中蒙跨境阿尔泰构造带稀有元素锂区域地球化学分布

刘汉粮，聂兰仕，王学求，张义波，刘东盛，王 玮，迟清华

(1.国土资源部地球化学探测技术重点实验室，中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所，河北 廊坊 065000；2. 联合国教科文组织 全球尺度地球化学国际研究中心，河北 廊坊 065000；3. 中国冶金地质总局 山东正元地质勘查院，山东 济南 250014)

0 引 言

三稀资源是稀土资源、稀有资源和稀有分散资源的统称，是21世纪新一代尖端武器、信息技术、节能环保、医药及医疗器械、新材料、新能源汽车等必需的功能性材料、结构性材料和关键性原料。未来国际资源战略竞争，将从大宗支柱性矿产向三稀矿产转移，稀土、稀有和稀散资源将是支撑我国占据科技和经济制高点的关键性资源。随着地质勘探工作的深入和基础科学对三稀元素在地壳乃至地幔中分布规律的不断总结，得出稀土不土、稀散不散、稀有常有的认识[1-2]。

稀有元素锂(Li)是自然界中最轻的银白色碱土金属，原子序数3，原子量6.941，丰度约20×10-6，主要集中在硅酸盐矿物中，地壳中锂可以形成独立锂矿物，如锂辉石、锂云母等，也以类质同象形式产出[3-4]。同时锂被称为21世纪改变世界的“绿色能源金属”和“白色石油”，战略意义至关重要，目前锂资源开发利用已经被列入“十三五”国家战略规划，锂资源的开发利用贯穿节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料等产业[5-6]。

本次工作在中蒙跨界阿尔泰地区开展1∶100万国家尺度地球化学填图，由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所和蒙古地质调查中心联合完成，覆盖了约300 000 km2，分析了69种元素，填补该区元素地球化学分布的空白，并为两国边界地区重要矿床对比提供地球化学依据。本文依据中蒙阿尔泰地区6个构造单元划分[7]，统计锂元素在不同构造单元内的地球化学参数，并对区域地球化学异常进行论述，为将来锂资源发现提供重要选区。

1 区域地质概况

阿尔泰造山带位于中华人民共和国、蒙古国、俄罗斯联邦和哈萨克斯坦共和国4国的交界处，是重要的稀有金属、宝石、工业白云母成矿带，是中亚造山带的重要组成部分，位于中亚造山带西南部，北邻西萨彦岭古岛弧带，南侧以额尔齐斯断裂与斋桑造山带、准噶尔地块和东准噶尔—南蒙古造山带相邻。阿尔泰造山带基本组成单元在中国阿尔泰及邻区(蒙古)研究较为详细[8-11]，该造山带具有特殊地位，和整个中亚造山带一样，发育有大量的花岗岩及伟晶岩。前人对中国境内阿尔泰花岗岩做了许多研究，积累了丰富的资料，初步总结了其基本特征，阿尔泰花岗岩主体主要形成于晚古生代，也多被认为是晚古生代(海西期)造山带。部分学者通过锆石年代学研究也识别出众多早古生代和中生代花岗岩[12-15]。另外，由中国地质调查局主持完成的亚洲国际地质编图项目为了解境内外阿尔泰花岗岩的概况提供了基础性材料。阿尔泰地区构造岩浆活动频发且强烈，具有良好的成矿条件，稀有金属矿床分布广，与花岗岩分布有密切关系[16]。

2 工作方法

本次工作使用1∶25万及1∶20万地形图作为野外工作用图，以1∶2.5万图幅(相当于经度差7.5′×纬度差5.0′，面积大约100 km2)作为一个采样单元网格，每一个格子采集1件样或组合样。

图1 工作区域及构造简图(据李俊建等[7]修改)Fig.1 Working area and tectonic map (modified after Li et al.[7])

