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0 引言
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锂是一种重要的能源金属,在高能锂电池、受控热核反应中得到广泛应用,成为解决人类长期能源供应的重要原料(刘丽君等,2017),被誉为 21 世纪的能源金属(李建康等,2014)。在“双碳”目标下,新能源产业发展所需的锂、钴、镍和稀土,需求量将出现“井喷式”增长。从全球范围来看,锂矿资源分布不均,且主要集中在南美洲的锂三角地区、澳大利亚、中国和美国以及一些非洲国家。其矿床类型可分为卤水型、硬岩型和黏土型 3 大类 (Bradley et al.,2017)。卤水型可进一步分为盐湖卤水型和地下卤水型,在全球锂矿资源占比分别为 58%、6%;硬岩型则可分为花岗伟晶岩型、花岗岩型,全球总占比为26%;黏土型占比较低,约为10%。
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中国锂矿资源丰富,矿床多,规模大,是优势矿产之一(李建康等,2014),所探明的锂矿床分布于 9个省(自治区),但主要集中在青海、西藏、四川、江西等 4 省(自治区),合计查明资源储量占全国查明资源储量的 96%。中国锂矿床亦与全球锂矿床类型一样,锂矿资源主要集中在盐湖型锂矿中,硬岩型次之。由于中国对盐湖型锂矿的开发利用技术尚待发展,因此,中国地质调查主要集中在硬岩型锂矿(陈毓川,2015)。
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中国硬岩型锂矿床可分为伟晶岩型(或花岗伟晶岩型)和花岗岩型(包括蚀变花岗岩型、云英岩型)两大类。它们主要集中在新疆阿尔泰成锂带、松潘—甘孜成锂带和华南成锂带。前两成矿带主要由伟晶岩型(或花岗伟晶岩型)锂矿床所组成;而后一成矿带则主要以花岗岩型(包括蚀变花岗岩型、云英岩型)以及少量的伟晶岩型锂稀有金属矿所组成。伟晶岩型锂稀有金属矿床通常分为两种类型,即NYF(Nb-Y-F)型和LCT(Li-Cs-Ta)型。而 LCT 型伟晶岩中往往具有高的 Li含量,甚至达到工业开采要求,成为锂矿的重要类型之一(陈衍景等, 2021)。伟晶岩型锂矿,就是指 LCT 型伟晶岩 (Bradley et al.,2017;London,2018;Dittrich et al.,2019;Gourcerol et al.,2019)。前人对伟晶岩型锂矿的成矿特征、成矿机理等研究已较为深入(黄典豪, 1982;陈西京等,1993;卢焕章等,1996;朱金初等, 2000),而且已有了众多的研究成果(王登红等, 2001;陈毓川,2003;李建康,2006;许志琴等, 2018);而花岗岩型(包括蚀变花岗岩型、云英岩型) 锂稀有金属矿床虽然在研究Nb、Ta等稀有金属矿床时已有涉及,且对其成矿机理已有了较为深入的研究(葛振北,1983;朱正书等,1988;陆建军等,1989; 沈敢富,1992,1994;周凤英等,1995;熊小林等, 1996;陈骏等,2014;王正军等,2018;侯占德等, 2023;蒋炜等,2023;郭春丽等,2024)。但作为仅针对锂矿的成矿特征的研究还不够,随着新的地质调查的进行,在华南地区发现了一批新的锂稀有金属矿床。因此,亟待对该地区锂稀有金属矿床进行总结研究。本文正是在这一基础上,借助参加全国海陆矿产资源编图更新工作,通过对湘赣地区锂稀有金属矿床地质特征的总结,探讨其成矿规律,对区内下一步找矿具有一定的指导意义。
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1 区域地质、地球化学背景
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1.1 区域地质背景
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湘、赣地处中国华南地区,是稀有金属、钨、锡成矿带的核心区域,同时亦是中国花岗岩型锂稀有金属矿床的重要集中分布区之一。据江西省区域地质志(2017),华南地区大地构造的划分,以凭祥 —宜丰—景德镇—苏州断裂带为界,北部为扬子古板块,南为华夏古板块。本区位于扬子古板块和华夏古板块的交接部位(图1)。北西部的扬子古板块江西段属江南陆块,湖南段为湘桂加里东期造山带,南东部华夏古板块华南加里东期造山带,扬子与华夏古板块的结合带在湖南段多为被后期地层覆盖,在江西段为宜丰—德兴混杂叠覆带。湘赣地区,以中生代为主的断块运动及其伴随的岩浆活动,对内生稀有元素成矿起着主要作用,多发生在多期活动的晚期岩体中。
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1.2 区域地球化学背景
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湘赣地区处于华南锂地球化学省(Li16)(图2),异常面积 259290 km2,异常内锂含量均值 51.1× 10-6,隶属华南造山带,为重要的稀有金属、钨、锡多金属成矿带(王学求等,2020)。华南锂地球化学省 Li16主要涵盖湘、赣地区,分布于江西、湖南东部和广东中北部,构造上属于两板块的交接部位。目前该地球化学省内已经探明锂矿规模达超大型的矿床有3处,大型有7处,中型有6处,小型有4处。
