新疆哈尔交勘查区下二叠统卡拉岗组煤伴生稀有金属元素的分布规律和富集机理

The early Permian Kalagang Formation is important coal-bearing strata containing abundant coal deposit in the Haerjiao prospecting region located in the Altai Prefecture where coal resources are relatively scanty. According to the coal exploring and coal sample analysis, the niobium (42.9μg/g on average), Ta (13.1μg/g), Ga (19.2μg/g), REE+Y (234.6μg/g) and Zr concentrations (195.2μg/g) are highly enriched in these investigated coals and are 11.6, 46.8, 3.3, 3.5 and 5.4 times higher than those of worldwide coals, respectively, indicating significant resource value and prospecting potential for these rare metal elements associated with coals.. This study focuses on the abnormally enriched elements associated with coal preserved within the early Permian Kalagang Formation in the Haerjiao prospecting region, Xinjiang Province. Based on systematic researches on coal constituent and its distribution, this study contributes to determine the abundance, mode of occurrence and distribution of elements in the coals, partings and host rocks. Combined with geological setting, spatial distribution, geochemical and mineralogical characteristics, this research discusses enrichment process and genetic type of abnormal elements in material origin, mineralization setting and accumulation process. This provides theoretical guidance for finding and determining valuable ore deposit associated with coals in this region.

新疆哈尔交勘查区下二叠统卡拉岗组是近年在阿勒泰煤炭资源匮乏区发现的含有丰富煤炭资源的煤系地层，根据煤炭普查成果和已采样品的测试结果，煤中铌（42.9μg/g）、钽（13.1μg/g）、镓（19.2μg/g）、稀土元素+钇（234.6μg/g）和锆含量（195.2μg/g）明显富集和分别是世界煤含量的11.6、46.8、3.3、3.5和5.4倍，揭示上述煤伴生稀有金属元素具有很大的资源前景和勘探潜力。. 该项申请将以新疆哈尔交勘查区下二叠统卡拉岗组煤伴生异常稀有金属元素为重点研究对象，在系统开展该区煤的物质组成特征及其分布规律研究的基础上，查明煤层、夹矸和围岩中的元素丰度、赋存状态和分布规律；结合元素异常的地质背景、分布规律、地球化学和矿物学特征研究，从物质来源、成矿环境和聚集过程等方面探讨元素的富集过程和成因类型。此研究对该区煤伴生有益矿床的发现和确定具有重要的理论指导意义。

煤型有益金属矿床的发现和成矿机理的研究对建立国家资源安全体系具有重要意义。前期研究表明，新疆哈儿交二叠纪卡拉岗组煤中不同程度富集稀土、铌、钽、锆和铪等有益金属元素，但这些元素丰度的时空非均质性及控制因素以及地质因素耦合作用与元素富集的关系缺乏系统研究，成为制约该区煤型有益金属矿床研发利用的关键因素。该项目以哈儿交二叠纪煤中有益金属元素为重点研究对象，基于样品的系统采集以及矿物学和地球化学的系统调查，取得了以下主要成果：（1）研究区煤受深成变质作用和岩浆变质作用的双重影响，受岩体影响煤中矿物主要由绿泥石、伊利石和白云母组成，未受岩体影响煤中矿物主要由高岭石和坡缕石组成；（2）煤中绿泥石是富Fe的鲕绿泥石，起源于高岭石和富Fe-Mg流体的反应以及富Fe-Mg流体的单独自生沉淀。伊利石起源于高岭石和富K+流体的反应；（3）后生矿物矿化研究表明，在煤变质过程中主要出现三期热液流体的输入，从早到晚依次为富Fe-Mg流体、富Ca流体和富HS-流体，这些流体与侵入岩体密切相关；（4）研究区煤不同程度的富集稀土元素、Zr、Hf、Nb、Ta和Mn等，其中受岩体影响的煤更加富集这些元素。富集的Mn主要赋存于热液沉淀的铁白云石中。稀土元素主要赋存于锆石、锐钛矿和磷酸盐中。Zr、Hf、Nb和Ta主要存在于锆石中；（5）稀土元素的富集归因于碎屑物质输入和热液流体的影响，其中细分散状的锆石指示了碎屑成因，自生的磷镧镨矿、溶蚀的锐钛矿和Gd的正异常揭示了热液流体的活动；（6）稀有金属Zr、Hf、Nb和Ta的富集主要受控于热液流体的改造，热液流体导致先前存在矿物的破坏和Zr、Hf、Nb和Ta的释放，释放的这些元素重新分配和进入到锆石晶格，导致了Zr/Hf比值的增高和Nb/Ta比值的降低。以上这些主要成果可为研究区煤型有益金属矿床的研发利用奠定理论基础，也为区域构造演化提供煤地质学证据。