澳大利亚罕见的新“Lagerstätte”化石遗址被发现

由澳大利亚博物馆（AM）和新南威尔士大学（UNSW）的古生物学家Matthew McCurry博士和堪培拉大学的Michael Frese博士领导的 澳大利亚和国际科学家团队在澳大利亚新南威尔士州发现并调查了一个重要的新化石点， 其中包含中新世时代的动物和植物化石的极好例子。该小组的发现于1月7日发表在《科学进展》杂志上。

这个新的化石地点（命名为McGraths Flat）位于新南威尔士州的中央台地，靠近Gulgong镇，是澳大利亚仅有的几个可以被归类为"Lagerstätte"的化石地点之一--一个包含特殊质量化石的地点。

在过去的三年里，一个研究小组一直在秘密挖掘该遗址，发现了数以千计的标本，包括雨林植物、昆虫、蜘蛛、鱼和一根鸟羽毛。

McCurry博士说，这些化石形成于1100万至1600万年前，对于了解澳大利亚大陆的 历史 非常重要。

McCurry表示：“我们发现的化石证明，该地区曾经是温带中雨林，新南威尔士州中央台地这里的生命是丰富的。”

他说：“我们发现的许多化石对科学来说是新的，其中包括活门蜘蛛、巨型蝉、黄蜂和各种鱼类。”

McCurry说：“直到现在，我们还很难判断这些古代生态系统是什么样的，但是这个新化石点的保存水平意味着，即使是像昆虫这样的小型脆弱生物也变成了保存完好的化石。”

使用堆叠显微摄影和扫描电子显微镜（SEM）对化石进行成像的 Michael Frese副教授说，来自McGraths Flat的化石显示出令人难以置信的保存细节。

"使用电子显微镜，我可以对植物和动物的单个细胞进行成像，有时甚至是非常小的亚细胞结构，"Frese说。

"这些化石还保存了物种之间相互作用的证据。例如，我们有鱼的胃内容物保存在鱼体内，这意味着我们可以弄清楚它们在吃什么。我们还发现了保存在昆虫身体上的花粉的例子，因此我们可以知道哪个物种在为哪些植物授粉，"Frese补充说。

"黑色素体（储存黑色素的亚细胞器）的发现使我们能够重建曾经生活在McGraths Flat的鸟类和鱼类的颜色模式。有趣的是，颜色本身并没有被保存下来，但是通过比较我们化石中黑色素体的大小、形状和堆积模式与现存标本中的黑色素体，我们通常可以重建颜色模式，"Frese解释说。

这些化石是在一种叫做“ 针铁矿”的富含铁的岩石中发现的，--通常不被认为是特殊化石的来源。“我们认为，将这些生物体变成化石的过程是它们为什么保存得如此完好的关键。我们的分析表明，这些化石是在富含铁的地下水排入比目鱼群时形成的，铁矿物的沉淀将生活在水中或落入水中的生物体包裹起来，”McCurry补充说。

McCurry博士说，这些植物和动物化石与澳大利亚北部雨林中的化石相似，但有迹象表明McGraths Flat的生态系统开始干涸。

"我们在沉积物中发现的花粉表明，在较湿润的雨林周围可能有较干燥的栖息地，表明向干燥条件的转变，"McCurry说。

维多利亚皇家植物园科学部执行主任David Cantrill教授说，保存的化石种类繁多，加上保存的保真度极高，使人们能够前所未有地了解澳大利亚过去的一个重要时期，那是一个中生代生态系统仍然主导该大陆的时期。

“McGraths Flat植物化石为我们提供了一个窗口，让我们了解一个更温暖的世界的植被和生态系统，一个我们在未来可能会经历的世界。”Cantrill说：“植物化石的保存是独一无二的，为了解澳大利亚化石记录相当贫乏的时期提供了重要启示。”

