寧樹正，黃少青，嚴(yán)曉云，代國標(biāo)，朱士飛，徐 強(qiáng)，徐小濤，張 莉，劉 亢

（1.中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039；2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083；3.中國地質(zhì)學(xué)會，北京 100037；4.江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院（中國煤炭地質(zhì)總局檢測中心），江蘇 徐州 221006）

鎵和鍺是非常稀有的新興戰(zhàn)略性關(guān)鍵礦產(chǎn)，被稱為“半導(dǎo)體工業(yè)的糧食”，在半導(dǎo)體材料、新能源等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，已被列入我國戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄，也先后被歐盟、美國、日本等列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄/關(guān)鍵礦產(chǎn)目錄。2023 年7 月3 日，商務(wù)部和海關(guān)總署發(fā)布公告稱，為維護(hù)國家安全和利益，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，決定自2023 年8 月1 日起對鎵、鍺相關(guān)物項實施出口管制[1]。

鍺是地殼中最分散的元素之一，含鍺的礦石非常少見，具有親石、親鐵、親硫、親有機(jī)質(zhì)等性質(zhì)，同時具有高紅外折射率、低色散率等光學(xué)性質(zhì)和優(yōu)良的力學(xué)性能[2]。鍺原材料的主要來源為褐煤鍺礦、鉛鋅冶煉副產(chǎn)品。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）數(shù)據(jù)，全球已探明的鍺保有儲量僅為8 600 金屬t，主要分布在美國、中國和俄羅斯。其中，美國鍺儲量占全球鍺儲量的45%，而中國占比為41%[3]。鎵是一種銀白色的稀有金屬，在自然界中含量非常稀少，在地殼中占總量的0.001 5%。目前90%以上的原生鎵都是在生產(chǎn)氧化鋁過程中提取的，其熔點低、沸點高，具有高導(dǎo)電性、中等導(dǎo)熱性和液態(tài)低毒等特性，是一種優(yōu)秀的合成智能材料的原料，在半導(dǎo)體、航空航天測控、核物理探測、光纖通訊等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。全球已探明的金屬鎵儲量僅27.93 萬t，而中國擁有其中的19 萬t，占比在68%左右。隨著哈薩克斯坦、匈牙利、德國、烏克蘭等國家相繼停止鎵生產(chǎn)，我國鎵生產(chǎn)量占全球產(chǎn)量比例已達(dá)90%[3]。

根據(jù)相關(guān)報道[4]，在我國對鍺鎵出口管制消息公布之后，大量來自美日歐的買家向我國相關(guān)企業(yè)詢問鎵鍺產(chǎn)品的價格及供應(yīng)情況，這也體現(xiàn)了我國在鍺鎵資源領(lǐng)域的地位。我國的鍺資源和鎵資源的儲量和產(chǎn)量均居世界前列，兩種礦產(chǎn)品的相關(guān)礦業(yè)公司的產(chǎn)量和產(chǎn)能也居世界第一位，在全球供給市場中占比高，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)鏈上游。但隨著需求端的不斷增長，我國鍺鎵資源儲量上的優(yōu)勢正在不斷下降，因此，需要尋找新的鍺鎵資源儲量，以穩(wěn)固我國的資源優(yōu)勢。

1 我國鍺鎵資源現(xiàn)狀

1.1 鍺資源現(xiàn)狀和分布情況

我國鍺資源儲量豐富且分布較為廣泛，根據(jù)《2022 年全國礦產(chǎn)資源儲量統(tǒng)計表》，截至2022 年，全國已探明鍺金屬儲量2 333.47 t，是全球第二大鍺資源儲量國。目前國內(nèi)已知鍺礦產(chǎn)地有35 處，分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)、云南省、廣東省、吉林省、山西省、四川省、廣西壯族自治區(qū)、貴州省、青海省、甘肅省、湖北省、江蘇省等12 個省份，其中，內(nèi)蒙古自治區(qū)和云南省儲量最多。內(nèi)蒙古自治區(qū)鍺儲量居全國第一位，但其品位較低，礦床經(jīng)濟(jì)價值低，而云南省的鍺礦床便于開采。

我國鍺主要來源于鉛鋅礦和含鍺褐煤的開采，云南省作為我國鍺資源儲量大省，擁有豐富的鉛鋅礦和富鍺煤礦。作為典型鉛鋅礦床的會澤鉛鋅礦床含有富鍺方鉛礦、黃鐵礦和閃鋅礦等多種礦物，鉛鋅品位較高，鍺儲量可達(dá)500～600 t，是我國主要的鉛鋅鍺生產(chǎn)基地之一[5]。云南省富鍺煤礦比鉛鋅礦更為豐富，在滇西褐煤中已發(fā)現(xiàn)的具有工業(yè)價值的礦區(qū)有4 個，分別為幫賣礦區(qū)（600 t）、臘東礦區(qū)（132 t）、芒回礦區(qū)（257 t）和等噶礦區(qū)（67 t）。除芒回礦區(qū)未進(jìn)行開采外，其他礦區(qū)皆處于開采階段。其中，等噶礦區(qū)開采時間最長，開采歷史近40 a，是我國的危機(jī)礦山之一[6]。

