
Strategic mineral resources in coal: A case study on gallium and germanium
Zhaoyang ZENG, Shuzheng NING, Ziguo WANG
Strategic mineral resources in coal: A case study on gallium and germanium
Strategic coal-associated mineral resources hold significant importance for national economic development and security. These minerals, often referred to as coal-type minerals, include not only coal seams enriched with critical metals but also partings, coal seam roofs and floors, other enriched layers within coal measures that do not contain coal seams, and even acid mine waters from coal mines enriched with metals. Based on a systematic review of domestic and international literature on coal-type minerals, this paper organizes and analyzes strategic coal-type mineral resources throughout China’s geological history, listing the main periods during which coal-type strategic minerals were formed. It compiles maps showing the spatial distribution of coal mining resources and strategic key minerals during major geological periods nationwide. Using gallium and germanium as examples, the study dissects typical deposits, delving into the geological background and ore-forming mechanisms of coal-type deposits represented by gallium and germanium, and summarizes key prospecting information such as the enrichment sites of gallium and germanium within these deposits. The results show that during various geological periods, strategic critical metal resources, represented by gallium, germanium, and other “four scarcities” and bulk minerals, are the main products. Since the Phanerozoic Eon, “four scarcities” minerals and bulk minerals have been produced. Gallium and germanium deposits in China are mainly concentrated in coal-bearing basins of the North China Platform and Yangtze Platform during the Carboniferous-Permian, Triassic-Jurassic, Early Cretaceous, and Neogene periods. The formation of coal-type germanium deposits is closely related to magmatic activity and associated hydrothermal processes. The enrichment of elements such as gallium and germanium has specific locations within coal-bearing strata: gallium is typically found at the top of coal-forming cycles, such as in the Ga-enriched No.6 coal seam of the Shanxi Formation in the Carboniferous-Permian coal-bearing basin of North China, exemplified by the Heidaigou deposit. The Benxi Formation at the base of the coal cycle also contributes to some extent. Germanium, on the other hand, is usually enriched at the beginning or base of coal cycles, as seen in the Bangmai germanium deposit in Lincang. The gallium and germanium resources in China’s coal have great potential.
coal-type strategic minerals / forming periods / gallium and germanium / enrichment site / resources potential
[1] |
王安建, 袁小晶. 大国竞争背景下的中国战略性关键矿产资源安全思考[J]. 中国科学院院刊, 2022, 37(11): 1550-1559.
|
[2] |
庄汉平, 卢家烂, 傅家谟, 等. 临沧超大型锗矿床锗赋存状态研究[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 1998, 28(增刊2): 37-42.
|
[3] |
代世峰, 任德贻, 李生盛. 内蒙古准格尔超大型镓矿床的发现[J]. 科学通报, 2006, 51(2): 177-185.
|
[4] |
代世峰, 任德贻, 周义平, 等. 煤型稀有金属矿床: 成因类型、赋存状态和利用评价[J]. 煤炭学报, 2014, 39(8): 1707-1715.
|
[5] |
|
[6] |
宁树正, 黄少青, 严晓云, 等. 我国煤系锗镓资源前景及研究方向[J]. 中国矿业, 2023, 32(11): 1-11.
|
[7] |
张晔. 面向中亚,发挥优势, 打造新疆战略性矿产资源产业基地[J]. 新疆大学学报(哲学人文社会科学版), 2008, 36(6): 11-13.
|
[8] |
王瑞江. 关于中国战略性矿产勘查工作若干问题的再思考[J]. 地质通报, 2009, 28(7): 817-820.
|
[9] |
龙宝林, 董庆吉, 张伟, 等. 中国矿产资源战略性勘查进展(2013—2014年)[J]. 中国地质调查, 2014, 1(3): 15-21.
|
[10] |
郭佳, 张福良, 李晓宇, 等. 找矿突破战略行动“商业跟进” 成效与影响因素分析[J]. 中国矿业, 2015, 24(增刊1): 107-111.
|
[11] |
|
[12] |
毛景文, 袁顺达, 谢桂青, 等. 21世纪以来中国关键金属矿产找矿勘查与研究新进展[J]. 矿床地质, 2019, 38(5): 935-969.
|
[13] |
翟明国, 吴福元, 胡瑞忠, 等. 战略性关键金属矿产资源: 现状与问题[J]. 中国科学基金, 2019, 33(2): 106-111.
