西南地区晚二叠世煤中Tonstein的元素和矿物分异机制

The tonsteins derived from air-borne material of pyroclastic origin in coal play an important role in identifying and correlating coal seams and coal-bearing strata, radiometric age determination, magmatic and regional geological evolution, coal-forming depositional environment, searching for rare metal ore deposits, and coal quality evaluation. Different tonsteins (basic, acid, and alkaline) are well-developed in the Late Permian coals in southwestern China, among of which the basic and alkaline tonsteins are rare in other areas of the world. The different tonsteins have different elemental and mineral compositions and associations. The different tonsteins in the Late Permian coals from some coal mines of southwestern China will be takes as typical cases for the study of fraction mechanisms of elements and minerals in the tonsteins. A couple of geological factors will be carefully studied: these include volcanic ashes, magma and hydrothermal activities, the bases of the coal-bearing strata, the sediment sources, coal basin evolution, coal-forming depositional environment, coal facies, organism, and weathering and oxidations. Accordingly, the sources, modes of occurrence, and distribution of elements and minerals in different tonsteins will be revealed; the geochemical and mineralogical identification indicators for different tonsteins will be built; the geological and geochemical factors that have affected the enrichment and fractions of elements and minerals in different tonsteins and their relations will be deeply investigated.

煤中火山灰蚀变粘土岩夹矸（Tonstein）在煤层和地层对比、同位素定年、岩浆和区域地质演化、成煤环境、寻找稀有金属矿床、煤炭质量评价等方面发挥重要作用。西南晚二叠世煤中发育不同性质的Tonstein（基性、酸性和碱性），基性和碱性Tonstein在世界其他地区罕见，不同性质Tonstein的元素和矿物组成各异。项目将以西南若干煤矿区的晚二叠世煤中Tonstein为典型实例，深入分析火山灰、岩浆和热液活动、煤系基底特征、物源供给、煤盆地升降规律、聚煤环境、煤相、生物有机质、风化氧化等诸地质背景因素，查明不同性质Tonstein中元素和矿物的来源、赋存状态和空间分布规律，建立不同性质Tonstein的地球化学和矿物学判识标志，揭示各种影响Tonstein中元素和矿物富集、分异的地质和地球化学因素及其内在联系，从而阐明不同性质Tonstein中元素和矿物分异机理。

煤中火山灰蚀变粘土岩夹矸（Tonstein）在煤层和地层对比、同位素定年、岩浆和区域地质演化、成煤环境、寻找稀有金属矿床、煤炭质量评价等方面发挥重要作用。西南晚二叠世煤中发育不同性质的Tonstein（基性、酸性和碱性），基性和碱性Tonstein 在世界其他地区罕见，不同性质Tonstein 的元素和矿物组成各异。项目对西南和华北地区晚古生代煤中火山灰蚀变粘土岩进行了研究。在云南宣威新德晚二叠世煤中发现了2层Tonstein，均为英安质岩浆来源；该矿区C2和C3煤层的底板均为为细粒的高岭石化凝灰质粘土岩，而C2煤层顶板则是粗粒的高岭石化凝灰岩；火山活动不仅影响了煤的地球化学组成，而且对泥炭的聚积起到了控制作用（火山喷发终止了C2煤层的聚积）。华蓥山煤田晚二叠世煤层中高度富集Zr、Nb、Se、Hf以及稀土元素和Y；该煤中高度富集的高场强元素来源于热液流体，而3层Tonstein来源于碱性流纹岩。云南临沧新近纪煤型锗矿床是世界主要的富锗煤沉积矿床之一，在煤中发现了水合硫酸铍（BeSO4·4H2O），煤中Ge-W、Be-Nb-U高度富集，它们来源于N2-CO2混合的热液流体对周边花岗岩的淋溶作用。在International Journal of Coal Geology、Fuel、Energy Fuels、Australian Journal of Earth Sciences、Gondwana Research、Mineralium Deposita等国际知名刊物上发表论文24篇，被SCI收录21篇，其中8篇入选ESI TOP%1高被引论文。在项目执行期间，课题负责人当选为国际有机岩石学会主席（2015-2017）、获得国际有机岩石学会杰出贡献奖（2014）、入选国家“创新人才推进计划”（2014）、入选 “万人计划”领军人才（2016）、入选国家973项目首席科学家（2014）。作为该课题的重要成果积累为基础，项目所在团队于2014年入选教育部创新团队，于2016年入选“高等学校学科创新引智计划”（111计划），于2014年获得教育部自然科学一等奖。项目培养了3名博士研究生和4名硕士研究生。