1.2 鎵資源現(xiàn)狀和分布情況

根據(jù)自然資源部統(tǒng)計數(shù)據(jù)，截至2022 年，全國探明鎵資源儲量28 865.64 t，占全球儲量的85%。我國鎵資源分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)、四川省、廣西壯族自治區(qū)，所占比重分別為79%、8%和3%，其他省份合計占比為10%。內(nèi)蒙古自治區(qū)鎵資源主要伴生在煤礦中，四川省鎵資源主要伴生在攀枝花鐵礦中，廣西壯族自治區(qū)鎵資源主要伴生在鋁土礦中[7]。我國鎵礦床類型多樣，成因復(fù)雜，部分學(xué)者將含鎵礦床劃分為巖漿礦床、偉晶巖礦床、氣成-熱液礦床、熱液礦床、風(fēng)化礦床和沉積礦床等6 種類型[8-9]。然而，鎵作為典型的分散稀有金屬，按其賦存介質(zhì)劃分類型更有意義。就賦存介質(zhì)而言，我國鎵資源主要賦存在煤礦、巖漿型釩鈦磁鐵礦、沉積型鋁土礦以及少量斑巖型Cu-Mo 礦中。其中，沉積鋁土礦型鎵礦石的品質(zhì)以廣西壯族自治區(qū)的為最好，品位在3 000～8 700 μg/g 之間，平均品位為5 500 μg/g[10]；沉積鋁土礦型鎵礦在河南省和山西省也有分布，品位一般在4 000～15 000 μg/g 之間[11-12]；巖漿型釩鈦磁鐵礦中伴生的鎵礦石主要分布在四川省攀枝花市，品位在1 400～2 800 μg/g 之間，平均品位為1 900 μg/g，選礦后精礦中鎵含量更為富集，平均品位達(dá)到5 200 μg/g。攀枝花釩鈦磁鐵礦中鎵儲量巨大，鎵金屬量總計達(dá)9.24 萬t，約占全國儲量的50%[13]。富鎵煤礦分布范圍廣泛，主要賦存在我國北方地區(qū)和四川盆地，以內(nèi)蒙古自治區(qū)和山西省最為典型，主要涉及7 個成礦帶：二連-海拉爾成礦帶、天山成礦帶、陰山南麓成礦帶、太行山東成礦帶、祁連-秦嶺成礦帶、四川盆地成礦帶和川滇黔成礦帶[14]；典型礦床主要為五一煤礦、紅旗煤礦等；主要特征為儲量大、品位變化大、經(jīng)濟(jì)開發(fā)價值變化大。

2 我國煤系鍺鎵資源分布及資源潛力

2.1 煤系鍺資源分布及資源潛力

我國多數(shù)煤系鍺含量為0.5～10.0 μg/g，平均含量為4 μg/g，少數(shù)樣品中鍺含量超過20 μg/g[15]。我國將煤系鍺礦床的邊界品位定為20 μg/g，本文將煤系鍺含量超過20 μg/g 視為煤系鍺富集異常。我國煤系鍺富集異常分布的成煤時代包括新近紀(jì)、早白堊世、侏羅紀(jì)、二疊紀(jì)和石炭紀(jì)。我國煤系鍺富集異常點主要分布于以下區(qū)域：海拉爾-二連盆地、鄂爾多斯盆地周緣、郯廬大斷裂一帶及滇西-滇中盆地，其余地區(qū)煤系鍺富集異常點均為零星分布[14]。

2.1.1 海拉爾-二連盆地

東北賦煤區(qū)海拉爾-二連盆地為我國煤系鍺富集異常最主要的分布區(qū)域。二連盆地煤系鍺富集異常發(fā)育于下白堊統(tǒng)煤層，主要分布在勝利煤田、巴其北煤田、五間房煤田，其中，勝利煤田的烏蘭圖嘎礦煤系鍺形成礦床（表1）。杜剛等[16]在勝利煤田6-1 號煤層檢測到煤系鍺含量平均值為244.0 μg/g，異常高值達(dá)到820.0 μg/g。海拉爾盆地煤系鍺富集異常發(fā)育于下白堊統(tǒng)大磨拐河組煤層[17-18]，主要分布在伊敏煤田五牧場礦區(qū)、大雁礦區(qū)和五九礦區(qū)一帶，以伊敏煤田的五牧場礦區(qū)最為富集，根據(jù)收集資料統(tǒng)計，五牧場礦區(qū)大磨拐河組煤層煤系鍺含量平均值為43.6 μg/g，最大值達(dá)到470 μg/g（表1）。

