諶 敏，何明友，張 川，袁 璋

(1.湖南省城市地質(zhì)調(diào)查監(jiān)測(cè)所，湖南 長(zhǎng)沙 410000)(2.成都理工大學(xué)，四川 成都 610059)(3.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550081)(4.陜西省礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710068)

0 引 言

石煤中釩的開(kāi)發(fā)利用研究程度相對(duì)較高[1]，鉬也有很高的利用價(jià)值，但并沒(méi)有得到合理的開(kāi)發(fā)利用。鉬在石煤中含量?jī)H次于釩，經(jīng)常達(dá)到百分含量級(jí)[2-3]。關(guān)于石煤中鉬的研究主要集中于湘西地區(qū)，研究區(qū)域比較狹窄，研究程度不深。關(guān)于鉬的賦存狀態(tài)的研究也不夠深入，石煤中鉬的來(lái)源及成因尚不明確，富集機(jī)制有待進(jìn)一步研究[4-5]。

湖南省臨澧縣烽火礦區(qū)位于臨澧縣城東高家灘一帶，行政區(qū)劃隸屬臨澧縣望城鄉(xiāng)四新崗鎮(zhèn)所轄。本區(qū)石煤礦層主要賦存于寒武系紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組下部，總體構(gòu)造為單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀較陡，南部近似直立。礦體形態(tài)：Ⅲ礦層呈似層狀、透鏡狀，Ⅱ礦層呈層狀、似層狀。厚度品位變化：Ⅲ礦層厚度變化大，品位變化較穩(wěn)定；Ⅱ礦層走向上厚度變化較大，傾向上厚度變化不大，品位變化較穩(wěn)定。石煤工業(yè)礦體分布連續(xù)，礦區(qū)對(duì)Ⅱ礦層伴生多金屬礦石釩礦(V2O5)和鉬礦(Mo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)(據(jù)了解，石煤燃燒后，可進(jìn)行回收，僅需分類(lèi)型進(jìn)行燃燒，然后選礦利用)，按《礦產(chǎn)資源工業(yè)要求手冊(cè)》(2014年修訂本)和《湖南省部分礦種礦床一般工業(yè)指標(biāo)(試行)》的通知及參照相鄰礦區(qū)“常德太陽(yáng)山礦區(qū)”的工業(yè)指標(biāo)，提出本礦區(qū)工業(yè)指標(biāo)建議，并報(bào)湖南省國(guó)土資源廳批復(fù)本礦區(qū)工業(yè)指標(biāo)如下：邊界發(fā)熱量3.34 MJ/kg(800大卡/千克)，最低工業(yè)發(fā)熱量4.18 MJ/kg(1000大卡/千克)，最小可采厚度2 m，夾石剔除厚度2 m，伴生釩、鉬礦綜合評(píng)價(jià)要求V2O50.1%、Mo 0.01%。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域內(nèi)出露地層有青白口系(Qb)、南華系(Nh)、震旦系(Z)、寒武系(∈)、古近系(E)零星出露，第四系(Q)廣布(見(jiàn)圖1)。

本區(qū)處于雪峰隆起區(qū)北東端與洞庭盆地的交接過(guò)渡部位，區(qū)域構(gòu)造線方位為北北東向。太陽(yáng)山背斜為本區(qū)的主體構(gòu)造，它的發(fā)生和發(fā)展，控制著本區(qū)構(gòu)造形態(tài)和展布。

太陽(yáng)山背斜，軸向?yàn)楸睎|20°左右，其軸線在平面上呈近“S”型，背斜軸部地層為青白口系、震旦系；背斜東翼地層出露不全，為大片第四系所覆蓋，西翼地層在太陽(yáng)山一帶出露較齊全，依次為南華系、震旦系、寒武系、奧陶系。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地 層

礦區(qū)出露的地層有寒武系紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)、震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dy)、震旦系下統(tǒng)陡山沱組(Z1d)、南華系上統(tǒng)南沱組(Nh3n)、南華系下統(tǒng)長(zhǎng)安組(Nh1c)，基巖出露主要分布在礦區(qū)東部，第四系不整合于上述各時(shí)代地層之上。主要含礦層位為寒武系紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)，上部為灰黑色、黑色炭質(zhì)頁(yè)巖；下部為黑色高炭質(zhì)頁(yè)巖(石煤)，底部常含V、Mo、Ni等各種金屬元素[6-9]。