|
[14] |
侯增谦, 陈骏, 翟明国. 战略性关键矿产研究现状与科学前沿[J]. 科学通报, 2020, 65(33): 3651-3652.
|
[15] |
|
[16] |
|
[17] |
蒋少涌, 王微. 战略性关键金属是如何发生超常富集成矿的?[J]. 地球科学, 2022, 47(10): 3869-3871.
|
[18] |
|
[19] |
代世峰, 赵蕾, 王宁, 等. 煤系中关键金属元素的成矿作用研究进展与展望[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2024, 43(1): 49-63, 5.
|
[20] |
刘英俊, 于镇藩. 某地铝土矿中镓的地球化学特征[J]. 南京大学学报(自然科学版), 1963(13): 93-100.
|
[21] |
|
[22] |
|
[23] |
|
[24] |
涂光炽, 高振敏, 胡瑞忠. 分散元素地球化学及成矿机制[M]. 北京: 地质出版社, 2004: 368-395.
|
[25] |
赵继尧, 唐修义, 黄文辉. 中国煤中微量元素的丰度[J]. 中国煤田地质, 2002, 14(增刊1): 6-14, 18.
|
[26] |
朱华雄, 陈寒勇, 章伟, 等. 华北煤中金属矿产的种类和分布特征[J]. 煤炭学报, 2016, 41(2): 303-309.
|
[27] |
姜继圣. 孔兹岩系及其研究概况[J]. 长春地质学院学报, 1990, 20(2): 167-175.
|
[28] |
李寒滨, 张冰. 黑龙江云山石墨矿床变质作用及其意义[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2014(1): 45-46.
|
[29] |
吴昌华, 钟长汀, 陈强安. 晋蒙高级地体孔兹岩系的时代[J]. 岩石学报, 1997, 13(3): 289-302.
|
[30] |
于海峰, 梅华林, 李铨. 甘肃敦煌地区太古宙孔兹岩系特征[J]. 前寒武纪研究进展, 1998, 21(1): 19-25.
|
[31] |
李江海, 钱祥麟, 刘树文. 华北克拉通中部孔兹岩系的地球化学特征及其大陆克拉通化意义[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 1999, 29(3): 193-203.
|
[32] |
王洛娟, 郭敬辉, 彭澎. 华北克拉通孔兹岩带古元古代凉城石榴石花岗岩成因机制及其岩石学意义[J]. 岩石学报, 2021, 37(2): 375-390.
|
[33] |
翟明国. 论孔兹岩: 地球上特殊地质过程的记录[J]. 地质学报, 2022, 96(9): 2967-2997.
|
[34] |
倪振平, 马兆同, 刘福魁, 等. 山东石墨资源潜力预测[J]. 地质学刊, 2016, 40(3): 410-423.
|
[35] |
赵然然, 宋守永. 黑龙江省石墨矿成矿条件探究[J]. 产业与科技论坛, 2013, 12(6): 64-65.
|
[36] |
王时麒. 内蒙兴和石墨矿含矿建造特征与矿床成因[J]. 矿床地质, 1989, 8(1): 85-96.
|
[37] |
颜玲亚, 高树学, 孙莉, 等. 我国区域变质型石墨矿成矿特征及成矿要素[J]. 中国非金属矿工业导刊, 2018(3): 21-24, 28.
|
[38] |
|
[39] |
张建新, 张泽明, 许志琴, 等. 阿尔金西段孔兹岩系的发现及岩石学、同位素代学初步研究[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 1999, 29(4): 298-305.
|
[40] |
张凤廉, 王华建, 张水昌, 等. 元古宙真核藻类演化及环境控制因素[J]. 地质学报, 2021, 95(5): 1334-1355.
|
[41] |
雷跃增, 杨红, 邵春, 等. 牟定戌街石墨矿床地质特征及找矿方向[J]. 云南地质, 2022, 41(3): 368-374.
|
[42] |
张兴亮. 海洋惰性溶解有机碳库与海侵黑色页岩[J]. 科学通报, 2022, 67(15): 1607-1613.
|
[43] |
张水昌, 王华建, 王晓梅, 等. 中元古代海洋生物碳泵: 有机质来源、降解与富集[J]. 科学通报, 2022, 67(15): 1624-1643.