表1 我國煤系鍺分布情況Table 1 Distribution of germanium in coal-bearing strata in China

目前，烏蘭圖嘎煤鍺礦已經(jīng)開始進(jìn)行開發(fā)利用，二連盆地和海拉爾盆地下白堊統(tǒng)煤層有較好的煤鍺礦成礦前景，白音霍布爾礦區(qū)下白堊統(tǒng)6 號煤層鍺含量平均值達(dá)65.0 μg/g，伊敏煤田五牧場礦區(qū)大磨拐河組10-3 號煤層、10-5 號煤層、12 號煤層、13-4+5號煤層、14-4 號煤層、14-6 號煤層鍺平均含量都超過15 μg/g，均具有較好的開發(fā)利用潛力。

2.1.2 鄂爾多斯盆地邊緣

在鄂爾多斯盆地邊緣零星分布煤系鍺富集異常點，對甘肅省紅水煤田進(jìn)行元素分析發(fā)現(xiàn)，存在煤系鍺富集異?，F(xiàn)象。礦區(qū)煤層鍺元素含量統(tǒng)計見表1。其中，煤系鍺平均含量達(dá)到邊界品位的煤層：方家井四個山礦區(qū)有5 層（20 號煤層、12 號煤層、11 號煤層、10-1 號煤層、8 號煤層），冰草灣井田有2 層（13 號煤層、5 號煤層），方家井西有5 層（15-5 號煤層、12-2號煤層、10-1 號煤層、8-2 號煤層、1 號煤層）。方家井四個山礦區(qū)的煤系鍺含量最大值大于40 μg/g，冰草灣井田煤系鍺含量最大值略小于40 μg/g，方家井西10-1 號煤層和5 號煤層鍺含量最大值大于30 μg/g。此外，在內(nèi)蒙古自治區(qū)的東勝礦區(qū)，陜西省銅川礦區(qū)、神北礦區(qū)和寧夏回族自治區(qū)寧南煤田的個別煤礦或井田均發(fā)現(xiàn)煤系鍺富集異常點，張金青等[19]研究發(fā)現(xiàn)東勝煤田后石圪節(jié)煤礦2 號煤層中鍺含量平均值為101.0 μg/g，達(dá)到工業(yè)品位。

2.1.3 滇西-滇中盆地

云南省主要的煤系鍺礦點主要分布在滇西的臨滄地區(qū)，已探明儲量3 192 t，目前居全國第一位。此外，還有已發(fā)現(xiàn)開采鍺資源有工業(yè)價值的礦區(qū)：幫賣礦區(qū)（大寨鍺礦和中寨鍺礦）、臘東（白塔）礦區(qū)、芒回礦區(qū)。其中，最大的鍺礦是位于幫賣礦區(qū)的大寨鍺礦和中寨鍺礦，儲量約為1 620 t，屬超大型鍺礦床。另外，潞西盆地、瀾滄盆地、騰沖盆地、滄源盆地等盆地均發(fā)現(xiàn)鍺的高度異常。云南省阿直礦區(qū)、寶山礦區(qū)、老牛場礦區(qū)、羅木礦區(qū)也均有鍺異常點分布，鍺含量普遍為10～20 μg/g，有零星的異常點超過煤系伴生鍺的工業(yè)品位要求（表1）。

2.1.4 其他區(qū)域

滕縣煤田石炭系-二疊系煤層中發(fā)現(xiàn)煤系鍺富集異常，煤系鍺含量一般為1.48～24.12 μg/g，有107 處異常點達(dá)到工業(yè)品位，其中，柴里井田59 號孔17 號煤層含量最高，達(dá)到80 μg/g。鍺的富集異常點多分布在含煤性最好的滕南地區(qū)的柴里井田和蔣莊井田，并且能連成片，而在滕北地區(qū)則分布零散。從垂向剖面來看，煤系鍺富集異常點多在底部17 號煤層、18 號煤層[20]。滕縣煤田煤系鍺富集異常發(fā)現(xiàn)較早，但是并沒有得到重視，目前該區(qū)域煤炭資源開發(fā)殆盡，煤系鍺的富集只具有學(xué)術(shù)研究價值。

