中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向.pdf

2023 年 7 月 地 球 学 报 Jul.2023 第 44 卷 第 4 期:599-624 Acta Geoscientica Sinica Vol.44 No.4:599-624 本文由国家重点研发计划项目(编号:2021YFC2900092)、中国地质调查局“中国矿产地质调查”项目(编号:DD20160346;DD20190379;DD20221695)、国家重点研发计划项目(编号:2021YFC2901905)、贵州省重大科技工程项目(编号:HZ-2022-006#)和贵州省人才基地项目(编号:RCJD-2018)联合资助。收稿日期:2022-11-17;改回日期:2023-03-09;网络首发日期:2023-03-15。责任编辑:闫立娟。第一作者简介:罗培麒,男,1998 年生。硕士研究生。地球化学专业。E-mail:。*通讯作者:付勇,男,1980 年生。博士,教授。主要从事矿床学、地球化学方面的研究。E-mail:。中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向 罗培麒,付 勇*,唐 波,姚 兰,刘国栋,潘忠飞,龙 珍,刘 阳 贵州大学资源与环境工程学院,贵州贵阳 550025;喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室,贵州贵阳 550025 摘 要:金属镓资源是我国优势资源,但随着国内外需求量不断增大,我国金属镓的后备资源逐步短缺。本文系统搜集了我国富镓矿床研究和勘查成果资料,初步总结了我国富镓矿的分布规律、成矿机制和找矿方向。研究认为,我国镓矿主要伴生在铝土矿、煤矿和铅锌矿之中,以铝土矿中伴生镓最为重要。依据不同成矿作用将我国具有工业价值的富镓矿床划分为沉积型铝土矿、堆积型铝土矿、红土型铝土矿、煤矿床和碳酸盐岩型(MVT)铅锌矿等 5 种伴生镓矿床类型,并总结了不同类型镓矿床的时空分布规律。时间上,我国富镓矿床在元古宙、古生代、中生代和新生代均有发育,以石炭纪三叠纪、侏罗纪白垩纪和第四纪为主。其中,富镓铝土矿主要形成于石炭纪、二叠纪和第四纪,以石炭纪最为重要;富镓铅锌矿主要形成于震旦纪和寒武纪;富镓煤矿主要形成于石炭纪和二叠纪。空间上,我国富镓矿床主要分布在晋豫成矿区、右江成矿区、扬子陆块西南成矿区、川滇黔成矿带、湘西鄂西成矿带、湘东赣西成矿带和华北陆块北缘成矿区等 7 个区带中。不同类型富镓矿床的成矿机制不同,一般在风化-沉积作用下形成富镓铝土矿,镓与铝常以类质同象形式存在;在生物化学沉积作用下形成富镓煤矿,镓常以无机态、有机态和混合形式存在,在我国多以无机态的形式赋存于勃姆石、硬水铝石等矿物中;在热液作用下形成富镓铅锌矿,镓可能以类质同象形式进入以闪锌矿为主的硫化矿物晶格中。根据不同镓矿的成矿作用、富集过程和地质背景,建立了煤矿、铅锌矿和铝土矿中镓富集成矿的理想模型,并对铝土矿、煤矿和铅锌矿中伴生镓矿进行了找矿预测,提出了找矿方向和重点找矿区域,其中以沉积型、堆积型铝土矿的找矿为主攻方向,并可兼顾煤矿和铅锌矿等其他伴生镓矿床。关键词:镓;铝土矿;煤矿;铅锌矿;成矿区带;找矿方向 中图分类号:P618.74 文献标志码:A doi:10.3975/cagsb.2023.030901 Distribution,Metallogenic Mechanism and Prospecting Direction of Gallium Deposits in China LUO Pei-qi,FU Yong*,TANG Bo,YAO Lan,LIU Guo-dong,PAN Zhong-fei,LONG Zhen,LIU Yang College of Resources and Environmental Engineering,Guizhou University,Guiyang,Guizhou 550025;Key Laboratory of Karst Geological Resources and Environment,Ministry of Education,Guiyang,Guizhou 550025 Abstract:Gallium metal resources are dominant resources in China,but gallium reserves in