广西上林矿区沉积型锂矿沉积环境及物源分析.pdf

2023年8月下 世界有色金属 187广西上林矿区沉积型锂矿沉积环境及物源分析范玉须（中国煤炭地质总局勘查研究总院，北京 1 0 0 0 3 9）摘 要：广西贤按煤田晚二叠世合山组地层中锂资源超常富集，具有寻找沉积型锂矿的良好前景。研究表明，赋矿地层中S r 元素含量及S r/B a 值指示研究区海陆交互相沉积环境；L i 主要富集在氧化、弱还原条件下形成的铁质铝土岩和部分黏土岩中。C I A值介于8 6.3 9 9.6 6，表明富锂黏土岩在形成过程中处于温暖潮湿的沉积环境并伴随较为强烈化学风化作用。通过物源分析认为，合山组含矿岩系的物质来源可能主要为中酸性岩浆岩，同时也有夹杂了峨眉山玄武岩火山灰的物质。关键词：沉积锂矿；古盐度；沉积物源；沉积环境中图分类号：P 6 1 8.4 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 2-5 0 6 5（2 0 2 3）1 6-0 1 8 7-3Sedimentary Environment and Source Analysis of Sedimentary Lithium Deposits in Shanglin Mining Area,GuangxiFANYu-xu(G e n e r a l P r o s p e c t i n g I n s t i t u t e o f C h i n a Na t i o n a l A d mi n i s t r a t i o n o f C o a l G e o l o g y,B e i j i n g 1 0 0 0 3 9,C h i n a)Abstract:L i t h i u m r e s o u r c e s i n t h e L a t e P e r mi a n He s h a n F o r ma t i o n s t r a t a i n X i a n C o a l f i e l d,G u a n g x i a r e e x t r e me l y e n r i c h e d,a n d t h e r e i s a g o o d p r o s p e c t f o r f i n d i n g s e d i me n t a r y l i t h i u m d e p o s i t s.T h e r e s e a r c h s h o w s t h a t t h e S r e l e me n t c o n t e n t a n d S r/B a v a l u e i n t h e o r e b e a r i n g s t r a t a i n d i c a t e t h a t t h e s t u d y a r e a i s a ma r i n e a n d c o n t i n e n t a l a l t e r n a t i v e d e p o s i t i o n t;L i i s ma i n l y e n r i c h e d i n t h e i r o n-a l u mi n u m f o r me d u n d e r o x i d a t i o n a n d w e a k r e d u c t i o n c o n d i t i o n s.I n c l a y r o c k,t h e C I A v a l u e r a n g e s f r o m 8 6.3 t o 9 9.6 6,i n d i c a t i n g t h a t t h e l i t h i u m-r i c h c l a y r o c k w a s f o r me d i n a w a r m a n d h u mi d d e p o s i t i o n a l e n v i r o n me n t a c c o mp a n i e d b y r e l a t i v e l y s t r o n g c h e mi c a l w e a t h e r i n g.A c c o r d i n g t o p r o v e n a n c e a n a l y s i s,t h e ma t e r i a l s o u r c e o f t h e o r e-b e a