广西煤系共伴生矿产资源特征及开发现状研究

张福强，廖家隆，赵冠华，周立坚

(中国煤炭地质总局广西煤炭地质局，广西 柳州 545005)

煤系共伴生矿产资源的开发利用研究是近年来煤炭地质领域研究的热点之一[1-4]。我国煤系地层分布广、厚度大。多数煤系地层不仅赋存有大量的煤炭资源，还共生或伴生其他矿产资源。其中不少共伴生矿产储量大、品位高、便于开采。然而由于各种原因，人们对这些资源的开发利用程度还不高[1，5]。广西地处华南缺煤省区，煤炭资源具有热量低、灰分高、硫分高、有害元素高等特点，单从煤的角度考虑，其工业开采价值不高，但如能在煤系中找到一定规模的共伴生矿床并加以综合利用，将大大提高煤炭资源的开采价值，对广西今后的经济发展发挥巨大作用。自五十年代至今，广西随着大规模煤田地质勘查工作的开展，煤系共伴生矿产的综合开发利用已有或多或少地涉及。在各地勘系统提交的煤田地质勘查报告中，对与煤共伴生的矿产，特别是比较容易识别的大宗矿产如铝土矿、膨润土、石膏等矿产，均有程度不同的评价。但对整个广西地区的总结性的研究资料极少。

本文通过对广西以往地质资料分析，发现了煤系地层含有锰矿、铝土矿、黄铁矿等十多种共伴生矿产资源，并总结了煤系伴生矿产分布特征、成矿规律、开发利用状况等，初步分析了煤系共伴生矿产开发的主要问题，为政府部门宏观决策提供理论依据。

1 主要共伴生矿产资源分布特点

煤系中矿产资源与煤层共生或者伴生，共同赋存于含煤地层中，构成一个矿产资源丰富、类型多样、相对独立、成矿作用不同、和谐统一的矿产赋存单元和成矿环境[5]。广西矿产资源丰富，种类繁多，储量较大[6]，受各矿体母源的影响，煤系共伴生矿种较多(图1)，本文仅对区内主要的煤系矿产资源分布进行描述。

1.1 锰矿

广西锰矿资源丰富，居全国首位[7]。根据各地区成矿、成矿后的构造变动等地质要素可划分为桂西北成矿区，桂中东成矿区，桂东南成矿区(图2)。煤系共伴生锰矿按产锰的地层层位分：桂北宜州市和桂中忻城县为下石炭统；桂中来宾、武宣、柳州、鹿寨，桂东北全州、平乐、荔浦，桂西田东为中二叠孤峰组；桂西南天等为下三叠统；桂东北贺州为下侏罗统；平乐二塘为中二叠孤峰组和下侏罗统。按矿种类型分为三种：一是氧化锰(包括锰帽型、淋滤型及堆积型风化锰矿)，分布于桂东平乐、荔蒲，桂中宜州、柳州、鹿寨、武宣、来宾，桂西南天等、德保；二是碳酸锰矿，主要分布于忻城一带；三是氧化锰和碳酸锰共生，分布于靖西、宜州。

图1 广西煤系主要共伴生矿产分布图Figure 1 Coal measures main associated and accompanying mineral resources distribution in Guangxi

据郜兆典、李青、蔡贺清发表于2005年《广西地质学会会迅》的论文插图图2 广西锰矿床成矿区(带)划分略图Figure 2 Manganese deposit metallogenic province (belt) zoning sketch map of Guangxi

1.2 菱铁矿

煤系伴生菱铁矿主要赋存于下石炭统大塘阶寺门段和上二叠统合山组两个组段。与寺门段含煤建造共生菱铁矿主要分布在罗城小长安一带。上二叠统合山组煤系地层共伴生的菱铁矿主要分布于桂南宁明县、扶绥县一带合山组的泥岩中。在扶绥煤田，菱铁矿主要分布在合山组Ⅱ煤之上Ⅴ煤附近的砂岩。其层数变化一般随含菱铁矿泥岩厚度增大而增加。据钻孔资料分析(表1)，菱铁矿单孔最多24层，一般5～12层，单层厚度最薄0.14m，最厚4.04m，一般0.51～1.00m。菱铁矿的品位由南往北，由西往东有增加趋势。

1.3 铝土矿

主要分布于桂西平果、田东、田阳县等地，以平果为最佳。桂西北、桂中及桂南亦有少量分布。产出部位为合山组Ⅰ煤层底部，即下二叠统茅口阶灰岩的侵蚀面上。矿物成分以一水硬铝石为主，占75%～80%，硅及铁占10%，硫铁矿占4%。化学组分以Al2O3为主, 占50%～60%，次为Fe2O3, 占13%～16%，SiO2:6%～9%等。矿体厚0.78～9.4m, 一般2～3m, 长50～400m, 一般500～1 500m, 宽 30～800m,一般200～500m。堆积矿床多发育于原生矿床附近，特征与原生沉积矿床近似。由于受风化作用影响，它与原生矿石相比品位略有提高，变化最大为硫，由百分之几降到万分之几。值得注意的是一些元素如铌、锗等有所富集，个别达综合利用品位。