China are gradually declining with increasing global demand.This study systematically collected the research and exploration results pertaining to gallium-rich deposits in China and preliminarily summarized the distribution,metallogenic mechanisms,and prospecting directions of gallium-rich deposits in China.The results indicated that gallium ore 600 地 球 学 报 第四十四卷 in China is mainly associated with bauxite,coal,and lead-zinc mining,with gallium in bauxite being the most important.According to the different modes of mineralization,gallium-rich deposits of industrial value in China can be divided into five types of associated deposits,sedimentary bauxite,accumulative bauxite,lateritic bauxite,coal mine deposits,and Mississippi Valley-type(MVT)lead-zinc deposits.The spatiotemporal distributions of these different types of gallium deposits were summarized.In terms of time,gallium-rich deposits in China developed in the Proterozoic,Paleozoic,Mesozoic,and Cenozoic,but mainly in CarboniferousTriassic,JurassicCretaceous,and Quaternary.Among these,gallium-rich bauxite mainly formed in the Carboniferous,Permian,and Quaternary,with the Carboniferous period being the most important.Gallium-rich lead-zinc deposits mainly formed in the Sinian and Cambrian periods.Gallium-rich coal mines mainly formed in the Carboniferous and Permian periods.Spatially,the gallium-rich deposits in China are mainly distributed in seven zones:the JinYu metallogenic zone,Youjiang metallogenic zone,southwest metallogenic zone of the Yangtze landmass,SichuanYunnanGuizhou metallogenic zone,western HunanWest Hubei metallogenic zone,eastern HunanWest Jiangxi metallogenic zone,and the northern margin of the North China landmass.The different types of gallium-rich deposits have different metallogenic mechanisms.Generally,gallium-rich bauxite forms under weathering and sedimentation.Gallium and aluminum often exist in isomorphic