澳大利亚博物馆首席科学家兼AM研究所所长Kristofer Helgen 教授说，这个化石点为我们带来了现在几乎无法相信存在的澳大利亚内陆的景象。

“澳大利亚在生物方面是最独特的大陆，这个遗址在告诉我们世界上这一地区的进化 历史 方面是非常有价值的。它提供了气候变化的进一步证据，有助于填补我们对那个时代和地区的知识空白，”Helgen说。

"AM拥有丰富的探险和科学研究的 历史 ，我们喜欢公众总是对这些基本的人类 探索 和发现的努力着迷，"Helgen补充说。

McGraths Flat的实地考察工作是由1866年来到澳大利亚的英国古生物学家Robert Etheridge的后人慷慨资助的。 Etheridge于1887年加入澳大利亚博物馆，担任助理古生物学家，1895年被任命为博物馆馆长。

澳大利亚博物馆馆长兼首席执行官Kim McKay AO说，在 Etheridge的领导下，澳大利亚博物馆的藏品得到了极大的加强，他还发起了一项探险计划--第一次是前往豪勋爵岛--该计划一直延续到今天。

“AM一直有一个重大科学发现的悠久传统。很高兴看到McKay博士的工作延续了这一传统，这与我们早期的古生物学家、馆长和主任Robert Etheridge有直接的联系，”McCurry说。

这只锯蝇（sawfly）在1600万到1100万年前生活在现在的澳大利亚东南部，它的头上还保存着花粉颗粒，这是古代雨林生活的一个缩影。

供图：Michael Frese

撰文：Michael Greshko

几年前的一天，在澳大利亚东南部古尔贡镇（Gulgong）外约25公里处，Nigel McGrath花了一天时间在自己的土地上艰苦耕作。这片土地上布满了沉重的、富含铁元素的岩石，对他的农具构成了威胁，因此McGrath不得不用手把松散的石块拖成堆。就在那时，他注意到了它们：保存完好的树叶化石，像石头书中的压印一样塞在岩石中。

现在，科学家们已经证实，这些散落在不到半个足球场面积上的铁石包含了迄今为止在古代雨林中发现的最惊人的生命记录之一。

在《科学进展》杂志上公布的这一地点——被称为麦格拉斯平原（McGraths Flat）——是世界上仅有的几个保留了可追溯到中新世时代的雨林生态系统的地点之一，中新世指从2303万年前到533万年前的这段时期。这段时间里，世界经历了巨大的生态变化，澳大利亚开始从以雨林（比如现在的亚马孙）为主过渡到我们今天所看到的灌木与干草丛生的干旱地区。

这些孤立的花朵化石被认为属于锦葵目 ，这是一个由7000多种活体植物组成的物种，包括木槿和可可。摄影：Michael Frese

澳大利亚还有其他以哺乳动物和爬行动物骨骼而闻名的中新世化石遗址，但这些遗址并不总是保存着构成生态系统基础的小而软的物质。但McGraths Flat却有大量的这种小化石，它们记录了1600万至1100万年前新南威尔士州生长的令人惊叹的多样化雨林。

在麦格拉斯平地，蜘蛛腿毛都成了化石，而化石鱼的肚子里还塞满了蠓虫。叶子被保存得如此完好，研究人员甚至可以看到它们曾经用来吸食二氧化碳的气孔。

新南威尔士大学古生物学家Suzanne Hand说：“这些新发现的材料，质量和数量都非常出色，从它们中提取和呈现的生物和生态信息也是如此。”

麦格拉斯平地的化石甚至包含了生命活动的定格瞬间。一只锯蝇的头部沾满了花粉，估计是刚刚享用了一朵花的花蜜。一条鱼的尾巴上载着一名“乘客”：无孔贻贝的寄生幼虫，当它搭“顺风车”逆流而上时，就靠这条鱼的黏液生存。

这项新研究的共同第一作者、悉尼澳大利亚博物馆研究所的古生物学家Matthew McCurry说：“这些化石的保存质量相当完好，我们可以精确又生动地看到这些生态系统，这是前所未有的。”