r i n g r o c k s e r i e s o f He s h a n F o r ma t i o n ma y b e ma i n l y i n t e r me d i a t e-f e l s i c ma g ma t i c r o c k s,a n d t h e r e a r e a l s o ma t e r i a l s mi x e d w i t h E me i s h a n b a s a l t v o l c a n i c a s h.Keywords:s e d i me n t a r y l i t h i u m d e p o s i t;p a l e o-s a l i n i t y;s e d i me n t a r y s o u r c e;d e p o s i t i o n a l e n v i r o n me n t收稿日期：2 0 2 3-0 6作者简介：范玉须，男，生于1 9 8 7 年，汉族，山东泰安人，博士研究生，高级工程师，研究方向：构造地质。随着新能源汽车产业的发展和一些高新技术的突破，锂金属在全球发展中的战略位置越来越重要。作为一种重要的战略性矿产资源，全球锂资源主要分布在美洲地区，而我国资源储量并不占优势。因此，我国急需寻找新的锂矿资源，特别是新类型锂资源，保障国家战略性矿产资源的供应。近年来，我国西南地区的滇中盆地及桂西地区发现了黏土岩中具有锂的超常富集现象，形成了潜在的巨量锂资源3。广西煤炭地质局近期在开展煤炭资源普查时发现，广西上林矿区煤系地层中锂含量超常富集，具有沉积型锂矿特征1,2。目前关于上林地区合山组煤系地层中Li元素赋存状态尚未有清晰认识，其富集规律与成矿地质环境还有待进一步研究。本文对广西贤按煤田进行了野外地质调查，结合前人研究数据，对锂元素在沉积环境进行了研究，为煤系沉积型锂资源成矿模式的进一步完善及今后在该地区开展关键矿产资源评价和预测提供科学依据。1 地质背景研究区大地构造位置位于右江盆地、云开古陆及江南古陆之间的倒三角地带。矿区整体位于向斜盆地内，地层倾角较陡，且有往深部变缓的趋势。矿区内由老至新出露的地层有中二叠统茅口阶、上二叠统合山组与大隆组、下三叠统马脚岭组、北泗组和第四系。合山组底部为古风化壳，与下伏茅口组灰岩平行不整合，锂矿主要赋矿地层为合山组下段，主要含矿岩性为铁质黏土岩、铝质黏土岩及煤层。目前上林矿区控制的锂矿体4层，分布于二叠系上统合山组K4煤层及其顶底板的炭质泥岩、含炭泥岩及铝土岩中。矿层分布于K4煤层及其顶底板的炭质泥岩、含炭泥岩、铝土岩、铁铝岩中，底部接二叠系中统茅口组灰岩；矿层分布于K4与K3煤层之间的铝土岩、铁铝岩中，下距矿层20m100m；矿层分布于K3煤层及其顶底板的炭质泥岩、含炭泥岩中，下距矿层0m40m。2 古沉积环境分析2.1 古盐度及其对锂富集的控制古盐度是记录，沉积环境特征的一个重要指标。Sr、Ba等微量元素受沉积环境影响变化明显，经常用来判别沉积环境的古盐度。根据前人研究，当Sr含量大于800g/g时，为咸水世界有色金属2023年8月下188环境，而当 Sr 含量小于 500g/g 时，一般指示淡水环境。研究区内选择一个典型剖面的样品数据中7，Sr含量为 13116g/g，平均为 41.83g/g，所有值均小于500g/g，指示盆地合山组底部总体属于淡水沉积环境。一般认为Sr/Ba比值在判别沉积环境中古盐度的变化时比单元素更可靠，当沉积物Sr/Ba比值大于1.0时为海相咸水，介于0.61时为半咸水相，Sr/Ba比值小于0.6时为陆相淡水，研究区剖面中所有样品Sr/Ba值介于0.38-2.91，平均值为1.20，主体数据均小于1.0，由此推断研究区合山组沉积期主要为海陆交互相沉积环境。图1样品Li含量与Sr含量、Sr/Ba值的关系图解沉积环境古盐度的变化对锂元素在黏土岩中的富集具有重要控制作用。通过图1发现，锂的富集程度随盐度的升高呈现先升高在降低的趋势，主要富集在半咸水环境；当盐度达到咸水环境时，锂的富集程度随盐度升高开始下降，这与我国西南不同区域古盐度地层中锂的变化趋势一致4,5。2.2 氧化还原性及其对锂富集的控制利用微量元素的比值可以示踪沉积环境的氧化还原条件。一般来说，当沉积物中U/Th比值小于0.75时，代表氧化环境；当还原环境中U/Th比值大于1.25时指示还原环境。研究区剖面样品中U/Th值分析测试发现，煤样中U/Th值远大于1.25，代表强还原环境，其余黏土岩U/Th值均小于0.75。根据判别指标，合山组沉积环境总体为氧化环境。