forms.Gallium-rich coal mines form as a result of biochemical deposition.The gallium often exists in inorganic,organic,and mixed forms.In China,it is mainly hosted in inorganic form within boehmite,diaspore,and other minerals.Gallium-rich lead-zinc ore forms from hydrothermal fluids.Gallium in these deposits often substitutes within the lattice of sulfide minerals,dominantly sphalerite.Based on the mineralization,enrichment processes,and geological backgrounds of the different gallium deposits,this study established ideal models of gallium-rich deposits and integrated ores in coal mines,lead-zinc mines,and bauxite and considered the prospects of these deposits.Prospecting directions and key prospecting areas were proposed.The prospecting of sedimentary and accumulative bauxite should be the main direction,but other associated gallium deposits such as those of coal mines and lead-zinc mines can be considered.Key words:gallium;bauxite;coal mine;lead-zinc mine;mineralization zone;prospecting direction 关键金属是当今世界发展所必需的原材料,可以推动我国战略新兴产业的发展,也是目前矿产勘查工作的重点矿种。我国的关键金属大致包括稀有金属、稀散金属、稀土金属和部分其他金属(翟明国等,2019;文博杰等,2019)。镓(Ga)是典型的八种稀散 元 素 之 一,具 有 熔 点 低(29.78 )、沸 点 高 (2403)的特点,是自然界中温度区间最大的金属元素。被广泛用于半导体工业、太阳能工业、磁性材料工业等领域(Frenzel et al.,2016;赵飞燕等,2017;赵汀等,2017;Lu et al.,2017),尤其在半导体工业领域,砷化镓占全球镓消耗量的 80%(李德先和王锦,2020)。为此,欧盟和美国先后将镓列为关键矿产。镓资源是我国战略性储备资源之一,2020年我国粗镓产量占全世界 90%以上(USGS,2021)。镓的地壳丰度为 15106,在自然界极少形成独立矿物,基本以伴生形式存在于铝土矿、煤矿、铅锌矿等矿床中。前人对镓的研究大多集中在镓在铝土矿、铅锌矿和煤矿矿石之中的空间分布规律与特征等方面。而富镓矿床的成矿区(带)、成矿机制和今后的找矿方向等方面研究甚少,这极大的制约了对富镓矿床的开发与利用。鉴于此,本文拟对我国富镓矿床的成矿系列、富集规律等进行归纳总结,以期对未来找矿工作提供理论支撑。1 镓资源概况镓资源概况 1.1 全球镓资源特征 全球已探明镓的储量约 23 万吨,其中,我国占比超 80%(敦妍冉等,2019)。全球伴生镓资源远景储量超过 100 万吨。镓资源大多伴生于铝土矿之中，主要分布于非洲(32%)、大洋洲(23%)、南美洲(21%)、亚洲(18%)和其他区域(6%)(Munson,1994;Mos-kalyk,2003)。我国典型的富镓铝土矿床有杜家沟铝土矿、大竹园铝土矿和贵港铝土矿等(汤艳杰等,2001;王佳奇,2013;李沛刚等,2014)。