这个羽片（或者说是叶的一小部分）化石，很可能来自一种海金沙属的蕨类植物。甚至这种植物的10微米宽的孔隙都变成了化石，在电子显微镜下可见。

麦格拉思平地遗址还保存着许多种类的昆虫，包括可以自由游动的蜻蜓幼虫，被称稚虫，也就是图中这个化石。摄影：Michael Frese

保存极其完好的化石

2017年，McCurry 和他的同事第一次从McGrath 那里听说了这个地方。意识到这些化石的潜在意义之后，他们就开始连续3到4天访问这个遗址，研究这些燧石状的岩石，以瞥见古代雨林的景象。

科学家们对该遗址分析得越多，就越意识到这种化石保存方式是多么不寻常。这些化石都埋藏在一种叫做针铁矿（Goethite）的氧化铁矿物的极细层中。以前也在这类岩石中发现过化石，但麦格拉斯平原标本的质量尤为突出。

Frese补充说，这种不寻常的石化类型使得麦格拉思平原化石特别容易用扫描电子显微镜(SEM)分析，扫描电子显微镜是目前最强大的显微镜。通常情况下，样品放置在扫描电镜下必须被镀上一层薄薄的金或铂，也就限制了对这些样品的进一步研究。但麦格拉斯平板化石已经富含铁，而且导电，可以直接放置在电子显微镜下，不需要任何额外的准备。

Frese说：“化石放置在扫描电子显微镜下的时候和它拿出来的时候完全一样。”

最小的化石已经有了一些惊人的发现。在该遗址唯一已知的羽毛化石中，研究人员可以看到黑色囊状物，其形状表明羽毛可能是深色或彩虹色的。科学家们还能看到保存在鱼化石眼睛里的黑色素，他们甚至还发现了1100万年前蝴蝶或蛾子翅膀上脱落的一块鳞片。

在放大镜下，我们看到这只约2cm长的天牛身上有一位“乘客”：一只小线虫。

麦格拉思平原的化石包括一根鸟类的羽毛，非常完好，在电子显微镜的高倍镜下可以看到黑色素的囊状物。摄影：Michael Frese

被铁水淹没的湖泊

研究小组目前的想法是，麦格拉思平原曾经是一个河迹湖，当一条蜿蜒的河流的一部分被切断时就会形成。大多数时候，这个湖是相当安静的，氧气含量低，很少有捕食者。但是，从迄今为止从该地找到的十几块鱼化石来看，鱼和其他河流生物被周期性地冲入湖中，可能是附近的河流淹没了河岸。

McCurry和Frese怀疑，附近的玄武岩沉积物中的铁溶解在通过风化岩的水中。这些含铁的水随后到达地下水位，并最终从侧面渗入河迹湖。

每当新鲜的、高含氧量的水进入湖中——也许是通过暴雨或洪水——铁离子就不能再保持溶解，并迅速在湖床底层形成针铁矿。这些迅速沉淀的矿物质会将那些碰巧沉到湖底的树叶或尸体掩埋。随着时间的推移，针铁矿就取代了被掩埋的软组织，在我们今天看到的化石中记录了它们的形状。

该小组有理由认为，湖泊的针铁矿循环可能是由季节性季风造成的。到目前为止，在McGraths Flat发现的数百个花化石中，大多数在开花之前就已经死亡，这表明掩埋的过程发生在一年中的一个固定时间。该小组还发现了许多昆虫化石，在现代生态系统中，这些昆虫只在春季和夏季出现。

为了验证他们的想法，以及分析已经发现的化石宝藏，研究人员还有很多工作要做。McCurry和Frese正热火朝天地试图完善对化石地点年代的估计，这可能有助于研究人员更好地了解McGraths Flat是如何从热带雨林转变为干燥的灌木丛的——这是一条关于雨林可能如何应对当今气候变化的线索。

这张人工着色的扫描电子显微镜图像显示了四个肝吸虫的孢子（Cingulasporites ornatus）。这些孢子和其他孢子可以作为含化石岩石的年龄的参考，它们帮助研究人员确定了化石地点的年龄：在1100万到1600万年之间。图源：Michael Frese

