云南临沧超大型锗矿床含锗煤的锗同位素地球化学研究

作为一个新的非传统同位素，锗同位素目前积累的研究资料非常有限。已有工作主要集中在两个方面：（1）地质体和天体物质的锗同位素组成研究，分析对象包括火成岩、海洋沉积物、海底热液、热水沉积铁氧化物、高温地热流体和铁陨石；（2）锗同位素分馏参数的理论预测。这些研究初步奠定了锗同位素应用的基础，但由于分析对象的有限性以及实际测试过程中使用的标准不统一，应该说，这些研究远远不能满足对自然界地质和环境锗同位素端元储库调查的需求，急需建立复杂水-岩反应体系中锗同位素的分馏理论，拓展锗同位素在地球化学示踪领域中的应用范围。

2010年6月～12月，我所戚华文副研究员在中国科学院普通访问学者项目资助下，与法国海洋开发研究院布雷斯特中心Olivier Rouxel博士合作，系统开展了临沧超大型锗矿床不同类型沉积物（含锗煤、无矿煤、热水沉积硅质岩和含碳硅质灰岩、含锗煤层中的砂岩和粘土岩夹矸）、区域花岗岩和含锗煤燃煤产物（含锗煤低温煤灰、高温燃煤烟尘和煤渣）的锗同位素组成研究。研究结果表明：（1）临沧锗矿的含锗煤及不同样品具有较大的锗同位素分馏；含锗煤中的锗同位素(δ⁷⁴Ge)分馏可达7.31‰，且锗含量与锗同位素分馏程度(δ⁷⁴Ge)呈明显负相关；含锗煤层中部富集重锗同位素；（2）模拟计算证实开放体系瑞利分馏和混合作用控制不同样品锗同位素组成的总体变化，含锗煤与热水成因硅质岩演化自同一源区(δ⁷⁴Ge约为1.84-1.97‰.)；（3）低温(600°C)灰化不会导致明显的锗同位素分馏，可作为分析锗含量较低的富有机质地质样品时，提高锗含量和克服大量碳基质的替代方式；但高温燃煤过程可导致锗同位素分馏，烟尘或飞灰中富集轻锗同位素，煤渣或底灰中富集重锗同位素；烟尘或飞灰中锗与环境有害元素(Zn、Pb、As、Tl和Cd等)的同步富集，暗示锗同位素有可能成为环境中人为重金属污染的示踪剂。研究成果于2011年7月在《Chemical Geology》上发表（Qi, H W, Rouxel, O, Hu, R Z, Bi, X W, Wen, H J., 2011. Germanium isotopic systematics in Ge-rich coal from the Lincang Ge deposit, Yunnan, Southwestern China. Chemical Geology 286, 252–265.），论文链接地址为http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254111002117.

研究成果得到了《Chemical Geology》两位匿名审稿人的一致好评，例如，一位审稿人认为“这项工作对锗同位素地球化学知识具有极大的重要性，提供的数据质量顶级，应当发表（This work is of great importance for our knowledge of Ge isotope geochemistry and that the data presented here are top quality and should be published）”，另一位审稿人明确指出“总体而言，我喜欢这篇论文，我认为它将为地球化学文献做出好的贡献，特别是锗同位素地球化学文献，这在目前相当有限（In general I like this paper and I think that it will make a good contribution to the geochemical literature; in particular the Ge isotope literature, which is quite limited at this time）”。

图1 临沧超大型锗矿床区域地质简图

图2 临沧超大型锗矿床不同地质样品（a）锗同位素组成与文献中数据对比

图3 临沧超大型锗矿床含锗煤锗含量与δ⁷⁴Ge散点图

图4 临沧超大型锗矿床含锗煤层锗含量与δ⁷⁴Ge垂向变化图解

图5 含锗煤低温灰与原煤锗同位素组成对比

　图6 含锗煤高温煅烧产生的烟尘(soot)与煤渣(Cinder)的锗同位素组成对比

图7 瑞利分馏导致的煤吸附锗和石英沉淀过程中的锗同位素分馏

　　　　　　　　　　　　　  （矿床地球化学国家重点实验室 戚华文 供稿）