采样密度是1件样/100 km2*王学求.国际地球化学填图指南. 中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所内部资料. 2006.。使用GPS定位，在测区内要求采样点位基本均匀分布[17]。中蒙边界阿尔泰地区基本上可划分成荒漠山地景观区和荒漠戈壁景观区类型。荒漠山地区采集水系沉积物，样品采集在水系河口河道内；荒漠戈壁区水系不发育，没有明显的地表径流，地形相对平坦，相对高差大部分小于50～100 m，但大部分地区盆山交错，有季节性洪流，发育有明显的冲积汇水盆地，样品采集在汇水盆地低洼处或季节性洪流河口处；水系沉积物和冲洪积汇水盆地沉积物都是对上游源区的均一化介质，同时采样密度和采样粒级保持一致，保证沉积物样品分析的统一性①。采样点分布兼顾样品均匀性与最有效控制汇水域，样品在50 m范围内多点组合采样(3～5个点)，重复样占总样品数的5%左右，大致均匀布设在整个工作区内，采集-100目的细粒级样品，质量大于500 g。由于样品粒度细、介质均匀，因此代表性强，同时细粒级样品所具有的独特吸附特性，可以将含矿信息捕获与富集[17]。

图2 中蒙边界阿尔泰地区采样单元网格 Fig.2 Sampling cell in the Altay area,the boundary ofChina and Mongolia

所有境内外样品均在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所中心实验室加工分析，避免不同实验室所造成的实验误差。分析方法是等离子体光谱法(ICP-OES)，锂的检出限0.1×10-6。

3 结果与讨论

此次工作在中蒙边界阿尔泰地区共完成了约300 000 km2的国家尺度(1∶100万)地球化学填图，工作范围是东西方向(经度)86°～96°，南北方向沿边境线向两国境内各延伸约100 km，涉及中国境内的新疆维吾尔自治区哈密市、昌吉回族自治州、阿尔泰地区以及蒙古的科布多、巴彦乌列盖、戈壁阿尔泰等省，共采集样品2 453件，其中中国境内1 165件，蒙古境内1 288件。

3.1 地球化学参数统计

测区数据根据国别及构造单元统计锂元素地球化学参数，结果列于表1。构造单元采用李俊建中蒙阿尔泰地区构造分带，划分为阿尔泰构造带、阿尔泰南缘弧盆系、东西准噶尔弧盆系、准噶尔地块、戈壁阿尔泰弧盆系、北山—戈壁天山弧盆系6个二级构造单元[7]。

从表1中可以看出：全区锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围是12.3×10-6～53.2×10-6，全区锂含量背景值(中位值)和平均值分别是24.6×10-6和26.9×10-6。中国境内锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围是11.4×10-6～57.0×10-6，蒙古境内锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围是12.6×10-6～51.7×10-6，比较而言中国境内锂含量值变化范围更大，说明元素分布的局部不均一性更强，而正是这种局部的不均一性才能通过加密采样刻画出地球化学模式的细节变化，为逐步追踪矿化体奠定基础。蒙古境内锂含量背景值(25.9×10-6)和平均值(27.7×10-6)均高于全区锂含量背景值和平均值，而中国境内锂含量背景值(23.5×10-6)和平均值(26.2×10-6)恰好相反，表明中国境内锂元素含量低于蒙古境内锂元素含量。对于划分的构造单元而言，阿尔泰构造带锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围是15.4×10-6～57.9×10-6，背景值(中位值)和平均值分别是31.6×10-6和32.9×10-6；相应地，阿尔泰南缘弧盆系锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围、背景值和平均值分别是14.9×10-6～68.5×10-6、28.7×10-6和32.9×10-6；东西准噶尔弧盆系锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围、背景值和平均值分别是12.8×10-6～43.6×10-6、21.9×10-6和23.0×10-6；准噶尔地块锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围、背景值和平均值分别是16.9×10-6～47.7×10-6、27.2×10-6和28.3×10-6；戈壁阿尔泰弧盆系锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围、背景值和平均值分别是10.5×10-6～37.5×10-6、20.8×10-6和21.0×10-6；北山—戈壁天山弧盆系锂含量2.5%～97.5%分位数区间对应的含量值范围、背景值和平均值分别是8.06×10-6～37.7×10-6、16.8×10-6和18.5×10-6。阿尔泰构造带、阿尔泰南缘弧盆系和准噶尔地块锂含量背景值和平均值均高于总体含量背景值和平均值，尤其是阿尔泰构造带锂含量背景值和平均值最高，是总体含量背景值和平均值的1.29倍和1.22倍，说明该构造单元是锂元素的富集区，中国的阿斯喀尔特花岗岩型锂铍矿床和蒙古的Khaldzan Buregte稀有金属矿床(蒙古重要的稀有金属矿床)均产在该构造单元内；阿尔泰南缘弧盆系锂含量略低于阿尔泰构造带锂含量，同样富集锂元素，中国重要的稀有金属矿床可可托海三号矿脉就产在该构造单元内。