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区域化探全国扫面计划,覆盖了湖南省和江西省全域,取得了较为丰富的基础性化探资料,江西省水系沉积物 Li 平均值 44.4×10-6、背景值 39.2× 10-6,均高于全国水系沉积物Li背景值32.7×10-6,表明江西省Li成矿物质来源丰富,为锂的进一步富集成矿奠定了良好的物质基础;通过R型聚类分析,与 Li相关性最好的元素是F,表明挥发份F与锂矿化关系密切,同时Li主要富集于燕山早期(晚三叠世、早侏罗世)岩浆岩,其次是中晚三叠世及晚侏罗世,其他时代岩浆岩中相对较低。进一步分析结果显示 Li在二云母花岗岩中含量最高,其次是黑云母花岗岩、白云母花岗岩、二长花岗岩。
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图1 湘赣地区地质构造分区图(据江西省区域地质志,2017修改)
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1 —地质界线;2—郯庐断裂带;3—古板块缝合带;4—地壳叠接带;5—矿床及编号
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Ⅰ-Ⅱ—中央造山带;Ⅱ—扬子板块—扬子陆块;Ⅱ1—上扬子陆块;Ⅱ2—中下扬子坳陷带;Ⅱ3—江南地块;Ⅱ4—湘桂加里东期造山带;Ⅱ5—右江印支造山带;Ⅱ-Ⅲ—钦—杭结合带;Ⅱ-Ⅲ1—信(江)—钱(塘)地块;Ⅱ-Ⅲ2—宜丰—德兴混杂叠覆式造山带;Ⅱ-Ⅲ3—湘东加里东期造山带;Ⅱ-Ⅲ4—钦州印支造山带;Ⅲ—华夏板块;Ⅲ1—东南造山带;Ⅲ2—台湾造山带;①—平江传梓源;②—宜丰石家里;③—宜丰茜坑;④—宜丰茅岭;⑤—宜丰大港;⑥—宜丰白石里;⑦—宜丰金子峰—左家里;⑧—宜丰同安;⑨—宜丰白市化山;⑩—横峰松树岗;⑪—宜春雅山;⑫— 道县湘源;⑬—临武香花铺;⑭—赣县牛岭坳;⑮—于都上坪;⑯—广昌河源;⑰—广昌西港;⑱—广昌里坑;⑲—石城海罗岭;⑳—石城姜坑里
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图2 全国锂地球化学异常图(据王学求等,2020)
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2 矿床地质特征及典型矿床
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湘赣地区锂矿资源丰富,随着江西省九岭地区宜春市新一轮找矿突破,湘赣地区已经发现锂稀有金属矿产20处(表1),锂资源量(Li2O)超过900万 t,经统计,区内已经探明锂矿规模达超大型的矿床有 3处,大型有7处,中型有6处,小型有4处,矿床类型以蚀变花岗岩型为主,其次为伟晶岩型和云英岩型,另有少量石英脉型,锂矿多与稀有、稀土等伴 (共)生,其成矿特征具体见表1,为全国硬岩型锂矿的主要产地。
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2.1 蚀变花岗岩型
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2.1.1 地质特征
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蚀变花岗岩型锂矿为湘赣地区主要矿床类型,规模较大,提交有储量的矿床有 12 处,其中锂矿规模达超大型的3处、大型6处、中型2处,小型1处。
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蚀变花岗岩型锂矿含矿岩体为燕山期黑云母花岗岩、钠长石化花岗岩,岩体常呈岩株、岩瘤、岩盖、岩脉产出。对不同构造位置的代表性统计,其岩石主量元素、微量元素和稀土元素地球化学数据见表2,含矿花岗岩均具有较高的 SiO2,全碱 (7.45%~9.42%)、Al2O3(15.19%~17. 01%),含少量 TiO2、MnO、MgO、CaO、P2O5,据全岩 K2O/Na2O 值可知,总体具富钠特征。Al2O3>K2O+Na2O+CaO,铝饱和指数均大于 1,属过铝质岩石,分异指数均大于 90,表明岩石经历了高度的分异演化;ΣREE低于全国背景值,LREE/HREE 为 1.3~8.27,说明轻、重稀土分馏不明显;不同矿区微量元素Li、Rb、Cs具有明显的富集,其他元素有一定的差异性。
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由于花岗质岩浆常经历了多期次高度分异演化,含矿花岗岩往往富含F、P和B等挥发分,造成矿 (化)体一般产出在花岗岩体的顶部或周围,在矿床中具体表现为:含矿岩体自下而上,自中心向外围,由黑云母花岗岩→二云母花岗岩→白云母花岗岩 →锂云母花岗岩→云英岩→似伟晶岩的演化顺序。锂与铌钽常共伴生,矿体常产于含矿岩体的顶部、边部和舌状侵入体的前锋,造岩矿物以富含钠长石、锂云母、铁锂云母、锂白云母、黑鳞云母和黄玉为特征。岩体岩相分带明显,如宜春雅山矿岩体由中心往边缘,由黑云母花岗岩→二云母花岗岩→锂白云母钠长石化花岗岩→似伟晶岩带(中国矿产地质志·江西卷,2015),相对应自上而下可以分为5个蚀变带,伴随不同程度的矿化现象:伟晶岩带(产在钠长石化花岗岩顶部以及围岩接触带)→云英岩化锂云母花岗岩带(富锂铌钽矿)→强钠长石化锂云母花岗岩带(富锂铷铯铌钽矿)、钠长石化锂云母花岗岩带(贫矿带)→弱钠长石化锂云母花岗岩带(富黑钨矿、贫锂铌钽矿)→中粒黄玉二云母花岗岩(微弱矿化)(舒良树等,2021)。含锂铌钽稀有金属矿产出现在花岗岩体的顶部和边缘。矿体规模大,主矿体走向 40°~45°,倾向东南,倾角 10°~28°,长 1700 m,倾向延深644 m,矿化面积0.65 km2 ,矿体呈似层状产出(中国矿产地质志·江西卷,2015)。
