豫西三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區伴生鋰分布規律

王久 孫強

摘要：近年來，鋰在喀斯特型鋁（黏）土礦含礦巖系中的超常富集現象引起了越來越多的關注，在貴州、廣西等地已開展了相關研究。河南喀斯特型鋁（黏）土礦儲量處國內前列，但關于伴生鋰的研究卻相對薄弱。通過分析豫西主要鋁（黏）土礦成礦區——三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區的10個礦區170件樣品，結合區域古地理研究，認為鋰可能吸附于黏土礦物蒙脫石中，且在濱岸環境中更容易富集;張窯院—下冶成礦帶鋰含量普遍較高，是下一步找礦的理想區域。

關鍵詞：鋰礦;鋁（黏）土礦成礦區;古地理;三門峽—澠池—新安;豫西

中圖分類號：TD15 P618.71

文獻標志碼：A

文章編號：1001-1277（2022）02-0022-07

doi：10.11792/hj20220204

引 言

近年來隨著科學技術迅速發展，鋰在高科技行業中的應用越來越廣泛。例如：鋰在核工業、航空航天、電子工業方面發揮著關鍵且獨特的作用，隨著新能源的大力發展，鋰被稱為21世紀的能源金屬。中國是鋰資源的第一消費大國，對外依賴度超過80 %。因此，加強鋰資源的勘探，增加戰略儲備迫在眉睫。

傳統鋰礦床類型為鹵水型和偉晶巖型2種，雖然這2種類型鋰礦床在中國均有分布，但鹵水型鋰礦床多分布于青海、西藏等中高海拔、基礎設施差的偏遠地區，開發困難;偉晶巖型鋰礦床開發耗能高，對環境破壞較大[1-2]。

近年來，沉積型鋰礦床逐漸引起人們關注。現有資料顯示，鋰通常富集于鋁（黏）土礦所在層位[3-12]。由于沉積型鋰礦床的賦存規律尚不明確，作為獨立礦種開發風險較大，但作為鋁（黏）土礦開發時的伴生有益成分進行回收，不但風險較小，且前景十分廣闊。筆者結合自身參與項目，分析了豫西鋁（黏）土礦主要成礦區——三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區的10個礦區170件樣品，結合古地理特征，總結了鋁（黏）土礦中伴生鋰的分布規律，為進一步研究提供依據。

1 研究區地質

研究區位于河南省西部，主要包括三門峽市陜州區、湖濱區、澠池縣，以及洛陽市新安縣，面積超3 000 km2。已探明礦床超過30個，累計探明鋁（黏）土礦儲量超2億t，是河南最主要的鋁（黏）土礦成礦區[13]。

1.1 地 層

研究區在大地構造位置上屬于華北陸塊南緣的華熊臺緣坳陷澠池—確山陷褶斷束中西段。地層劃分屬于華北地層大區、澠池確山小區。地層由基底和蓋層組成，基底為古元古界嵩山群、新太古界登封群和太華群，蓋層包括新生界、中生界、古生界和中—新元古界地層（見圖1）。含礦巖系為古生界上石炭統本溪組，是一套海陸交互相鐵鋁沉積建造。其上覆地層為上石炭統太原組，與之整合接觸;下伏地層為奧陶紀馬家溝組，與之平行不整合接觸。研究區巖漿巖不發育。

1.2 構 造

研究區構造主要為岱嵋寨背斜、扣門山斷裂、龍潭溝斷裂，以及三門峽、洛陽2個新生代斷陷盆地。以扣門山斷裂和龍潭溝斷裂為界可將研究區劃分為3個成礦帶，即七里溝—焦地鋁（黏）土礦成礦帶、杜家溝—郁山鋁（黏）土礦成礦帶和張窯院—下冶鋁（黏）土礦成礦帶（見圖2）。其中，七里溝—焦地鋁（黏）土礦成礦帶成礦后構造發育，且被切割為菱形斷塊;杜家溝—郁山鋁（黏）土礦成礦帶呈近東西向向北彎曲的弧形展布;張窯院—下冶鋁（黏）土礦成礦帶受岱嵋寨背斜影響，呈扇形展布。

