新疆伊犁盆地煤中稀土元素异常富集机理研究

The Yili Basin in Xinjiang Province, NW China hosts several large sandstone-type uranium deposits as well as large coal resources. No matter in sandstones or coals from the Yili Basin, rare earth elements (REE) are generally not rich. However, the applicant has found the significant enrichment of REE in a coal ply associated with sandstone-type uranium deposit within the Jurassic Shuixigou sedimentary group. Previous study has proposed a model for uranium enrichment in Yili Jurassic coals, but apparently such model does not fit the REE enrichment in Yili Basin. In this project, we will adopt the methodology of coal geology and uranium mineralization to study the modes of occurrence of REE, the role of organic matter in REE enrichment and the co-enrichment of REE and U in Yili Jurassic coal. Based on these studies, the enrichment mechanism for REE in Yili coal will be proposed. The study for REE is beneficial to acquiring important information of the source, geological evolution, paleo-sedimentary environment and elemental mineralization of the Jurassic sandstone-type uranium deposit and coals in Yili Basin. The research on REE enrichment mechanism associated with uranium ore deposit will forward the theory of coal-hosted rare metal deposit and will also be of significance to enrich coal geology itself.

我国新疆伊犁盆地内赋存了一系列大型砂岩型铀矿和大量的煤炭资源，但一般认为无论是盆地内砂岩还是煤中的稀土元素均不富集。申请者在伊犁盆地侏罗系水西沟群内与砂岩铀矿伴生的煤层中发现了稀土元素异常富集的现象。前人虽对伊犁盆地侏罗纪煤中铀的富集模式做了研究，但该模式不能解释伊犁煤中稀土元素的富集。本项目以伊犁煤中尚未深入研究的稀土元素为对象，拟采用煤地质学和铀矿床学的方法对煤中稀土的赋存状态、有机质在稀土元素富集中的作用、稀土元素与铀的共富集等方面进行深入分析，拟提出伊犁盆地煤中稀土元素的富集机理。对伊犁煤中稀土元素富集机理的研究将有助于提升对伊犁盆地侏罗纪砂岩铀矿和煤的物质来源、地质历史演化、古沉积环境、元素成矿机理的认识。对伊犁盆地煤中与铀共伴生的稀土元素富集成机理的研究，亦将进一步完善煤型稀有金属元素的成矿理论，对丰富煤地质学具有重要的意义。

项目针对新疆伊犁盆地煤中稀土元素异常富集现象，从伊犁盆地侏罗纪水西沟群的中下部第VII旋回（洪海沟矿床）和第V旋回（库捷尔太矿床）地层中采集了58个样品（包括煤层顶底板及部分与煤直接接触的砂岩铀矿石），运用了矿物学、矿床学、地球化学等手段对样品进行分析。结果显示大部分库捷尔太矿床样品的显微组分均以镜质组为主（88.46%-100%；去矿物基），平均随机反射率为0.30%-0.46%；洪海沟矿床样品部分样品以镜质组为主，部分以惰质组为主，反射率介于0.34%至0.45%之间。两个矿床煤样煤级演化程度均较低，属褐煤。煤化学分析方面，库捷尔太矿床样品灰分产率范围4.58%-67.71%，挥发分产率16.73%-44.14%，水分含量均较低（3.41%-8.30%）。而洪海沟煤水分含量范围为6.06%-24.21%，灰分产率为10.58%-58.79%，挥发分产率为18.96%-42.87%。大部分样品中硫含量较低，以硫铁矿硫为主。总体而言，无论是洪海沟还是库捷尔泰矿床中与铀矿共生的煤层的煤质并不好，工业利用价值较低。.样品中稀土元素总量ΣREE在17.8-1589 μg/g，其中洪海沟煤样中的稀土元素含量为17.8-154.8 μg/g；而库捷尔泰矿床中采集的煤样的稀土元素总量则相对要高很多，ΣREE在60.2-1589 μg/g，大部分煤样中的稀土总量均超过了200 μg/g，煤层底板炭质泥岩中检测出了此次研究的最高值（1589 μg/g）。煤中稀土元素含量低于顶底板及夹矸中稀土元素总量，样品总体呈现出轻稀土富集的右倾型分配模式，轻重稀土的分异明显，呈现明显的Ce和Eu的明显负异常。.研究表明新疆伊犁盆地煤中稀土元素主要以水磷铈石和磷钇矿为主，而铀则以铀石和沥青铀矿的形式存在。铀在煤层中的富集受到了层间氧化带型成矿作用的影响，煤层与卷状矿体的重叠和煤层的吸附作用造成了煤中铀的富集。而稀土元素在库捷尔泰矿床中第V旋回煤中富集的机理是盆地周边酸性岩浆风化蚀变释放的稀土元素和铀元素随着地下水流动在含矿含水层内形成碱性的碳酸根离子，当遇到还原性环境时，铀和稀土则共同沉淀。室内搅拌浸出和常规柱浸试验结果也证明了煤中铀和稀土元素无法被酸法地浸采铀工艺浸出。