黔西南高砷煤地质特征探析

一、高砷煤煤层特征
贵州西部高砷煤矿床分布于龙潭相区(滨海湖沼海陆交互相)，受背斜或弯隆及断层的控制，并与Au，Hg，Sb等元素的矿化有关。矿体呈层状，与围岩界线分明，主要赋存于含煤岩系的中下部，煤层厚度较稳定，0.20-3.60m。外观上，高砷煤与非高砷煤无法区别，只有通过化学分析等手段鉴别。现以兴仁县潘家庄高砷煤矿为例，介绍主要煤层特征。
兴仁县潘家庄顺发高砷煤矿床含煤16-24层，含煤系数0.04。其中单层厚度大于0.8m的煤层7-8层，产于龙潭组第一段(P3I1)、第二段(P3I2)、第三段(P3I3)中，据此分下、中、上三个含煤岩组。
1.1下部含煤组
相当于龙潭组第一段(P3I1)，厚92.80-124.20m，含煤3-4层，厚度大于0.8m的煤层1层(M8)。
M8为灰黑色细至中条带状半暗一半亮型中灰高硫无烟煤，厚0.87-1. 35m,平均厚1.14m，局部见二层炭质粘土岩夹研，厚0.20m.
1.2中部含煤组
为主要含煤层位，相当于龙潭组第二段(P3I2)，厚121.40-134.l0m。含煤13-15层。其中单层厚大于0.8m的煤层3层，即M4、M5、M7；局部厚度大于0. 8m的煤层1层，即M6。此4煤层平均总厚7. 45m，含煤系数0. 03-0. 04。
1.3上部含煤组
为主要含煤层位，即相当于龙潭组第三段(P3I3)，厚123.70一145.60m。含煤3--7层。其中单层厚大于0.8m的煤层3层，即MI、MZ、M3。三层煤总厚5.57m，含煤系数0.03--0.04。
二、高砷煤煤质特征
据观察，高砷煤一般呈黑色、灰黑色，油脂或玻璃光泽，具条带状、块状结构。质坚硬，断口常呈参差状、棱角状或阶梯状。不污手，条痕为灰黑色。地表多风化呈黑色粉末状。节理、裂隙发育，常见薄膜状、条带状黄铁矿和细脉状方解石充填，并见团粒星散状、小结核状黄铁矿。其宏观煤岩类型属中至细条带状半暗半亮型无烟煤。
区内高砷煤属煤化程度较高的腐植煤类，煤的发热量高；为中高一高灰、商硫无烟煤。由于高砷煤含硫量高，容易氧化发热，野外经常可见到煤的自燃现象。
三、高砷煤煤岩特征
3.1矿物的物质组分
煤中的无机成分主要以矿物的形式存在，煤燃烧后，绝大部分矿物质进入煤灰中。高砷煤中常见的矿物为硫化物类矿物、粘土矿物、石英和碳酸盐矿物等。
(l)黄铁矿：黄白色，立方体、五角十二面体，呈自形一半自形一它形粒状、草墓状，其中部分被溶蚀呈残晶状。其粒度大小不一，从0.002-2mm均可见到。粗粒黄铁矿常受后期构造作用而产生碎裂现象，具压碎结构特征；有的黄铁矿还具环带结构。黄铁矿多呈星散状，少数黄铁矿局部富集呈团块状、条带状，也有的充填于植物细胞腔内或交代生物腔体或沿裂隙呈填隙浸染状分布。含量约5-20%，并且在显微镜下有这样的规律：As含量高的样品(如交乐、新龙场样品)黄铁矿含量高，黄铁矿脉发育，黄铁矿结晶较粗大；相反，As含量相对较低的样品黄铁矿含量较少，多呈星散状分布，黄铁矿晶粒细小。显示出As矿化与后生黄铁矿关系更密切一些。
总体而言，同生黄铁矿的形态多种多样，有的呈细分散状，有的呈团块状，有的充填于植物细胞腔内；后生黄铁矿一般呈脉状或填隙浸染状分布。
(2)闪锌矿：等轴晶系，腊黄色，松脂光泽，它形粒状，粒度<0. lmm，含量极少，零星分布。
(3)粘土矿物：在透射正交偏光下，呈无色或微带淡绿色的显微鳞片状、针状、束状、蠕虫状集合体。扫描电镜下，其形态呈片状、羽毛状，长径2-8um。样品中含量少，3%左右。
(4)石英：有两种状态，一种呈半自形-自形粒状，粒径一般0.01-0.1mm，另一种成脉状产出。
(5)白云石、方解石：沿裂隙呈脉状充填分布。
(6)褐铁矿：次生矿物，系黄铁矿的氧化物，呈浸染状分布。