通往过去和未来的窗口

在中新世早期和中期，大气中的二氧化碳水平大约为400至500ppm，与人类活动对未来的二氧化碳水平的估计大致相似。中新世还出现了持续的变暖期，例如1700万到1400万年前的中新世气候最佳时期，这可能与McGraths Flat记录的时间片断重叠。

中国科学院古生物学家王博说：“这些结果可能有助于更好地理解未来雨林生态系统面临的人为全球变暖的变化，”他没有参与这项新研究。“这篇论文显示，热带生物群在澳大利亚至少到达了南纬37度，但我们不知道它们是什么时候来的，什么时候离开的，以及驱动机制是什么。”

但即使在研究小组寻找更多的化石时，研究人员也会忙于处理他们已经发现的令人眼花缭乱的标本，McCurry 说。“我们实际上有十年的工作要做。”

（译者：张淏然）

摘 要 运用 X 射线衍射分析( XRD) 、带能谱仪的扫描电镜( SEM-EDX) 和光学显微镜等技术，首次在鄂尔多斯盆地东北缘准格尔矿区6 号巨厚煤层中发现了超常富集的勃姆石及其特殊的矿物组合，勃姆石含量可高达13. 1%，与勃姆石伴生的矿物有磷锶铝石、锆石、金红石、菱铁矿、方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿。重矿物的组合特征与华北地区本溪组铝土矿中的重矿物组合特征相似，高含量的勃姆石主要来源于聚煤盆地北偏东方向本溪组风化壳铝土矿，三水铝石以胶体溶液的形式从铝土矿中被短距离带入泥炭沼泽中，在泥炭聚积阶段和成岩作用早期经压实作用脱水凝聚而形成勃姆石。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

煤中矿物是煤的重要组成部分。从成因角度来看，煤中矿物的成分和特征，既反映聚煤环境的地质背景，有时又反映煤层形成后所经历的各种地质作用过程，有助于阐明煤层的成因、煤化作用、区域地质历史演化等基本理论问题( Ward，2002) 。从煤的利用角度看，煤中矿物含量直接影响煤发热量的高低和煤的加工利用特性( 韩德馨，1996) ，也是在炼焦冶金过程中造成磨损、腐蚀、污染的主要来源。另外，煤中大部分微量有害元素的含量、存在形式及其对环境的污染也与煤中矿物有关( Vassilev et al. ，1994) ，矿物是煤中微量元素的主要载体( 唐修义等，2004) 。Gupta 等( 1999) 认为，煤利用过程中大部分问题是煤中矿物引起的，而不是煤中的有机显微组分。另一方面，煤中所富集的达到工业品位要求的稀有元素、放射性元素是伴生的有用矿产，有的矿物在煤炭利用加工过程中能起催化作用，提高了煤的经济技术价值。因此，对煤中矿物的成分、含量、成因和赋存状态的研究，具有重要的理论和现实意义。

一、煤中发现的矿物

煤中矿物主要有石英、黏土矿物( 主要是高岭石、伊利石、伊利石/蒙脱石混层矿物) 、碳酸盐矿物( 菱铁矿、方解石、白云石) 、硫化物矿物( 如黄铁矿) ( Ward，1978，2002Harvey et al. ，1986Palmer et al. ，1996) 。国内外学者对煤中矿物，特别是这 4 大类矿物的赋存特征和地质成因进行了较为广泛的研究( Martinez-Tarazona et al. ，1992Patterson et al. ，1994黄文辉等，1999Hower et al. ，2001Ward，2002Dai et al. ，2003) ，并运用低温灰化、X 射线衍射、带能谱仪的扫描电镜等方法发现了煤中许多痕量矿物，如独居石、锆石、纤磷钙铝石、水绿矾、胶磷矿、铬铅矿等( Querol et al. ，1997Rao et al. ，1997Ward，1989Dill et al. ，1999Vassilevet al. ，1998Li et al. ，2001丁振华等，2002) 。根据 Finkelman( 1981) 的资料，煤中已鉴定出的矿物达 125 种以上Bouka 等( 2000) 认为煤中可能存在 145 种矿物唐修义等( 2004) 汇总了国内外文献报道，列出了煤中可以鉴定出的 201 种晶体矿物。