圖1 臨潼縣烽火礦區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

2.2 構(gòu) 造

該區(qū)位于雪峰隆起區(qū)北東端與洞庭盆地的交接過(guò)渡部位，即臨澧斷塊與太陽(yáng)山背斜北部西翼的交接過(guò)渡部位。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)受太陽(yáng)山構(gòu)造體系控制，為一單斜構(gòu)造，即太陽(yáng)山背斜西翼。構(gòu)造線主體方向近南北向，在平面上呈近“S”形態(tài)；巖層傾向200°～280°，傾角30°～60°，南部較陡傾角為70°～80°。在震旦系地層中，特別是陡山沱組(Z1d)地層中(巖堰水庫(kù)一帶)，發(fā)育有平緩而開(kāi)闊的次級(jí)褶皺和次級(jí)小斷裂構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)北部發(fā)育有規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造；南端主要通過(guò)工程揭露及少量地表基巖露頭情況分析，斷裂構(gòu)造發(fā)育。該區(qū)斷層對(duì)礦層有缺失及走向上位移不連續(xù)影響。

2.3 圍巖蝕變

礦區(qū)內(nèi)僅寒武系紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)及震旦系地層見(jiàn)板狀頁(yè)巖，為淺變質(zhì)形成。局部見(jiàn)硅化現(xiàn)象，對(duì)石煤層的石煤質(zhì)量影響小。

3 礦體特征

礦區(qū)石煤主要賦存于寒武系紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)下部，見(jiàn)2個(gè)工業(yè)礦層即Ⅱ、Ⅲ石煤層。其厚度較大，且較穩(wěn)定，發(fā)熱量較高。區(qū)域上分布的震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dy)中部石煤層(Ⅰ石煤層)在本區(qū)巖性相變?yōu)樘抠|(zhì)頁(yè)巖、頁(yè)巖夾硅質(zhì)頁(yè)巖，發(fā)熱量低，無(wú)工業(yè)價(jià)值。

3.1 含礦巖系特征及形態(tài)分布

含礦巖系(見(jiàn)圖2)自上而下分為：

(1)灰黑色、黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，炭泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層板狀構(gòu)造，水平微層理發(fā)育，含星點(diǎn)狀、條帶狀黃鐵礦；局部見(jiàn)硅化，夾泥質(zhì)、云質(zhì)灰?guī)r透鏡體。發(fā)熱量低于3.34 MJ/kg，厚度>100 m。

(2)石煤層(Ⅲ礦層)：深灰色、黑色。高炭質(zhì)頁(yè)巖，炭泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁(yè)理狀、板狀構(gòu)造，稍污手；斷口呈貝殼狀，層面見(jiàn)油脂光澤；見(jiàn)星點(diǎn)狀、條帶狀黃鐵礦。石煤層厚度1.27～26.67 m，平均厚度11.39 m，變化系數(shù)87%，走向上厚度變化由南往北變薄，厚度變化較大，傾向上由淺至深變厚。礦層層位較穩(wěn)定，呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致傾向西。伴生多金屬礦含量較低Mo 0.02%～0.025%,Ni 0～0.03%，V2O50.091%～0.515%。

圖2 烽火礦區(qū)石煤巖系柱狀對(duì)比圖

(3)灰黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，炭泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁(yè)理板狀構(gòu)造，見(jiàn)星點(diǎn)狀、條帶狀黃鐵礦；局部夾淺灰色鈣質(zhì)頁(yè)巖，與下伏礦層和上覆礦層無(wú)明顯分界僅發(fā)熱量低于3.34 MJ/kg；該層厚度由淺部往深部增厚，厚度25.16～70.30 m。

(4)石煤層(Ⅱ礦層)，黑色高炭質(zhì)頁(yè)巖，炭泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，磷片狀構(gòu)造，頁(yè)理較發(fā)育，層面見(jiàn)油脂光澤，疏松易碎，污手；底部富含磷質(zhì)、硅質(zhì)、灰質(zhì)、黃鐵礦結(jié)核；下部夾泥質(zhì)、云質(zhì)灰?guī)r透鏡體。石煤層厚度2.62～9.74 m，平均厚度5.43 m，變化系數(shù)40%；走向上以高家灘為中心向南北方向變薄，其厚度變化較大，傾向上厚度變化不大；礦層層位較穩(wěn)定，呈層狀、似層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀與圍巖一致，傾向西。伴生多金屬礦以釩礦為主：V2O5單樣含量0.114%～1.438%，單工程組合含量0.30%～0.84%；鉬鎳含量較低，Mo單樣含量0.003%～0.057%，單工程組合含量0.01%～0.033%；Ni含量0.001%～0.048%。