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2.1.2 典型矿床:横峰县松树岗钽铌锂铷矿
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(1)矿床地质特征
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松树岗钽铌锂铷矿床位于江南复合地体与华夏复合地体的碰撞增生带次级怀玉地体内,赣东北深大断裂的南东侧,灵山花岗岩体西缘外接触带。矿区范围内出露震旦系休宁组(Z1x)、南沱组(Z1n)、兰田组(Z11)、皮园村组(Z2p)和寒武系荷塘组(∈1h),赋矿围岩为震旦系休宁组砂砾岩,岩浆岩地表出露花岗斑岩和云斜煌斑岩,花岗斑岩呈陡倾脉岩,岩石具强烈黄玉化、云母化、硅化及绿泥石化,伴有较强的锡、铜、铅、锌矿化,其内接触带可圈出锡工业矿体,云斜煌斑岩为浅成相脉岩,赋存有锡工业矿体。另有隐伏岩体顶部距地表约 180 m,为主要的的赋矿地质体,岩性为中细粒黑云母花岗岩、钠长石化中细粒黑云母花岗岩,侵入于松树岗倒转背斜中,成岩年龄为 128 Ma(Rb-Sr 等时线法,陈毓川, 2003)、131~124 Ma(K-Ar法同位素年龄值),为燕山晚期岩体。岩体自交代作用发育,钠长石化、云英岩化强烈而普遍,各种蚀变作用在时间上有先后,在空间上具有分带,矿化与岩体自交代作用密切相关,矿(化)体赋存于各种蚀变岩带中,蚀变类型和强度差异决定了稀有金属矿化类型及空间分布。
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(2)矿体主要特征
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钽铌锂铷矿体赋存于隐伏蚀变岩体内。矿体形态特征与隐伏岩体基本一致,矿体三维空间形态总体呈钟状,走向东西,并平缓向东倾伏,规模大,边界未完全控制。存最高标高+412.25 m,距地表180 m,最低控制标高-240 m。矿体水平载面呈圆、似椭圆形,形态呈往下增大的圆台形。已控制矿体长1320 m,宽240 m、最宽640 m,最大厚度(假厚度) 652.25 m。
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续表
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注:1. ≥大型矿床下限10倍矿床规模划分标准的为超大型;2.“*”为宜春市新一轮找矿突破行动成果。
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(3)矿化蚀变类型
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蚀变类型以钾长石化、钠长石化、云英岩化为主,矿体分带与岩体蚀变分带对应,自上而下为钾长石化带、云英岩带、弱钠化带、中钠化带及强钠化带;矿化类型亦呈分带,自接触带往下依次出现伟晶岩型、钾化花岗岩型、云英岩化花岗岩型、钠长石化花岗岩型矿化分带(图3),云英岩化花岗岩型是浅部矿段主要工业矿化类型,此外,在花岗岩体的顶部与围岩的接触带,发育似伟晶岩和石英壳,除了顶部零星分布伟晶岩带外,“钟”状隐伏花岗岩体内各矿化带及矿石类型同属渐变过渡关系,其中,钠长石化花岗岩型矿石占主体,赋存于矿体中、下部,呈厚大似层状分布。
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注:宜春雅山数据引自徐喆等,2022,石城海罗岭数据引自徐喆等,2023,宜丰茜坑数据引自聂晓亮等,2022,宜春雅山数据引自诸泽颖等, 2024。
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(4)成矿元素组合
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为 Ta-Nb-Li-Rb,矿物组合类型主要有钽铌铁矿、铁锂云母、黑钨矿、锡石、辉钼矿、黝锡矿、辉锑矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、黄铁矿、毒砂、磁铁矿、萤石、斜长石、石英、黄玉、钾长石、白云母、绢云母等,另在蚀变花岗岩顶部有伟晶岩型矿体,含锂矿物主要为铁锂云母和锂白云母。
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(5)成矿时代
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根据前人对蚀变、矿化岩体的定年研究,云英岩化花岗岩(128.9±1.2)Ma(白云母 K-Ar 法,王登红等,2014);中细粒黑云母花岗岩128 Ma(全岩Rb-Sr 法,陈毓川,2002);铁锂云母碱长花岗岩 130 Ma (K-Ar法,王登红等,2014),其成岩成矿年龄 130~128 Ma,为白垩纪早期形成。
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(6)矿床成因
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松树岗含矿岩体为灵山大岩体在深部的一个隐伏突起,岩体富含Nb、Ta、L、Na、K、Rb和W、Sn 等成矿元素;矿床具有从岩浆晚期自交代→岩浆期后气成高温热液→中低温热液作用相伴形成的较为完的一套蚀变、矿化组合和蚀变、矿化分带;自下而上依次为:钠长石化稀有金属矿化带→云英岩化稀有金属矿化带→似伟晶岩型稀有金属矿化带→顶部近地表细脉浸染型钨矿化带;边部为云英岩化破碎带型锡矿,再往外为大脉型钨、锡矿,外围为铅锌矿化,分带受成矿岩体控制,不同蚀变伴生相应矿化。