1.3 含礦巖系特征

本溪組平均厚約15 m，可分為6 層，自下而上巖性分別為底礫巖、鐵質黏土巖、黏土巖或鋁土巖、鋁（黏）土礦、鋁土巖或黏土巖、碳質頁巖（見圖3）。

1）底礫巖：僅見于個別鋁（黏）土礦區的局部地段，厚度一般不超過1 m。

2）鐵質黏土巖：各鋁（黏）土礦區均有發育，平均厚約2 m。該層含鐵質黏土（頁）巖、黏土中常含鐵質，鐵質常富集成雞窩狀、透鏡狀鐵礦體，以赤鐵礦、硫鐵礦或菱鐵礦出現，俗稱“山西式”鐵礦。

3）黏土巖或鋁土巖：多數鋁（黏）土礦區發育，平均厚約3 m。通常呈灰色、灰白色，泥質結構。黏土巖和鋁土巖沒有嚴格的界線，若礦物組成以高嶺石和伊利石等黏土礦物為主，則為黏土巖;若以一水硬鋁石為主，則為鋁土巖。該層大多可滿足耐火黏土礦要求。個別鋁（黏）土礦區中，該層一水硬鋁石含量高且穩定，亦可作為工業礦體。

4）鋁（黏）土礦：是主要的成礦層，平均厚約5 m。鋁（黏）土礦呈鮞狀、豆狀、豆鮞狀、碎屑狀、致密塊狀，層理不明顯。

5）鋁土巖或黏土巖：平均厚約3 m，特征與黏土巖或鋁土巖層類似。

6）碳質頁巖：多數礦區發育，平均厚約 1 m，呈灰—灰黑色，具有泥質結構，層理發育，含較多植物葉片化石，個別鋁（黏）土礦區中夾有煤線或煤層。

受古地形影響，各鋁（黏）土礦區不同程度發育其中的3層或4層。

1.4 鋁（黏）土礦與伴生鋰的物質來源及礦床成因

鋰的富集與鋁（黏）土礦的形成密切相關，鋰礦床和鋁（黏）土礦普遍相伴產生，互為找礦標志[15]。

目前，學者們對鋁（黏）土礦成礦物質來源的認識存在不同觀點，有觀點認為成礦物質來源于基底碳酸鹽巖的風化;也有觀點認為其不單是基底碳酸鹽巖的風化，更主要的是基底之上被剝蝕的泥質巖;還有觀點認為成礦物質來源于與北秦嶺新元古代（812～956 Ma）造山和古生代（414～455 Ma）俯沖碰撞有關的花崗巖[16]。關于伴生鋰的成礦物質來源認識，目前研究較少，大多認為其為鋁（黏）土礦形成過程中“附帶”而來，但缺乏直接可靠的證據。近年來，溫漢捷等[15]通過研究貴州地區富鋰黏土巖與基底碳酸鹽巖上地殼元素標準化蛛網圖，二者分布特征基本一致，提出鋰等微量元素可能繼承自基底碳酸鹽巖。

鋁（黏）土礦的成礦過程中同時發生鋰和鋁的富集[17-18]。成礦母巖經強烈的物理、化學風化作用形成紅土型鋁（黏）土礦或富鋁紅土，這些物質在原地或經搬運沉積在喀斯特洼地中，在壓實脫水、成巖過程中，活動性強的堿性和堿土金屬隨溶液遷出，相對穩定的鋁、鋰、稀土元素等沉淀或被吸附形成鋁（黏）土礦及富鋰礦床[19]。

2 鋁（黏）土礦中伴生鋰的分布規律

本次研究采集并分析了豫西鋁（黏）土礦主要成礦區——三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區的10個礦區170件樣品。樣品分析工作大多由河南省有色金屬地質礦產局第一地質大隊化驗室承擔，部分由河南省有色金屬地質礦產局總院化驗室承擔。樣品根據礦區及所在的成礦帶進行分類，并對相關參數進行了統計，結果見表1。

