临沧锗矿含锗煤的稀土元素四分组效应研究

以产在煤层中的临沧超大型锗矿床为研究对象，以含锗煤中稀土元素四分组效应的成因为切入点，采用地质地球化学与模拟实验研究相结合的方法，通过对临沧锗矿床不同类型沉积物、水体（热泉水、地表水和坑道水）和基底花岗岩系统的地质地球化学以及Sr、Nd和Ge同位素研究，揭示含锗煤中稀土元素的存在形式，不同类型沉积物和水体中稀土元素地球化学特征及其可能的稀土元素来源；评估成煤期热水作用和后生淋滤作用对煤中锗和稀土元素地球化学行为的影响；阐明含锗煤中稀土元素四分组效应的成因及其主要控制因素，揭示锗活化－迁移－沉淀－保存过程中稀土元素和锗的地球化学行为、稀土元素四分组效应与锗矿化之间的关系，提炼锗成矿过程中的地球化学证据，建立更加完善的成矿模式，为丰富锗的成矿理论和拓展稀土元素四分组效应研究提供科学依据。

项目以临沧超大型锗矿床不同地质样品为研究对象，系统开展了微量、稀土元素含量及Sr、Nd和Ge同位素分析测试；利用扫描电镜和重液分离研究了煤中稀土元素的存在形式；完成低温条件下煤与含稀土溶液相互作用和煤中稀土元素淋滤实验；探讨了含锗煤四分组效应的成因及其与锗矿化的关系。研究结果表明：临沧超大型锗矿床含锗煤中存在明显的稀土元素四分组效应，且锗含量与表征稀土元素分异的地球化学参数存在相关关系；含锗煤中的稀土元素至少有两种存在形式：含稀土矿物（磷钇矿和独居石）和有机质吸附（尤其是重稀土元素和Y）；含锗煤不同比重组分均表现出明显的稀土元素四分组效应。含锗煤中的Sr和Nd来自三个不同源区的混合：（a）以灰岩和硅质岩为代表的热水沉积物区；（b）与无矿煤类似的源区；（c）含锗煤层中的粘土夹层。临沧锗矿的含锗煤及不同样品具有较大的锗同位素分馏；含锗煤中的锗同位素分馏（δ74Ge）与锗含量呈明显负相关；含锗煤层中部富集重锗同位素；模拟计算证实开放体系瑞利分馏和混合作用控制不同样品锗同位素组成的总体变化，含锗煤与热水成因硅质岩演化自同一源区(δ74Ge约为1.84-1.97‰.)。在溶液具平坦型稀土元素配分模式的情况下，在0.01 mol/L Na2CO3或NaHCO3介质中，含锗煤对轻稀土元素的吸附量略高于重稀土，溶液稀土元素配分模式未发生明显改变；同时，含锗煤中的Be、Co、Zn、Ge、Sr、Cs、U等元素被大量淋滤进入溶液中（可达200-3854ppb）；无矿煤优先吸附轻稀土，溶液的稀土元素配分模式呈明显左倾型。与与无矿煤反应的Na2CO3和NaHCO3溶液相比，与含锗煤反应的Na2CO3和NaHCO3溶液中的稀土元素含量较其高出两个数量级，具有与含锗煤类似的稀土元素配分模式和稀土元素四分组效应。综上所述，在低温和后生条件下，单纯的煤对溶液中稀土元素的吸附或者溶液对煤的淋滤并不能导致含锗煤具有明显的稀土四分组效应。高锗煤稀土元素四分组效应来源于煤在成岩期开放体系中与低温含锗溶液的相互作用。Sr、Nd和Ge同位素证实这种低温热液与形成矿区热水沉积硅质岩和含碳硅质灰岩同源。在水岩相互作用过程中，锗因其亲有机性被富集在煤中，同时，含锗煤的稀土元素组成发生了明显的分异。含锗煤的稀土元素四分组效应以及其异常的Sr、Nd和Ge同位素组成可以作为热水沉积成因最直接和重要的判别依据。