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测温资料表明,矿床钨锡铅锌成矿温度为230~350℃,由岩体矿化中心往外依次降低,稀有金属矿化主要形成于气成-高温热液阶段,成矿温度约为 400℃;矿床稳定同位素组成:δ34S 为 +0.6‰~+6. 0‰,多数为+1‰~+3‰,平均+3.76‰,具变化范围窄、塔式分布、接近陨石硫的同位素组成;Pb同位素组成稳定,具正常性质,206Pb/204Pb 为 17.949~18.399,207Pb/204Pb 为 15.443~15.667,208Pb/204Pb 为 38. 006~38.584。投影206Pb/204Pb-207Pb /204Pb坐标图上,位于造山带铅与地幔铅演化曲线之间,表明铅源具混合铅性质。单阶段铅模式年龄为 169~100 Ma,平均为129 Ma,与成矿岩体年龄相当或稍晚(据中国矿产地质志·江西卷,2015)。矿床成因类型为蚀变花岗岩型钽铌锂铷矿。
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图3 横峰县松树岗矿区0号勘探线剖面图
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1—震旦系休宁组上段;2—伟晶岩带;3—钾长石化花岗岩带;4—云英岩化花岗岩带;5—强、中、弱钠长石化花岗岩带;6—云英岩;7—花岗斑岩脉;8—细脉带型钨矿体;9—石英脉型锡矿体;10—元素分带;11—钻孔及编号
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2.2 伟晶岩型
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2.2.1 地质特征
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伟晶岩型锂矿为重要矿床类型,规模中等,提交有储量的矿床有 4 处,其中锂矿规模达中型的 2 处、小型 2 处。与成矿伟晶岩有关的花岗岩体有燕山早期会同花岗岩体及燕山晚期幕阜山岩体,含矿伟晶岩产于岩体外接触带 1~7 km 范围内,围岩为前震旦系变质岩,其中广昌县锂矿围岩为南华系— 震旦系洪山组云母片岩中,传梓源铪铷矿围岩为新元古代冷家溪群二云母石英片岩中,部分产于花岗岩体接触带。伟晶岩脉的形态、产状、规模等一般受断裂或裂隙控制,以一定的排列组合形式产出,伟晶岩形态以脉状为主,其次有透镜状、囊状、筒状等。伟晶岩岩石主要造岩矿物成分为微斜长石、钠长石、更长石、石英,其次为黑云母、白云母、锂辉石,依据造岩矿物不同组合,可再细分为不同类型伟晶岩,如河源伟晶岩型锂矿:边缘带-富含云母长石花岗伟晶岩、中间带-(微斜长石)钠长石花岗伟晶岩、内带一石英花岗伟晶岩。在垂向上大致可分为:上部微斜长石花岗伟晶岩为主,中部(垂向距离约200 m)微斜长石-钠长石花岗伟晶岩和钠长石花岗伟晶岩为主,下部为微斜长石花岗伟晶岩。
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2.2.2 典型矿床:广昌县河源锂矿
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(1)矿床地质特征
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处于武夷隆起中段西缘,鹰潭—安远北北东向深断裂带东侧,地层主要有青白口系万源(岩)组和南华系—震旦系洪山组变质岩,矿区南东侧有三叠纪富城单元会同岩体,矿区南侧,岩性为多斑黑云母钾长花岗岩、中细粒斑状黑云母花岗岩,该岩体外接触带变质岩系中分布有数十条呈脉状产出的花岗伟晶岩,区内断裂主要为北东向,次为北西向,北东向断裂多属(压扭)韧性剪切断裂,为主要控矿构造。
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(2)矿体主要特征
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矿区锂辉石矿体产于花岗伟晶岩脉的中部或占据整个脉体,其形态变化与花岗伟晶岩脉形态变化具一致性(图4)。矿区共查明了(富)含锂辉石矿体 7 条(即 Li25、Li26、Li27、Li33、Li38、Li66、Li67),其中 Li25、Li26、Li27等矿体分布在冷井矿段,Li33、 Li38、Li66、Li67 等矿体分布在仙桃山矿段,主矿体为 Li33 号矿体,其累计查明资源储量占矿区总累计查明资源储量67.86%。
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Li33号矿体分布在仙桃山矿段中部,主要受一近东西向裂隙组的控制,矿体具膨大缩小现象,局部有分枝,其形态呈脉状,矿体产状:倾向 165°~180°,浅部倾角 20°~45°;中深部倾角 55°~67°;深部倾角 20°~45°,矿体在剖面上呈反“S”形。矿体向西侧伏侧伏角 35°~40°。矿体长度约 626 m(其中地表出露长约 420 m),真厚度约 0.88~25.60 m,平均真厚度 11. 01 m;矿体 Li2O 品位最高为 3. 08%,最低为 0. 06%,平均为 0.99%。