根据前人的研究资料，煤中发现的氢氧化物矿物有: 褐铁矿、铝土矿、针铁矿、纤铁矿、硬水铝石、三水铝石、勃姆石、黑锌锰矿、水镁石，羟钙石。其中褐铁矿、铝土矿、针铁矿在煤中常见，对其成因也有较多的研究( Dill et al. ，1999) 纤铁矿在煤中较少见，主要存在于泥炭中( Bouka et al. ，1997) 硬水铝石在煤中含量较低，主要存在于有火山灰层夹矸的煤层中，且主要在火山灰层夹矸中( Burger et al. ，1971) 三水铝石在煤中少见( Bouka et al. ，2000) 勃姆石、黑锌锰矿、水镁石和羟钙石等矿物在煤中偶见或罕见( Ward，1978Bouka etal. ，2000唐修义等，2004) 。

值得关注的是，虽然勃姆石可以存在于某些煤系地层的黏土岩夹矸中，并对其进行了一些研究工作( Maoyuan et al. ，1994梁绍暹等，1997刘钦甫等，1997) ，但是对煤中勃姆石的赋存、成因在国内外尚未见公开报道的资料，其主要原因就是它在煤中较为罕见。Bouka等( 2000) 认为勃姆石在煤中是非常稀少的Ward( 1977，1984，2002) 认为在个别煤中可以存在痕量的勃姆石，但高含量的勃姆石在煤中是非同寻常的。Goodarzi 等( 1985) 、Harvey 等( 1986) 、Patterson 等( 1994) 、Vassilev( 1994) 等分别对加拿大、澳大利亚、美国、保加利亚的煤中矿物进行了研究，未发现勃姆石。Tatsuo 等( 1993，1996) ，Tatsuo( 1998) 在日本北海道的石狩湾煤田古近纪煤的低温灰化产物中发现了含量很少的勃姆石( 在所采集的 85 个煤样品中，仅 8 个样品的低温灰化产物中有勃姆石，并且其最高含量仅占低温灰化产物中矿物总量的 2. 5%) 。除此之外，国内外对煤中勃姆石的研究再无公开报道。

二、地质背景和实验方法

准格尔煤田地处鄂尔多斯盆地的东北缘，煤田南北长 65km，东西宽 26km，面积1700km2，已探明的煤炭地质储量为 268 亿吨。它是鄂尔多斯盆地煤层最富集的地带，也是沉积相变最明显的地带，石灰岩在煤田内全部尖灭，逐渐相变为陆源碎屑岩。准格尔煤田的含煤岩系包括上石炭统本溪组、太原组和下二叠统山西组，含煤岩系总厚 110 ～160 m，煤系地层的底板为中奥陶统石灰岩，其上覆地层为下石盒子组、上石盒子组、石千峰组、刘家沟组等非含煤地层。该区主采煤层6 号煤位于太原组的顶部，厚度一般在2. 7 ～35 m 之间，平均厚度为 30m，最厚可达 50 m，是在三角洲沉积体系的背景下形成的一巨厚煤层( 刘钦甫等，1997) 。

按照 GB 482-1995 和 MT 262-91 的采样规范和矿区煤层开采的实际情况，对准格尔矿区黑岱沟矿6 号煤层煤样进行了分层样品的采集。样品的编号、厚度及特征如图 1 所示。煤层自上而下的编号为 ZG6-1、ZG6-2、ZG6-3、ZG6-4、ZG6-5、ZG6-6 和 ZG6-7。用 X 射线衍射分析( XRD) 对该煤层进行了矿物组成研究，用带能谱仪的扫描电镜( SEM-EDX) 和 MPV-Ⅲ显微镜光度计对矿物的形貌特征进行观察。按照 GB 8899-88 对煤的显微组分和矿物进行了定量统计，测试结果的单位为体积百分数( vol. %) ，两次测试结果的允许差小于4. 5% 。

