黔中鋁土礦含礦巖系伴生鋰元素分布規(guī)律

全貴龍 楊明坤 文國江 董艷杰

摘要：黔中鋁土礦富含鋰、鈧、鎵等“三稀”礦產(chǎn)資源，但在以往的鋁土礦勘查中對此有所忽略，未能開展綜合評價。本文以黔中鋁土礦帶北西段的長溝鋁土礦為對象，利用翔實的采樣分析數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了九架爐組含礦巖系伴生鋰元素的空間分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，單就Li2O的平均含量而言，在單工程含礦巖系中與Al2O3呈正相關(guān)關(guān)系，而與SiO2、Fe2O3呈負相關(guān)關(guān)系；單就Li2O富集程度而言，礦層中部>礦層下部>礦層上部；單就Li2O總量而言，礦層中部>礦層上部>礦層下部。這些規(guī)律的認識，為黔中鋁土礦與“三稀”資源綜合勘查、開發(fā)和利用提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：黔中鋁土礦；鋰元素；含礦巖系；分布規(guī)律；長溝鋁土礦

1.引言

黔中地區(qū)經(jīng)過50余年的找礦工作積累了大量豐富的勘查成果資料，除證實鋁土礦中伴生的稀散元素—鎵，達到綜合利用外，對鋰、鈧等其他“三稀”（稀有、稀土、稀散）礦產(chǎn)勘查及研究程度普遍較低，總體上重視不夠，對鋁土礦中伴生的鋰等有益礦產(chǎn)資源總體綜合利用的水平和質(zhì)量不高，高附加值產(chǎn)品少，資源優(yōu)勢沒有得到充分發(fā)揮。

鋰元素的克拉克值為17×10-6～20×10-6，參照規(guī)范（DZ/ T0203-2002）中堿性長石花崗巖類礦床，伴生礦產(chǎn)鋰的工業(yè)指標要求為0.3%。在黔西—大方地區(qū)開展鋁土礦調(diào)查評價工作中，對金沙縣長溝鋁土礦區(qū)采用地質(zhì)填圖、鉆探、探槽、取樣測試等手段，在含礦巖系中發(fā)現(xiàn)Li2O含量在500×10-6以上（最高達10906×10-6）的鋰樣品占分析樣品總數(shù)的42%（胡從亮等；2016），其中Li2O>1000×10-6以上的富鋰樣品達44件，為鋰的克拉克值的25倍～500倍，達到鋰的伴生礦產(chǎn)工業(yè)指標要求的樣品有12件，占分析樣品總數(shù)的27.3%。長溝鋁土礦位于黔中隆起之北西段，亦是著名的黔中鋁土礦帶的北西段，其成礦時代和分布特征與黔中鋁土礦相同，為此本文將長溝鋁土礦礦產(chǎn)地作為典型礦床，利用所獲取的豐富資料進行研究，系統(tǒng)分析探討伴生鋰元素的分布規(guī)律。

2.礦床地質(zhì)特征

長溝鋁土礦位于揚子準地臺黔北遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)南東隅，北東向店廠溝背斜與官田向斜之間，石炭系下統(tǒng)九架爐組為區(qū)域內(nèi)鋁土礦的含礦巖系，含礦巖系（鋁土礦）分布嚴格受成礦古基底形態(tài)的制約，古基底的地貌對礦體的形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模及礦石質(zhì)量有嚴格的控制作用。

本次調(diào)查重點對田灣—長溝一線約9km范圍的長溝鋁土礦采用山地工程、鉆孔（圖1）探查含礦巖系（礦體）在平面空間及厚度空間的展布特征，因地形及古巖溶侵蝕面的起伏，造成含鋁巖系在厚度上存在一定變化，長溝鋁土礦及附近區(qū)域含礦巖系穩(wěn)定。

含礦巖系為石炭系下統(tǒng)九架爐組（C1jj），巖性以粘土巖類為主，含鋁土礦、硫鐵礦等礦產(chǎn)。下伏于梁山組炭質(zhì)粘土巖之下，上覆于寒武系（局部奧陶系）白云巖古巖溶侵蝕面之上，厚0m～15.54m。未發(fā)現(xiàn)明顯的生物化石，沉積構(gòu)造明顯。不同區(qū)域巖性組合的不同，反映出下石炭世九架爐組沉積時期沉積環(huán)境的差異。