中蒙跨境阿尔泰地区锂含量的直方图和箱图(图3)显示沉积物锂的分析数据大致具有对数正态分布特征，锂含量在25%～75%分位数之间较为集中，且仅有少量的下部温和异常值但有大量连续的上部温和异常值及少许上部极端异常值。

表1 中蒙边界阿尔泰地区稀有元素锂地球化学参数

注：锂含量单位为10-6。

图3 中蒙边界阿尔泰地区沉积物锂含量直方图和箱图Fig.3 Histogram and boxplot of Li contents in the Altay area,the boundary of China and Mongolia

3.2 地球化学图编制

利用GeoExpl软件绘制元素地球化学分布图和异常图，并统计各异常相关参数。根据累积频率(0%、0.5%、1.2%、2%、3%、4.5%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、92%、95.5%、97%、98%、98.8%、99.5%、100%)制作地球化学图(图4)，图中显示锂高值区主要集中在工作区西部，中国阿尔泰市东南部、可可托海东北部，并延伸至蒙古境内Hudagt、科布多西部一带，整体上沿西北向呈带状展布。根据累积频率(85%、95.5%、99.5%、100%)制作地球化学异常图(图4)，将锂含量37.3×10-6(85%分位数)作为异常下限，同时满足异常范围内至少2个连续异常点或具有地球化学异常套合结构特征。地球化学异常或地球化学块体多层套合结构是指一系列由高到低多层套合异常组成的区域地球化学分布模式，也就是说局部异常被区域异常所包裹，而区域异常又依次被更大规模的地球化学省、地球化学巨省等所包裹[18]。按照这个原则共圈定出24个锂地球化学异常(编号Li01—Li24)，其中3个锂异常(Li02、Li03、Li05)已达地球化学省规模(面积大于1 000 km2)[18-19]。各个参数见表2。

Li02异常主要分布在蒙古境内乌列盖省西部Syrgali北部，具有多层套合模式，异常点连续分布，属于阿尔泰构造带，异常面积达2 654.6 km2，异常点20个，异常内平均值53.4×10-6，异常强度2.17，异常衬度1.43，异常规模141 764 km2×10-6，在所有异常规模中排序2，该区主要发育萨拉伊尔(兴凯)旋回中基性火山岩及凝灰岩和浅变质碎屑岩，岩体主要为萨拉伊尔(兴凯)旋回陆-陆碰撞或叠覆花岗岩类[20-22]。

表2中蒙边界阿尔泰地区锂地球化学异常统计参数

Table2ThestatisticsparametersoflithiumgeochemicalanomaliesintheAltayarea,theboundaryofChinaandMongolia

异常编号异常面积/km2异常点数/个异常内极大值/10-6异常内极小值/10-6异常内平均值/10-6异常内中位值/10-6总体 背景值/10-6异常下限/10-6异常内离差 异常规模/(km2×10-6)异常规模排序异常强度异常衬度变异系数Li01 621.6650.740.244.844.524.637.34.2027 84861.821.200.09Li022 654.620125.023.153.446.324.637.324.60141 76422.171.430.46Li031168.9668.432.544.740.824.637.312.6052 19631.821.200.28Li04492.4450.827.241.744.424.637.310.7020 52681.691.120.26Li0520 935.5163400.017.647.341.924.637.332.70989 67211.921.270.69Li06606.0583.034.851.942.024.637.319.6031 45342.111.390.38Li07194.6338.936.537.938.224.637.31.217 370191.541.020.03Li08245.8648.730.138.438.724.637.37.219 448171.561.030.19Li09397.5257.151.354.254.224.637.34.0821 53372.201.450.08Li10331.0657.325.441.141.124.637.316.2013 611121.671.100.39Li11378.7365.733.453.360.724.637.317.4020 16992.171.430.33Li12733.2873.122.542.842.824.637.316.5031 38851.741.150.38Li13344.1747.429.538.940.724.637.36.4013 388131.581.040.16Li14306.6352.637.544.744.124.637.37.5513 719111.821.200.17Li15175.8352.030.340.739.924.637.310.907 159201.661.090.27Li1683.8268.423.846.146.124.637.331.503 862241.871.240.68Li17280.5353.941.146.845.524.637.36.4913 133151.901.260.14Li18184.5449.027.738.738.924.637.38.757 129221.571.040.23Li19172.8447.134.940.439.824.637.35.176 986231.641.080.13Li20195.5348.431.239.037.324.637.38.757 619181.581.040.22Li21412.9753.322.942.242.024.637.310.9017 430101.721.130.26Li22166.4344.640.442.943.724.637.32.247 142211.741.150.05Li23298.0441.730.537.939.724.637.35.0411 294161.541.020.13Li24260.1256.145.650.850.824.637.37.4713 223142.071.360.15