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(3)成矿物质组成
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图4 河源伟晶岩型锂辉石矿区4线(Li33矿体)剖面图(据聂晓亮等,2014)
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1—含锂辉石伟晶岩脉;2—锂辉石伟晶岩;3—锂辉石矿体;4—地层产状(倾向/倾角);5—探槽及编号;6—穿脉平硐及编号;7—钻孔及编号
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成矿元素组合为 Li-Rb,主要矿物成分有锂辉石、斜长石、微斜长石、石英,另有钽铌铁矿、铌钽铁矿、绿柱石等稀有金属矿物。
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(4)成矿时代
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花岗岩同位素年龄数据为 230~05 Ma(胡为正等,2006),成岩成矿时代为中三叠世。
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(5)矿床成因
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属花岗质伟晶岩气化-高温热液矿床。其形成过程为燕山早期会同岩体在上侵过程结晶分异出富含挥发组分及稀有金属化合物的残余硅酸盐融体(伟晶岩浆),随着压力升高,伟晶岩浆以气液的形式脱离母岩充填于洪山组变质岩的各种封闭裂隙空间中,在持续高温、高压下缓慢结晶而成。
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2.3 云英岩型
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2.3.1 地质特征
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湘赣地区云英岩型锂矿仅 2 处,矿区处于南岭纬向构造带北缘九嶷山穹隆南西部,北东向断裂构造为区内控岩构造,矿区范围内出露寒武系茶园头组岩屑砂岩与板岩,燕山期金鸡岭岩体,呈岩基产出,金鸡岭岩体从边缘相、过渡相到中心相依次为中细粒斑状黑云母花岗岩、中—粗粒斑状黑云母花岗岩和粗粒黑云母花岗岩,云英岩位于金鸡岭岩体顶部,云英岩化矿带受金鸡岭岩体中北东、北西向和南北向断裂控制,形态呈扁豆状、似层状,围岩蚀变主要为云英岩化,次为硅化、绢云母化、绿泥石化和钠长石化,蚀变顺序为花岗岩→钾长石化→云英岩化(包括二次云英岩化)→硅化→次生蚀变。有用矿物主要是铁锂云母、锡石、黑钨矿,其次是钨铅矿、白钨矿等;稀有放射性矿物主要有钍石、独居石、铅铀云母和硅铅铀矿,其次是锆石和磷钇矿;脉石矿物主要有石英,其次是微斜长石、微斜纹长石、斜长石和黄玉。
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2.3.2 典型矿床:道县湘源锂铷矿床
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(1)矿床地质特征
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大地构造处于南岭纬向构造带北缘九嶷山穹隆南西部。矿区范围内除第四系外,没有其他地层出露,断裂构造主要有北东向、南北向和北西向 3 组,其中,北东向断裂构造为区内控岩控矿构造,金鸡岭岩体岩性为中粗—粗粒斑状黑云母花岗岩,呈岩基产出,为燕山早期第一阶段的产物。
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(2)矿体主要特征
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矿体赋存于近地表部位的云英岩体中,且以云英岩为主。矿体形态简单,为一巨厚的似层状、板状体。矿体产状与云英岩体产状基本一致,走向 320°左右,倾向北东,倾角为 15°~35°(黄建中等, 2023)。云英岩型锂矿体分布于中深部中细粒碱性花岗岩顶部 F2、F3围限的区域;花岗岩型锂矿受控于碱性花岗岩与上部岩石接触带,分布范围更广(图5)。
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(3)成矿物质组成
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成矿元素组合为 Li-Rb-Sn-W,主要矿物成分有铁锂云母、锡石、黑钨矿,其次是钨铅矿、白钨矿等。
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(4)成矿时代
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对金鸡岭岩体中黑云母花岗岩测定年龄为146 Ma(黑云母 K-Ar 法,王登红等,2014),其成矿时代为晚侏罗世。
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(5)矿床成因
