豫西三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区伴生锂分布规律

王久 孙强

摘要：近年来，锂在喀斯特型铝（黏）土矿含矿岩系中的超常富集现象引起了越来越多的关注，在贵州、广西等地已开展了相关研究。河南喀斯特型铝（黏）土矿储量处国内前列，但关于伴生锂的研究却相对薄弱。通过分析豫西主要铝（黏）土矿成矿区——三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区的10个矿区170件样品，结合区域古地理研究，认为锂可能吸附于黏土矿物蒙脱石中，且在滨岸环境中更容易富集;张窑院—下冶成矿带锂含量普遍较高，是下一步找矿的理想区域。

关键词：锂矿;铝（黏）土矿成矿区;古地理;三门峡—渑池—新安;豫西

中图分类号：TD15 P618.71

文献标志码：A

文章编号：1001-1277（2022）02-0022-07

doi：10.11792/hj20220204

引 言

近年来随着科学技术迅速发展，锂在高科技行业中的应用越来越广泛。例如：锂在核工业、航空航天、电子工业方面发挥着关键且独特的作用，随着新能源的大力发展，锂被称为21世纪的能源金属。中国是锂资源的第一消费大国，对外依赖度超过80 %。因此，加强锂资源的勘探，增加战略储备迫在眉睫。

传统锂矿床类型为卤水型和伟晶岩型2种，虽然这2种类型锂矿床在中国均有分布，但卤水型锂矿床多分布于青海、西藏等中高海拔、基础设施差的偏远地区，开发困难;伟晶岩型锂矿床开发耗能高，对环境破坏较大[1-2]。

近年来，沉积型锂矿床逐渐引起人们关注。现有资料显示，锂通常富集于铝（黏）土矿所在层位[3-12]。由于沉积型锂矿床的赋存规律尚不明确，作为独立矿种开发风险较大，但作为铝（黏）土矿开发时的伴生有益成分进行回收，不但风险较小，且前景十分广阔。笔者结合自身参与项目，分析了豫西铝（黏）土矿主要成矿区——三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区的10个矿区170件样品，结合古地理特征，总结了铝（黏）土矿中伴生锂的分布规律，为进一步研究提供依据。

1 研究区地质

研究区位于河南省西部，主要包括三门峡市陕州区、湖滨区、渑池县，以及洛阳市新安县，面积超3 000 km2。已探明矿床超过30个，累计探明铝（黏）土矿储量超2亿t，是河南最主要的铝（黏）土矿成矿区[13]。

1.1 地 层

研究区在大地构造位置上属于华北陆块南缘的华熊台缘坳陷渑池—确山陷褶断束中西段。地层划分属于华北地层大区、渑池确山小区。地层由基底和盖层组成，基底为古元古界嵩山群、新太古界登封群和太华群，盖层包括新生界、中生界、古生界和中—新元古界地层（见图1）。含矿岩系为古生界上石炭统本溪组，是一套海陆交互相铁铝沉积建造。其上覆地层为上石炭统太原组，与之整合接触;下伏地层为奥陶纪马家沟组，与之平行不整合接触。研究区岩浆岩不发育。

1.2 构 造

研究区构造主要为岱嵋寨背斜、扣门山断裂、龙潭沟断裂，以及三门峡、洛阳2个新生代断陷盆地。以扣門山断裂和龙潭沟断裂为界可将研究区划分为3个成矿带，即七里沟—焦地铝（黏）土矿成矿带、杜家沟—郁山铝（黏）土矿成矿带和张窑院—下冶铝（黏）土矿成矿带（见图2）。其中，七里沟—焦地铝（黏）土矿成矿带成矿后构造发育，且被切割为菱形断块;杜家沟—郁山铝（黏）土矿成矿带呈近东西向向北弯曲的弧形展布;张窑院—下冶铝（黏）土矿成矿带受岱嵋寨背斜影响，呈扇形展布。