|
[44] |
张水昌, 王华建, 王晓梅, 等. 中元古代增氧事件[J]. 中国科学: 地球科学, 2022, 52(1): 26-52.
|
[45] |
毛景文, 张光弟, 杜安道, 等. 遵义黄家湾镍钼铂族元素矿床地质、 地球化学和Re-Os同位素年龄测定: 兼论华南寒武系底部黑色页岩多金属成矿作用[J]. 地质学报, 2001, 75(2): 234-243.
|
[46] |
谢尚克, 汪正江, 王剑, 等. 湖南桃源郝坪奥陶系五峰组顶部斑脱岩LA-ICP-MS锆石U-Pb年龄[J]. 沉积与特提斯地质, 2012, 32(4): 65-69.
|
[47] |
熊国庆, 王剑, 李园园, 等. 南大巴山东段上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组钾质斑脱岩锆石U-Pb年龄及其构造意义[J]. 地质学报, 2019, 93(4): 843-864.
|
[48] |
刘树根, 曾祥亮, 黄文明, 等. 四川盆地页岩气藏和连续型—非连续型气藏基本特征[J]. 成都理工大学学报(自然科学版), 2009, 36(6): 578-592.
|
[49] |
|
[50] |
余文超. 华南黔桂地区铝土矿沉积—成矿作用[D]. 武汉: 中国地质大学(武汉), 2017.
|
[51] |
王鸿发, 李均权. 湖北恩施双河硒矿矿床地质特征[J]. 湖北地质, 1996, 10(2): 10-21.
|
[52] |
李聪聪, 宁树正, 乔军伟, 等. 重庆南武矿区煤中镓赋存规律及控制因素[J]. 煤田地质与勘探, 2018, 46(3): 15-20.
|
[53] |
包书景, 林拓, 聂海宽, 等. 海陆过渡相页岩气成藏特征初探: 以湘中坳陷二叠系为例[J]. 地学前缘, 2016, 23(1): 44-53.
|
[54] |
田凯文, 冯志强, 刘永江, 等. 鄂尔多斯盆地东南缘延长组凝灰岩的时空分布特征[J]. 太原理工大学学报, 2023, 54(2): 321-331.
|
[55] |
张之辉. 鄂尔多斯盆地东北缘早—中侏罗世延安组成煤期古环境与古气候[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.
|
[56] |
朱广社. 鄂尔多斯盆地晚三叠世—中侏罗世碎屑岩、沉积、层序充填过程及其成藏效应[D]. 成都: 成都理工大学, 2014.
|
[57] |
陈磊, 邵培, 熊武候, 等. 新疆准东煤田中侏罗统煤系镓元素的分布特征及赋存机理探讨[J]. 地学前缘, 2018, 25(4): 76-85.
|
[58] |
李成元, 薄海军, 李钢柱, 等. 川井坳陷砂岩型铀矿含矿地层孢粉组合及古气候意义[J]. 地质学报, 2023, 97(4): 1262-1277.
|
[59] |
张成勇, 夏菲, 严兆彬, 等. 巴音戈壁盆地塔木素铀矿床含矿砂岩成岩作用类型、演化序列及其对铀成矿的约束[J]. 地球学报, 2021, 42(6): 907-920.
|
[60] |
|
[61] |
王兰明. 内蒙古锡林郭勒盟乌兰图嘎锗矿地质特征及勘查工作简介[J]. 内蒙古地质, 1999(3): 16-20, 15.
|
[62] |
胡瑞忠, 毕献武, 叶造军, 等. 临沧锗矿床成因初探[J]. 矿物学报, 1996, 16(2): 97-102.
|
[63] |
赵汀, 秦鹏珍, 王安建, 等. 镓矿资源需求趋势分析与中国镓产业发展思考[J]. 地球学报, 2017, 38(1): 77-84.
|
[64] |
|
[65] |
张勇, 秦身钧, 杨晶晶, 等. 煤中镓的地球化学研究进展[J]. 地质科技情报, 2014, 33(5): 166-169, 175.
|
[66] |
黄文辉, 赵继尧. 中国煤中的锗和镓[J]. 中国煤田地质, 2002, 14(增刊1): 65-70.
|
[67] |
罗培麒, 付勇, 唐波, 等. 中国镓矿分布规律、成矿机制及找矿方向[J]. 地球学报, 2023, 44(4): 599-624.
