山西省石炭-二疊紀(jì)主采煤層煤中鋰的含量分布特征與成礦前景分析

孫富民

(1.山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院 太原 030001； 2.煤與煤系氣地質(zhì)山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 太原 030001)

0 引言

鋰是一種重要的戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源[1-2]，目前可開(kāi)采利用的主要是鹵水礦床和偉晶巖礦床[3-4]。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局2017年資料，截至2015年，全球探明鋰儲(chǔ)量約1 400萬(wàn)t。鋰的消費(fèi)增長(zhǎng)勢(shì)頭逐年增高，未來(lái)五六十年內(nèi)，全球?qū)τ阡嚨男枨笫莿傂缘腫5-7]。近年來(lái)，在中國(guó)煤中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了高含量的伴生鋰元素，尤其是在內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾煤田和山西寧武煤田發(fā)現(xiàn)了超大型煤伴生鋰礦的存在[9-15]，這使得煤炭有可能成為鋰資源的理想替代來(lái)源[16-17]。山西是煤炭大省，石炭-二疊紀(jì)煤儲(chǔ)量巨大，因此，系統(tǒng)調(diào)查山西省石炭-二疊紀(jì)主采煤層煤中鋰的含量與分布特征，對(duì)煤中鋰的成礦前景分析具有重要的意義。

1 主采煤層的確定

石炭-二疊紀(jì)含煤地層在山西從北到南、自西向東廣泛分布。按地質(zhì)構(gòu)造、地理位置及規(guī)模大小，全省劃分為大同、寧武、河?xùn)|、西山、霍西、沁水等六個(gè)煤田和渾源、五臺(tái)、繁峙、平陸、垣曲等五個(gè)煤產(chǎn)地。本文研究對(duì)象為六大煤田石炭-二疊紀(jì)(太原組和山西組)主采煤層，各煤田主采煤層對(duì)比詳見(jiàn)表1。

2 樣品采集與分析測(cè)試

由于以往煤炭地質(zhì)勘查工作中幾乎未對(duì)鋰進(jìn)行過(guò)測(cè)試，所以本次工作以煤礦井下采樣為主，全省均勻布點(diǎn)，太原組布設(shè)123個(gè)采樣點(diǎn)、山西組布設(shè)111個(gè)采樣點(diǎn)。井下采樣嚴(yán)格按照《煤層煤巖采樣方法》(GB/T 482-2008)進(jìn)行。樣品經(jīng)系統(tǒng)縮分制備，粒度要求為200目，然后利用ICP-MS進(jìn)行分析測(cè)試。太原組和山西組主采煤層各煤田煤中鋰含量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

3 綜合分析研究

3.1 太原組

太原組主采煤層煤中鋰含量范圍為8.00×10-6～270.00×10-6，均值為58.41×10-6。其中，大同煤田煤中鋰含量范圍為14.12×10-6～163.29×10-6，均值為63.52×10-6，煤田內(nèi)大部分為大于40×10-6的區(qū)域，煤田東部邊緣從鴉兒崖鄉(xiāng)到吳家窯鎮(zhèn)一線零星分布有三個(gè)達(dá)推薦工業(yè)指標(biāo)(120×10-6)[18]的區(qū)域；河?xùn)|煤田煤中鋰含量在31.75×10-6～167.67×10-6之間，均值為67.85×10-6，平面展布整體呈北高南低的趨勢(shì)，煤田北部保德縣孫家溝鄉(xiāng)附近分布有三個(gè)達(dá)推薦工業(yè)指標(biāo)(120×10-6)的區(qū)域；寧武煤田煤中鋰含量范圍為39.88×10-6～114.50×10-6，均值為89.00×10-6；西山煤田煤中鋰含量范圍為21.75×10-6～93.89×10-6，均值為52.59×10-6，平面分布整體呈西高東低的趨勢(shì)；霍西煤田煤中鋰含量范圍為8.00×10-6～107.00×10-6，均值為35.79×10-6，平面分布整體呈北高、中低、南高的趨勢(shì)；沁水煤田煤中鋰含量范圍為30.37×10-6～270.00×10-6，均值為68.82×10-6，平面分布整體呈北高、中低、南高的趨勢(shì)，尤其在煤田東北端和東南端最高，東北端壽陽(yáng)-陽(yáng)泉一線和東南端高平-晉城一線分布有兩個(gè)達(dá)推薦工業(yè)指標(biāo)(120×10-6)的區(qū)域。參見(jiàn)表2、圖1。