图 1 研究区 6 号煤层柱状及分层矿物组成

三、勃姆石及其特殊矿物组合的发现和赋存特征

在矿物组成上，准格尔 6 号煤层 d 剖面自上而下明显分成 4 段，第 1 段由 ZG6-1 组成，第 2 段由 ZG6-2、ZG6-3 和 ZG6-4 组成，第 3 段由 ZG6-5 组成，第 4 段由 ZG6-6 和 ZG6-7 组成。这 4 段的矿物组成有很大差别( 图 1) 。自上而下的特征如下:

( 1) X 射线衍射分析( 图 2a) 和光学显微镜下测定 ZG6-1 分层的矿物组成以石英为主，含量高达 16. 4%( 表 1) ，呈分散状( 图版Ⅰ-1) ，石英造成煤的矿化现象比较严重( 图版Ⅰ-2) 。从石英形态特征来看，其边缘棱角明显，粒度均匀，大多为 5 ～ 10μm ( 图版Ⅰ-3) ，主要分布在基质镜质体中，也存在于同生黏土矿物中，在均质镜质体中也有分布。黏土矿物( 主要是高岭石) 的含量为5. 5%( 表1) 。该分层的石英和黏土矿物的 SEM-EDX 测试结果如表2 所示。

表 1 准格尔煤田 6 煤层的煤岩组成

注: bdl 为低于检测极限。

图 2 研究区 6 号煤层分层样品的 XRD 图

( 2) ZG6-2、ZG6-3、ZG6-4 的组成以超常富集的勃姆石为主，其含量分别为 11. 9% 、13. 1% 和 11% ( 图 2b、c、d表 1) ，如此高含量的勃姆石存在于煤中，在国内外尚无报道。另外，这 3 个分层中高岭石含量分别为 4. 3%、3. 6%和 4. 4%。勃姆石在该煤层中呈隐晶状产出，其赋存状态多样，但主要以团块状分布于基质镜质体中，有的以单独的团块状或不规则的团块状出现( 图版Ⅰ-4 ～6) ，有的以连续的团块状或串珠状出现，也有的充填在成煤植物的胞腔中( 图版Ⅰ-7) 。呈团块状分布的勃姆石的粒度差别很大，为 1 ～ 300μm。在偏光显微镜下，勃姆石与黏土矿物的区别主要是: 勃姆石致密，而黏土矿物比较松散( 图版Ⅰ-8) ，勃姆石的反射色比黏土矿物浅，并且勃姆石的突起较高( 图版Ⅰ-6) ，黏土矿物不显突起( 图版Ⅰ-8) 。在这些勃姆石富集的煤层中，与勃姆石伴生的矿物组合也较特殊，这些矿物包括金红石、磷锶铝石、锆石、菱铁矿、方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿。在 ZG6-2 中，有较高含量的金红石( 1. 6%) ，金红石以单晶或膝状双晶形式出现，并有环带结构的现象( 图版Ⅱ-1，2) 。在ZG6-2 和 ZG6-3 中有磷锶铝石，磷锶铝石主要充填在丝质体的胞腔中，呈圆粒状出现，粒度为1 ～2μm( 图版Ⅰ-7，图版Ⅱ-3) 。在 ZG6-3 中有方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿，这3 种矿物呈浑圆状产出( 图版Ⅱ-4) ，其内部结构比较特殊，有许多孔洞，似明显的菌藻类等低等生物矿化的迹象( 图版Ⅱ-5) 。在 ZG6-2 和 ZG6-3 中，有锆石，其破碎的痕迹表明来源于物源区( 图版Ⅱ-6，7) 。此外，在勃姆石富集的层位还有少量的菱铁矿( 图版Ⅱ-8) 。由于金红石、磷锶铝石、锆石和菱铁矿的含量不高，X 射线衍射分析未能检测出，主要是通过偏光显微镜和带能谱仪的扫描电镜( SEM-EDX) 所观察的晶体形态和物质成分加以鉴定。

