喜馬拉雅瓊嘉崗超大型偉晶巖型鋰礦的發(fā)現(xiàn)及意義*

秦克章 趙俊興 何暢通 施睿哲

1.中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029 2.中國科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

隨著新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，鋰資源需求急劇增加，是至關(guān)重要的戰(zhàn)略資源。目前我國75%的鋰資源需要從國外進(jìn)口，使我國面臨著極大的進(jìn)口風(fēng)險。花崗偉晶巖型鋰礦是我國當(dāng)前主要工業(yè)應(yīng)用類型，已有偉晶巖鋰礦床占我國鋰資源總儲量近六成(中華人民共和國自然資源部,2019)，因此，尋找新的硬巖型鋰礦后備資源基地、立足國內(nèi)保障鋰資源安全已成為我國的戰(zhàn)略需求。

喜馬拉雅新生代碰撞造山帶近2500km長度范圍內(nèi)產(chǎn)出有巨量的淡色花崗巖。吳福元等(2015)基于淡色花崗巖的基礎(chǔ)巖石成因研究，提出喜馬拉雅淡色花崗巖為高度結(jié)晶分異的花崗巖，為異地深成(而非原地重熔)侵入體。而華南等地區(qū)高分異花崗巖同鈹、鋰、鈮、鉭等稀有金屬成礦作用關(guān)系密切，淡色花崗巖成因理論的創(chuàng)新，預(yù)示著喜馬拉雅很可能具有稀有金屬成礦潛力(吳福元等,2017;王汝成等,2017)。經(jīng)過不斷探索，查驗出20余處具有稀有金屬礦化的淡色花崗巖體和偉晶巖(Wuetal.,2020)。其中，吳福元等(2017)、王汝成等(2017)和Wuetal.(2020)在喜馬拉雅淡色花崗巖的稀有金屬成礦特征中論述普士拉與拉隆地區(qū)的偉晶巖中發(fā)現(xiàn)有鋰輝石礦物產(chǎn)出，但未見有工業(yè)鋰礦體。Liuetal.(2020)針對普士拉地區(qū)的數(shù)條含鋰輝石偉晶巖(其中巖脈厚度最大約3m)及其礦物學(xué)特征進(jìn)行詳細(xì)論述，指出區(qū)內(nèi)稀有金屬偉晶巖形成于～24.0Ma，且偉晶巖存在兩期鋰輝石、透鋰長石、錫石和鈮鐵礦-鈮錳礦系列稀有金屬礦物。周起鳳等(2021)在庫曲巖體除見到鈹-鈮-鉭礦化外，還發(fā)現(xiàn)細(xì)粒鋰輝石和鋰綠泥石的產(chǎn)出。

2017～2021年，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所秦克章研究員及其團(tuán)隊在喜馬拉雅地區(qū)進(jìn)行偉晶巖礦化考察研究，2019年以來擴(kuò)大區(qū)域考察范圍，針對20余處淡色花崗巖和偉晶巖的稀有金屬含礦性進(jìn)行實地系統(tǒng)考察，結(jié)合在新疆阿爾泰、秦嶺地區(qū)(秦克章等,2019;Zhouetal.,2021)花崗巖和稀有金屬偉晶巖具有“近母體花崗巖富鈹(-鈮-鉭)，遠(yuǎn)離母體花崗巖體富鋰”的巖漿演化與金屬分帶特點，逐漸形成在高喜馬拉雅地區(qū)沿藏南拆離系的更高山可能會發(fā)現(xiàn)偉晶巖型鋰礦的科學(xué)判斷(秦克章等,2021)。