綜上所述，山西省太原組主采煤層煤中鋰含量均值58.41×10-6較中國(guó)北方煤中鋰的含量均值44.00×10-6[19]高，也高于中國(guó)煤中鋰的平均含量31.8×10-6[20]。六大煤田中，寧武煤田最高為87.49×10-6，霍西煤田最低為35.79×10-6，詳見(jiàn)圖2。

表1 各煤田山西組、太原組主采煤層對(duì)比表

表2 太原組、山西組主采煤層煤中鋰含量統(tǒng)計(jì)表

圖1 太原組主采煤層煤中鋰含量等值線分級(jí)圖Figure 1 Taiyuan Formation main mineable coal seams lithium content isopleth grading

圖2 六大煤田山西、太原組主采煤層煤中鋰含量折線圖Figure 2 Lithium content line chart of main mineable coal seams in six major coalfield Shanxi and Taiyuan formations

3.2 山西組

山西組主采煤層煤中鋰含量范圍為4.20×10-6～246.00×10-6，均值為50.46×10-6。其中，大同煤田僅有一個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，代表性不強(qiáng)，不再敘述；河?xùn)|煤田煤中鋰含量在16.07×10-6～130.66×10-6之間，均值為59.59×10-6，平面展布整體呈西高東低的趨勢(shì)；寧武煤田煤中鋰含量范圍為31.00×10-6～246.20×10-6，均值為102.38×10-6，平面展布整體呈北高南低的趨勢(shì)，北部平魯區(qū)陶村鎮(zhèn)東部布有一個(gè)達(dá)推薦工業(yè)指標(biāo)(120×10-6)的區(qū)域；西山煤田煤中鋰含量范圍為17.74×10-6～98.00×10-6，均值為44.68×10-6，平面分布整體呈西高東低的趨勢(shì)；霍西煤田煤中鋰含量范圍為4.00×10-6～55.00×10-6，均值為24.00×10-6，平面分布整體呈南高北低的趨勢(shì)；沁水煤田煤中鋰含量范圍為19.22×10-6～154.00×10-6，均值為69.20×10-6，平面分布整體呈東高西低的趨勢(shì)，煤田北部壽陽(yáng)縣上湖鎮(zhèn)南部和長(zhǎng)子縣色頭鎮(zhèn)東南部分布有兩個(gè)達(dá)推薦工業(yè)指標(biāo)120×10-6的區(qū)域。參見(jiàn)表2、圖3。

圖3 山西組主采煤層煤中鋰含量等值線分級(jí)圖Figure 3 Contour classification map of lithium content in main coal seams of shanxi formation

綜上所述，山西組主采煤層煤中鋰含量均值(50.46×10-6)較中國(guó)北方煤中鋰的含量均值44.00×10-6[19]高，也高于中國(guó)煤中鋰的平均含量31.8×10-6[20]。六大煤田除大同煤田外，寧武煤田最高為96.63×10-6，霍西煤田最低為24.00×10-6，詳見(jiàn)圖2。

4 結(jié)論

(1)山西省石炭-二疊紀(jì)煤中鋰的含量均值高于中國(guó)北方石炭-二疊紀(jì)煤中鋰的含量均值，也高于中國(guó)煤中鋰的平均含量。

(2)整體上太原組主采煤層煤中鋰含量高于山西組，各煤田上下兩組煤變化趨勢(shì)相似，從北到南整體呈現(xiàn)低-高-低的變化趨勢(shì)，其中寧武煤田煤中鋰的含量均值最高，其次為沁水煤田，霍西煤田含量最低。

(3)除寧武煤田北部外，據(jù)本次工作成果推測(cè)，沁水煤田太原組主采煤層存在兩個(gè)煤伴生鋰礦成礦潛力區(qū)，分別位于煤田東北端壽陽(yáng)-陽(yáng)泉一線和東南端高平-晉城一線。