(5)黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，夾硅質(zhì)頁(yè)巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁(yè)片狀構(gòu)造，偶含磷質(zhì)、硅質(zhì)結(jié)核，硅質(zhì)頁(yè)巖往下逐漸增多。與下伏燈影組(Z2dy)地層無(wú)明顯的分界，厚度0.37～8.22 m。

(6)灰黑色深灰色條帶狀硅質(zhì)巖，夾硅質(zhì)頁(yè)巖、云質(zhì)灰?guī)r或云巖透鏡體，厚度>30 m。

3.2 礦石質(zhì)量

礦區(qū)石煤層賦存于寒武系紐芬蘭統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)下部，見(jiàn)工業(yè)礦層2層即Ⅱ、Ⅲ礦層。石煤燃燒時(shí)發(fā)紅，很少有火焰，無(wú)煙，具濃硫磺味，殘?jiān)松苫摇⒒野?、褐黃色及暗紅色。石煤層主要礦物成份為：炭泥質(zhì)60%、隱晶質(zhì)石英25%、次為白云石、黃鐵礦、方解石、絹云母、水云母。主要化學(xué)成份含量為：固定碳9.95%～10.02%，SiO265.29%,Al2O35.65%,CaO 2.40%，MgO 1.19%，F(xiàn)e2O30.333%，P2O50.333%，K2O 1.33%。

3.2.1 Ⅲ礦層

Ⅲ礦層單樣發(fā)熱量3.53～6.11 MJ/kg，單工程發(fā)熱量3.69～4.86 MJ/kg，礦層組合發(fā)熱量4.64 MJ/kg，變化系數(shù)7.9%；其發(fā)熱量在傾向和走向上變化不大，均較穩(wěn)定。其它組分平均含量灰份81.61%，揮發(fā)份9.08%，固定碳8.57%，水份0.94%，全硫2.96%。

3.2.2 Ⅱ礦層

Ⅱ礦層單樣發(fā)熱量3.72～7.89 MJ/kg，單工程發(fā)熱量4.18～5.98 MJ/kg，礦層組合發(fā)熱量4.70 MJ/kg，變化系數(shù)16.7%；其發(fā)熱量在走向和傾向上較穩(wěn)定，由上往下發(fā)熱量總體增高。其它組份平均含量：灰份80.09%，揮發(fā)份10.17%，固定碳10.19%，水份0.73%，全硫3.37%。

3.2.3 有益有害組分

3.2.3.1 有益組分

石煤層為含多金屬含礦層位，經(jīng)采樣基本分析和組合分析(見(jiàn)表1)，主要有：V2O5，單樣含量0.114%～1.438%，平均含量0.51%；Mo單樣含量0.003%～0.057%，平均含量0.02%；Ag最高可達(dá)13 g/t，平均含量1.82 g/t。Pt經(jīng)22個(gè)樣品分析：有18個(gè)樣<0.05 g/t，1個(gè)樣為0.68 g/t，其他3個(gè)樣分別為0.08、0.11、0.3 g/t。其他有益組分含量均低。

3.2.3.2 有害組分

石煤有害組分主要有U、As、Hg、Pb、Cd、S等，見(jiàn)表2。

從表2可看出：有害元素含量均較低，一般不構(gòu)成危害，但石煤中普遍含硫較高，易造成環(huán)境污染。

3.3 礦石類(lèi)型和品級(jí)

3.3.1 礦體(層)的次生變化

石煤的次生變化主要指石煤的風(fēng)化。由于地表的物理風(fēng)化作用與地表水及地下水的淋濾侵蝕作用，石煤易于風(fēng)化，使炭質(zhì)全部或部分流失，發(fā)熱量顯著降低。地表石煤強(qiáng)風(fēng)化呈灰、灰白、棕黃色的粘土、亞粘土。質(zhì)較輕而松軟，粘手，具可塑性，其上常有薄層浮土掩蓋，向深部逐漸變?yōu)榛疑罨疑谏簩印?/p>

表1 石煤層(Ⅱ礦層)稀散元素分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表2 石煤(Ⅱ礦層)有害元素統(tǒng)計(jì)表

石煤風(fēng)化深度與地形、浮土掩蓋深度，裂隙發(fā)育程度有關(guān)，工程揭露風(fēng)化的垂直深度一般為5～15 m。

3.3.2 礦石類(lèi)型

石煤類(lèi)型以硅酸鹽為主，次為碳酸鹽型及二者的混合型，但難以區(qū)分。

石煤的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造主要取決于沉積環(huán)境與沉積條件及礦物組成的嵌布關(guān)系；組成石煤的主要礦物成分是炭泥質(zhì)和隱晶質(zhì)石英，它們相互混雜并緊密連生在一起，呈致密塊狀構(gòu)造、板狀構(gòu)造，炭泥質(zhì)結(jié)構(gòu)；石煤的顯微結(jié)構(gòu)主要為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，其次為含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)及粉砂、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)的過(guò)渡類(lèi)型結(jié)構(gòu)；顯微構(gòu)造一般呈細(xì)線理狀構(gòu)造或顯微層狀構(gòu)造，表現(xiàn)為炭泥質(zhì)成細(xì)條帶或線理狀定向排列。

