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0 引言
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锂是一种轻质金属元素，被誉为“21 世纪新能源金属”（郭静粉等，2022），锂资源在清洁能源领域具有重要作用，是实现双碳目标的重要战略资源。锂是中国未来战略性新兴产业发展不可或缺的关键矿产之一，从长期看，锂资源的需求还将继续扩大，欧盟将锂列为 14 种关键原材料之一，美国将锂列入 35 种关键矿产目录。中国是全球第一大锂消费国，2021 年全球锂资源产量约为 53.2×104 t LCE，中国消费量约为39.3×104 t LCE，约占全球总产量的 72%，中国锂资源对外依存度高达 67%（邢凯等， 2023），故寻找新的锂资源已迫在眉睫，因此中国将锂确立为关键战略矿产之一，已将锂的勘探利用列入国家“十四五”规划。中国目前发现的锂矿床类型主要有3种：盐湖卤水型、花岗伟晶岩—碱长花岗岩型以及沉积型。沉积型锂矿指产于沉积岩中、尚不具有独立工业开采条件但具有市场竞争价值的富锂矿床，也被称之为黏土型锂矿床或非常规锂矿床，具有分布广、储量大的特点（代永刚等，2023），包括铝土矿、煤矿、高岭土矿、凝灰岩等可作为伴生矿产利用的矿床，其矿石矿物以富锂黏土为主。
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黔北含铝岩系主要分布在贵州省北部的务川自治县、道真自治县和正安等县境内，面积达数千平方千米，是黔北铝土矿的唯一含矿层，其时代属下二叠统船山统大竹园组。研究区含铝岩系在贵州锂异常带内（王学求等，2020），含铝岩系中的锂超常富集。自本世纪初至今在该区开展的铝土矿勘查工作探明了大中型铝土矿床十余个（图1），探明铝土矿资源储量数亿吨。铝土矿勘查时，对铝土矿中的锂进行了综合评价，但对铝土矿的围岩（顶底板）及无铝土矿区域含铝岩系的锂富集情况研究相对较少。金中国等（2015）研究表明，Li、Ga 和 Sc 在铝土矿中广泛分布，贵州北部务—正—道铝土矿中伴生的Li、Ga和Sc金属资源量巨大。
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最近，贵州多家地勘单位对研究区含铝岩系中的含锂情况进行了调查采样，通过对样品的测试及分析研究，取得了一些认识和初步成果，认为寻找黏土型锂矿有一定的找矿前景，并拟开展锂资源的普查工作，锂资源普查的选区工作即显重要。本文就近年来取得的成果及认识，针对黔北含铝岩系中寻找黏土型锂矿作选区分析，以期为下一步该区锂资源勘查提供科学支撑。
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1 地质背景
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1.1 黔北地区构造特征及含铝岩系分布
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黔北地区褶皱发育，主要为北北东向和近南北向展布，向斜构造主要有平木向斜、道真向斜、大塘向斜、桃源向斜、鹿池向斜、栗园向斜、安场向斜、牛都坝向斜、浣溪向斜、务川向斜、张家院向斜、新模向斜等。背斜构造主要有洛龙背斜、格林背斜，总体上褶皱常以复式背向斜形式出现，一般背斜较开阔，岩层倾角平缓（10°～20°）；向斜较狭窄，岩层倾角较陡，局部近直立，形成“隔槽式”褶皱组合。断裂主要有北北东向、近南北向和北北西向 3 组。规模较大的是北北东向构造，代表性的断裂有芙蓉江逆断层、梁子上逆断层、三会逆断层、涪洋逆断层等。断裂多沿背斜轴部及两翼 Є-S 等老地层中分布，长数千米至数十千米、规模宏大，以冲断层为主。断层破坏含铝岩系的完整性。二叠系船山统大竹园组含铝岩系是该区唯一的铝土矿赋矿地层。含铝岩系分布在各向斜构造中，在向斜构造两翼见含铝岩系露头（杨晓松等，2021）。
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图1 黔北地区区域地质略图（据戴传固等，2017）
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1—侏罗系；2—三叠系；3—二叠系；4—寒武系—志留系；5—震旦系；6—断层；7—地质界线；8—大型铝土矿床；9—中型铝土矿床； 10—小型铝土矿床
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1.2 含铝岩系特征
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二叠系船山统大竹园组为一套高铝岩石，底板为志留系兰多维列统韩家店组（局部为上石炭统黄龙组），上覆地层为二叠系阳新统梁山组（图2）。含铝岩系与下伏和上覆地层均为平行不整合接触。含铝岩系厚 0～20.92 m，一般 6～9 m。总体在务正道地区中部及北部厚度较大，往南、西、东变薄直至缺失。
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含铝岩系的岩性一般由上往下可分 6 小层（图2）。顶部为浅灰—灰褐色（含）豆鲕或碎屑致密状铝土岩，部分地区为灰色—深灰色角砾状、豆鲕铝土岩（矿），由上往下豆鲕含量变少。角砾颜色较深，胶结物颜色较浅，部分角砾中含豆和鲕。上部为浅灰白色碎屑状铝土矿，局部可见豆鲕，可见细粒状或团块状黄铁矿分布，此层局部见。中部为浅灰—浅灰褐色含碎屑致密状铝土岩，部分地区为灰色豆状、碎屑状铝土矿。下部为浅灰白色—浅灰绿色铝土岩，可见植物碎片化石，部分地区为灰色— 深灰色豆鲕-碎屑-蜂窝状-半土状铝土矿，见粒状、团块状黄铁矿。底部为暗绿色、黑色角砾状、条带状含绿泥石岩铝质泥岩。上部小分层相对分布范围小，岩性变化较大，常缺失，底部小分层分布广，岩性较稳定。