山西省大同市廣靈礦區(qū)的羅疃井田和板塔寺井田煤系發(fā)現(xiàn)鍺的富集，含煤地層為下侏羅統(tǒng)下花園組，板塔寺井田6 號煤層煤系鍺含量為31.94 μg/g，為板塔寺井田含鍺礦體；羅疃井田3 號煤層、4 號煤層、8 號煤層屬鍺礦體，煤系鍺含量為12.2～29.2 μg/g。2004 年6 月，山西煤田地質(zhì)研究所提交的《大同市廣靈礦區(qū)煤系鍺資源調(diào)查報告》，計算出羅疃井田和板塔寺井田中的煤系鍺資源量為51.6 t。

此外，在遼寧省鐵法煤田曉南煤礦也出現(xiàn)了較明顯的鍺異常點分布，14 號煤層鍺平均含量達(dá)27 μg/g。四川盆地周邊井田二疊系煤層，湖南省韶山清溪沖礦區(qū)上二疊統(tǒng)煤層，浙江省煤山礦區(qū)上二疊系統(tǒng)煤層、嵊縣新近系煤點和廣東省茂名礦區(qū)古近系褐煤系都有鍺富集異常點發(fā)現(xiàn)。其中，浙江省嵊縣煤點的煤系鍺含量最高，達(dá)到3 000 μg/g 以上；另外，河北省的蔚縣礦區(qū)曾報道開展過煤系鍺的綜合開發(fā)利用工作（表1）。

2.2 我國煤系鎵分布及資源潛力

鎵作為典型的稀散元素，在煤系中的含量很低，我國煤系鎵的含量一般為2～20 μg/g，少數(shù)煤田中的鎵含量超過30 μg/g[9]。我國將煤系鎵的工業(yè)品位確定為30 μg/g，本文將煤系鎵含量超過30 μg/g 視為煤系鎵富集異常。我國煤系鎵富集異常分布成煤時代包括早白堊世、侏羅紀(jì)、二疊紀(jì)和石炭紀(jì)。在陰山南麓準(zhǔn)格爾煤田和山西省北部石炭系-二疊系煤田，新疆準(zhǔn)東煤田侏羅系煤層中鎵富集異常點出現(xiàn)成片分布情況，其余地區(qū)的不同成煤時代煤層中鍺富集異常點零星分布，如四川盆地周邊、重慶市南武礦區(qū)和南桐礦區(qū)、貴州省西南礦區(qū)二疊系煤層、山東省滕縣煤田、河南省登封煤田石炭系煤層、寧夏回族自治區(qū)磁窯堡礦區(qū)侏羅系煤層等[14]。

2.2.1 陰山南麓

陰山南麓準(zhǔn)格爾煤田和山西省北部煤田石炭系-二疊系煤系鎵是目前我國對煤系鎵研究最多的區(qū)域（表2）。代世峰等[23-24]對準(zhǔn)格爾煤田主采6 號煤層進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，鎵在全層煤樣中的含量平均值為44.83 μg/g，初步估算該鎵礦床鎵的保有儲量為6.3 萬t，預(yù)測儲量為85.7 萬t，為超大型鎵礦床。2012年“內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田煤系鋁、鎵伴生礦產(chǎn)賦存規(guī)律及開發(fā)利用”項目測試數(shù)據(jù)得出黑岱溝露天礦煤系鎵平均含量為37.31 μg/g，估算了黑岱溝6 號煤層中鎵的資源量為4.91 萬t。秦勇等[25]對全國首批規(guī)劃礦區(qū)煤系鎵進(jìn)行資源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)格爾煤田東孔兌8 號煤層、9 號煤層，龍王溝6 上煤層和南部勘查區(qū)均有富集異常點存在。其中，哈爾烏素6 號煤層、東孔兌3 號煤層和牛連溝8 號煤層鎵的平均含量均超過最低工業(yè)品位（30 μg/g）。

表2 陰山南麓煤系鎵分布Table 2 Distribution of gallium in coal-bearing strata in the southern foothills of the Yinshan Mountain

2014 年“山西平朔地區(qū)煤系鋰、鎵資源調(diào)查評價”項目針對山西省平朔礦區(qū)的石炭系-二疊系山西組、太原組4 號煤層、11 號煤層進(jìn)行了較系統(tǒng)的采樣，勘測其中的伴生金屬微量元素鋰、鎵等，4 號煤層和11號煤層鎵平均含量分別為35.7 μg/g 和40.0 μg/g；安太堡礦區(qū)4 號煤層、9 號煤層、11 號煤層中鎵的含量均值分別達(dá)到24.80 μg/g、29.89 μg/g、35.52 μg/g，接近或達(dá)到煤系伴生鎵的邊界品位，估計安太堡礦區(qū)煤系鎵資源量達(dá)42.31 萬t。此外，在河?xùn)|煤田北部8 號煤層、13 號煤層，楊家灣勘查區(qū)6 號煤層、8 號煤層和古交邢家社勘探區(qū)02 號煤層、2 號煤層、4 號煤層發(fā)現(xiàn)存在零星煤系鎵富集異常點。大同魏家溝勘查區(qū)2 號煤層鎵含量均值達(dá)到了38.9 μg/g，平朔朔南規(guī)劃區(qū)10 號煤層鎵含量均值為31.8 μg/g 和陽泉坪頭勘查區(qū)9 上號煤層鎵含量也超過了邊界品位要求，為30.2 μg/g。