铅锌矿同时也是世界上最主要的镓伴生矿藏之一(USGS,2017),已确认伴生于铅锌矿中的 Ga 资源约 19 万吨,除南极洲尚未发现之外,另外几大洲均有铅锌矿分布(图 1),典型矿床有美国 Central Tennessee 矿床(Bonnet et al.,2016),瑞典 Zinkgruvan 矿床(Jansson et al.,2016),中国凡口铅锌矿和银山铅锌矿(邓卫等,2002)。此外,世界上煤炭资源中镓的总资源量约为1000 万吨(Thakur,2017),2010 年我国在准格尔煤田发现与煤伴生的超大型镓矿床,勘探储备为 85.7 万吨(张云峰等,2014)。第四期 罗培麒等:中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向 601 图 1 世界典型伴生镓矿床与镓资源分布 Fig.1 Typical deposits associated with gallium and the distribution of gallium resources in the world 我国镓资源主要伴生在铝土矿之中,含量一般为 50106250106,镓资源量超过总量的 50%,矿床类型以沉积型铝土矿为主(涂光炽等,2004)。煤矿和铅锌矿也是我国伴生镓的主要来源,如在内蒙古准格尔煤田发现了超大型伴生镓矿床,其中镓的含量达到了 3010670106(煤中镓的工业品位为30106),载镓矿物主要为硬水铝石和勃姆石(代世峰等,2014),在铅锌矿中镓主要赋存于闪锌矿中,镓含量大于100106,少量镓赋存于方铅矿中(温汉捷等,2020)(铅锌矿中镓的工业品位为 100106)。因此本文将不同类型矿床中超过其伴生镓工业品位的矿床定义为富镓矿床。1.2 世界典型富镓矿床 镓和铝、锌、铁等元素在化学和结晶化学性质上相近,决定了他们之间密切的共存关系。不同的物理化学条件下镓的富集形式也不相同。伴生镓矿床的成矿作用主要有岩浆作用、伟晶岩作用、气成-热液作用、热液作用、风化作用、沉积作用六种(孙大中,1960;刘英俊,1982;温汉捷等,2020)。镓具有亲石、亲硫和亲铁的地球化学性质,按照镓的赋存状态可将世界上含镓矿床划分为明矾石矿床、高硫化浅成金矿、火山成因硫化物矿床、铅锌矿矿床、密西西比河谷型(MVT)、多金属沉积型、铝土矿矿床喀斯特型、铝土矿矿床红土类型、表生铁冒和煤等(表 1,USGS,2017;敦妍冉等,2019;温汉捷等,2020)。其中,以铅锌矿、铝土矿和煤矿三类矿床为主。目前,仅在非洲的(Tsumeb)Cu-Pb-Zn 金属矿床发现了唯一的原生镓矿物(硫镓铜矿)。1.3 我国主要富镓矿床类型 镓极少独立成矿,仅在某些矿床中形成工业富集,从而形成镓含量相对较高的矿床。本文依据矿床成矿作用(热液作用、风化-沉积作用和生物化学沉积)将成因类型和工业类型进行有机融合,并根据矿床成矿地质背景、镓的富集规律等特征,将我国具有重要工业意义的富镓矿床的类型划分为 5 种,并按照主矿种进行了矿床命名(表 2,叶庆同等,1991;陈毓川和毛景文,1995;翟裕生等,1996;王登红等,2002,2020;陈毓川等,2016,2022)。此外,镓还可在沉积铁矿床、碱性伟晶岩矿床和经过气成-热 液 作 用 形 成 的 云 英 岩 型 矿 床 和 含 铌 钽 矿 化 602 地 球 学 报 第四十四卷 表 1 世界典型伴生镓矿床 Table 1 Typical gallium-associated deposits in the world 国家 矿区或矿床 Ga/106 富镓矿床类型 资料来源 美国 Paradise Peak Au-Hg 84 明矾石矿床 Eng et al.,1991 美国 McDermitt 34 明矾石矿床 Schulte and Foley,2013 蒙古 Hugo Damit porphyry copper-Gold 17 高硫化浅成金矿床 Khashgerel et al.,2008 澳大利亚 Jarrahdale 69 红土型铝土矿 Anand et al.,1991 喀麦隆 Bamboutos Mount 39 红土型铝土矿 Hieronymus et al.,2001 几内亚 Kimbo 红土型铝土矿 Schwarz,1997 澳大利亚 Weipa 红土型铝土矿 Brdossy and Aleva,1990 印度 Koraput 10 红土型铝土矿 Brdossy and Aleva,1990 委内瑞拉 Pijiguaos 75 红土型铝土矿 Tosiani et al.,1990 巴西 Cataguases 48 红土型铝土矿 Brdossy and Aleva,1990 