2.1 各成礦帶鋰的分布特征

鋰在各成礦帶的分布直方圖見圖4。由圖4可知，3個成礦帶中鋰的分布有較大差異。七里溝—焦地鋁（黏）土礦成礦帶和杜家溝—郁山鋁（黏）土礦成礦帶中大多數樣品w（Li2O）集中于0.04 %～0.07 %。對3個成礦帶進行比較，w（Li2O）最高的是張窯院—下冶鋁（黏）土礦成礦帶，且較為穩定，集中分布于0.13 %～0.16 %，最低值高于0.07 %。

鋰在鋁（黏）土礦中可能的賦存狀態有離子吸附[20-21]、類質同象[22-24]和獨立礦物[5，7，25]，主流觀點認為最可能的賦存狀態為離子吸附[19]。趙越等[26]通過黏土礦物對Li+的吸附試驗得出，在實驗室條件下影響Li+吸附的因素包括礦物類型、Li+初始濃度、離子強度、固液比、pH，其中影響較大的為前兩項：礦物類型和Li+初始濃度。在吸附礦物類型中，蒙脫石較高嶺石、伊利石更易吸附Li+，而不純的碳酸鹽巖風化能提供偏堿性環境，利于蒙脫石形成。三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區中的鋁（黏）土礦均發育在碳酸鹽巖基底之上，其對鋰分布差異的影響有限，推測鋰分布的差異可能是由初始濃度不同導致的，張窯院—下冶鋁（黏）土礦成礦帶具有更高鋰背景值，鋰更容易富集，是尋找伴生鋰的理想區域。

2.2 鋰元素與其他元素的相關性

鋰與堿土金屬相關性圖解見圖5。由圖5可知，鉀與鋰呈弱負相關，鈉、鎂與鋰呈弱正相關，鈣與鋰先呈正相關后呈負相關。

鋰與其他元素的相關性在很大程度上能夠揭示鋰的富集規律，但目前這方面的研究還相對較少，已有的相關認識亦存在較大差異。有觀點認為，鋰與鋁呈正相關[11，27];有觀點認為，鋰與鋁及鋁硅比呈負相關[28-29];還有觀點認為，以w（Al2O3）=55 %為界，此界以下鋰與鋁呈正相關，此界以上鋰與鋁呈負相關[19-20]。這些認識的差異除因各個區域差異不同外，亦是樣品較少，無法體現統計學意義的結果。本文主要分析堿土金屬與鋰含量的相關性，溫漢捷等[15]通過對富鋰黏土巖樣品進行LIBS（激光誘導擊穿光譜）試驗得出，鋰與鎂、硅相關性最好，與鈉、鉀次之，其相關性排序為Si、Mg>Na、K>Ti、Fe>Al，說明鋰主要賦存于富鎂黏土礦物中，可能為蒙脫石。結合本次分析結果，三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區中鋰應主要分布于蒙脫石中，可作為找礦標志。

2.3 鋰的分布與沉積古地理的關系

金中國等[6，19，30-34]認為，淡水環境及淡化瀉湖沼澤環境中形成鋁（黏）土礦的鋰含量一般較高，而濱海沼澤、海陸交互環境中形成的鋁（黏）土巖的鋰含量較低，呈現出伴生鋰含量隨沉積時水體含鹽度的升高而降低，濱岸的陸相環境比濱海的海相環境更易富集鋰。

由鋰分布等值線與古地理套合圖（見圖6）可知：鋰含量在新安濱岸潮坪—沼澤中較高，在澠池瀉湖潮坪—沼澤的古流向末端與湖心位置出現了極低值。這說明鋰在水動力條件較強的濱岸環境下更易富集，與前人研究相符。此外，岱嵋寨古島所提供的沉積母巖對鋰含量也有一定影響。

3 結 論

1）豫西鋁（黏）土礦伴生鋰的資源潛力巨大，在進一步研究后能大大增加中國鋰的戰略儲備。

2）三門峽—澠池—新安鋁（黏）土礦成礦區中的張窯院—下冶鋁（黏）土礦成礦帶具有更高的鋰背景值，是尋找高品位伴生鋰的理想地區。

3）豫西地區鋰的分布與蒙脫石密切相關，可視作找礦標志，指導下一步工作。

4）在今后工作中應注意研究已存在鋁（黏）土礦的沉積古地理特征，將濱岸環境作為重點開展相關研究工作。

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