|
[68] |
赵汀, 王登红, 刘超, 等. 中国锗矿成矿规律与开发利用现状[J]. 地质学报, 2019, 93(6): 1245-1251.
|
[69] |
毛节华, 许惠龙. 图书题名缺失[M]. 北京: 科学出版社, 1999.
|
[70] |
王海宁. 中国煤炭资源分布特征及其基础性作用新思考[J]. 中国煤炭地质, 2018, 30(7): 5-9.
|
[71] |
|
[72] |
罗朝坤. 贵州中部九架炉组含铝岩系形成机理研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2023.
|
[73] |
温汉捷, 朱传威, 杜胜江, 等. 中国镓锗铊镉资源[J]. 科学通报, 2020, 65(33): 3688-3699.
|
[74] |
金中国, 刘玲, 黄智龙, 等. 贵州务—正—道地区铝土矿含矿岩系中三稀元素赋存状态、富集机理及资源潜力[J]. 地质学报, 2019, 93(11): 2847-2861.
|
[75] |
刘平, 韩忠华, 聂坤. 贵州铝土矿含矿岩系特征、形成时代、古地理环境及成因探讨: 纪念黔中发现铝土矿80周年[J]. 贵州地质, 2021, 38(3): 269-282.
|
[76] |
刘幼平, 周文龙, 程国繁, 等. 贵州铝土矿含矿岩系特征与成矿规律研究[J]. 矿物学报, 2016, 36(2): 289-294.
|
[77] |
叶霖, 潘自平, 程曾涛. 贵州铝土矿中伴生元素综合利用前景[J]. 矿物学报, 2007, 27(增刊1): 388-392.
|
[78] |
李沛刚, 赵芝, 刘新星, 等. 贵州务正道铝土矿区域成矿规律及其对整装勘查的意义[J]. 岩矿测试, 2013, 32(5): 832-839.
|
[79] |
李再会, 朱同兴, 尹福光, 等. 渝南与黔北铝土矿含矿岩系沉积时代探讨[J]. 地层学杂志, 2013, 37(4): 499-504.
|
[80] |
刘治成, 赵伟, 文俊, 等. 川南上二叠统宣威组底部黏土岩型镓矿地球化学特征及镓元素的富集成因[J]. 矿物岩石, 2024, 44(2): 74-87.
|
[81] |
|
[82] |
王文鹏. 桂西二叠纪铝土矿地质特征与成矿物质来源[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2016.
|
[83] |
杜远生, 余文超, 翁申富, 等. 铝土矿及伴生关键金属矿床的岩石(矿石)组成、成矿序列及成矿机理[J]. 古地理学报, 2024, 26(5): 1-15.
|
[84] |
张福强. 广西贤按煤田上二叠统煤系中锂、镓、稀土元素等异常富集特征和形成机理[D]. 武汉: 中国地质大学(武汉), 2022.
|
[85] |
陈磊. 煤中镓元素的赋存特征与富集机理: 以青海木里和新疆准东煤田为例[D]. 成都: 成都理工大学, 2019.
|
[86] |
黄少青, 张建强, 张恒利. 东北赋煤区煤中锗元素分布特征及富集控制因素[J]. 煤田地质与勘探, 2018, 46(3): 6-10.
|
[87] |
乔军伟, 宁树正, 宋时雨, 等. 西藏煤炭地质工作进展及前景[J]. 煤田地质与勘探, 2019, 47(2): 36-43.
|
[88] |
马奎, 洛桑才仁, 陈超, 等. 全球锗资源分布、供需及消费趋势研究[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(5): 16-25.
|
[89] |
|
[90] |
|
[91] |
|
[92] |
|
[93] |
|
[94] |
赵利华. 豫西晚石炭世喀斯特型铝土矿成因: 以渑池仁村铝土矿为例[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.
|
[95] |
武法东, 陈钟惠, 张守良, 等. 华北晚古生代含煤盆地层序地层初探[J]. 中国煤田地质, 1994, 6(1): 11-18.
|
[96] |
涂光炽, 高振敏. 分散元素成矿机制研究获重大进展[J]. 中国科学院院刊, 2003(5): 358-361.
|
[97] |
代俊峰, 李增华, 许德如, 等. 煤型关键金属矿产研究进展[J]. 大地构造与成矿学, 2021, 45(5): 963-982.