中国 扶绥东门铝土矿 41 喀斯特型铝土矿 余文超,2017 中国 黔北大竹园铝土矿 48 喀斯特型铝土矿 李沛刚等,2014 中国 豫西杜家沟铝土矿 52 喀斯特型铝土矿 汤艳杰等,2001 俄罗斯 Ural 铝土矿 49.8 喀斯特型铝土矿 Zakrutkin,1974 法国 Arige 55 喀斯特型铝土矿 Caillre,1976 希腊 Khiona 38 喀斯特型铝土矿 Valeton,1983 牙买加 Saint Ann 60 喀斯特型铝土矿 Blackwood et al.,1982 中国 凡口铅锌矿 60 铅锌矿 邓卫等,2002 中国 银山铅锌矿 52 铅锌矿 黄松等,1998 瑞典 Zinkgruvan 铅锌矿 2.3 铅锌矿 Jansson et al.,2016 美国 Central Tennessee 67(MVT)Bonnet et al.,2016 美国 East Tennessee 57(MVT)Bonnet et al.,2016 中国 黑岱沟煤矿 44.6 煤矿床 张复新和王立社,2009 中国 海拉尔盆地 25.8 煤矿床 麻涛等,2015 美国 Utah APEX 表生铁帽型 Dutrizac et al.,1986 西班牙 Rio Tinto 火山成因硫化物矿床 Tornos,2006 的碱质蚀变花岗岩矿床等矿床中富集成矿,但这些矿床在我国出露较少,且缺乏代表性矿床(温汉捷等,2020),所以本文暂未考虑。(1)与风化-沉积作用有关的富镓矿床 与该成矿作用有关的富镓矿床的类型是铝土矿。镓含量较高的铝土矿多经历风化淋滤、沉积和成岩作用成矿。该类矿床共生矿产有耐火黏土、铁和煤等,同时多伴生 Li、Ga、Sc 和 REE 等三稀元素(刘英俊,1982;涂光炽等,2004;金中国等,2019)。矿体一般呈似层状、透镜状和漏斗状(高兰等,2015;Zhu et al.,2019)。其中,古风化壳沉积型铝土矿,是目前我国最主要的铝土矿类型,分布地域广,但主要集中在华北陆块和扬子陆块之间。古风化壳沉积型铝土矿的资源量约占全国 80%,是目前我国镓金属最主要的来源之一,典型矿床有贵州大竹园、山西庞家庄、河南杜家沟等。(2)与生物化学沉积作用有关的富镓矿床 与该成矿作用有关的富镓矿床的类型是煤矿。我国煤中镓资源主要成矿时代有华北石炭二叠纪、华南二叠纪和西北侏罗纪(宁树正等,2019)。煤矿在经历了不断地风化作用-剥蚀作用以及地下水腐蚀的过程,导致了富镓矿石不断的细碎屑化,并通过各阶段的高岭土和泥化作用去除了 K、Ca、Na、Mg、Si 等杂质(张复新和王立社,2009)。典型富镓煤矿床有内蒙古黑岱沟、山西平朔、重庆南武等。(3)与热液作用有关的富镓矿床 与该成矿作用有关的富镓矿床是铅锌矿。我国富镓铅锌矿类型主要为碳酸盐岩型(MVT)。该类矿床主要受中-低温热水和盆地盐卤影响而成矿,与岩浆作用关系不大,多伴生 Ag、Cd、Au、Cu 等金属元素(涂光炽,1984;刘英超等,2008;Ding et al.,2016;唐攀科等,2018;Zhou et al.,2022),可以形成层状、脉状和筒状的矿体,方铅矿和闪锌矿是矿石中主要的矿物组合,且有少量黄铁矿和黄铜矿。我国该类型铅锌矿分布广泛,但超大-大型矿床主要分布于我国西北、西南和华南等地区,典型富镓矿床有广东凡口、安徽荷花山等。2 中国富镓矿中国富镓矿床时空分布特征床时空分布特征 2.1 空间分布 中国的富镓矿床分布区域较广,但大-中型的富镓矿床分布相对集中。如,我国有 19 个省区市探明铝土矿资源,29个省区市发现了铅锌矿资源(张长青等,2014;高兰等,2015)。近年来,随着地质调查第四期 罗培麒等:中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向 603 项目的实施和技术的发展,在铝土矿、铅锌矿和煤矿中陆续发现一大批伴生的镓资源,使我国金属镓资源量不断增加。本文参照徐志刚等(2008)中国成矿区带划分方案,根据铝土矿、铅锌矿和煤矿等各类型矿床的分布特征,以及含镓物源和相应的富集成矿作用将我国富镓矿床分为 7 个成矿区带:晋豫成矿区、右江成矿区、扬子陆块西南成矿区、川滇黔成矿带、湘西鄂西成矿带、湘东赣西成矿带、华北陆块北缘成矿区。2.1.1 铝土矿中伴生镓成矿区 我国伴生镓的铝土矿的主要类型为沉积型铝土矿、其次为堆积型铝土矿,少见红土型铝土矿。因此,本文研究主要集中于沉积型铝土矿,堆积型铝土矿和红土型铝土矿作为潜在研究对象。