黔西南高砷煤形成特殊性研究

摘要

在人口、资源、环境已成为世界战略性问题的今天，煤炭作为一种重要能源在工业生产中起着重要作用。贵州省是中国南方煤炭资源最丰富的省区，素以“江南煤海”著称。贵州省煤炭资源储量丰富，分布广泛，是贵州省最具资源优势和经济价值的重要矿产之一。在世界能源日益短缺的今天，高砷煤也越来越受到广泛关注。砷是煤中重要的微量元素，也是煤中常见的有毒微量元素之一。一般认为煤中砷含量大于100×10-6即为高砷煤。通常煤中砷含量不超过10×10-6，但兴仁交乐高砷煤中砷含量竟高达1×10-3以上，是世界上少见的高砷煤。人类在开采、使用高砷煤的过程中会对环境产生严重的破坏作用，同时也对人体的健康产生严重的危害，燃煤型砷中毒和饮水型砷中毒事件在黔西南地区已导致多起皮肤癌、肝癌的发生，严重危害着人们的身体健康。高砷煤在外观上和正常煤没有明显区别，必须经过化学分析才能辨别。高砷煤呈碎块状产出，烟灰色，肉眼难以辨别出含砷矿物，在显微镜下可以见到石英、黄铁矿等。贵州省的高砷煤大量分布于黔西南的兴义、兴仁、安龙、贞丰等县市，约占黔西南煤炭总储量的1/10～1/5，极为可观。黔西南高砷煤主要赋存于二叠系龙潭组地层中，但并非龙潭组地层中的所有煤都是高砷煤，只有那些受后期构造活动影响明显、遭受后期成矿热液改造作用的龙潭组煤层才形成高砷煤。
　　本文以黔西南高砷煤为研究对象，通过资料收集、野外调研、采集代表性样品作相关分析测试、综合研究等手段重点从黔西南地区所处大地构造位置以及峨眉地幔岩浆活动——峨眉山玄武岩浆喷发带来成矿物质来源、峨眉地幔热柱活动形成晚二叠世黔西南岩相古地理格局、燕山期峨眉地幔热柱活动成就高砷煤的形成等方面认识、分析黔西南高砷煤的形成特殊性如下：
　　（1）区域地质背景特殊性：黔西南地区地处濒临特提斯——喜马拉雅构造域与环太平洋构造域结合部位的特殊大地构造位置，地跨扬子陆块与右江造山带两个构造单元，在大地构造上属扬子陆块西南缘与华南褶皱系西段的交接部位，并受区域深大断裂控制的三角形地带。其主体位于小江断裂以东，水城（娅都）——紫云断裂以及裂谷内断裂以西，主体呈NNW向延伸并向南开口的三角形裂谷区，为峨眉地幔热柱引发的最早裂谷盆地。这种特殊的大地构造位置，造成该地区构造活动频繁，为地球表层与深部的物质和能量沟通创造极好的条件，客观上为黔西南高砷煤矿的形成奠定了基础。再加上该区有利的地层构造格局及岩相古地理条件，为黔西南高砷煤含砷建造形成以及后期改造奠定了坚实的基础。
　　（2）峨眉地幔热柱活动特殊性：中国西南地区特殊的大地构造位置以及该区壳幔大地构造演化作用导致峨眉地幔热柱活动的形成，以及庞大地幔岩浆活动——峨眉山玄武岩浆喷发。伴随峨眉地幔热柱作用出现的基性～酸性岩浆活动，始于晚古生代泥盆纪，大规模发育于晚古生代二叠纪至整个中生代，可延续到新生代早期。其中，早期阶段（晚古生代）以基性岩浆大规模喷发活动为主，晚期阶段（中生代～新生代早期）以酸性及碱性岩浆大规模侵入为主，伴随少量的基性～超基性岩浆侵入活动。总之，峨眉地幔热柱的岩浆活动持续时间长，在贵州西部影响时期也相当长，几乎包括了整个晚古生代和中生代，甚至延续到新生代早期。峨眉地幔热柱岩浆活动从老到新总体演化趋势是：从基性到酸性至碱性，由喷发到侵入，由海相到海陆交互相到陆相，由幔源到以幔源为主的幔壳混合来源。
　　（3）砷的物质来源特殊性：早、晚二叠世之间，峨眉地幔热柱活动喷发大规模峨眉山玄武岩浆，带来了大量As、Au、Hg、Sb、Tl等低温成矿元素，使黔西南地区具有含As、Au、Hg、Sb、Tl等较高的地球化学背景，为该区高砷煤的形成提供了成矿物质——砷的来源，为黔西南高砷煤等矿床的形成作出了重要贡献。
　　（4）含砷建造形成特殊性：早、晚二叠世之间的峨眉地幔热柱活动导致地球升降运动产生，不仅使贵州大部上升为陆，而且改变了古地理格局。晚二叠世龙潭期，在黔西南兴义、兴仁、贞丰一带高砷煤分布区属于潮坪——局限海台地相地带，地势低缓，高砷煤中存在大量沉积成岩期黄铁矿，说明当时的环境较为闭塞，与海水的循环交替性能差，这有利于峨眉地幔热柱活动产生的火山喷溢物质的大量聚集，大量的As、Au及其它微量元素呈极分散均一状态大量进入这一水体沉积盆地，随着古海平面的变化，加上该区特殊的岩性组合条件及岩相古地理条件的控制，致使As沉积于龙潭组煤系地层中形成含砷建造。
　　（5）高砷煤后期改造形成的特殊性：一系列的峨眉地幔热柱构造活动引发的深大断裂及有效裂隙、褶皱为深源矿质向上运移及As等元素的活化、迁移提供了有利通道，为黔西南高砷煤提供了储矿空间。晚二叠世早期峨眉山玄武岩浆喷发，为基性岩浆活动的高峰期，伴随着海底火山热液活动，大量的As及其它微量元素呈极分散均一状态进入这一特殊的沉积盆地环境形成含砷建造，同时，由于受区域热异常的影响，地下水与海水、大气降水的深渗循环不断从已形成的峨眉山玄武岩、含砷建造中萃取大量的As等成矿物质形成含矿热水。在燕山期峨眉地幔热柱再次强烈活动作用下，由于强烈的构造运动，使相对封闭的平衡体系遭到破坏，在构造应力驱动下这些含矿热水向低压空间流动，即沿褶皱、断裂、层间裂隙等构造薄弱带运移，在通过煤层时由于压力差及化学势差，并受有利岩性和构造部位等条件的控制，发生吸附作用和热水沉积作用，在各种应力释放的构造空间就位成矿，结果形成黔西南高砷煤及其它元素的异常、矿化。
　　总之，黔西南高砷煤的形成过程，实际上是As、Au等元素的活化→迁移→聚集的过程。由于黔西南地区特殊的大地构造位置导致形成峨眉地幔热柱活动是黔西南高砷煤形成的先决条件，峨眉地幔热柱构造活动为黔西南高砷煤的形成提供了成矿动力及成矿物质，改变了黔西南地区的古地理格局，为高砷煤的形成提供了有利的沉积环境，同时这些成矿物质在特殊的沉积环境下形成含砷建造，加之燕山期峨眉地幔热柱再次活动产生的成矿动力作用引发的深大断裂及有效裂隙、褶皱为深源矿质向上运移及As等元素的活化、迁移提供了有利通道，为黔西南高砷煤提供了储矿空间，最终成就了黔西南高砷煤的形成。
　　上述五个方面的特殊性在高砷煤成矿作用过程中是一个有机的统一体，对黔西南高砷煤的形成不可或缺。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 研究目的及意义

