黔北上二叠统底部发现REY、Nb、Zr和Li等关键金属异常富集层

谯文浪,杨瑞东,季国松,龙建喜,陈登

1) 贵州大学资源与环境工程学院,贵阳,550025; 2) 贵州省地矿局一〇二地质大队,贵州遵义,563000;3) 贵州省地质调查院,贵阳,550081

内容提要：在黔北上二叠统底部铁铝质黏土岩、下部煤层及其顶底板炭质黏土岩中发现其富集稀土、铌、锆和锂等关键金属元素,其中铁铝质黏土岩REY、Nb、Zr和Li平均含量分别为807×10-6、143×10-6、1107×10-6、375×10-6,下部煤层及其顶底板炭质黏土岩中REY、Nb、Zr和Li平均含量为分别为555×10-6、104×10-6、786×10-6、116×10-6。显示出该区域该层位具有关键金属矿床良好的找矿前景。

关键金属是国际上最近提出的资源概念,指的是现今社会必需、但安全供应存在高风险的一类矿产的总称,主要包括稀有金属、稀土金属、稀散金属和部分稀贵金属,这些金属对新材料、新能源、信息技术、航空航天、尖端武器等新兴产业十分关键,对国民经济、国家安全和科技发展具有十分重要的战略意义(王登红,2019)。

黔北地区位于扬子陆块西南缘,广泛分布上二叠统煤系地层,在煤系地层底部有一套厚5～20 m的铁铝质黏土岩,该黏土层分布广、厚度较稳定,前人也报道黔北煤中富集关键金属元素(杨瑞东等,2021)。通过对黔西、播州、湄潭、绥阳、桐梓等地对该铁铝质黏土岩层进行取样、分析测试,发现其异常富集REY、Nb、Zr和Li关键金属元素。

1 研究方法

对黔西、播州、湄潭、绥阳、桐梓等地上二叠统龙潭组底部铁铝质黏土岩进行野外调查、剖面测量、钻孔和坑道编录及样品采集,在澳实(广州)实验室开展元素分析测试,重点测试该铁铝质黏土岩及其上覆煤层和围岩中REY、Nb、Zr和Li等关键金属元素的含量,分析富集特征。

2 研究结果

通过对黔西、播州、湄潭、绥阳、桐梓等地区龙潭组底部铁铝质黏土岩开展剖面测制、钻孔编录、坑道编录及样品采集,发现该层中异常富集稀土、铌、锆、锂等关键金属元素。富集金属元素岩石组合特征由下向上分别为碎屑状含粉砂质黏土岩,具微—泥晶结构,基本上由黏土矿物基底、褐铁矿和陆源碎屑共同组成(图1:a、a-1、a-2);锖灰色鲕粒微—泥晶(微含铝质)含硫化铁质黏土岩,鲕粒更多具有渗漏成因,微量矿物成分,不均匀污染状分布(图1b、b-1、b-2);灰色、灰白色含硫化铁质黏土岩,矿物组分主要为黏土矿物、黄铁矿、硬水铝石(图1c、c-1、c-2);碎屑状鲕粒泥晶含硫化铁质黏土岩,鲕粒更多具有渗漏成因,矿物组分主要为黏土矿物、黄铁矿、硬水铝石(图1d、d-1、d-2)。

图1 黔北上二叠统龙潭组底部铁铝质黏土岩结构特征

本次在上述区域系统采集了33件样品,其中龙潭组底部铁铝质黏土岩11件,下部煤层及其顶底板炭质黏土岩22件。铁铝质黏土岩层厚1.05～4.35 m,平均厚2.68 m,其REY含量为197×10-6～1882×10-6,平均807×10-6,Nb含量为90.2×10-6～210×10-6,平均143×10-6;Zr含量为702×10-6～1535×10-6,平均1107×10-6;Li含量为89.8×10-6～760×10-6,平均375×10-6(表1)。铁铝质黏土岩层之上的煤及炭质黏土层,厚0.82～5.05 m,平均厚2.27 m。其REY含量为109×10-6～2472×10-6,平均555×10-6;Nb含量为11.8×10-6～363×10-6,平均104×10-6;Zr含量为106×10-6～3290×10-6,平均786×10-6;Li含量为14.8×10-6～930×10-6,平均116×10-6(表2)。

表1 黔北晚二叠世煤系地层底部铁铝质黏土岩中REY、Nb、Zr和Li含量(×10-6)

表2 黔北晚二叠世底煤层及顶底炭质黏土岩中REY、Nb、Zr和Li含量(×10-6)

我国煤中REY平均值(138 μg/g)、Nb平均值(9.44 μg/g)、Zr平均值89.5 μg/g和Li平均值(31.8 μg/g)(代世峰等,2020)。黔北龙潭组下部煤层及其顶底板炭质黏土岩层中稀土、铌、锆和锂平均量分别是中国煤中4.0倍、11倍、8.8倍和3.6倍;铁铝质黏土岩层中稀土、铌、锆和锂平均量分别达5.8倍、15.1倍、12.4倍和11.8倍,铁铝质黏土岩层中稀土、铌、锆、锂平均含量比龙潭组下部煤层及其顶底板炭质黏土岩层含量更高,其厚度也更为稳定,是重要的关键金属找矿层位。

3 结论

通过对黔北上二叠统底部铁铝质黏土岩系统采样、分析测试,发现其富集稀土、铌、锆和锂等关键金属元素,REY平均含量为807×10-6,Nb平均含量为143×10-6,Zr平均含量为1107×10-6;Li平均含量为375×10-6,其层位稳定,平均厚2.68 m。同时,在铁铝质黏土岩之上的煤层及其顶底板炭质黏土岩,也富集关键金属元素,REY平均含量为555×10-6,Nb平均含量为104×10-6,Zr平均含量为786×10-6,Li平均含量为116×10-6。显示出该区域该层位具有关键金属矿床良好的找矿前景。

致谢：感谢贵州省地矿局一〇二地质大队陈远兴高级工程师、肖林工程师和贵州大学资源与环境工程学院李鑫正博士研究生在本次调查综合研究过程中给予的帮助!