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自中生代以来,在矿段所处区域范围内发生了大规模岩浆侵入活动,花岗岩浆中的 Rb、Li、Sn、W 等成矿元素,在深部高温高压梯度作用下,伴随着富含挥发组分的气热溶液向低温低压的氧化环境进行迁移,至近地表构造有利部位与花岗岩发生交代-云英岩化作用。生成云英岩的长期演变过程中,气成高温热浪中的Rb、Li、Cs、Sn、W等有用金属元素与 Si、Al、Fe、K、Na 等亲氧元素结合并沉淀结晶,由于锂元素在自然界中主要以+1价阳离子的形式存在,具有极低的电负性和第一电离能,容易与其他分子或离子极化,但自身不易被极化,这种特性使得锂离子在流体中与其他阳离子结合时具有一定的亲和力和稳定性,形成铁锂云母、锂云母等矿物,最后形成矿床。
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2.4 其他类型
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细晶岩型:细晶岩型锂矿有1处,细晶岩型锂矿体产于细晶岩中,并以工业矿物颗粒细小,Nb、Ta品位高和规模大为特点。燕山期含矿细晶岩产于九岭隆起南部,受北北东向、北东向、北北西向和近东西向构造的次级断裂控制,围岩有晋宁期花岗闪长岩、燕山期黑云母花岗岩和双桥山群变质岩。含矿细晶岩脉常成组、成带产出,并在走向上具分支复合、膨缩现象,向深部有变窄、尖灭趋势。细晶岩由石英、长石及白云母组成,含矿细晶岩即是矿床的铌、钽、锂矿体。矿体呈脉状、长扁豆状产出,侧列式分布,矿体沿走向有分支复合、膨缩现象。各矿区矿体规模、产状与含矿细晶岩一致。矿体中一般富钽,钽铌比值大多大于1,除铌、钽含量较高外,同时富含、Rb、Cs、Be、Sn 等多种元素(均达工业要求),有时含一定量的U、Th,是一个含有多种稀有金属元素的综合性稀有金属矿床。
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图5 道县湘源矿区剖面图(据黄建中等,2023修改)
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石英岩型:湘赣地区石英岩型锂矿有1处,锂矿为小型规模,矿脉产于隐伏花岗岩体顶部外接触带震旦系浅变质岩中,锂矿为钨矿共伴生矿产资源。
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3 湘赣地区锂矿床成矿规律
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3.1 空间分布
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湘赣地区锂矿资源丰富,主要分布于赣西地区宜春市袁州区、宜丰县,赣东北地区上饶市横峰县,赣南地区赣州市赣县区、广昌县、宁都县、石城县,湘南地区永州市道县、郴州市临武县、湘东北地区岳阳市平江县等地,分布于九岭、武功山、灵山、武夷山、雩山和九嶷山等区域中,其构造特征及成矿作用如下:
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3.1.1 江南隆起及成矿作用
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位于江西省北西部、湖南省北东部的九岭隆起,该带为江南隆起东段的主体,为两隆夹一坳构造格局,北面为幕府山隆起,南面为九岭隆起,中间为修水—武宁坳陷带,基底为新元古代双桥山群、宜丰岩组。三叠世末产生强烈的陆内造山挤压,造成地壳重熔形成壳源型花岗岩浆上侵,形成大规模的与 W、Sn、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Nb、Ta、Li、萤石的成矿作用有关的岩浆活动,如大湖塘超大型铜钨矿、宜丰地区超大型锂瓷石矿均在区内。
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区内锂矿床类型均为硬岩型,成因类型有蚀变花岗岩型、细晶岩型,钽铌锂矿化产于燕山期蚀变花岗岩蚀变带及花岗细晶岩脉中,细晶岩脉受北北东向和北东向断裂构造控制,围岩为新元古代中粗粒黑云母花岗闪长岩和燕山早期细粒黑云母花岗岩,矿体中富含 Ta、Nb、Li、Rb、Be、Sn等稀有和有色金属。
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3.1.2 南岭及成矿作用
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位于江西省中南部、湖南省南部的南岭地区,属于新元古代南岭地体,在构造上位于华夏陆块加里东强造山带,广泛发育青白口系—奥陶系海相碎屑岩复理石建造。中生代受到强烈的陆内叠加造山,大面积强烈隆升,在隆升挤压背景上大规模花岗岩侵位,成为世界上最重要的黑钨矿产区,并伴有 Sn、Mo、Bi、Be、REE(Li)等矿化。
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区内锂矿床类型均为硬岩型,成因类型有蚀变花岗岩型、云英岩型和石英脉型,云英岩型的矿体产于云英岩体或云英岩蚀变带中;蚀变花岗岩型矿体常产于含矿岩体的蚀变带中;石英脉型则产于石英脉中,锂与铌钽共伴生。
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3.1.3 武夷隆起及成矿作用
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主体位于江西东部与福建省交界之武夷山区,在构造上是华夏陆块及其西缘加里东造山带的东部,它以北北东向宜黄—安远脆韧性剪切断裂构造带与南岭成矿带分界。中生代时,受强烈构造挤压,在隆升背景上,发育众多断陷盆地,发育J3-K1钙碱性火山岩,局部有碱性火山岩及次火山岩,带来 Ag、Pb、Zn、Sn、Cu 及稀土元素成矿,同时有晚侏罗世—早白垩世花岗质岩的侵入,形成 W、Sn、Nb、Ta (Li)的成矿作用。