1.3 研究区范围及位置

1.4 国内外研究现状及不足之处

1.5 主要研究内容

1.6 研究方案及采取的技术路线

1.7 论文研究工作简述

第二章 区域地质背景特殊性

2.1 研究区所处大地构造位置的特殊性

2.2 区域地层

2.3 区域构造

2.4 区域岩浆岩

2.5 区域地球化学特征

2.6 高砷煤在区域内的分布

第三章 黔西南高砷煤地质特征

3.1 含煤地层特征

3.2 煤田构造

3.3 煤层特征

3.4 煤质特征

3.5 矿石特征

第四章 峨眉地幔热柱活动特殊性

4.1 峨眉地幔热柱形态特征

4.2 峨眉地幔热柱岩浆活动

4.3 峨眉地幔热柱裂谷作用

4.4 峨眉地幔热柱活动中的物源运输特征

第五章 砷的物质来源特殊性

5.1 砷在地球中的丰度

5.2 砷的物质来源分析

5.3 峨眉地幔热柱活动对砷的物质来源控制

第六章 含砷建造形成特殊性

6.1 特殊的岩相古地理条件

6.2 特殊的地层岩性组合条件

6.3 高砷煤成煤环境分析

6.4 峨眉地幔热柱活动对形成含砷建造的控制

第七章 高砷煤后期改造形成的特殊性

7.1 峨眉地幔热柱活动提供高砷煤形成的基础条件

7.2 峨眉地幔热柱活动改造形成高砷煤机制

结论及存在问题

致谢

参考文献

附录

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