黔中铝土矿含矿岩系伴生锂元素分布规律

全贵龙 杨明坤 文国江 董艳杰

摘要：黔中铝土矿富含锂、钪、镓等“三稀”矿产资源，但在以往的铝土矿勘查中对此有所忽略，未能开展综合评价。本文以黔中铝土矿带北西段的长沟铝土矿为对象，利用翔实的采样分析数据，系统分析了九架炉组含矿岩系伴生锂元素的空间分布规律。研究发现，单就Li2O的平均含量而言，在单工程含矿岩系中与Al2O3呈正相关关系，而与SiO2、Fe2O3呈负相关关系；单就Li2O富集程度而言，矿层中部>矿层下部>矿层上部；单就Li2O总量而言，矿层中部>矿层上部>矿层下部。这些规律的认识，为黔中铝土矿与“三稀”资源综合勘查、开发和利用提供了依据。

关键词：黔中铝土矿；锂元素；含矿岩系；分布规律；长沟铝土矿

1.引言

黔中地区经过50余年的找矿工作积累了大量丰富的勘查成果资料，除证实铝土矿中伴生的稀散元素—镓，达到综合利用外，对锂、钪等其他“三稀”（稀有、稀土、稀散）矿产勘查及研究程度普遍较低，总体上重视不够，对铝土矿中伴生的锂等有益矿产资源总体综合利用的水平和质量不高，高附加值产品少，资源优势没有得到充分发挥。

锂元素的克拉克值为17×10-6～20×10-6，参照规范（DZ/ T0203-2002）中碱性长石花岗岩类矿床，伴生矿产锂的工业指标要求为0.3%。在黔西—大方地区开展铝土矿调查评价工作中，对金沙县长沟铝土矿区采用地质填图、钻探、探槽、取样测试等手段，在含矿岩系中发现Li2O含量在500×10-6以上（最高达10906×10-6）的锂样品占分析样品总数的42%（胡从亮等；2016），其中Li2O>1000×10-6以上的富锂样品达44件，为锂的克拉克值的25倍～500倍，达到锂的伴生矿产工业指标要求的样品有12件，占分析样品總数的27.3%。长沟铝土矿位于黔中隆起之北西段，亦是著名的黔中铝土矿带的北西段，其成矿时代和分布特征与黔中铝土矿相同，为此本文将长沟铝土矿矿产地作为典型矿床，利用所获取的丰富资料进行研究，系统分析探讨伴生锂元素的分布规律。

2.矿床地质特征

长沟铝土矿位于扬子准地台黔北遵义断拱毕节北东向构造变形区南东隅，北东向店厂沟背斜与官田向斜之间，石炭系下统九架炉组为区域内铝土矿的含矿岩系，含矿岩系（铝土矿）分布严格受成矿古基底形态的制约，古基底的地貌对矿体的形态、产状、规模及矿石质量有严格的控制作用。

本次调查重点对田湾—长沟一线约9km范围的长沟铝土矿采用山地工程、钻孔（图1）探查含矿岩系（矿体）在平面空间及厚度空间的展布特征，因地形及古岩溶侵蚀面的起伏，造成含铝岩系在厚度上存在一定变化，长沟铝土矿及附近区域含矿岩系稳定。

含矿岩系为石炭系下统九架炉组（C1jj），岩性以粘土岩类为主，含铝土矿、硫铁矿等矿产。下伏于梁山组炭质粘土岩之下，上覆于寒武系（局部奥陶系）白云岩古岩溶侵蚀面之上，厚0m～15.54m。未发现明显的生物化石，沉积构造明显。不同区域岩性组合的不同，反映出下石炭世九架炉组沉积时期沉积环境的差异。

3.样品采集及分析测试

本次在长沟铝土矿调查中将氧化锂（Li2O）作为基本分析测试项目，样品采自田湾—长沟一线23个工程的九架炉组含矿岩系，共测试175件。限于篇幅仅统计Li2O含量>500×10-6以上锂样品分析结果于表内，采样部位、岩性特征见表1；采样工程空间分布如图1所示；以单工程平均含量数据，绘出Li2O及主要化学组分含量变化曲线见图2。

4.结果与探讨

4.1锂元素的分布特征规律

4.1.1锂元素在不同岩石、矿石中分布规律

通过对长沟铝土矿175件样品分析结果统计分析，其中Li2O含量>500×10-6列于表2，整个含矿岩系Li2O含量45×10-6～10906×10-6，平均852×10-6，对应的主要化学组分含量依次为：Al2O3含量11.80%～75.76%，平均37.10%；SiO2含量4.56%～68.17%，平均37.05%；Fe2O3含量0.55%～42.52%，平均9.52%。

岩石类型上，Li2O表现出亲铝土矿和铝土岩，而疏绿泥石粘土岩的特征，即铝土矿石平均含量和富集程度最高，铝土岩、铝土质粘土岩、铁质粘土岩次之，绿泥石粘土岩最低。矿石自然类型上，Li2O在致密状铝土矿石中的平均含量及富集程度高于碎屑状、土状矿石，豆鲕状矿石平均含量最低。

4.1.2锂元素在含矿岩系剖面上分布规律

根据分析结果进行研究，含矿岩系厚度空间上Li2O均有富集，含量分布不均，最低为45×10-6，最高达10906×10-6，Li2O含量的富集程度在矿层上下空间位置上：矿层中部>矿层下部>矿层上部；Li2O总量在矿层上下空间位置上：矿层中部>矿层上部>矿层下部。含矿岩系分含铝岩系及含铁岩系，Li2O含量、总量、平均含量及富集程度上部含铝岩系均明显优于下部含铁岩系。