3.2矿石的结构构造
由于高砷煤中的砷为“不可见”砷，因此对矿石结构构造的划分主要借助于可见矿物。
（一）矿石结构
结晶结构：矿石的结晶结构主要表现为黄铁矿的自形一半自形一他形粒状结构，闪锌矿的他形粒状结构，石英的半自形一自形粒状结构等。
环带结构：有的早期生成的黄铁矿颗粒边部有带粉红色的次生加大边。
交代结构：黄铁矿被褐铁矿交代而呈骸晶残余状；黄铁矿交代有机显微组分中的大抱子体等。
动力结构：主要表现为黄铁矿的压碎结构。
（二）矿石构造
以浸染状、星散状构造为主，其次为脉状及条带状构造，少数具草墓状构造，局部见显微鳞片构造。
浸染状构造：黄铁矿、褐铁矿呈浸染状分布于高砷煤中。根据黄铁矿的粒径大小可细分为：①显微浸染状构造(粒径d小于等于0.05mm)；②微粒浸染状构造(粒径d=0.05-0.2mm)；③细粒浸染状构造(粒径d=0.2-0.05mm)；④中一粗粒浸染状构造(粒径d=0.5-2mm)。其中以显微浸染状及微粒浸染状构造占优势，其余少见。又根据黄铁矿在矿石中的疏密不同可分为稀疏浸染状和稠密浸染状构造，两种构造均较为常见。
星散状构造：黄铁矿呈星点状分布于高砷煤中。
碎裂状构造：高砷煤中黄铁矿遭受后期应力作用形成。
条带状构造：稠密浸染状的细粒黄铁矿作微细不连续条带顺层或沿裂隙定向分布所组成；镜质组、惰性组和壳质组相间呈条带状。
脉状构造：黄铁矿、石英、方解石、白云石等沿高砷煤中节理裂隙充填，形成脉状构造，脉宽一般为0.5-1m，有时细脉交叉呈网脉状。
草墓状构造：由草墓状黄铁矿不均匀地分布在矿石中而组成，黄铁矿多为显微粒状。
显微鳞片构造：由粘土矿物的细小鳞片杂乱分布组成。
四、高砷煤围岩及蚀变特征
高砷煤含煤岩系位于峨眉山玄武岩(“大厂层”)之上，为龙潭阶沉积，与下伏地层呈整合或假整合接触，在含煤岩系中尚夹少量玄武岩和玄武质火山碎屑岩，矿体与围岩界限分明。
高砷煤煤层顶、底板一般为炭质粘土岩、粉砂质粘土岩、粘土质粉砂岩、粉砂岩等。煤层内部偶见0.10-0.50m厚的粉砂质粘土岩、炭质页岩等组成的夹研。
这些近矿围岩由于热液活动而产生蚀变，高砷煤矿区热液蚀变作用主要表现为黄铁矿化、硅化、碳酸盐化等。
黄铁矿化：普遍发育于各高砷煤矿床中，黄铁矿形成于三个阶段：①沉积-成岩阶段：显微镜下毒状黄铁矿呈分散细粒状，扫描电子显微镜下呈球状，粒度<0.002mm，部分偏集成条带或成层状展布。②早期黄铁矿化阶段：微晶黄铁矿，粒度<0.002-0.02m，在标本中局部分布，常有玫瑰红色的环带结构，构成弱黄铁矿化。③晚期黄铁矿化一黄铁矿脉阶段：黄铁矿呈半自形一自形，中一粗粒，彼此镶嵌组成脉状，沿煤层构造裂隙充填胶结，呈网脉状、树枝状充填穿插；成煤后期，再次受构造作用，黄铁矿产生碎裂，局部呈碎粒。黄铁矿脉和黄铁矿化是低温热液作用的重要标志之一，其存在证明本区确实有热液活动。
硅化：硅化蚀变分布广泛，在各高砷煤矿床中几乎都可见及。硅化石英有两期，早期石英具自形一半自形结构；晚期石英常与方解石、黄铁矿脉伴生，多呈脉状产出，并充填于围岩裂隙中。
碳酸盐化：以方解石化为主，少量为白云石化。表现为方解石、白云石呈细脉状充填于岩石裂隙中。
剖面及显微镜下观察发现：As含量高的样品(如交乐、新龙场样品)黄铁矿含童高，黄铁矿脉、石英脉、方解石脉发育，黄铁矿结晶较粗大；相反，As含量相对较低的样品(如大丫口、海子样品)黄铁矿含量较少，多呈星散状分布，黄铁矿晶粒细小.这一现象说明高砷煤中As含量与晚期热液活动关系更密切。高砷煤的砷含量与围岩蚀变的关系十分密切，蚀变的过程就是砷富集的过程。尽管有围岩蚀变的地方不一定就有砷富集，但有砷富集的地方必然存在围岩蚀变。一定类型的蚀变往往构成重要的找矿标志。