( 3) ZG6-5 的矿物组成以高岭石为主，含量为 11. 4% ，含少量勃姆石( 3. 3% ) 及痕量的黄铁矿。

( 4) ZG6-6 和 ZG6-7 的矿物以高岭石为主，含量分别为 22% 和 19. 5% ，有痕量的黄铁矿、石英和方解石，未见勃姆石( 图 2e、f) 。

四、勃姆石及其伴生矿物成因初探

勃姆石是硅酸盐岩石的风化产物，常与三水铝石、硬水铝石、高岭石、迪开石、玉髓、铵云母等矿物共生，此外，还可能是低温热液产物，与泡沸石共生( Kondakov et al. ，1975Hrinko，1986梁绍暹等，1997Banerji，1998程东等，2001) 。但在勃姆石富集的煤层中，除高岭石外，没有发现上述共生矿物，也没有发现任何低温热液矿物或热液活动的证据。

根据王双明等( 1996) 的研究表明，在准格尔煤田 6 号煤层的形成初期( 对应的煤层编号为 ZG6-7 和 ZG6-6) ，准格尔煤田北偏西方向地势高，而南偏东地势低，陆源碎屑物质主要来自北西方向的阴山古陆广泛分布的中元古代钾长花岗岩，因此在 ZG6-7 和 ZG6-6 分层中所形成的矿物和鄂尔多斯盆地其他地区煤的矿物组成差别不大，以陆缘碎屑的黏土矿物为主。在煤层形成的中期( 相对应的煤层编号为 ZG6-5、ZG6-4、ZG6-3 和 ZG6-2) ，煤田的北东部开始隆起，并有本溪组铝土矿出露，煤田处于北偏西的阴山古陆和北偏东本溪组隆起的低洼地区，聚煤作用持续进行，古河流的方向为北偏东( 王双明等，1996) ，表明陆源碎屑主要来自北偏东的隆起。根据石炭纪石灰岩氧、碳同位素值代表的环境意义，得出石炭纪石灰岩是在正常海相环境中形成的，并计算出太原组形成期古水温平均为 29 ～ 32℃，说明当时该地区气候为炎热( 刘焕杰等，1991程东等，2001) 。根据林万智( 1984) 和程东等( 2001) 对该区石炭纪古地磁研究推测，准格尔煤田晚石炭世的古纬度在北纬 14°左右。这种热带湿热气候有利于本溪组风化壳三水铝石的形成( 程东等，2001) 。三水铝石为氧化的开放环境的产物。三水铝石以及少量的黏土矿物在水流的作用下，以胶体的形式经过短距离的搬运到准格尔泥炭沼泽中。根据王双明等( 1996) 的研究，准格尔煤田距离风化壳仅为50km 左右。随着泥炭的持续聚积，到对应的煤层为 ZG6-1 时，北偏东方向的本溪组隆起下降，陆源碎屑的供给又转变为北偏西方向的阴山古陆的中元古代钾长花岗岩，除在 ZG6-1分层中的大量石英外，主要为黏土矿物。在泥炭聚积和成岩作用早期阶段，ZG6-5、ZG6-4、ZG6-3 和 ZG6-2 分层中三水铝石胶体溶液在上覆沉积物的压实作用下，发生脱水作用形成勃姆石。从勃姆石的赋存形态来看，大部分勃姆石呈絮凝状，也反映了它的胶体成因的特点。刘长龄等( 1985) 认为，勃姆石形成主要与成岩阶段的弱酸性与弱氧化至弱还原的介质环境有关，勃姆石在泥炭沼泽中更易形成。山西河曲本溪组铝土矿富含勃姆石，山西和河南铝土矿的重矿物组成有锆石、金红石、方铅矿等，和富勃姆石煤层中的重矿物组合相似( 刘长龄等，1985) ，也是 6 号煤层中勃姆石来源于本溪组铝土矿的佐证。6 号煤中高含量勃姆石的形成与含煤岩系高岭岩中的勃姆石或勃姆石岩的形成不同，刘钦甫等( 1997) 的研究表明，含煤岩系高岭岩中的勃姆石或勃姆石岩中勃姆石的形成主要是高岭石在介质的酸度( pH <5) 增大时脱硅形成的，并且具有高岭石的假象。而在该煤层中的勃姆石没有交代高岭石的现象。