2.2.2 新疆準(zhǔn)東-吐哈煤田

準(zhǔn)東煤田中侏羅統(tǒng)煤系鎵富集異常分布特征為：煤田整體上鎵含量背景值很高，大部分礦區(qū)煤層鎵含量達(dá)到了邊界品位。其中，在煤田西部和上中部礦區(qū)的鎵異常富集，含量大于最低工業(yè)品位；帳南東勘查區(qū)、大井礦區(qū)大慶溝南區(qū)、大井礦區(qū)一井田和大井東南勘查區(qū)煤系鎵富集異常明顯。就整個中侏羅統(tǒng)煤層而言，煤田全區(qū)均有鎵元素的富礦區(qū)出現(xiàn)，鎵的平均含量為21.74～47.98 μg/g，最高可達(dá)到253.0 μg/g，其中，大井礦區(qū)和大井東南勘查區(qū)侏羅系煤系鎵元素平均含量超出了該元素的邊界品位。

表3 展示了新疆準(zhǔn)東-吐哈煤田煤系鎵分布情況。準(zhǔn)東煤田鎵富集異常存在的煤層包括B1 號煤層、B2 號煤層、B3 號煤層和C1 號煤層，不同煤層鎵元素富集分布區(qū)域不同。B1 號煤層和B2 號煤層的鎵元素富集異常在煤田分布廣泛，在大部分礦區(qū)均有出現(xiàn)。其中，B1 號煤層中區(qū)域分布差異較大，鎵元素在煤田的中北部和東南位置異常富集，而有統(tǒng)計數(shù)據(jù)的西部礦區(qū)的平均含量只有10 μg/g；B2 號煤層中區(qū)域分布較為均衡，平均含量為19.01～35.21 μg/g；B3 號煤層和C1 號煤層的鎵元素富集異常只分布在煤田中北部的極少礦區(qū)。吐哈煤田沙爾湖礦區(qū)北部、大南湖東二井田、西南湖戈壁露天煤礦煤系鎵出現(xiàn)富集異常，大南湖東二井田除18 號煤層外，其他煤層均達(dá)到煤系鎵元素的邊界品位，最高值可達(dá)247 μg/g。西南湖戈壁露天煤礦8 號煤層、9 號煤層中鎵元素含量超過30 μg/g。沙爾湖礦區(qū)煤系鎵含量一般為22.0～90.0 μg/g，各煤層鎵平均含量為A1 號煤層47 μg/g、B1 號煤層56 μg/g、C1 號煤層46 μg/g、D 號煤層90 μg/g。

表3 新疆準(zhǔn)東-吐哈煤田煤系鎵分布Table 3 Distribution of gallium in coal-bearing strata in the Zhundong-Tuha Coalfield,Xinjiang

2.2.3 四川盆地周邊及滇東-黔西

四川盆地周邊煤系（共）伴生礦產(chǎn)資源僅存在鎵的富集異常點，區(qū)內(nèi)沿著四川盆地邊緣分布有南桐煤田、建樂煤田等十余個煤系鎵的異常點（表4）。從分布位置上來看，主要分布在川東褶皺賦煤帶，其次包括龍門山逆推斷陷賦煤帶和川中南部隆起賦煤帶內(nèi)。川東褶皺賦煤帶內(nèi)以重慶市南桐煤田為主，從北到南依次主要包括宣漢礦區(qū)、方斗山礦區(qū)、華鎣山礦區(qū)、長壽礦區(qū)、南武礦區(qū)、南桐礦區(qū)、松藻礦區(qū)，這7 個礦區(qū)上二疊統(tǒng)煤層中均有鎵異常點分布，鎵富集的賦存層位以龍?zhí)督M底部C25 號煤層為主，在C25 號煤層上部的其他煤層也見有鎵富集異常點，但均不及C25 號煤層集中。南武礦區(qū)內(nèi)鎵異常點較為集中，自北向南依次為白濤煤礦、天寶煤礦、青木煤礦、沙壩煤礦、潼儀煤礦、橫春煤礦，其中，以天寶煤礦和青木煤礦煤系鎵含量最為集中，最高值可達(dá)66.42 μg/g；水江井田K1 號煤層中鎵異常值最高為35 μg/g；月亮臺井田煤層中鎵含量為20～106 μg/g，平均值為48.84 μg/g。南桐礦區(qū)[28]中煤系鎵富集異常點主要分布于魚田堡井田K1 號煤層中，煤系鎵異常值為11.00～91.00 μg/g，平均值為36.89 μg/g。松藻礦區(qū)煤系鎵異常點主要分布在梨園壩井田、張獅壩井田、石壕井田、觀音橋井田、同華井田，鎵異常在龍?zhí)督M多層煤系均有發(fā)現(xiàn)。其中，觀音橋井田中鎵異常點以C25 號煤層為主，平均值為30.80 μg/g；同華井田中鎵異常點出現(xiàn)在K2 號煤層中，鎵含量變化較大，含量范圍為3.5～57.0 μg/g，平均值為31.60 μg/g；梨園壩井田、張獅壩井田、石壕井田中鎵異常點以11 號煤層、12 號煤層為主，鎵含量異常范圍為28～50 μg/g，平均含量為40.85 μg/g。根據(jù)DAI 等[29]化驗分析結(jié)果，松藻礦區(qū)11 號煤層中鎵平均含量為32 μg/g，超過了煤系伴生鎵的工業(yè)品位。