表1 扶绥煤田钻孔含菱铁矿泥岩厚度与菱铁矿层层数对照表

1.4 黄铁矿

煤系黄铁矿主要赋存于下石炭统大塘阶寺门段和上二叠统合山组。其中与寺门段含煤建造共生的黄铁矿主要分布在罗城—融水一带，黄铁矿呈结核状分布在煤系的黑色页岩中，上二叠统合山组中黄铁矿主要分布在桂西、桂西北一带。罗城煤田黑色页岩中的黄铁矿分布较普遍且较稳定，规律性较明显。一般富集为两层，分别位于合山组Ⅰ煤(称一铁)和Ⅲ煤(称三铁)层之下的页岩中。一铁单层厚1.50～2.49m, 一般2.3m, 含矿率34～380kg/m3，一般141～294kg/m3,矿石含硫10.79%～45.11%，一般为23.54%～39.55%， 含铁一般为27.5%～36.58%；三铁单层厚0.93～1.91m, 一般1.70m, 含矿率42～593kg/m3，一般122～335kg/m3,含硫10.93%～42.33%，一般为18%～26.79%，含铁一般26. 40%～36.58%。

1.5 分散元素

广西煤系地层中的伴生元素主要有镓、锗、铀。锗的含量一般小于10×10-6，只有南宁煤田的六塘勘查区、富川小田等煤系地层中锗局部富集并超过工业指标(表2)。铀的含量一般在一些煤田的煤系地层都显示比较明显的放射性异常，值得进一步去验证。镓矿资源比较丰富，主要为铝土矿的伴生矿，煤和煤矸石中镓的含量一般在(0～20)×10-6，只有百色煤田的那荷勘查区、南宁煤田的六塘勘查区的煤系地层中，镓的含量超过30×10-6，部分煤矸石镓的含量达到50×10-6，满足工业开采要求。

1.6 膨润土

主要分布在宁明县宁明盆地和百色煤田的古近系煤系地层中。其他地区煤系地层中未见有膨润土矿体。宁明膨润土为古近系上部，分布于盆地中部的宁明县城至明江乡之间，面积约30km2。共含矿层12层, 9层具工业价值, 矿层厚1～3.77m，埋深0～520m, 一般200～400m。百色膨润土为古近系始新统那读组新州段上部及渐新统公康组伏平段下部，分布于盆地东部田阳、田东一带，长约30km，宽7km, 面积约210km2。含矿多达12层, 厚0.05～2.13m, 单矿层一般不足1.00m, 单个矿体长2～3km, 宽1～2km, 埋深250～470m, 各矿段分布较集中。

表2 富川小田找煤区一部分煤和含炭泥岩样品中锗含量化验成果表

1.7 石油—天然气

主要分布于北部湾盆地和百色煤田中。在北部湾盆地涠洲岛西南凹陷区和百色煤田公娄井田、新州一、二、三、四、五号井田、田东勘查区、跃进井田、正利煤矿、百慢矿区、那坡矿区、田阳-田东勘查区等均有石油和天然气产出，其他煤田煤系地层中未发现石油和天然气资源。

1.8 页岩气

有利区带分布于桂中凹陷的泥盆、石炭系的泥质烃源岩，特别是下石炭统岩关阶的暗色泥页岩，有机质成熟度分布在1.5%～3.0%，为较为有利的页岩气储层。

1.9 其他矿产

煤系中共伴生矿产还有磷矿、铜矿、陶粒页岩、石灰岩、石英砂矿、水晶矿等，这些矿产分布比较零散，仅在个别矿区产出。

2 煤系共伴生矿产的成矿规律

广西主要含煤地层中大多数都赋存一种至数种矿产，产于煤系中的共伴生具有丰富的物质基础及漫长的时间条件，种类也丰富多样(表3)。共伴生矿产与煤一样，究其成因大多属同生沉积成因，属于沉积矿产，部分属于后生作用和沉积变质作用成因。占据沉积矿产主要地位的是非金属矿产，但也包括一些能源和金属矿产，赋存于煤系地层中的微量、稀有、放射性元素等。由此可见各类煤系共伴生矿产资源的种类与分布特征表现出明显的时代差异性，各种共伴生矿产都有一定的成矿时代和地层层位，这主要受成煤期沉积环境的影响。

表3 广西各时代地层沉积矿产概况表

3 煤系主要共伴生矿产资源的勘查与开发利用现状

3.1 锰矿

广西煤系共伴生锰矿资源分布比较广泛，且大部分正在开采过程中，平乐牛角、平乐周塘、贺州芳林、泉州白水、宜州北山以及忻城理苗的伴生锰矿已经停采，田东龙怀、义圩以及扶绥那标锰矿至今尚未利用。