我国铝 表 2 我国典型伴生镓矿床 Table 2 Typical gallium-associated deposits in China 成矿作用 矿床类型 典型矿床 与风化-沉积作用有关 1.沉积型铝土矿 贵州大竹园、山西庞家庄、河南杜家沟 2.堆积型铝土矿 云南鹤庆、广西新圩 3.红土型铝土矿 广西贵港、海南蓬莱 与沉积作用有关(生物化学沉积)4.煤矿床 内蒙古黑岱沟、山西平朔、重庆南武 与热液作用有关(与盆地卤水作用有关)5.碳酸盐岩(MVT)广东凡口、安徽荷花山 晋豫成矿区;扬子陆块西南成矿区;右江成矿区;华北陆块北缘成矿区;川滇黔成矿带;湘西鄂西成矿带;湘东赣西成矿带。Jinyu metallogenic area;southwest metallogenic area of Yangtze block;Youjiang metallogenic area;mining area in the northern margin of the North China Continent;SichuanYunnanGuizhou metallogenic belt;western Hunanwestern Hubei metallogenic belt;metallogenic belt of east Hunan and west Jiangxi.图 2 我国伴生镓矿床与富镓矿床成矿区带 Fig.2 Gallium-associated deposits and Ga-rich metallogenic belts in China 604 地 球 学 报 第四十四卷 土矿中伴生镓成矿区带划分见图 2。晋豫成矿区():位于我国华北陆块,主要涉及山西省和河南省。目前,该成矿区已发现铝土矿中伴生镓资源占我国铝土矿中镓资源的 50%以上。Ga主要赋存于石炭系本溪组铝土矿中,属地台型沉积的一水硬铝石型铝土矿(汤艳杰等,2002;李昌盛等,2017),石炭系本溪组地层直接覆盖在马家沟组的碳酸盐岩之上,本溪组之下为铝土岩地层,区内铝土矿床含矿岩系是一套以铝铁质黏土岩为主的滨海、海湾与泻湖环境所形成的陆源碎屑沉积。其中,河南新密市张沟桐树园铝土矿富集区呈北东南西向展布,古地理环境为潟湖潮坪沼泽相及滨岸潮坪沼泽相;另外一个铝土矿集区王沟范坡镇铝土矿位于禹州市,该区含矿岩系延伸超过 60 km,矿体厚度约为 1116 m,受禹州向斜控制,古地理环境为潟湖潮坪沼泽相。华北大陆受构造运动影响整体抬升成陆,之后发生强烈的风化-剥蚀作用,Mg、K、Ca、Si、S 等元素不同程度的被淋滤出去,镓与铝一起迁移,在基底稳定之后富集成矿(孙莉等,2018)。山西伴生镓铝土矿主要分布于华北陆块(克拉通)中部,主要赋存于中奥陶系碳酸盐岩古风化壳侵蚀面之上的上古生代晚石炭世早期太原组(湖田段)底部。该区铝土矿的含矿岩系同样为晚石炭世本溪组,岩性组合自下而上可以分为“山西式”铁矿层铝土矿层黏土岩层,该成矿区北部和南部地区镓含量较低,中部地区镓含量较高,各类型矿石中镓含量由高到低依次为豆鲕状土状-半土状碎屑状致密状(廖士范和梁同荣,1991;陈平和柴浩然,1997)。扬子陆块西南成矿区():该成矿区包含渝南黔北赋镓带和黔中赋镓带。镓主要富集在石炭系大竹园组和九架炉组地层中(刘平,1995)。其中,黔中赋镓带位于上扬子台褶带,黔中隆起南部,古地理环境为黔中泻湖海盆地(莫江平和郦今敖,1991),区域地壳频繁的升降运动,对镓在铝土矿中的聚集起了巨大作用。在铝土矿成矿过程中铝和镓存在于成矿母岩之中,随着铝土矿层形成和在受到后期沉积地层的压覆之下形成伴生镓矿床。含矿岩系包括三个主要特征岩性段:上段为碎屑岩岩系、中段为含铝岩系、下段为含铁岩系,其上覆地层为石炭系下统摆佐组,下伏地层为寒武系中上统娄山关组(刘幼平等,2016)。矿石按照结构类型划分为土状、半土状、碎屑状和致密状,以碎屑状铝土矿居多但镓含量低,如修文小山坝矿石中 Ga 含量由高到低为:豆鲕状土状碎屑状(叶霖等,2007)。黔北渝南赋镓带主要位于扬子板块中部,扬子板块自寒武纪形成以来处于稳定的陆内环境(张启明等,2012)。含铝岩系为上石炭统大竹园组,上覆地层为中二叠统梁山组或栖霞组,下伏地层为上石炭统黄龙组或下志留统韩家店组(韩忠华,2008)。该区的铝土矿矿石类型主要为土状-半土状、碎屑状、致密状、豆鲕状矿石。该区各矿石类型富 Ga 规律与黔中修文小山坝明显不同,如大竹园矿区各类型矿石中镓含量由高到低为:致密状夹碎屑状碎屑状半土状豆鲕状致密状。