在上述理論指導(dǎo)下，2021年夏中科院地質(zhì)地球所秦克章研究員組織科考團(tuán)隊趙俊興副研究員、博士生何暢通和施睿哲，對擬選定的三處5300～5700m高海拔目標(biāo)區(qū)進(jìn)行實地考察，并在喜馬拉雅窮家崗峰南西3千米的5390～5600m高海拔地區(qū)發(fā)現(xiàn)數(shù)條寬約20～100m的鋰輝石偉晶巖帶，并針對偉晶巖開展科研草測填圖(約4km2)。本文報道瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦的發(fā)現(xiàn)過程、礦體展布、基本地質(zhì)特征，進(jìn)行資源量預(yù)估，并闡明該礦床發(fā)現(xiàn)的重要意義。

1 喜馬拉雅造山帶淡色花崗巖-花崗偉晶巖概況及礦化特點

喜馬拉雅造山帶淡色花崗巖，空間上由北側(cè)的特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖帶與南側(cè)的高喜馬拉雅淡色花崗巖帶構(gòu)成(Le Fortetal.,1987;Harrisonetal.,1998;Zengetal.,2011;Zhangetal.,2012;吳福元等,2015)。整體淡色花崗巖分布與構(gòu)造延展方向平行(圖1)。喜馬拉雅淡色花崗巖其巖漿活動總體可分為三個階段(吳福元等,2015)，即始喜馬拉雅階段(44～26Ma)、新喜馬拉雅階段(26～13Ma)和后喜馬拉雅階段(13～7Ma)。其巖性總體可分為二云母花崗巖、電氣石淡色花崗巖和石榴石淡色花崗巖(吳福元等,2015;劉志超等,2020)。北側(cè)特提斯喜馬拉雅淡色花崗巖以二云母花崗巖為主，少數(shù)有電氣石淡色花崗巖(夏如等)和石榴石淡色花崗巖，多呈獨立巖體產(chǎn)出在片麻巖穹隆的核部地區(qū)(Liuetal.,2016)；南側(cè)高喜馬拉雅淡色花崗巖以電氣石淡色花崗巖和二云母花崗巖為主，巖體以巖席或巖墻形式沿藏南拆離系產(chǎn)出。與淡色花崗巖形成有關(guān)的花崗偉晶巖主要產(chǎn)于相同的兩個構(gòu)造帶內(nèi)。偉晶巖主要分布在穹窿中淡色花崗巖周圍或變質(zhì)巖地層中，呈巖脈穿插淡色花崗巖中(王汝成等,2017)，或透鏡體/囊狀體獨立產(chǎn)出在地層中，如然巴穹窿巖體主體邊部含石榴石電氣石偉晶巖(劉志超等,2020)，錯那洞穹窿邊部侵入于大理巖、矽卡巖與巖體接觸帶中的偉晶巖脈(何暢通等,2020)?？傮w上看，喜馬拉雅花崗偉晶巖的主要類型一般為簡單偉晶巖類型，金屬組合以Be-Nb-Ta(W-Sn)為主，大多分布在特提斯喜馬拉雅帶，其中錯那洞鎢-錫-鈹?shù)V床經(jīng)評價達(dá)大型規(guī)模，為矽卡巖-偉晶巖型鈹?shù)V和脈狀錫-鎢-鈹?shù)V(李光明等,2017;Xieetal.,2020)?？傮w上喜馬拉雅稀有金屬呈現(xiàn)“富鈹少鋰”的礦化特點。

圖1 喜馬拉雅淡色花崗巖分布示意圖(據(jù)潘桂棠等,2004;劉志超等,2020)Fig.1 Distribution map of the Himalayan leucogranite (modified after Pan et al.,2004;Liu et al.,2020)