表4 四川盆地周邊及滇東-黔西煤系鎵分布Table 4 Distribution of gallium in coal-bearing strata around the Sichuan Basin and the East Yunnan and West Guizhou

在南桐煤田多個煤礦點的C25 號煤層底板泥巖中發(fā)現(xiàn)鎵含量較高，其中，南武礦區(qū)23 個樣品的鎵含量為20.46～84.72 μg/g，平均值為53.55 μg/g；南桐礦區(qū)3 個煤礦點7 個樣品中的鎵含量變化范圍為3.15～70.07 μg/g，平均值為38.11 μg/g。

滇東-黔西-川南褶皺賦煤帶內(nèi)也以上二疊統(tǒng)煤系鎵含量為主，主要為云南恩洪礦區(qū)一井田、貴州織納礦區(qū)（織金）鎵富集異常點等，其中，恩洪礦區(qū)一井田中鎵含量為30～50 μg/g，平均含量為40 μg/g，貴州織納礦區(qū)（織金）富集異常點煤系鎵含量最高可達(dá)220 μg/g[28]。

2.2.4 其他區(qū)域

除了以上3 個煤系鎵富集異常分布區(qū)域之外，我國煤系鎵富集異常點還零星分布于內(nèi)蒙古自治區(qū)高力罕煤田和巴彥胡碩煤田，遼寧省南票煤田，河南省登封煤田，山東省滕縣煤田，陜西省渭北澄合詳查區(qū)、蒲白朱家河勘查區(qū)、店頭倉村平硐，寧夏回族自治區(qū)磁窯堡礦區(qū)和廣西壯族自治區(qū)扶綏礦區(qū)。秦勇等[25]對全國首批規(guī)劃礦區(qū)煤系鎵進(jìn)行資源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)陜西省渭北澄合詳查區(qū)11 號煤層和11 下號煤層、蒲白朱家河勘查區(qū)11 號煤層和店頭倉村平硐二號煤層煤系鎵含量平均值都超過了邊界品位。遼寧省南票煤田6 煤組、廣西壯族自治區(qū)扶綏礦區(qū)K1 號煤層鎵含量均值分別達(dá)到26.2 μg/g 和32.6 μg/g[30]（表5）。這些煤層中鎵都具有較好的開發(fā)利用潛力，可進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)查研究。

表5 我國其他地區(qū)煤系鎵分布Table 5 Distribution of gallium in coal-bearing strata in other regions of China

由于受物源供給、沉積環(huán)境等富集因素的影響，鎵在煤系中的富集程度不一。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)東煤田和吐哈煤田侏羅系煤層中鎵含量為240.0 μg/g，準(zhǔn)格爾礦區(qū)和平朔礦區(qū)煤層中鎵含量也分別達(dá)到70.0 μg/g 和57.0 μg/g。目前，準(zhǔn)格爾礦區(qū)和平朔礦區(qū)煤系鎵資源已經(jīng)部署開發(fā)利用，準(zhǔn)東煤田和吐哈煤田侏羅系煤層中鎵含量的異常分布在平面上較廣，并且各煤層中鎵含量接近或超過30 μg/g，也具有較好的開發(fā)利用前景。