|
[98] |
|
[99] |
|
[100] |
|
[101] |
水兰素, 常全明. 华北地台G层铝土矿赋存规律[J]. 中国矿业, 1999, 8(5): 68-71.
|
[102] |
高兰, 王登红, 熊晓云, 等. 中国铝土矿资源特征及潜力分析[J]. 中国地质, 2015, 42(4): 853-863.
|
[103] |
姬果, 李宁, 杨骁, 等. 河南省铝土矿床地质特征及成矿规律[J]. 金属矿山, 2021(5): 140-148.
|
[104] |
叶霖, 潘自平, 程增涛. 贵州修文小山坝铝土矿中镓等伴生元素分布规律研究[J]. 矿物学报, 2008, 28(2): 105-111.
|
[105] |
汤艳杰, 贾建业, 刘建朝. 豫西杜家沟铝土矿中镓的分布规律及控制因素浅析[J]. 地质与勘探, 2001, 37(6): 9-12.
|
[106] |
|
[107] |
|
[108] |
李余华. 临沧锗矿床地质特征[J]. 云南地质, 2000, 19(3): 263-269.
|
[109] |
|
[110] |
|
[111] |
白云生. 某新第三系盆地含铀的锗矿床的成矿特征及其成因探讨[J]. 矿床地质, 1983, 2(1): 58-65.
|
[112] |
戚华文, 胡瑞忠, 苏文超, 等. 临沧超大型锗矿床热水沉积成因的厘定[J]. 矿床地质, 2002, 21(增刊1): 824-826.
|
[113] |
庄汉平, 卢家烂. 金属矿床中的有机物质: 特征、分类方案与研究方法[J]. 地球科学进展, 1996, 11(4): 372-377.
|
[114] |
张淑苓, 王淑英, 尹金双. 云南临沧地区帮卖盆地含铀煤中锗矿的研究[J]. 铀矿地质, 1987, 3(5): 267-275, 266.
|
[115] |
庄汉平, 刘金钟, 傅家谟, 等. 临沧超大型锗矿床有机质与锗矿化的地球化学特征[J]. 地球化学, 1997, 26(4): 44-52.
|
[116] |
|
[117] |
吴传荣. 回顾王竹泉教授在煤变质方面的贡献[J]. 煤田地质与勘探, 1991, 19(2): 2-5.
|
[118] |
赵兴田, 刘乃隆. 记“华北煤种牌号之带状分布及其地质因素” 学术讨论会[J]. 中国地质, 1957(7): 4.
|
[119] |
代世峰, 任德贻, 周义平, 等. 煤中微量元素和矿物富集的同沉积火山灰与海底喷流复合成因[J]. 科学通报, 2008, 53(24): 3123-3129.
|
[120] |
|
[121] |
|
[122] |
|
[123] |
|
[124] |
代世峰, 任德贻, 李生盛, 等. 鄂尔多斯盆地东北缘准格尔煤田煤中超常富集勃姆石的发现[J]. 地质学报, 2006, 80(2): 294-300.
|
[125] |
|
[126] |
|
[127] |
代世峰, 任德贻, 李生盛, 等. 内蒙古准格尔黑岱沟主采煤层的煤相演替特征[J]. 中国科学D辑: 地球科学, 2007, 37(增刊1): 119-126.
|
[128] |
|
[129] |
魏强. 煤型锗矿床中异常富集微量元素的亲和性研究[D]. 北京: 中国矿业大学(北京), 2018.
|
[130] |
|
[131] |
王行军, 王梓桐, 王根厚, 等. 滇东南广南县砂子塘铝土矿床地球化学特征研究[J]. 西北地质, 2018, 51(4): 166-183.
|
[132] |
任顺利, 李延河, 曾普胜, 等. 膏盐层在云南会泽和毛坪铅锌矿成矿中的作用: 硫同位素证据[J]. 地质学报, 2018, 92(5): 1041-1055.
|
[133] |
王婷灏. 内蒙古乌兰图嘎煤—锗矿床富集规律与地球化学性质研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2016.
|
[134] |
|
[135] |
刘正义, 张玉燕, 尹金双, 等. 临沧盆地超大型锗(铀)矿床成矿机理及其模拟实验[J]. 东华理工大学学报(自然科学版), 2014, 37(1): 1-7.
|
/
〈 |
|
〉 |