2 喜馬拉雅地區(qū)“向更遠(yuǎn)端、更高處找鋰”的科學(xué)判斷

3 瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦的發(fā)現(xiàn)及其基本特征

瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦位于高喜馬拉雅帶的珠峰地區(qū)北西側(cè)(圖1)。該地區(qū)出露有二云母花崗巖、含電氣石白云母花崗巖和電氣石花崗巖，且各花崗巖體均有偉晶巖相伴生。本發(fā)現(xiàn)對瓊嘉崗地區(qū)鋰輝石偉晶巖進(jìn)行了大比例尺科研填圖(1:2000，圖2)，并開展典型露頭剖面繪制(圖3)。填圖發(fā)現(xiàn)有40余條鋰輝石偉晶巖呈囊狀體、厚板狀，產(chǎn)出于高喜馬拉雅帶震旦系肉切村群大理巖和弱矽卡巖化大理巖中(圖4a)。偉晶巖體最寬可達(dá)百米，走向延長數(shù)百米至上千米。另在首發(fā)地東北角1.7km處仍發(fā)現(xiàn)有鋰輝石偉晶巖帶，其長度逾2000m、寬度10～100m。部分小偉晶巖脈可能為第四系冰磧物覆蓋，懷疑深部相連。偉晶巖帶走向可分為近南北與近東西兩組，見礦偉晶巖最低海拔為5390m，最高海拔為5581m，主體在5400～5500m。

圖2 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦地質(zhì)簡圖(a)為主要科研填圖區(qū)域，(b)為首發(fā)地東北1.7km的偉晶巖帶Fig.2 Simplified Geological maps of Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet(a)the mapping area of the Qongjiagang spodumene pegmatite;(b)the occurrence of the spodumene pegmatite in the 1.7km northeast of the Qongjiagang deposit

圖3 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦典型剖面(剖面位置詳見圖2)Fig.3 Cross-section of the Qongjiagang spodumene pegmatite (cross-section location listed in the Fig.2)

圖4 喜馬拉雅瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦野外露頭照片(a)鋰輝石偉晶巖侵入到圍巖肉切村群大理巖和弱矽卡巖化大理巖；(b)鋰輝石偉晶巖從邊部到中間從細(xì)粒鈉長石邊部帶，到分層細(xì)晶巖帶，再到含鋰輝石主要分帶塊體微斜長石+鋰輝石帶；(c)偉晶巖中鋰輝石生長與分層細(xì)晶巖關(guān)系；(d)鋰輝石產(chǎn)出于塊體微斜長石帶；(e)熱液階段石英脈穿插鋰輝石偉晶巖；(f)無礦偉晶巖中從邊部到核部發(fā)育有鈉長石+電氣石分層細(xì)晶巖和鈉長石+白云母+電氣石帶；(g)穿插于電氣石花崗巖中的含綠柱石偉晶巖脈Fig.4 Photographs of the field outcrops at the Qongjiagang lithium pegmatite deposit,Himalaya,Tibet(a)spodumene pegmatite intruded into the marble and skarnized marble of the pre-Cambrian Rouqiecun Group;(b)the internal zonation patterns of Qongjiagang spodumene pegmatite from rim to core include saccharoidal albite zone,layered aplite zone and massive microcline+spodumene zone;(c)the occurrence of the growth direction of spodumene crystals and aplitic quartz+tourmaline layers;(d)spodumene mainly occurred in the massive microcline+spodumene zone;(e)quartz veins at the hydrothermal stage cut the spodumene pegmatite;(f)barren pegmatite dykes are composed of albite+tourmaline aplite zone at the rim and albite+muscovite+tourmaline zone at the core;(g)beryl-bearing pegmatite occurred as the dykes in the tourmaline leucogranite

圖5 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖不同結(jié)構(gòu)帶中典型樣品照片照片包括細(xì)粒鈉長石帶(a)、分層細(xì)晶巖帶(b)、塊體微斜長石+鋰輝石帶(c、d)、文象結(jié)構(gòu)帶(e)和含綠柱石偉晶巖(f)中的主要礦物組合.礦物縮寫：Ab-鈉長石；Brl-綠柱石；Grt-石榴石；Kfs-鉀長石；Mus-白云母；Qz-石英；Spd-鋰輝石；Tur-電氣石Fig.5 Photographs of typical samples in different zonation of the Qongjiagang spodumene pegmatitesPhotographs showing the mineral assemblages in the saccharoidal albite zone (a),layered aplite zone (b),massive microcline+spodumene zone (c,d),graphic pegmatite zone (e)and beryl pegmatite (f).Mineral abbreviations:Ab-albite;Brl-beryl;Grt-garnet;Kfs-K-feldspar;Mus-muscovite;Qz-quartz;Spd-spodumene;Tur-tourmaline