3.2 镓

广西煤系共伴生镓矿资源利用程度不高，伴生镓矿仅在平果县由平果铝业公司开采铝土矿时采出外，其他地方均未发现开发利用。在一些主要煤田，如合山煤田、罗城煤田和南宁煤田的煤系地层中，镓的含量达不到工业要求。但在桂西的一些小的煤矿生产地中，煤系铝土矿中镓的含量达到工业品位要求，具有一定的工业开采与利用价值。

3.3 铝土矿

广西查明资源储量的煤系共伴生铝土矿区主要集中在广西西部的含煤盆地，其它地点仅零星分布。矿区35处，其中20%以上已开采利用。

3.4 黄铁矿

广西的煤系地层中，黄铁矿伴生资源相对较少，一般为小型-中型矿床。查明资源储量的矿区27处，已开发利用矿区19处，主要分布于桂北及桂中地区。

3.5 煤层气

通过调查研究，在合山煤田、罗城煤田、红山煤田3个煤田中，煤层气资源量644 157万m3，其中合山煤田的煤层气资源量为527 276万m3，目前仍未开发利用。

表4 合山、罗城、红山煤田煤层气资源量计算结果表

3.6 石油—天然气

已探有储量的为百色盆地和北部湾，计有15个小型油田、油气田。其中，百色盆地已发现9个小型油田(表5)，探明含油面积近33.66km2；北部湾涠西南凹陷已发现含油构造6个，其中一个油田探明了油气储量(表6)。

4 煤系共伴生矿产开发存在的主要问题

4.1 伴生矿产资源规模小，品位低

根据已有资料分析，绝大多数矿体规模比较小，就目前的技术水平有许多矿种达不到工业利用的要求。一些规模稍大的矿产，如黄铁矿，铝土矿，锰矿，其品位很低，有的甚至都达不到工业品位。

表5 百色盆地小型油田简表

表6 北部湾涠西南凹陷油气田表

4.2 勘探程度较低，研究不够深入

在以往广西煤炭勘探过程中，对煤系共伴生矿产资源的勘探和研究工作不够深入，勘探报告中关于煤系伴生矿产的篇幅较少，对于一些品位比较高的伴生矿产，研究也不够深入。如在南宁煤田的六塘矿区和合浦煤田的福成勘勘查区，煤矸石中镓和锗的品位都远远超过工业标准，但都是由于没有进行进一步的取样与测试工作而导致这一珍贵资源未能得到合理的开采与利用。

4.3 综合利用率低，导致资源浪费并污染环境

广西的二叠系煤田大多为含黄铁矿较多的高硫煤，而这些煤未经严格处理就用于生产和生活，一方面造成伴生矿产资源的浪费，另一方面还给广西的环境带来巨大的压力。目前，一些较大型的工业企业如柳钢、柳化等都采用了先进的燃煤锅炉脱硫装置，从燃煤的烟气中回收二氧化硫制成硫酸，大大减少了空气的污染。但是，对于煤灰中可能存在的一些稀有元素的回收利用，重视程度不够，目前尚无成功的例子。

5 结论

总而言之，过去在煤炭系统的勘探和开发中，基本上是单一的找煤和开煤，对共生、伴生矿产多只作概略性了解和评价，综合研究不够。本次研究结合广西煤炭资源及煤系共伴生矿产资源的自身特点，加强以下几点工作。

①加大对现有的煤系伴生矿产资源勘探和研究力度，使资源得到充分的开发与利用。广西的不少煤田的周围发现有铜、锌、钨、稀散元素等多金属热液型矿床或矿点，一些煤田的金属矿床储量价值超过了煤炭本身。所以今后的煤炭地质工作，不仅仅要把煤作为一个独立的矿种来看待，还要加强煤系地层中共伴生矿产的研究，特别是要加强岩矿的分析测试工作，积极查清煤中稀散元素的赋存状态和规律，要充分利用煤中的稀散元素资源。

②加强对煤系地层中共伴生矿产资源的勘查和评价工作，应从现有煤矿建矿时，普查、详查、勘探的地质报告中，进行调查分析研究，按类别排队，另一方面对现有生产矿井开采中见到的共伴生矿产进行技术鉴定，是否有开采价值，两者综合汇总分析研究，提出煤系地层中共同开发利用共伴生矿产资源的综合报告。

③加强科学研究和技术协作。针对煤系地层共伴生矿产资源丰富，而科研工作少的情况，科研工作应和现场应结合起来，在研究共伴生矿产资源的成分、性质、特点、是否有工业价值、加工难度及其发展前途等方面，开展技术协作，以加速对广西煤系地层共伴生矿产资源的开发与利用。