前人研究表明，沉积物中V/Cr4.25，指示沉积环境为还原环境。根据图2可见，Li在氧化和弱氧化条件下形成的铁质铝土岩和部分碳质泥岩中最为富集。图2样品Li含量与U/Th值、V/Cr值的关系图解2.3 古气候及其对锂富集的控制图3样品Li含量与CIA的关系图解化 学 蚀 变 指 数（CIA）是 反 映 沉 积 物 母 岩 风 化程 度 的 重 要 参 数，在 古 风 化 历 史 的 研 究 中 具 有 重 要作 用。本 文 中 化 学 蚀 变 指 数 按 照 公 式 CIA=Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)100%计算。根据前人研究，2023年8月下 世界有色金属 1891廖家隆,张福强,韦梦蝶,梁兴东.广西晚二叠世典型聚煤盆地中锂、镓丰度及富集因素J.煤田地质与勘探,2020,48(01):77-84.2廖家隆,韦梦蝶,梁兴东.广西晚二叠世合山组聚煤盆地中锂资源特征分析J.中国煤炭地质,2020,32(09):122-127.3温汉捷,罗重光,杜胜江,于文修,顾汉念,凌坤跃,崔燚,李阳,杨季华.碳酸盐黏土型锂资源的发现及意义J.科学通报,2020,65(01):53-59.4姚双秋,庞崇进,温淑女,等.桂西上二叠统合山组富锂黏土岩的发现及意义J.大地构造与成矿学,2021,45(5):951-962.5贾永斌，于文修，温汉捷，罗重光，杨光树，杨洋，崔燚.滇中盆地南缘富锂黏土岩地球化学特征及沉积环境初探J.沉积学报，2021，076.6Cox R,Lower D R and Cullers R L.The influence ofsediment recycling and basement omposition on evolutionof mudrockchemistry in the southwestern United States J.GeochimicaetCosmochimicaActa1995,59(14):2919-2940.7Zhang,F.;Li,B.;Zhuang,X.;Querol,X.;Moreno,N.;Shangguan,Y.;Zhou,J.;Liao,J.Geological Controls on EnrichmentofRareEarthElementsandYttrium(REY)inLatePermianCoalsandNon-CoalRocksintheXian anCoalfield,GuangxiProvince.Minerals2021,11,301CIA值越大，反映化学蚀变程度越强，CIA值在5060之间代表干燥、寒冷气候条件，母岩风化程度较低，6080代表温暖湿润气候条件下的中等风化，80100反映炎热潮湿的热带气候条件下的强烈风化6。研究区样品的CIA值除一件样品外其余都在84.3098.47之间，均值为88.78，反映出合山组沉积时为炎热潮湿的古气候。由图可知，研究区内样品CIA值与锂含量呈正相关关系，风化程度越强，Li元素含量越高，表现出上升趋势（图3）。这可能是因为Li+在迁移过程中极易被吸附于黏土矿物层间或类质同象置换进入黏土矿物晶格，从而导致Li在黏土岩中的富集。3 物源分析研究表明，沉积岩中Th/Sc值可以示踪沉积岩的物源。在沉积循环过程中，沉积物中Th/Sc值主要受控于风化母岩特性，在沉积过程中一般不发生明显变化。而沉积物中Zr/Sc值在沉积循环过程中往往会具有升高趋势，可作为沉积岩锆石富集的指标。在Th/Sc-Zr/Sc图解(图4)上，黏土岩样品主要落在长英质酸性岩附近,指示其很可能来源于长英质岩石。在La/Yb-REE判别图可以看出（图4），样品一部分落入碱性玄武岩区，一部分落入大陆拉斑玄武岩区和花岗岩重叠区，个别样品落在沉积岩区。综上表明，合山组含矿岩系的沉积物源具有多源性，其物源可能主要来源于中酸性岩浆岩，同时也夹杂了峨眉山玄武岩火山灰的物质。4 结论（1）元素Sr和Sr/Ba及U/Th、V/Cr协变模式图指示图4样品Th/Sc-Zr/Sc图解与La/Yb-REE判别图广西贤按煤田合山组富锂黏土岩为氧化-弱还原沉积环境。CIA分析结果指示富锂黏土岩在形成的过程中古气候主要以温暖潮湿为主，且伴随着较为强烈的化学风化作用。（2）Li元素含量变化与各沉积环境指示参数表明，当沉积环境为海陆交互相、氧化、温暖潮湿强风化等的特性时，黏土岩中有利于锂元素的富集。（3）广西贤按向斜合山组含矿岩系的物质来源可能主要为中酸性岩浆岩，同时也有夹杂了峨眉山玄武岩火山灰的物质。