表2 勃姆石及其伴生矿物的SEM-EDX 测试结果

注: Min 为最小值Max 为最大值AM 为算术均值bdl 为低于检测极限。

研究区晚古生代煤中高含量勃姆石的出现并不是一个简单、孤立的地质事件，它独特的赋存状态、成因、伴生矿物组合关系与其周围的地质体、煤层的形成演化、煤层形成时的古地理和古气候具有不可分割的联系。

致谢: 感谢中国科学院地质与地球物理研究所曾荣树研究员和中国石油大学( 北京) 钟宁宁教授给予的悉心指导和大力帮助。

参 考 文 献

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图版说明

图版Ⅰ

1. ZG6-1 中的石英( SEM ) 。

2. ZG6-1 中的石英，矿化现象严重( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

3. ZG6-1 中的石英，棱角明显，粒度均匀( SEM ) 。

4. ZG6-2 中规则的团块状勃姆石( SEM ) 。

5. ZG6-2 中不规则团块状勃姆石( SEM ) 。

6. ZG6-3 中不规则团块状勃姆石，突起高( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

7. ZG6-3 中充填于丝质体胞腔的勃姆石和磷锶铝石( SEM ) 。

8. ZG6-5 中黏土矿物，不显突起( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

图版Ⅱ

1. ZG6-2 中的金红石晶体( 油浸，反射单偏光，320 × ) 。

2. ZG6-2 中金红石的膝状双晶( SEM ) 。

3. ZG6-3 中充填于胞腔的磷锶铝石( SEM ) 。

4. ZG6-3 中呈浑圆状产出的硒方铅矿( SEM ) 。

5. ZG6-3 中硒铅矿的内部结构( SEM ) 。

6. ZG6-2 中的锆石( SEM ) 。

7. ZG6-3 中的锆石( SEM ) 。

8. ZG6-3 中的菱铁矿( SEM ) 。

代世峰等: 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

图版Ⅰ

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

代世峰等: 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

图版Ⅱ

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

A discovery of extremely-enriched boehmite from coal in the Junger coalfield，the northeastern Ordos Basin.

DAI Shifeng1，2，REN Deyi1，2，LI Shengsheng2，Chen Lin CHOU3

( 1. Key Laboratory of Coal Resources of CUMT，Beijing，1000832. Department of Resources and Earth Science， China University of Mining and Technology，Beijing，1000833. Illinois State Geological Survey，IL61820，USA)

Abstract: The authors found an extremely-enriched boehmite and its associated minerals for the first time in the super-thick No. 6 coal seam from the Junger Coalfield in the northeastern Ordos Basin by using technologies including the X-ray diffraction analysis ( XRD ) ，scanning electron microscope equipped w ith an energy dispersive X-ray spectrometer，and optical micro- scope. The content of boehmite is as high as 13. 1% ，and the associated minerals are goyazite， zircon，rutile，goethite，galena，clausthalite，and selenio-galena. The heavy minerals assem- blage is similar to that in the bauxite of the Benxi Formation from North China. The high boehmite in coal is mainly from w eathering crust bauxite of the Benxi Formation from the north- eastern coal-accumulation basin. The gibbsite colloidstone solution w as removed from bauxite to the peat mire，and boehmite w as formed via compaction and dehydration of gibbsite colloid- stone solution in the period of peat accumulation and early period of diagenesis.

Key words: coalboehmiteLate Paleozoic periodJunger Coalfield

( 本文由代世峰、任德贻、李生盛合著，原载《地质学报》，2006 年第 80 卷第 2 期)

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