1.3 含矿岩系特征

本溪组平均厚约15 m，可分为6 层，自下而上岩性分别为底砾岩、铁质黏土岩、黏土岩或铝土岩、铝（黏）土矿、铝土岩或黏土岩、碳质页岩（见图3）。

1）底砾岩：仅见于个别铝（黏）土矿区的局部地段，厚度一般不超过1 m。

2）铁质黏土岩：各铝（黏）土矿区均有发育，平均厚约2 m。该层含铁质黏土（页）岩、黏土中常含铁质，铁质常富集成鸡窝状、透镜状铁矿体，以赤铁矿、硫铁矿或菱铁矿出现，俗称“山西式”铁矿。

3）黏土岩或铝土岩：多数铝（黏）土矿区发育，平均厚约3 m。通常呈灰色、灰白色，泥质结构。黏土岩和铝土岩没有严格的界线，若矿物组成以高岭石和伊利石等黏土矿物为主，则为黏土岩;若以一水硬铝石为主，则为铝土岩。该层大多可满足耐火黏土矿要求。个别铝（黏）土矿区中，该层一水硬铝石含量高且稳定，亦可作为工业矿体。

4）铝（黏）土矿：是主要的成矿层，平均厚约5 m。铝（黏）土矿呈鲕状、豆状、豆鲕状、碎屑状、致密块状，层理不明显。

5）铝土岩或黏土岩：平均厚约3 m，特征与黏土岩或铝土岩层类似。

6）碳质页岩：多数矿区发育，平均厚约 1 m，呈灰—灰黑色，具有泥质结构，层理发育，含较多植物叶片化石，个别铝（黏）土矿区中夹有煤线或煤层。

受古地形影响，各铝（黏）土矿区不同程度发育其中的3层或4层。

1.4 铝（黏）土矿与伴生锂的物质来源及矿床成因

锂的富集与铝（黏）土矿的形成密切相关，锂矿床和铝（黏）土矿普遍相伴产生，互为找矿标志[15]。

目前，学者们对铝（黏）土矿成矿物质来源的认识存在不同观点，有观点认为成矿物质来源于基底碳酸盐岩的风化;也有观点认为其不单是基底碳酸盐岩的风化，更主要的是基底之上被剥蚀的泥质岩;还有观点认为成矿物质来源于与北秦岭新元古代（812～956 Ma）造山和古生代（414～455 Ma）俯冲碰撞有关的花岗岩[16]。关于伴生锂的成矿物质来源认识，目前研究较少，大多认为其为铝（黏）土矿形成过程中“附带”而来，但缺乏直接可靠的证据。近年来，温汉捷等[15]通过研究贵州地区富锂黏土岩与基底碳酸盐岩上地壳元素标准化蛛网图，二者分布特征基本一致，提出锂等微量元素可能继承自基底碳酸盐岩。

铝（黏）土矿的成矿过程中同时发生锂和铝的富集[17-18]。成矿母岩经强烈的物理、化学风化作用形成红土型铝（黏）土矿或富铝红土，这些物质在原地或经搬运沉积在喀斯特洼地中，在压实脱水、成岩过程中，活动性强的碱性和碱土金属随溶液迁出，相对稳定的铝、锂、稀土元素等沉淀或被吸附形成铝（黏）土矿及富锂矿床[19]。

2 铝（黏）土矿中伴生锂的分布规律

本次研究采集并分析了豫西铝（黏）土矿主要成矿区——三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区的10个矿区170件样品。样品分析工作大多由河南省有色金属地质矿产局第一地质大队化验室承担，部分由河南省有色金属地质矿产局总院化验室承担。样品根据矿区及所在的成矿带进行分类，并对相关参数进行了统计，结果见表1。