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1.3 含铝岩系形成时期
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含铝岩系的形成时间为黄龙期之后—阳新世梁山期之前。受广西运动影响，黔北地壳普遍上升，在晚石炭世，由海洋环境转变为海陆交互环境，此时沉积了一套深灰、灰绿、灰黑色含绿泥石铝质泥岩。之后上升为陆地环境，韩家店组、黄龙组暴露地表，风氧化后成为含铝岩系的物源（向贤礼等， 2015）。以现今务川县、正安县、道真县域为中心的区域为一个南、东、西较高，中部及北部较低的古地形（黄智龙等，2014）。周边高处的风氧化产物被水带到低洼处河湖中沉积。梁山期发生海侵，海水由北往南漫入，初期沉积了一套含碳高的泥岩，即梁山组（图2）。
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图2 含矿岩系柱状图（据赵远由，2021修改）
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1.4 含铝岩系矿物特征
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含铝岩系的矿物组成以黏土矿物为主，主要有高岭石、伊利石（水云母）、一水硬铝石、一水软铝石、绿泥石、蒙脱石等，有少量的锐钛矿、石英、滑石、石膏、叶腊石、方解石等。总体上，一水铝石分布在含铝岩系中上部，含量变化很大，从微量至 99% 含量均有分布，是含铝岩系中部的豆状、碎屑状、蜂窝状、土状半土状铝土矿的主要矿物组成，一水铝石的含量变化在面上有明显的分带性，在铝土矿分布区含量明显高，周边其含量低。高岭石在含铝岩系中普遍存在，在整个含铝岩系中含量较高，变化较大，其含量与一水铝石呈显著的负相关关系，高岭石与一水铝石的消涨关系在含铝岩系中上部最为明显。绿泥石在含铝岩系中普遍存在，含量变化较大，在铝土矿分布区含量较低，铝土矿分布的邻近地区含量较高。蒙脱石含量较均一，从微量到7.7%，在含铝岩系中平均为3.0%。在梁山组和含矿岩系底部的铝质泥岩中含量较高。伊利石含量少，微量至11.8%，主要出现在含铝岩系底部铝质泥岩中，中上部含量低。含铝岩系上覆层梁山组的伊利石含量高，最高达78%（杨晓松等，2021）。
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1.5 含铝岩系地球化学特征
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含矿岩系化学组成以 Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2、S 为主，五项之和为80%~90%，平均85%，其含量远高于其在地壳中的平均含量。含铝岩系底部的灰绿色铝质泥岩中，Al2O3 含量为 20%~32%，大部分在 30%左右，比SiO2含量低，含铝岩系中上部岩（矿）石中 Al2O3含量均比 SiO2高。Na2O、K2O、CaO、MgO 含量很低，远低于地壳平均含量。Ga在豆状、碎屑状、半土状铝土矿中明显富集，在致密块状铝土矿、铝土岩、铝质泥岩中含量较低且均匀。Li则明显在铝质泥岩、铝土岩和致密状铝土矿中富集。在豆状、鲕状、碎屑状、土状铝土矿中含量很低。Mn在含矿岩系中总体含量低，在底部的含绿泥石铝质泥岩中含量较高，但变化大，远低于大陆地壳 Mn 元素丰度。REO 在含矿岩系下部的灰白色块状铝质泥岩和含绿泥石铝质泥岩中富集。
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1.6 岩相古地理特征
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务正道地区大竹园组主要为滨浅湖相沉积（金中国等，2013；刘辰生等，2015a，2015b）；古地貌为北宽南窄、向北开口的海湾环境（黄智龙等，2014），古地磁研究显示，早石炭世贵阳附近为北纬 10°左右 （王俊达和李华梅，1998），播州附近为北纬8.2°左右 （刘巽锋，1990），认为古气候主要为低纬度炎热潮湿、雨量充沛、植被发育、微生物活动强的亚热—热带环境（廖士范，1989；高道德，1996；刘平和廖友常，2014）；在务正道地区与黔中地区气候基本相同，但存在间断性干旱气候（余文超等，2013；杜远生等，2014；金中国等，2018）。综上认为，贵州铝土矿含矿岩系主要形成于炎热湿润的气候条件和陆相沉积环境，矿床成因属古风化壳沉积型。
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2 含铝岩系中锂的特征
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2.1 锂在含铝岩系中的分布
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研究成果表明，锂在含铝岩系的上部相对富集 （图3），富集地段单样最高达 1.26%，相比大陆地壳中的锂平均含量21×10-6 （迟清华和鄢明才，2007）高约 600 倍，中下部含量低，一般都低于 0.2%。最高与最低间相差可达百倍。锂富集的岩性为致密状铝土岩或低品位的铝土矿，当此层缺失时，整个含铝岩系的锂含量很低。研究区以氧化锂含量≥ 0.20% 计，富锂矿层厚度 0.16～3.66 m，一般 1.0～1.70 m。