黔北渝南铝土矿含矿岩系沉积时代应该为中二叠世的梁山组和大竹园组。调查发现在大塘、新民、旦坪、桃园、宴溪、瓦厂坪、渝南大佛岩和武隆申基坪等地的铝土矿中存在不同程度镓富集,其中,黔北大竹园的伴生镓资源量可以达到 5400 t(李沛刚等,2014)。根据该区铝土矿及其伴生镓分布特征认为,黔北务正道地区和渝南武隆南川一带的道真向斜、桃园向斜、安场向斜、浣溪向斜、栗园鹿池向斜、大塘向斜、张家院向斜、新模向斜等具有较好的找镓前景(图 3;李沛刚等,2013;李再会等,2013)。右江成矿区():该区伴生镓的铝土矿主要分 图 3 黔北渝南成矿区伴生镓铝土矿(改自谷静等,2021)Fig.3 Adjacent gallium bauxite in North GuizhouSouth Chongqing mineralization area(modified from GU et al.,2021)第四期 罗培麒等:中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向 605 布于云南和广西。云南铝土矿的赋矿层位在滇东南,为晚二叠世龙潭组,滇东南晚二叠世吴家坪早期处于滨海环境,有利于铝土矿的形成。滇东南铝土矿主要为原生沉积型和次生堆积型铝土矿,沉积型铝土矿位于丘北县,文山天生桥等,堆积型铝土矿主要位于砚山县阿猛、西畴县木者铁厂地区。伴生镓主要赋存在堆积型铝土矿中。广西是全国第二大铝土矿资源省份,含矿岩系为晚二叠世合山组。桂西一带有少量红土型铝土矿分布。桂西的铝土矿矿体大多散布于那坡德保、靖西田阳,包括田东县和平果县一带(覃丰等,2019),该区铝土矿赋存于二叠系茅口组灰岩的侵蚀面之上,二叠系合山组之下(王文鹏,2016),代表性矿床有靖西禄垌、桂西平果、桂西田阳、靖西大甲和靖西新圩等铝土矿。我国的沉积型铝土矿为产于碳酸盐岩上或产于砂岩、页岩、泥灰岩、玄武岩侵蚀面上的铝土矿矿床,铝土矿层的通常伴随着富铁矿物或煤层(炭质页岩)。从上到下通常是“页岩(炭质页岩,煤)-铝-铁”结构。如,华北地台石炭系本溪组底部的铝土矿(“山西式”铝土矿),矿层主要位于灰岩之上和铁质、炭质泥岩(劣煤,煤)共生形成了煤-铝-铁共生组合,三者在含矿系内部此消彼长,底部铁质层为黄铁矿和菱铁矿;贵州二叠系梁山组、广西上二叠统合山组(图 3)含矿层都是区域性的“煤-铝-铁”结构(水兰素和常全明,1999;Zhang et al.,2013;高兰等,2015;唐波等,2021;姬果等,2021)。有学者认为“煤-铝-铁”的形成伴随着强烈的风化作用,是在强酸性-碱性转化条件下形成的,有利于发生脱硅、去铁、富铝等一系列化学反应。“煤-铝-铁”三层结构在铝土矿中明反映现了含矿岩系垂向上的岩性差别,并且铝土矿的上覆岩系和基岩之中镓的含量与其他地方相比偏低,但在含铝岩系和铝土矿层中的镓含量较高(图 4)。且不同的含铝岩系中镓的含量也存在着差别,如黔中小山坝镓在铝土矿层的中下部,富镓岩性主要为铝土矿(岩),而在豫西杜家沟本溪组则是铝质黏土岩和下部的铝土矿。通过对比我国主要伴生镓铝土矿成矿带,发现不同的铝土矿床中镓含量变化范围较大,如杜家沟含量44106130106、大竹园12.26106132.56106、修文小山坝 21.8810672.59106(叶霖等,2008;汤艳杰等,2001;李沛刚等,2014),且同一矿床之中不同类型矿石中镓的平均含量也有明显不同,如大竹园铝土矿土状-半土状铝土矿中镓平均含量为52.97106,碎 屑 状 铝 土 矿 中 镓 平 均 含 量 为65.46106,致 密 状 铝 土 矿 中 镓 平 均 含 量 为47.59106。图 4 沉积型铝土矿典型剖面及镓含量变化图(数据来源:汤艳杰等,2001;叶霖等,2008;于蕾,2012;陈阳等,2013;崔滔,2013)Fig.4 Profile of sedimentary bauxite and gallium content change (Data sources:TANG et al.,2001;YE et al.,2008;YU,2012;CHEN et al.,2013;CUI,2013)606 地 球 学 报 第四十四卷 2.1.2 煤矿中伴生镓成矿区 我国富镓煤矿的空间分布特征目前还不是很明显,宁树正等(2019)划分了我国煤中金属元素矿床资源带。Dai et al.(2016)把我国煤中伴生镓的元素组合分成了两类:Al-Ga 和 REY-Nb-Zr-Ga。