3 我國煤系鍺鎵資源研究方向

隨著煤系鍺鎵資源的發(fā)現(xiàn)，煤地質(zhì)學(xué)科將拓展新的專業(yè)方向[31]。當(dāng)前，對煤系金屬礦產(chǎn)資源分布、賦存規(guī)律和富集機(jī)理研究及其綜合開發(fā)利用技術(shù)研究均不成熟，直接影響我國煤系鍺鎵資源研究工作的開展。煤系鍺鎵資源工業(yè)品位的評價標(biāo)準(zhǔn)取決于開發(fā)提煉技術(shù)的發(fā)展及社會的需求。技術(shù)水平的提高和社會對元素利用價值認(rèn)識的深化，必將使其品位閾值（邊界品位）對含量的要求不斷降低，即煤系有工業(yè)利用價值元素的種類將不斷增多，作為礦產(chǎn)資源的潛力會不斷增大。因此，煤系鍺鎵礦產(chǎn)成礦機(jī)理、提取工藝和綜合勘探與綜合開發(fā)利用的研究具有廣泛前景[32-35]，研究重點集中在以下五個方面。

3.1 開展資源成礦條件綜合研究

目前，我國煤系鍺鎵資源發(fā)現(xiàn)礦床少，對于煤系鍺鎵礦產(chǎn)的研究只是針對個別礦床單獨進(jìn)行煤系鍺鎵元素礦產(chǎn)分布特征、賦存狀態(tài)和富集機(jī)理的研究，而對煤系鍺鎵資源來源和富集機(jī)理的研究顯得十分薄弱，特別是在有機(jī)質(zhì)聚積、成巖、各種變質(zhì)作用、熱液作用過程中，煤系鍺鎵資源的富集機(jī)理及其地質(zhì)背景探討等方面顯得尤為不足。一方面，由于以往煤炭資源勘查階段對煤系金屬元素采樣部署不足以支持相關(guān)研究；另一方面，以往煤田勘查中僅能對每種元素礦產(chǎn)資源開展概略性評價，對煤系鍺鎵礦產(chǎn)成礦規(guī)律、產(chǎn)出的準(zhǔn)確層位注意不夠，是其成果不能得到充分利用的根本原因。

建議開展煤和煤系金屬礦產(chǎn)資源成礦地質(zhì)條件綜合研究，注意結(jié)合煤系鍺鎵時空分布規(guī)律，合理布置采樣點，以掌握其富集成礦規(guī)律，從含煤盆地（煤產(chǎn)地）所處的區(qū)域地質(zhì)、地球化學(xué)背景和地質(zhì)發(fā)展史等角度進(jìn)行理論總結(jié)，歸納出煤系鍺鎵富集的成因類型或地質(zhì)模式，有效預(yù)測煤系鍺鎵礦產(chǎn)量。

3.2 開展成礦機(jī)制和成礦模式研究

煤和煤系鍺鎵礦產(chǎn)組成一個共生依存的整體，通過對煤物質(zhì)基礎(chǔ)、構(gòu)造-熱演化、煤層特征、沉積條件等方面的綜合分析，從代表性鉆孔巖芯觀察入手，采用高分辨層序地層學(xué)方法，結(jié)合煤巖、地化和巖礦分析方法，確定煤系金屬礦產(chǎn)資源礦床的成礦環(huán)境、成礦的物理化學(xué)條件，包括Eh、pH 值、生物、細(xì)菌、地下水、水動力等。研究含煤盆地演化進(jìn)程中煤系成礦元素物質(zhì)遷移聚散、煤系鍺鎵富集在時空尺度的組合特征、煤系鍺鎵富集的分區(qū)性和定位性，建立煤系金屬礦產(chǎn)資源成礦模式。

3.3 開展多種金屬同時提取工藝研究

目前對煤系鍺鎵礦產(chǎn)賦存狀態(tài)分析水平有限，只能大致判斷煤系鍺鎵礦產(chǎn)賦存狀態(tài)屬于哪種類型，嚴(yán)重影響了煤系鍺鎵礦產(chǎn)提取方法的確定。盡管對于煤（煤灰、煤矸石）中元素提取取得了一定成果，但是都有成本較高或操作流程較復(fù)雜的問題，而且僅針對某一種元素進(jìn)行提取，對于煤系多種元素提取則效率較低。因此，有必要尋求最佳的提取工藝和流程，降低成本，建立從煤（煤灰、煤矸石）中同時提取多種元素的技術(shù)流程和實驗方法，最大程度提高煤（煤灰、煤矸石）附加值。

必須充分依靠科研單位和企業(yè)的合作，加強(qiáng)自主創(chuàng)新，加強(qiáng)煤系礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)利用的研究工作，包括可選性實驗、實驗室流程實驗、實驗室擴(kuò)大連續(xù)實驗、半工業(yè)實驗、工業(yè)實驗與綜合利用示范，促進(jìn)其工業(yè)化進(jìn)程；建立煤系礦產(chǎn)資源綜合開發(fā)與利用體系，促進(jìn)礦產(chǎn)綜合利用水平進(jìn)一步提升，拓展煤炭地質(zhì)工作領(lǐng)域，提高自主創(chuàng)新能力，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