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区内钽、铌、锂矿床主要分布于北北东向武夷山隆起带中南段,为燕山期稀有金属成矿带,黎川、广昌—会昌一带,主要矿床类型以铁锂云母蚀变花岗岩型为主,其次为花岗伟晶岩型,成矿岩体为燕山期花岗岩,以广泛发育花岗伟晶岩为特征。
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3.1.4 钦杭带及成矿作用
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北带是下扬子陆块与华夏陆块碰撞造山结合带的北部,它的基底和盖层以下扬子陆块的成分为主导,也包含了部分华夏陆块基底和盖层的成分。构造极其复杂。在江西境内,它的北界为宜丰一景德镇深断裂构造带,它的南界为萍乡—广丰板缘断裂构造带,在怀玉山地区形成 Cu、Fe、Nb、Ta、滑石、硅灰石、萤石的成矿作用;南带是扬子陆块与华夏陆块结合带(加里东造山带)的南部,武功山—玉华山隆起(武功山—会稽山前缘褶冲带),该带发育与壳源型花岗岩热液成矿有关的 W、Sn、Nb、Ta(Li)等的成矿作用。
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北带位于钦杭结合带江西段东部怀玉坳陷区,该区钽铌矿床类型以铁锂云母蚀变花岗岩型为主,矿床主要围绕燕山晚期灵山复式花岗岩株星环状分布,主要分布于岩株的西侧,产于岩株边缘小突起;南带江西省中部武功山—铅山一线,该带成因类型为蚀变花岗岩型,蚀变花岗岩型矿体常产于含矿岩体的蚀变带中,锂与铌钽共伴生。
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3.2 成矿时代
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依据表1所收集的年龄数据制作成湘赣地区锂矿床构造成矿区带-成矿时代分布图(图6)显示,湘赣地区不同成矿区带硬岩型锂矿床成矿时代集中于燕山期(230~128 Ma),具体为:(1)南岭成矿区成矿年龄162~146 Ma,时代属晚侏罗世;(2)钦杭北带成矿区成矿年龄 130~128 Ma,时代属早白垩世; (3)钦杭南带成矿区成矿年龄 165~147 Ma,时代属中晚侏罗世;(4)江南隆起东段成矿区成矿年龄 136~144 Ma,时代属早白垩世;(5)武夷成矿区成矿年龄 230~103 Ma,其中蚀变花岗岩型锂矿,成矿年龄143~103 Ma,时代属早白垩世;伟晶岩型锂矿,成矿年龄 230~200 Ma,时代属晚三叠世。总体来说,湘赣地区硬岩型锂矿床成矿多与燕山期的岩浆活动有关,属于燕山期大规模成矿作用的一部分,佐证晚中生代是华南花岗岩型锂矿床成矿的鼎盛时期,几乎所有的特大型、大中型钽铌锂稀有金属矿床都与晚侏罗世—早白垩世的构造-岩浆活动有关 (李建康等,2014)。
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3.3 成矿系列
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陈毓川(1994)将一定的地质构造单元、一定的地质发展阶段内与一定的地质作用有关的一组矿床称为矿床成矿系列,其核心在于研究时空域中矿床的自然体及其时空结构、形成地质构造环境、形成过程、演化规律以及矿床自然体之间存在的各种关系。根据前人(陈毓川,2003,2015;王登红等, 2017)提出的矿床成矿系列的学术思想为依据,综合江西省、湖南省成矿系列基础上,将湘赣地区锂矿床成矿系列均划为“与岩浆作用有关的矿床成矿系列组合”,并进一步划分6个矿床成矿系列(表3)。本次的矿床成矿系列划分依据为:①具有相似的成矿地质环境,主要构造地质背景及成矿作用在 3.1 中描述,由于南岭地区范围大,地质背景的差异性将其划分为宁桂坳褶带与燕山期花岗岩有关的有色稀有稀土矿床成矿亚系列和九连山—雩山隆起区与燕山期花岗岩有关的有色稀有稀土成矿亚系列两个亚系列;②在成因上具有成生联系,大致与同一主导成矿作用有关;③具有相近的成矿时代。
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图6 湘赣地区锂矿床构造成矿区带-成矿时代分布图
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3.4 几点认识
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(1)隆起区燕山期,特别是晚侏罗世—早白垩世碱性花岗岩,且有明显的水系沉积物测量Li-F以及Sn-W-稀有金属异常是重要的的靶区,如江西武宁大湖塘地区,有较好的 Li 异常,钨铜矿勘查有较好的成果,加强锂矿的综合勘查工作,主要类型为石英脉型或云英岩型;湖南常宁大义山地区,Li 异常明显,有多处锡(铜)矿,从提交的储量上未有锂资源,应关注锂矿的综合利用,另在阳明山—大义山一线,可加强锂矿的勘查工作,主要类型为蚀变花岗岩型;幕阜山湖南平江梅仙—江西修水白岭地区锂矿的勘查,主要类型为伟晶岩型、蚀变花岗岩型。