其中,Al-Ga 主 要 分 布 于 我 国 华 北 地 区 和 西 北 地 区,REY-Nb-Zr-Ga 主要分布于我国西南地区。华北陆块北缘成矿区():该区存在的伴生镓煤矿主要有黑岱沟、阿刀亥和宁武煤矿(图 5)。其中,准格尔黑代沟煤矿位于鄂尔多斯东北缘,是目前我国发现唯一的与煤伴生的超大型镓矿床,基底为奥陶统灰岩,主要含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组,上覆地层有上、下石盒子组、石千峰组等,黑代沟 6 号煤层是三角洲沉积体系下形成(Dai et al.,2006;张复新和王立社,2009;宁树正等,2017)。煤矿中主要矿物有碳酸盐矿物、硫酸盐矿物和黏土矿物等,其中 Ga 主要赋存于高岭石和勃姆石等矿物中(高桂梅等,2023)。内蒙古大青山煤田阿刀亥矿区位于阴山纬向构造中段,受强烈构造作用控制,主要赋矿地层为石炭系、二叠系栓马桩组(关腾,2013),上覆地层为杂怀沟组和石叶湾组,下伏地层为寒武奥陶系灰岩夹白云质灰岩(钟蓉和陈芬,1985),该区煤层为陆相沉积。阿刀亥矿区的矿物主要有高岭石、勃姆石、硬水铝石和磷钡铝石(邹建华等,2012),其中,富镓矿物以勃姆石和硬水铝石为主。煤中镓与铝土矿中镓分布规律相似,镓与铝紧密共生,因此,可以初步通过 Al2O3含量去判断镓含量。煤中伴生的镓可以赋存在有机质和无机质之中。如,准格尔黑岱沟煤矿富镓矿物主要为勃姆石和高岭石,镓与铝主要来自于准格尔盆地北偏东的本溪组铝土矿(代世峰等,2014),属于沉积成因。而阿刀亥煤矿中富镓矿物主要为勃姆石和硬水铝石,其形成是煤层中的三水铝石在岩浆热液的烘烤下脱水所形成的。在我国滇东煤层中,镓还可以以离子形式吸附于泥炭、腐殖酸等有机物中(Dai et al.,2010;Qin et al.,2015)。但无论镓以有机态、无机态或者混合形式存在,对其含量上的差异性还需要进一步研究(表 3)。2.1.3 铅锌矿中伴生镓成矿带 川滇黔成矿带():位于我国西南扬子地台和塔里木盆地西缘。主要出露地层有震旦系、寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系,次有志留系、奥陶系和三叠系。川滇黔成矿带遭受新生代构造活动影响较大,是成矿作用发育的主要区域之一(叶霖等,2011)。矿床主要分布在震旦系碳酸盐岩上部(张长青等,2013)。区内的铅锌矿经过了多期次发育、岩浆活动和构造运动的共同作用下,主要形成了岩浆型和沉积改造型铅锌矿,其中沉积改造型铅锌矿占全国总资源量的 10.6%。矿石矿物主要以闪锌矿、方铅矿和黄铁矿为主,脉石矿物有方解石、石英等。目前,在川滇黔成矿带发现了老厂、富乐、五指山、洞子沟、桥儿沟和大梁子等一批大-中型富镓铅锌矿床。湘西鄂西成矿带():位于我国扬子地台西南和北缘,是我国重要的铅锌矿成矿带,主要包括洛塔、保靖、花垣和凤凰四个铅锌矿田,已经探明了洛塔、保靖等多个大-超大型铅锌矿床(吴涛等,2021)。成矿带内主要含矿层位为震旦系陡山沱组和寒武系清虚洞组。洛塔矿田中唐家寨铅锌矿床含镓矿物闪锌矿中平均镓含量为 1 320106,远超过铅锌矿中镓工业回收的最低品位。长登坡、辰溪和花垣铅锌矿床镓含量均超过工业品位,极具开发利用价值。代表性矿床有湖南长登坡、湖南辰溪等铅锌矿床。湘东赣西成矿区():位于扬子地台的次级构造单元江南台隆,区内出露地层为新元古代第四纪。区内伴生镓矿床基底主要是由碎屑岩构成。主要矿床类型为 MVT 型铅锌矿。该区已发现的伴生镓的铅锌矿矿床较少,但在骊山和清水塘显示了一定的镓资源潜力。从统计数据来看,我国伴生镓的铅锌矿主要分布于川滇黔成矿带和湘西粤西成矿带,镓资源潜力大。在闪锌矿之中镓含量多高于其工业品位,但在黄铁矿或其他矿物之中低于地壳丰度。从根本上显示了镓的富集是由于与铅锌矿中的锌相关矿物 表 3 煤中 Ga 的赋存状态和来源(改自:Qin et al.,2015)Table 3 Occurrence type and source of Ga in coal(modified from Qin et al.,2015)赋存状态 Ga 含量/(106)Ga 的载体 Ga 的来源 矿床实例 参考文献 无机态 1276 勃姆石 陆源碎屑 准格尔黑代沟煤矿 Dai et al.,2006 5.738 硬水铝石 陆源碎屑 大青山阿刀亥煤矿 Dai et al.,2012 41.9166.42 硅酸铝盐矿物 陆源碎屑 南武开发煤矿 李聪聪等,