圖6 瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖不同結(jié)構(gòu)帶巖石鏡下顯微照片(a)細(xì)粒鈉長石帶；(b)分層細(xì)晶巖帶；(c)塊體微斜長石+鋰輝石帶；(d)塊體微斜長石+鋰輝石帶中的鈮鐵礦.礦物縮寫：Col-Fe-鈮鐵礦Fig.6 Microphotographs of typical rock types in different zonation of the Qongjiagang spodumene pegmatitesMicrophotographs including the saccharoidal albite zone (a),layered aplite zone (b),massive microcline+spodumene zone (c),and columbite in graphic pegmatite zone (d).Mineral abbreviations:Col-Fe-columbite

4 樣品采集、測試方法與礦化元素分析結(jié)果

本次礦石品位分析樣品選擇針對科研填圖區(qū)內(nèi)40余處偉晶巖采集59件樣品進(jìn)行測試，主要根據(jù)地表出露的鋰礦化偉晶巖和偉晶巖實測剖面(圖3)進(jìn)行取樣。樣品在粉碎粉末之前，選取體積較大、結(jié)構(gòu)具代表性且礦物分布較為均勻的區(qū)域進(jìn)行切割和粉碎，全樣粉碎混合后獲取所需測試樣品開展測試。全巖微量元素在澳實礦物實驗室(ALSminerals)和武漢上譜分析科技有限責(zé)任公司分析獲得，其中微量元素相對誤差優(yōu)于10%。分析結(jié)果顯示(表1；氧化物含量根據(jù)微量元素分析結(jié)果換算獲得)：氧化鋰含量在0.02%～3.30%之間，平均為1.30%；氧化鈹含量在0.003%～0.165%之間，平均為0.0507%。樣品中有44件樣品達(dá)到硬巖型鋰礦工業(yè)品位(>0.80%)，34件高于鈹?shù)V共伴生品位(>0.04%)。Ta2O5+Nb2O5平均為0.012%，有46件樣品達(dá)到鈮的邊界品位(>0.005%)，3件樣品達(dá)到鉭的邊界品位(>0.007%)。59件樣品Ta2O5、Nb2O5的平均含量分別為0.003%和0.009%。鋰含量從邊部細(xì)粒鈉長石帶(～100×10-6)到分層細(xì)晶巖帶(～1000×10-6)，再到鋰輝石主要賦存的塊體微斜長石帶(>3000×10-6)漸次升高。

表1 瓊嘉崗偉晶巖樣品礦化元素分析結(jié)果(wt%)Table 1 Li2O and BeO contents (wt%)of Qongjiagang spodumene pegmatite ore district

續(xù)表1Continued Table 1

5 遠(yuǎn)景資源量預(yù)估

以本次礦化元素分析結(jié)果為基礎(chǔ)，根據(jù)本研究以草測區(qū)內(nèi)分布的西、中、東三個礦體，和東北角分布的北部礦體四條礦體為基礎(chǔ)，按長、寬、延深總體積1/6的折扣系數(shù)(表2)，保守估算氧化鋰資源可達(dá)101.25萬t(10萬t以上為大型)；共伴生鈹資源量約3.98萬t，可達(dá)大型(1萬t以上)規(guī)模；伴生氧化鉭資源量約2358t，可達(dá)大型(1000t以上)規(guī)模；共伴生氧化鈮資源量約7074t，為小型(1萬t以上為中型)規(guī)模。鋰-鈹-鈮-鉭的元素富集組合是瓊嘉崗鋰礦的金屬組合特色。

表2 瓊嘉崗鋰礦遠(yuǎn)景資源量預(yù)估Table 2 Resource estimate of the Qongjiagang lithium deposit