3.樣品采集及分析測試

本次在長溝鋁土礦調(diào)查中將氧化鋰（Li2O）作為基本分析測試項目，樣品采自田灣—長溝一線23個工程的九架爐組含礦巖系，共測試175件。限于篇幅僅統(tǒng)計Li2O含量>500×10-6以上鋰樣品分析結(jié)果于表內(nèi)，采樣部位、巖性特征見表1；采樣工程空間分布如圖1所示；以單工程平均含量數(shù)據(jù)，繪出Li2O及主要化學(xué)組分含量變化曲線見圖2。

4.結(jié)果與探討

4.1鋰元素的分布特征規(guī)律

4.1.1鋰元素在不同巖石、礦石中分布規(guī)律

通過對長溝鋁土礦175件樣品分析結(jié)果統(tǒng)計分析，其中Li2O含量>500×10-6列于表2，整個含礦巖系Li2O含量45×10-6～10906×10-6，平均852×10-6，對應(yīng)的主要化學(xué)組分含量依次為：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%。

巖石類型上，Li2O表現(xiàn)出親鋁土礦和鋁土巖，而疏綠泥石粘土巖的特征，即鋁土礦石平均含量和富集程度最高，鋁土巖、鋁土質(zhì)粘土巖、鐵質(zhì)粘土巖次之，綠泥石粘土巖最低。礦石自然類型上，Li2O在致密狀鋁土礦石中的平均含量及富集程度高于碎屑狀、土狀礦石，豆鮞狀礦石平均含量最低。

4.1.2鋰元素在含礦巖系剖面上分布規(guī)律

根據(jù)分析結(jié)果進行研究，含礦巖系厚度空間上Li2O均有富集，含量分布不均，最低為45×10-6，最高達10906×10-6，Li2O含量的富集程度在礦層上下空間位置上：礦層中部>礦層下部>礦層上部；Li2O總量在礦層上下空間位置上：礦層中部>礦層上部>礦層下部。含礦巖系分含鋁巖系及含鐵巖系，Li2O含量、總量、平均含量及富集程度上部含鋁巖系均明顯優(yōu)于下部含鐵巖系。

Li2O平均含量與Al2O3平均含量總體呈正相關(guān)關(guān)系，線性關(guān)系為y=32.403+0.0066x，R=0.5278；Li2O平均含量與SiO2平均含量總體呈負相關(guān)關(guān)系，線性關(guān)系為y=41.429-0.0055x，R=-0.4608；Li2O平均含量與Fe2O3平均含量總體呈負相關(guān)關(guān)系，線性關(guān)系為y=9.7564-0.0020x，R=-0.3674。

4.1.3鋰元素在橫向空間中分布規(guī)律

根據(jù)圖1工程空間分布及圖2含量變化關(guān)系圖顯示，單工程含礦巖系Li2O平均含量在平面空間位置上高值主要集中分布于礦區(qū)TC9以西區(qū)域，QJ3至TC4的東部區(qū)域次之，TC9至QJ3間的中部最低，即平面富集程度總體趨勢為礦區(qū)西部>礦區(qū)東部>礦區(qū)中部。

有學(xué)者對黔北務(wù)—正—道地區(qū)典型鋁土礦床中Li、Ga和Sc分布規(guī)律進行了研究，顯示致密狀鋁土礦Li2O含量最高（達5820×10-6），本區(qū)最高10906×10-6及次高9754×10-6和9873×10-6的3件樣品均來自鋁土巖，表明黔北鋁土礦與本文研究成果既有相似性，也有差異性。

4.2鋰元素分布規(guī)律的地質(zhì)解釋

有學(xué)者研究表明，REE、Li、Sc和Ga等元素主要呈分散狀態(tài)賦存于一水硬鋁石、高嶺石等粘土礦物中，但沒有證據(jù)顯示它們呈“離子”狀態(tài)被吸附?！叭　痹刭x存形式實質(zhì)上也反映其沉積環(huán)境，鋰（Li）在表生條件下有較大的活動性，一部分易形成易溶鹽被流水帶走，另有一部分滯留于風(fēng)化殼的粘土礦物中。目前所見包括鋁土礦、粘土巖、粘土礦、鋁土巖的含礦巖系是古風(fēng)化殼物質(zhì)的堆積沉積物，其中鋰（Li）含量普遍較高，此與風(fēng)化母巖中含有蒸發(fā)鹽有關(guān)。

