风化搬运历史的反映[3]。中、新生代聚煤盆地和华南二叠纪聚煤区的风化和搬运时间短,均化程度和成熟程度较低,因此稀土元素分布模式复杂多样,且轻重稀土元素分异较弱,继承了母岩较多的特征。而华北石炭-二叠纪聚煤区在聚煤期物源相对单一,且沉积物风化、搬运时间长,均化程度和成熟程度较高,所以分布模式单调,轻重稀土元素分异明显。淮南煤的地球化学特征:受陆源供 给影响为主的煤中稀土元素含量高,分布特征具有陆源碎屑特征;受海水影响为主的煤中稀土元素含量低,分布模式具海水特征,因受海水影响而重稀土元素亏损。随着成煤沼泽中海水影响的减弱,陆源区沉积物供应增强,煤中稀土元素的含量也增加,煤中稀土元素分布模式也呈现规律性变化,从类似于海相分布模式转变为陆源碎屑的分布模式[4]。 1.2 煤中稀土元素与变质程度的关系 对于开放体系来说,煤变质后的体系内有新物质的加入或原有物质的迁出,作为地质作用过程示踪剂的稀土元素发生分离和迁移是不难理解的。Kortenski学者[17]在对保加利亚煤的研究中,虽然观察到稀土元素La的含量随变质程度增加而增高,其最低值在褐煤中,而最高值出现在无烟煤中,他认为这种差别反映了进入古泥炭沼泽中的物质来源不同。国内的学者对湘桂粤地区不同时代和不同煤种的煤进行了研究,认为未变质煤和低变质煤的稀土元素配分曲线成近水平的直线,煤中稀土元素几乎没有发生分离和迁移,区域变质煤的稀土元素配分曲线呈略向左倾斜的非V型,煤中稀土元素略有分离,向着富集重稀土的方向演化[5]。 1.3煤中稀土元素其他指示作用综述 煤中REE总量与离物源区远近和沉积环境有关。离源区较近煤的REE总量比离源区较远的其它煤田煤的高,陆相环境煤比陆海环境煤高。[6]煤中灰分高低与泥炭沼泽环境也对REE总量起控制作用,陆相环境下形成的煤其REE主要承载于碎屑颗粒和粘土矿物表面,受海水影响形成的煤其REE主要承载于细粒粘土矿物和凝胶化有机物,且以吸附和包容为主.有机REE化合物次之。REE的均化与再迁移在搬运、沉积和成岩阶段都在进行。 煤中REE地球化学特征一旦表现异常,则意味着煤层受其他地质作用影响,与其伴生的一些有害元素也有可能富集,增加煤对环境的潜在危害,应引起重视。加强REE特征异常煤的地质成因和与有害元素富集的成因联系研究,具有理论和现实意义。 2 稀土元素在矿产勘查中的应用 2.1 稀土元素在判别岩体含矿性方面的应用 稀土元素在判别岩体含矿性方面的应用比较广泛,特别是对岩浆矿床、岩浆热液矿床以及火山、次火山岩型热液矿床含矿性的研究已经比较成熟。由于岩体与成矿关系比较密切,有时岩体本身就是矿体。所以对岩体稀土元素特征的研究有助于对岩体含矿性的评价,特别是对已知含矿岩体与待评价岩体的对比,往往能起到比较好的评价效果。以岩浆矿床为例。岩浆矿床的矿床类型比较少,主要有与基性岩有关的铜镍硫化物矿床以及铬铁矿矿床,由于稀土元素的典型不相容性,使岩浆演化过程中稀土元素在固液两相间含量(分配系数小于1)和元素间比值发生差异。铜镍硫化物矿床是岩浆熔融、分异的产物[7],稀土元素特征具有稀土元素总量高、轻稀土富集的特征,同时由于铜镍硫化物矿浆对Yb元素极不相容,而对Lu 相对相容,从而使经历过铜镍硫化物矿浆熔离作用的成矿岩体Yb元素含量增高而Lu元素含量降低。所以根据岩体的稀土总量、轻重稀土元素分异值((La/Yb)N,(La/Sm)N,(Gd/Yb)N),D(Yb)和D(Lu)等判断基性岩体的铜镍含矿性。对同一地区不同岩体(已知含矿岩体和未知岩体)的稀土元素特征对比可以对未知岩体的含矿性进行评价。尹意求(2004)[8]对新疆吉木乃艾丁克罗赛岩体的含矿性进行了评价,主要是与本区的喀拉通克含矿岩体进行对比,发现二岩体的稀土元素分布型式相似,说明两者可能具有相似的物质来源,艾丁克罗赛岩体同样具有形成铜镍硫化物矿床的成矿条件。 2. 2构造岩稀土元素特征在找矿中的应用 断裂构造是成矿物质运移和沉淀的主要通道,在成矿中起着导矿、配矿和储矿的作用,同时也是良好的找矿标志。作为含矿流体运移通道和矿质沉淀空间的各种构造裂隙,由于其经过强烈的气液活动,所以在构造裂隙中保留了一些微观的稀土元素活动痕迹,使得与成矿有关的构造和没有经历成矿的构造之间在稀土特征上存在差别。马德云(2003)[9]对个旧矿区的构造岩稀土元素进行研究,认为构造岩的稀土富集程度、配分模式明显不同于围岩,而与矿石的稀土富集程度、配分模式相近,说明构造岩中与矿石中稀土来源相近。相对于构造不发育的围岩和岩体,构造岩的稀土元素异常能有效地代表成矿异常,能为隐伏矿的预测提供相关信息。 2.3 局限与不确定性 稀土元素在矿床学研究中的应用存在着一定的区域性限制和不确定性因素制约:在一个地区构建的稀土元素应用体系不能直接移植于其他地区,必须对其他地区的地质背景条件进行具体。不确定性是地质研究的共同特点,由于其形成的复杂性,同时还有一些假设条件不能完全满足,所以稀土元素的应用必须与其他地质-地球化学方法相结合,互相印证,以得出比较客观的认识。相信稀土元素的矿床学应用研究会取得不断的进展。 参考文献: [1]Eskenazy GM.Rare earth elements and yttrium in lithotypes of Bulgaria coals[J].Org.Geochem,1987(2). [2]王中刚,余学元,赵振华,等.稀土元素地球化学[M].北京:科学出版社,1989 [3]王运泉,任德贻,雷加锦,等.煤中微量元素分布特征初步研究[J].地质科学,1997(1) [4]赵志根,唐修义,李宝芳.淮南矿区煤的稀土元素地球化学[J].沉积学报,2000(3). [5]吴海欧,陈儒庆,林刚.煤的稀土元素地球化学[J].桂林冶金地质学院学报,1994(3) [6]黄文辉等,华北晚古生代煤的稀土元素地球化学特征黄文辉[J] .地质学报 [7]唐红松,刘月星.我国铜镍硫化物矿床的稀土元素地球化学特征[J].矿产与地质,1998,12(4) [8]尹意求,唐红松,李嘉兴,等.新疆吉木乃艾丁克罗塞岩体深部铜镍成矿评价[J].新疆地质,2004,22(4) [ 9]马德云,陶琰,高振敏,等.个旧锡矿区构造岩稀土元素特征及其找矿意义[J].地质与勘探,2003,39(6)