6 瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦發(fā)現(xiàn)的意義

獨居石、鈮鐵礦-鈮錳礦單礦物U-Pb定年結(jié)果顯示，瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖形成年齡在25.3±0.5Ma～24.2±0.2Ma之間(趙俊興等,2021)，說明瓊嘉崗偉晶巖型鋰礦形成于新喜馬拉雅階段(26～13Ma,吳福元等,2015)的初始階段。該時期是喜馬拉雅地區(qū)南北兩帶淡色花崗巖活動的高峰期(Martinetal.,2007;Streuleetal.,2010)，即瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖的形成時間與大規(guī)模淡色花崗巖的巖漿活動同期。相對于高喜馬拉雅地區(qū)出露的淡色花崗巖，偉晶巖和稀有金屬偉晶巖脈的規(guī)模較小，應(yīng)具有更為快速的冷凝、上升與結(jié)晶過程，為快速冷卻結(jié)晶的產(chǎn)物。其源區(qū)物質(zhì)組成與喜馬拉雅淡色花崗巖類似，可能為高喜馬拉雅的前寒武系變泥質(zhì)巖發(fā)生部分熔融形成(趙俊興等,2021)。填圖結(jié)果顯示區(qū)內(nèi)主要為電氣石花崗巖體和巖脈，偉晶巖和電氣石花崗巖接觸關(guān)系包括從電氣石花崗巖逐漸漸變過渡到偉晶巖，和以巖脈穿插在電氣石花崗巖中。但瓊嘉崗鋰輝石偉晶巖深部垂向上并未發(fā)現(xiàn)有大型花崗巖巖基出露，其母體花崗巖的地質(zhì)特征尚待查證。

我國主要偉晶巖鋰成礦帶所屬的構(gòu)造帶，如松潘-甘孜、西昆侖、東秦嶺和阿爾泰，多經(jīng)歷了復(fù)雜的俯沖-碰撞等匯聚過程(秦克章等,2017,2019;許志琴等,2018;Wangetal.,2020;Zhouetal.,2021)，這些過程造成了加厚地殼，有利于產(chǎn)生巨量熔體，而巨量熔體是形成稀有金屬偉晶巖巖漿的重要條件(Romeretal.,1996)。喜馬拉雅是青藏高原的重要組成部分，新生代經(jīng)歷了印亞大陸碰撞和隆升，形成了加厚的大陸地殼，能夠產(chǎn)生巨量熔體(可產(chǎn)生5%熔體,Dingetal.,2021)，一系列規(guī)模甚大的熱穹隆即是其產(chǎn)物，具備形成稀有金屬偉晶巖巖漿的有利條件。中新世巨量的淡色花崗質(zhì)巖漿活動為喜馬拉雅偉晶巖的形成和遷移提供了充分的物質(zhì)及熱，有利于喜馬拉雅巨量熔體沿藏南拆離系伸展拆離方向長距離運移，并經(jīng)歷高程度結(jié)晶分異演化(吳福元等,2015)，進(jìn)而形成高分異演化的稀有金屬礦化巖漿。因此，喜馬拉雅偉晶巖產(chǎn)出于獨特的構(gòu)造背景中，具有良好的稀有金屬成礦潛力。

根據(jù)瓊嘉崗偉晶巖的地質(zhì)特征和上述研究成果可知，瓊嘉崗是喜馬拉雅首例具有工業(yè)價值的偉晶巖型鋰礦，可望成為繼南疆白龍山和川西甲基卡之后的我國第三大鋰礦。該超大型偉晶巖型鋰礦的發(fā)現(xiàn)，是地質(zhì)地球所在原創(chuàng)性理論突破引導(dǎo)下，經(jīng)過多年艱苦野外考察和細(xì)致室內(nèi)研究，從喜馬拉雅高分異花崗巖“科學(xué)理論創(chuàng)新”(吳福元等,2015)至“更遠(yuǎn)端、更高處”找鋰的科學(xué)判斷(秦克章等,2021)到偉晶巖型鋰礦發(fā)現(xiàn)“野外實證檢驗”的重要突破。同時，證實我國高喜馬拉雅地區(qū)具有找尋超大型花崗偉晶巖型鋰礦的潛力，更加堅定了在青藏高原高海拔、高鋰豐度區(qū)域找尋鋰礦的信心。