Li2O平均含量与Al2O3平均含量总体呈正相关关系，线性关系为y=32.403+0.0066x，R=0.5278；Li2O平均含量与SiO2平均含量总体呈负相关关系，线性关系为y=41.429-0.0055x，R=-0.4608；Li2O平均含量与Fe2O3平均含量总体呈负相关关系，线性关系为y=9.7564-0.0020x，R=-0.3674。

4.1.3鋰元素在横向空间中分布规律

根据图1工程空间分布及图2含量变化关系图显示，单工程含矿岩系Li2O平均含量在平面空间位置上高值主要集中分布于矿区TC9以西区域，QJ3至TC4的东部区域次之，TC9至QJ3间的中部最低，即平面富集程度总体趋势为矿区西部>矿区东部>矿区中部。

有学者对黔北务—正—道地区典型铝土矿床中Li、Ga和Sc分布规律进行了研究，显示致密状铝土矿Li2O含量最高（达5820×10-6），本区最高10906×10-6及次高9754×10-6和9873×10-6的3件样品均来自铝土岩，表明黔北铝土矿与本文研究成果既有相似性，也有差异性。

4.2锂元素分布规律的地质解释

有学者研究表明，REE、Li、Sc和Ga等元素主要呈分散状态赋存于一水硬铝石、高岭石等粘土矿物中，但没有证据显示它们呈“离子”状态被吸附。“三稀”元素赋存形式实质上也反映其沉积环境，锂（Li）在表生条件下有较大的活动性，一部分易形成易溶盐被流水带走，另有一部分滞留于风化壳的粘土矿物中。目前所见包括铝土矿、粘土岩、粘土矿、铝土岩的含矿岩系是古风化壳物质的堆积沉积物，其中锂（Li）含量普遍较高，此与风化母岩中含有蒸发盐有关。

综上，目前还没有足够的证据来揭示铝土矿含矿岩系中锂等“三稀”元素的赋存形式，要提高铝土矿的附加值并高效清洁利用这些宝贵的锂等“三稀”资源，尚需更多的研究。以上总结的分布特征和富集规律总体表现出Li2O“亲铝”特征，这反映出锂与含铝矿物密切相关，这种现象说明锂主要在同沉积阶段与Al2O3同沉积、同富集，铝土矿含矿岩系物源主要来自于下伏寒武系和奥陶系碳酸盐岩，历经沉积与暴露剥蚀的反复复杂过程，古风化面上堆积了含铝页岩，在风浪、潮汐的长期作用下，势必使得成矿物质来源通过筛选、破碎和再搬运等方式重新组合，含铝页岩在风化剥蚀中易形成大量粘土矿物易吸附Li，并在搬运、迁移和沉积成岩成矿过程中与Al共迁移、同富集。成岩成矿后，经燕山期及其后历次构造运动的影响下，将已固结成矿的铝土矿抬升，局部到地表，在表生风化、氧化以及在地表水及地下水的长期而复杂的物理化学作用下，脱硅、脱硫去铁中部分Li不同程度的亏损，致使整个含矿岩系Li2O含量分布不均，这可能与不同矿物的吸附能力以及Li元素的活动性有关。通过研究，含矿岩系中的铝土岩、铝土矿（尤其致密状铝土矿）是锂的主要载体。

5.结论

（1）通过分析研究，Li2O与Al2O3总体呈正相关关系，Li2O与SiO2、Fe2O3总体呈负相关关系。

（2）岩石类型上，含矿岩系分含铝岩系及含铁岩系，Li2O含量、总量、平均含量及富集程度上部含铝岩系均明显优于下部含铁岩系，Li2O表现出亲铝土矿和铝土岩，而疏绿泥石粘土岩的特征。

（3）含矿岩系厚度空间上，Li2O富集程度矿层中部>矿层下部>矿层上部，Li2O总量矿层中部>矿层上部>矿层下部……

（4）黔中铝土矿含矿岩系厚度大（最厚达44m），分布广（>5800km2），蕴藏着丰富的铝土矿资源（保有资源储量30435万吨），多年来地质勘探工作对铝土矿伴生的锂等“三稀”矿产勘查工作及研究程度普遍较低。通过本文对伴生锂的分布规律分析、研究，为黔中铝土矿——“三稀”资源综合勘查开发利用提供了线索，预示该区锂等“三稀”矿产有较好的找矿前景，望引起以后工作者的重视。

致谢：

本文为《贵州乌蒙山区优势矿产资源综合调查评价》项目人员的集体成果，匿名评审专家和编辑部编委对论文提出了宝贵的修改意见，在此一并致以诚挚的谢意！

参考文献：

[1]陈庆刚，陈群，杨明坤，等.黔中地区铝土矿成矿规律及找矿靶区研究报告[R].贵州省地矿局一一五地质大队， 2011.

[2]杨明坤，谢江涛，罗荣杰，等.贵州清镇猫场铝土矿可溶性试验结果引发的思考[J].贵州地质， 2009， 26（2）： 122-124.

[3]杨明坤，朱焕然，陈群，等.贵州清镇野猫冲铝土矿床特征、成矿条件及找矿潜力浅析[J].贵州地质， 2013， 30（2）： 102-106.

[4]程鹏林，李守能，陈群，等.从清镇猫场矿区高铁铝土矿的产出特征再探讨黔中铝土矿矿床成因[J].贵州地质， 2004， 21（4）： 215-221.