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(2)由于湘源锂铷矿的提交储量为金鸡岭岩体顶部的云英岩,对其成因,前人多总结为云英岩型,该区云英岩的成因有两种观点,即热液交代成因 (毛景文等,2019)和岩浆成因(文春华等,2016),笔者更倾向于热液交代蚀变成因,主要表现为云英岩化交代(蚀变)作用,交代中产生稀有元素的转移和富集,形成矿化云英岩,通过对比研究,其有可能只是其中蚀变花岗岩型的与云英岩化蚀变有关的矿体,其下仍然可能发现钠化花岗岩型的锂矿体。
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4 结论
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(1)湘赣地区锂稀有金属矿床分布于东南造山带及九岭隆起南缘,硬岩型锂矿,均与造山带花岗质岩石有关,多与碱性花岗岩关系密切;硬岩型锂矿床成矿多与燕山期构造-岩浆活动有关。
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(2)湘赣地区已发现的锂稀有金属矿矿床主要为硬岩型,主要类型有蚀变花岗岩型、伟晶岩型、云英岩型和石英脉型,其中蚀变花岗岩型为主要矿床类型。
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(3)锂稀有金属具有明显的蚀变分带特征,与锂稀有金属有关的花岗岩体自下而上,自中心向外围,由黑云母花岗岩→二云母花岗岩→白云母花岗岩→锂云母花岗岩→云英岩→似伟晶岩的演化顺序。
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(4)锂多为钨、锡、铌钽稀有金属共伴生矿种,如横峰松树岗、宜春市雅山锂矿与钽铌等共伴生,上坪与钨锡共伴生,蚀变类型主要有钠长石化、钾长石化、云英岩,以及硅化、绢云母化、绿泥石化等; 含锂矿物主要为锂云母、锂白云母、铁锂云母、锂辉石等。
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(5)该区锂矿床成矿系列全部归为“与岩浆作用有关的矿床成矿系列组合”,并厘定了6个矿床成矿系列。
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(6)探讨了湘赣地区江西武宁大湖塘、湖南常宁大义山以及湖南平江梅仙—江西修水白岭的找矿思路,以及对湘源锂铷矿的进一步勘查表述了一些认识。
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摘要
锂作为目前新能源领域极为重要的稀有金属,受到广泛的重视和应用。随之而来,其需求越来越大,这对于地矿行业的找矿工作要求越来越高。湘赣地区地处扬子古板块和华夏古板块的交接部位,为锂资源重要分布区,矿床类型以蚀变花岗岩型为主,成矿时代多为燕山期,锂矿床的分布与构造-岩浆岩活动有关,高度演化的花岗岩,顶部和边部通常发生云英岩化、钠长石化等,演化分异程度越高,锂等稀有金属越富集。本文通过对区内锂稀有金属矿矿床的梳理,总结了锂矿床的地质特征和成矿规律,划分了6个矿床成矿系列,对区内下一步找矿具有一定的指导意义。
Abstract
Lithium is an important rare metal in the field of new energy,which has been widely recognized and applied in China. As a result, demand is growing. This is more and more demanding for prospecting in the geological and mineral industry. The Hunan-Jiangxi region is located at the junction of the Yangzi Ancient Plate and the Cathaysian Ancient Plate, and is an important distribution area of lithium resources. The type of mineral deposits is mainly altered granite type, and the mineralization ages are mostly Yanshan period. The distribution of lithium deposits is related to tectonic-volcanic activities. The highly evolved granite at the top and edges often undergoes greisenization, albitization, etc. The higher the degree of evolution and differentiation, the more concentrated the rare metals such as lithium are. By sorting out the lithium and rare metal deposits in the region, the geological characteristics of the deposit and the metallogenic regularity have been summarized, and six deposit metallogenic series have been divided. It has a certain guiding significance for the next phase of mining in the area.