中國地球化學(xué)背景圖顯示，喜馬拉雅淡色花崗巖帶(長達(dá)2500km)具有大面積的鈹-鋰地球化學(xué)異常(圖7,王學(xué)求等,2020)，其中瓊嘉崗(異常編號Li06)和庫曲地區(qū)(異常編號Li08)鋰元素豐度最高，眾多5400m以上的高海拔地區(qū)尚未進(jìn)行系統(tǒng)檢查。瓊嘉崗鋰礦的發(fā)現(xiàn)也極大地拓展了青藏高原內(nèi)部鋰資源的主攻類型，即從青藏高原以扎布耶式鹽湖型鋰資源為主(李建康等,2014)拓寬到鹽湖型與花崗偉晶巖型并重的局面。相信通過進(jìn)一步的考察、研究與勘查評價，喜馬拉雅帶有望成為中國最重要的稀有金屬礦產(chǎn)基地，從而為我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國家資源安全保障和我國“碳中和”目標(biāo)的實現(xiàn)提供堅實的后備資源支撐。

圖7 中國鋰地球化學(xué)圖及瓊嘉崗鋰礦所在位置(底圖據(jù)王學(xué)求等,2020)Fig.7 Lithium geochemical map of China,noted with serial numbers of anomalies (base map after Wang et al.,2020)and location of the Qongjiagang lithium deposit

7 結(jié)論

本次瓊嘉崗超大型偉晶巖型鋰礦的發(fā)現(xiàn)和研究揭示了喜馬拉雅淡色花崗巖帶中偉晶巖型鋰礦的成礦特征，獲得如下主要結(jié)論：

(1)瓊嘉崗偉晶巖屬于過鋁質(zhì)LCT型偉晶巖，稀有金屬類REL-Li亞類鈉長石-鋰輝石型。偉晶巖脈群規(guī)模宏大，寬近百米，長逾千米，堪與國內(nèi)外為數(shù)不多的大規(guī)模偉晶巖脈相媲美；

(2)瓊嘉崗含礦偉晶巖呈串珠狀、囊狀體產(chǎn)出在前寒武系肉切村群大理巖中，整體呈帶狀分布，礦石礦物主要為鋰輝石、鈮鐵礦-鈮錳礦、少量錫石和綠柱石，礦化連續(xù)性好，且品位較高，鋰礦達(dá)超大型規(guī)模，共伴生鈹?shù)酱笮鸵?guī)模，并含有鈮鉭；

(3)瓊嘉崗偉晶巖具有一定分帶，目前主要包括細(xì)粒鈉長石帶、文象結(jié)構(gòu)帶、分層細(xì)晶巖帶和塊體微斜長石+鋰輝石帶，賦礦主體為后兩者；

(4)瓊嘉崗鋰礦是喜馬拉雅首例具有工業(yè)價值的偉晶巖型鋰礦，它的發(fā)現(xiàn)證實我國高喜馬拉雅地區(qū)具有找尋大型-超大型花崗偉晶巖型鋰礦的潛力，由此揭開巨型淡色花崗巖帶鋰礦和鋰-鈹-鈮-鉭-錫礦找礦的序幕。

致謝喜馬拉雅地區(qū)稀有金屬偉晶巖研究工作受益于吳福元院士和多吉院士的多次討論與啟發(fā)；區(qū)域野外工作得到劉小馳副研究員、周起鳳博士、胡方泱副研究員和研究生劉宇超、何少雄的幫助；樣品測試得到中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所余可龍的大力協(xié)助。徐興旺和李曉峰研究員悉心審稿，使文章得以完善。在此一并致以誠摯的謝意。