綜上，目前還沒有足夠的證據(jù)來揭示鋁土礦含礦巖系中鋰等“三稀”元素的賦存形式，要提高鋁土礦的附加值并高效清潔利用這些寶貴的鋰等“三稀”資源，尚需更多的研究。以上總結(jié)的分布特征和富集規(guī)律總體表現(xiàn)出Li2O“親鋁”特征，這反映出鋰與含鋁礦物密切相關(guān)，這種現(xiàn)象說明鋰主要在同沉積階段與Al2O3同沉積、同富集，鋁土礦含礦巖系物源主要來自于下伏寒武系和奧陶系碳酸鹽巖，歷經(jīng)沉積與暴露剝蝕的反復(fù)復(fù)雜過程，古風(fēng)化面上堆積了含鋁頁巖，在風(fēng)浪、潮汐的長期作用下，勢必使得成礦物質(zhì)來源通過篩選、破碎和再搬運等方式重新組合，含鋁頁巖在風(fēng)化剝蝕中易形成大量粘土礦物易吸附Li，并在搬運、遷移和沉積成巖成礦過程中與Al共遷移、同富集。成巖成礦后，經(jīng)燕山期及其后歷次構(gòu)造運動的影響下，將已固結(jié)成礦的鋁土礦抬升，局部到地表，在表生風(fēng)化、氧化以及在地表水及地下水的長期而復(fù)雜的物理化學(xué)作用下，脫硅、脫硫去鐵中部分Li不同程度的虧損，致使整個含礦巖系Li2O含量分布不均，這可能與不同礦物的吸附能力以及Li元素的活動性有關(guān)。通過研究，含礦巖系中的鋁土巖、鋁土礦（尤其致密狀鋁土礦）是鋰的主要載體。

5.結(jié)論

（1）通過分析研究，Li2O與Al2O3總體呈正相關(guān)關(guān)系，Li2O與SiO2、Fe2O3總體呈負相關(guān)關(guān)系。

（2）巖石類型上，含礦巖系分含鋁巖系及含鐵巖系，Li2O含量、總量、平均含量及富集程度上部含鋁巖系均明顯優(yōu)于下部含鐵巖系，Li2O表現(xiàn)出親鋁土礦和鋁土巖，而疏綠泥石粘土巖的特征。

（3）含礦巖系厚度空間上，Li2O富集程度礦層中部>礦層下部>礦層上部，Li2O總量礦層中部>礦層上部>礦層下部……

（4）黔中鋁土礦含礦巖系厚度大（最厚達44m），分布廣（>5800km2），蘊藏著豐富的鋁土礦資源（保有資源儲量30435萬噸），多年來地質(zhì)勘探工作對鋁土礦伴生的鋰等“三稀”礦產(chǎn)勘查工作及研究程度普遍較低。通過本文對伴生鋰的分布規(guī)律分析、研究，為黔中鋁土礦——“三稀”資源綜合勘查開發(fā)利用提供了線索，預(yù)示該區(qū)鋰等“三稀”礦產(chǎn)有較好的找礦前景，望引起以后工作者的重視。

致謝：

本文為《貴州烏蒙山區(qū)優(yōu)勢礦產(chǎn)資源綜合調(diào)查評價》項目人員的集體成果，匿名評審專家和編輯部編委對論文提出了寶貴的修改意見，在此一并致以誠摯的謝意！

參考文獻：

[1]陳慶剛，陳群，楊明坤，等.黔中地區(qū)鋁土礦成礦規(guī)律及找礦靶區(qū)研究報告[R].貴州省地礦局一一五地質(zhì)大隊， 2011.

[2]楊明坤，謝江濤，羅榮杰，等.貴州清鎮(zhèn)貓場鋁土礦可溶性試驗結(jié)果引發(fā)的思考[J].貴州地質(zhì)， 2009， 26（2）： 122-124.

[3]楊明坤，朱煥然，陳群，等.貴州清鎮(zhèn)野貓沖鋁土礦床特征、成礦條件及找礦潛力淺析[J].貴州地質(zhì)， 2013， 30（2）： 102-106.

[4]程鵬林，李守能，陳群，等.從清鎮(zhèn)貓場礦區(qū)高鐵鋁土礦的產(chǎn)出特征再探討黔中鋁土礦礦床成因[J].貴州地質(zhì)， 2004， 21（4）： 215-221.