3.3.3 礦石品級(jí)

石煤是一種低發(fā)熱量、高硫、高灰份的燃料資源；但發(fā)熱量變化較穩(wěn)定，有益有害元素含量極低，沒(méi)有對(duì)其品級(jí)劃分的規(guī)范要求。

3.4 礦體(層)圍巖和夾石

Ⅱ、Ⅲ礦層頂?shù)装寰鶠楹谏抠|(zhì)頁(yè)巖，巖石礦物成分同石煤層，但發(fā)熱量均小于3.34 MJ/kg，與石煤層呈漸變關(guān)系。Ⅱ礦層間接底板為震旦系上統(tǒng)燈影組(Z2dy)硅質(zhì)巖夾白云巖。Ⅱ、Ⅲ礦層中夾石均為黑色炭質(zhì)頁(yè)巖，巖石礦物成分同石煤層，僅發(fā)熱量較低。

4 礦床成因分析

本區(qū)礦層層位沉積物特征以炭泥質(zhì)為主。沉積物粒度細(xì)而均勻，水平微層理清晰。沉積物總的厚度變化不大，底部含磷結(jié)核層較薄，與下伏震旦系地層為整合接觸，說(shuō)明當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境較穩(wěn)定，無(wú)大的振蕩運(yùn)動(dòng)，以致可連續(xù)沉積厚數(shù)百米的炭質(zhì)層。沉積物普通多黃鐵礦，故沉積作用是在氧化還原界面以下進(jìn)行的。

在當(dāng)時(shí)無(wú)高等陸生植物繁生，有機(jī)質(zhì)來(lái)源應(yīng)是海水中的藻類(lèi)、菌類(lèi)、生孢粉之類(lèi)的原始低等生物。在適當(dāng)?shù)膒H值(約7～8)水介質(zhì)中，滯流的水體較強(qiáng)的還原條件下，經(jīng)微生物的化學(xué)作用分解成一種膠泥，與其遺體相結(jié)合沉積而成。由于微生物的分解作用，產(chǎn)生大量的H2S，所以普遍多黃鐵礦[10]。

一些研究資料表明[11-14]：釩與大量的浮游生物、底棲生物成因的(頁(yè)巖)有機(jī)質(zhì)共生，與主要由地表植物形成的(泥炭煤)有機(jī)質(zhì)共生較少。所以有機(jī)質(zhì)來(lái)源于海水中的生物而非地表陸生植物。故本區(qū)含釩較高，部分樣段可達(dá)工業(yè)品位。

綜上所述，本區(qū)石煤是在濱海瀉湖環(huán)境下的同生機(jī)械-化學(xué)沉積而成的石煤礦床，伴生的釩礦，具有綜合評(píng)價(jià)意義[15-17]。

5 結(jié) 論

區(qū)內(nèi)伴生多金屬礦只對(duì)石煤層發(fā)熱量達(dá)工業(yè)品位的樣段進(jìn)行基本分析、評(píng)價(jià)，區(qū)內(nèi)伴生各金屬礦以釩礦為主，次為鉬礦。Ⅲ礦層中Mo、Ni、V2O5含量均低，Mo 0.020%～0.025%,Ni 0.00%～0.03%,V2O50.091%～0.515%(僅個(gè)別樣達(dá)到工業(yè)要求，其平均含量均小于0.3%，不能圈出礦層，整個(gè)礦層單工程V2O5選礦較難)，達(dá)不到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)要求，不具綜合評(píng)價(jià)意義。Ⅱ礦層中V2O5單樣含量0.114%～1.438%，單工程組合含量0.30%～0.84%，礦層平均品位0.51%，其含量在礦層中由上往下增高，較高品位集中在礦層的底部；Mo、Ni含量低，Mo單樣含量0.003%～0.057%,單工程組合含量0.01%～0.033%，礦層平均含量0.02%；Ni單樣含量0.01%～0.048%。按湖南省國(guó)土資源廳批復(fù)的工業(yè)指標(biāo)要求，Ⅱ礦層V2O5及Mo具有綜合利用價(jià)值。