注：异常规模=异常面积×异常内平均值；异常强度=异常内平均值/背景值；异常衬度=异常内平均值/异常下限；变异系数=异常内离差/异常内平均值。

图4 中蒙边界阿尔泰地区锂地球化学分布图Fig.4 Regional geochemistry of lithium in the Altay area, the boundary of China and Mongolia

Li03异常主要分布在中国新疆境内冲乎尔镇北部禾木西部，具有多层套合模式，异常点连续分布，属于阿尔泰构造带，异常面积达1 168.9 km2，异常点6个，异常内平均值44.7×10-6，异常强度1.82，异常衬度1.20，略低于Li02，异常规模52 196 km2×10-6，在所有异常规模中排序3，该区主要发育萨拉伊尔(兴凯)旋回中基性火山岩及凝灰岩和浅变质碎屑岩，岩体主要为早华力西旋回陆-陆消减花岗岩类[21-22]。Li03异常区与Li02异常区地质条件和地球化学图形状相似，但在区域上受到喀纳斯湖隔挡(喀纳斯湖未能采样)未形成统一异常区，推测该两处异常区可能是一个更大规模的远景区。

Li05异常主要分布在中国境内并延伸至蒙古境内，在可可托海镇及其西北部至阿尔泰市东南部形成高异常区，整体上沿西北向呈条带状展布，具有多层套合模式，异常点连续分布，属于阿尔泰构造带和阿尔泰南缘弧盆系，异常面积达20 935.5 km2，异常点163个，异常内平均值47.3×10-6，异常强度1.92，异常衬度1.27，异常规模989 672 km2×10-6，在所有异常规模中排序1，该区主要发育后萨拉伊尔(兴凯)旋回盖层，奥陶系—二叠系地层以中基性火山岩、陆源碎屑岩为主夹少量片麻岩、斜长角闪岩，岩体主要为中华力西旋回花岗岩类，阿勒泰市附近发育少量基性岩[21-22]。该地球化学省包含可可托海大型锂矿，可可托海3号矿脉是世界级的大型稀有金属花岗伟晶岩矿脉，产在可可托海镇，Li资源量居中国锂资源第六位[23-24]；柯鲁木特花岗伟晶岩型锂铍铌钽矿床、库卡拉盖花岗伟晶岩型铍锂矿床、阿斯喀尔特花岗岩型铍锂矿床、蒙库卡拉苏花岗伟晶岩型锂铍铌钽矿床[25]等均分布在该地球化学巨省里面。根据该地球化学分布图可在该西北向展布的条带上寻找类似的稀有金属矿床，为中国以及蒙古寻找伟晶岩矿脉提供依据。

4 结 论

在中蒙跨境阿尔泰地区开展1∶100万地球化学实测填图工作，覆盖了约300 000 km2，获得了高质量的锂地球化学数据及其图件。本文初步探讨了稀有元素锂的区域地球化学分布特征，结果表明：(1)中蒙跨境阿尔泰地区沉积物锂的分析数据大致具有对数正态分布特征，锂含量在25%～75%分位数区间内较为集中，且仅有少量的下部温和异常值，但有大量连续的上部温和异常值及少许上部极端异常值；(2)中国境内锂元素含量低于蒙古境内锂元素含量，对于划分的构造单元而言，阿尔泰构造带、阿尔泰南缘弧盆系和准噶尔地块锂元素背景值和平均值均高于总体含量值，尤其是阿尔泰构造带锂含量特征明显，表明该构造单元是锂元素的富集区；(3)根据85%累积频率圈定出24个锂地球化学异常，其中可可托海、柯鲁木特、阿斯喀尔特等大中型稀有金属矿床及其外围存在地球化学省，为该区寻找硬岩型稀有金属资源提供重要选区。

致谢：蒙古地质调查中心Davva总工程师及其团队负责采集蒙古境内地球化学填图样品，在此表示感谢。感谢审稿人和责任编辑提出的宝贵修改意见。

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