2.1 各成矿带锂的分布特征

锂在各成矿带的分布直方图见图4。由图4可知，3个成矿带中锂的分布有较大差异。七里沟—焦地铝（黏）土矿成矿带和杜家沟—郁山铝（黏）土矿成矿带中大多数样品w（Li2O）集中于0.04 %～0.07 %。对3个成矿带进行比较，w（Li2O）最高的是张窑院—下冶鋁（黏）土矿成矿带，且较为稳定，集中分布于0.13 %～0.16 %，最低值高于0.07 %。

锂在铝（黏）土矿中可能的赋存状态有离子吸附[20-21]、类质同象[22-24]和独立矿物[5，7，25]，主流观点认为最可能的赋存状态为离子吸附[19]。赵越等[26]通过黏土矿物对Li+的吸附试验得出，在实验室条件下影响Li+吸附的因素包括矿物类型、Li+初始浓度、离子强度、固液比、pH，其中影响较大的为前两项：矿物类型和Li+初始浓度。在吸附矿物类型中，蒙脱石较高岭石、伊利石更易吸附Li+，而不纯的碳酸盐岩风化能提供偏碱性环境，利于蒙脱石形成。三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区中的铝（黏）土矿均发育在碳酸盐岩基底之上，其对锂分布差异的影响有限，推测锂分布的差异可能是由初始浓度不同导致的，张窑院—下冶铝（黏）土矿成矿带具有更高锂背景值，锂更容易富集，是寻找伴生锂的理想区域。

2.2 锂元素与其他元素的相关性

锂与碱土金属相关性图解见图5。由图5可知，钾与锂呈弱负相关，钠、镁与锂呈弱正相关，钙与锂先呈正相关后呈负相关。

锂与其他元素的相关性在很大程度上能够揭示锂的富集规律，但目前这方面的研究还相对较少，已有的相关认识亦存在较大差异。有观点认为，锂与铝呈正相关[11，27];有观点认为，锂与铝及铝硅比呈负相关[28-29];还有观点认为，以w（Al2O3）=55 %为界，此界以下锂与铝呈正相关，此界以上锂与铝呈负相关[19-20]。这些认识的差异除因各个区域差异不同外，亦是样品较少，无法体现统计学意义的结果。本文主要分析碱土金属与锂含量的相关性，温汉捷等[15]通过对富锂黏土岩样品进行LIBS（激光诱导击穿光谱）试验得出，锂与镁、硅相关性最好，与钠、钾次之，其相关性排序为Si、Mg>Na、K>Ti、Fe>Al，说明锂主要赋存于富镁黏土矿物中，可能为蒙脱石。结合本次分析结果，三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区中锂应主要分布于蒙脱石中，可作为找矿标志。

2.3 锂的分布与沉积古地理的关系

金中国等[6，19，30-34]认为，淡水环境及淡化泻湖沼泽环境中形成铝（黏）土矿的锂含量一般较高，而滨海沼泽、海陆交互环境中形成的铝（黏）土岩的锂含量较低，呈现出伴生锂含量随沉积时水体含盐度的升高而降低，滨岸的陆相环境比滨海的海相环境更易富集锂。

由锂分布等值线与古地理套合图（见图6）可知：锂含量在新安滨岸潮坪—沼泽中较高，在渑池泻湖潮坪—沼泽的古流向末端与湖心位置出现了极低值。这说明锂在水动力条件较强的滨岸环境下更易富集，与前人研究相符。此外，岱嵋寨古岛所提供的沉积母岩对锂含量也有一定影响。

3 结 论

1）豫西铝（黏）土矿伴生锂的资源潜力巨大，在进一步研究后能大大增加中国锂的战略储备。

2）三门峡—渑池—新安铝（黏）土矿成矿区中的张窑院—下冶铝（黏）土矿成矿带具有更高的锂背景值，是寻找高品位伴生锂的理想地区。

3）豫西地区锂的分布与蒙脱石密切相关，可视作找矿标志，指导下一步工作。

4）在今后工作中应注意研究已存在铝（黏）土矿的沉积古地理特征，将滨岸环境作为重点开展相关研究工作。

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