3.4 開展綜合勘查評價規(guī)范制定研究

盡管現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《礦產(chǎn)資源綜合勘查評價規(guī)范》（GB/T 25283—2010）、《煤、泥炭地質(zhì)勘查規(guī)范》（DZ/T 0215—2002）提到了要綜合勘探（共）伴生礦產(chǎn)，但是對于煤系鍺、鎵等（共）伴生礦產(chǎn)，由于缺乏對其開采利用的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性研究，工業(yè)指標(biāo)和評價指標(biāo)尚未確定，評價工作處于研究階段。

如何確定煤系鍺鎵等礦產(chǎn)資源評價指標(biāo)沒有現(xiàn)成的規(guī)范可以參照執(zhí)行。通過調(diào)研煤炭勘查工作中對鍺、鎵的評價程度，尤其是典型煤礦山（如烏蘭圖嘎煤鍺礦床、云南臨滄煤系鍺礦床和準(zhǔn)格爾黑岱溝煤系鎵礦床等）的詳查、勘探報告實例研究，結(jié)合現(xiàn)場采集的樣品實驗室測試分析數(shù)據(jù)，開展煤系鍺鎵資源綜合利用的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性研究，建立評價煤系鍺鎵資源的工業(yè)指標(biāo)和評價指標(biāo)，研究開采技術(shù)條件指標(biāo)和分級分類標(biāo)準(zhǔn)，建立開采技術(shù)條件指標(biāo)體系，制定煤系鍺鎵等礦產(chǎn)資源評價方法。

3.5 開展綜合勘查工作

為了合理有效地利用和保護(hù)礦產(chǎn)資源，在煤炭地質(zhì)勘查中必須切實貫徹“以煤為主，綜合勘查綜合評價”的工作原則。針對煤系富含金屬元素成礦遠(yuǎn)景區(qū)、煤礦區(qū)，一是要明確開發(fā)和利用的空間布局和時序，明確勘查、保護(hù)和儲備的范圍；二是要依照規(guī)劃科學(xué)調(diào)控開采總量和礦業(yè)權(quán)投放總量；三是在資源管理和開發(fā)程序上，對高有益元素煤實行保護(hù)性開采，要求礦業(yè)權(quán)所有人充分考慮高有益元素富集成礦的事實，在煤炭使用消耗時，能夠?qū)崿F(xiàn)共同開發(fā)煤及煤系有益元素的綜合利用，制訂符合保護(hù)性開發(fā)要求的針對性措施，需要提供有益元素提取回收的配套設(shè)備，并開展有益元素（諸如鍺、鎵等金屬礦產(chǎn)）提取回收，方可進(jìn)行煤炭開采。

4 結(jié)論

1）我國鍺鎵資源儲量和產(chǎn)量均居世界前列，但隨著需求端的不斷增長，鍺鎵資源在儲量上的優(yōu)勢正在不斷下降，因此，需要尋找新的鍺鎵資源儲量，穩(wěn)固資源優(yōu)勢。在特定的地質(zhì)作用下，含煤巖系中高度富集鎵、鍺、稀土等戰(zhàn)略性關(guān)鍵金屬，在戰(zhàn)略金屬資源供應(yīng)日趨緊張的大環(huán)境下，能夠作為新型戰(zhàn)略性金屬資源的來源。

2）我國煤系鍺富集異常點主要分布于以下區(qū)域：海拉爾-二連盆地、鄂爾多斯盆地周緣、郯廬大斷裂一帶及滇西-滇中盆地，其余地區(qū)煤系鍺富集異常點均為零星分布。

3）我國煤系鎵主要富集在陰山南麓準(zhǔn)格爾煤田和山西省北部石炭系-二疊系煤田，準(zhǔn)東煤田侏羅系煤層中鎵富集異常點出現(xiàn)成片分布情況，其余地區(qū)的不同成煤時代煤層中鍺富集異常點零星分布，如四川盆地周邊、重慶市南武礦區(qū)和南桐礦區(qū)、貴州省西南礦區(qū)二疊系煤層、山東省滕縣煤田、河南省登封煤田石炭系煤層、寧夏回族自治區(qū)磁窯堡礦區(qū)侏羅系煤層等。

4）煤系鍺鎵礦產(chǎn)成礦機(jī)理、提取工藝和綜合勘探與綜合開發(fā)利用的研究具有廣泛前景，研究重點應(yīng)該集中在資源成礦條件、成礦機(jī)制和成礦模式、多種金屬協(xié)同提取工藝、勘查評價規(guī)范制定、綜合勘查示范工作等方面。