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2.2 锂与矿物的关系
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锂的富集与部分矿物有较强的相关性，龙珍等 （2021）认为黔北新民铝土矿床富锂岩系中锂主要赋存于高岭石，少量赋存于伊利石、三水铝石和勃姆石。雷志远（2021）认为黔北大竹园矿区、道真向斜富锂岩系中锂主要赋存于锂绿泥石，可能是经源区搬运而来的原生锂绿泥石。前人研究表明，扬子板块东南缘富锂岩系中Li主要赋存于高岭石、蒙脱石、伊利石和绿泥石等黏土矿物，如滇中地区（崔燚等，2022）、桂西地区（凌坤跃等，2021）、黔中地区 （温汉捷等，2020）、黔西地区（张七道等，2024）及黔北地区（金中国等，2023；罗伟等，2024）。研究区锂与高岭石呈负相关，当高岭石含量高时，锂含量低。锂与绿泥石呈正相关，当绿泥石含量较高时，锂含量较高，锂含量与其他矿物含量关系不明显（图4），从而证实了前人认为黔北地区含铝岩系锂富集在绿泥石的研究结论。
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图3 黔北某地区含铝岩系锂富集部位柱状对比图
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1—二叠系阳新统栖霞组；2—二叠系阳新统湓梁山组；3—二叠系阳新统大竹园组；4—志留系兰多维列统韩家店组；5—中厚层状灰岩；6—泥岩；7—豆X状铝质泥岩；8—铝质泥岩；9—富锂层
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图4 黔北地区氧化锂与矿物含量相关性曲线图
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2.3 锂与化学组分的关系
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据黔北 3个地区共 650件化学样分析成果相关分析表明，锂与Al2O3有一定的相关性，当Al2O3含量在 30%~50% 时，锂相对富集，氧化锂含量一般可达 0.2% 以上，当三氧化二铝大于 50% 或小于 30% 时，锂含量相对低，一般小于 0.2%（图5）。当二氧化硅含量在 30%~45% 时，锂相对富集，Li2O 含量一般可达 0.2% 以上，当 SiO2大于 50% 或小于 25% 时，Li2O 含量低，一般小于 0.2%（图6）。Fe2O3 含量大于 10%，Li2O含量低，当Li2O大于0.2%，Fe2O3一般都小于10%（图7）。
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3 讨论
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黔北含铝岩系的形成时间为黄龙期之后至阳新世梁山期之前，持续时间长。受广西运动影响，黔北地壳上升，在晚石炭世，由海洋环境转变为海陆交互环境，此时沉积了一套深灰、灰绿、灰黑色含绿泥石铝质泥岩，是含铝岩系底部的主要岩性，此层在黔北分布广，岩性较稳定（杨晓松等，2021）。之后上升为陆地环境，韩家店组、黄龙组暴露地表，经受风氧化，风化产物成为含铝岩系中上部的物源 （宋立方等，2019）。
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图5 黔北地区Li2O与Al2O3相关性图
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图6 黔北地区Li2O与SiO2相关性图
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图7 黔北地区Li2O与Fe2O3相关性图
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黄龙期之后至阳新世梁山期，黔北总体是北面邻海的近海陆地平原环境（鲍淼等，2020），总体地势为以现今务川县、正安县、道真县域为中心，其东、南、西地势较高，中部及北部较低的古地形（赵远由和苏书灿，2013）。在东、南、西三方相对地势较高处总体为风化剥蚀区，如现在的绥阳县土坪以南区域、湄潭县城及桐梓县和德江县等区域。地表岩石经风化后向北、向低洼处搬运并沉积（余文超等，2013），风化剥蚀区内的含铝岩系总体厚度小甚至缺失，岩性组合相对单一（赵远由和苏书灿， 2013；杨晓松等，2021），岩石的矿物组成以高岭石、伊利石为主，经受的风化作用较弱。在该带内锂含量低。
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在风化剥蚀区往北为近沉积区，离剥蚀区较近，在接受沉积的同时，也遭受剥蚀并再往北搬运。该区域的含铝岩系厚度总体比剥蚀区大，岩性组合相对复杂，岩石的矿物组成以高岭石、绿泥石、一水铝石为主，说明该区的沉积物经受了较强的风氧化作用，局部一水铝石含量较高而成低品位的铝土矿。在该带内含铝岩系的锂相对富集。
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中北部现今的务川县、正安县、道真县域为离风化剥蚀区较远的远沉积区。在此区域内的含铝岩系总体厚度较大，岩性组合复杂，岩（矿石）构造以碎屑状、角砾状、豆状、半土状等为主，岩（矿）石的矿物组成以一水铝石、高岭石为主，说明该区的沉积物经受了强烈的风氧化作用，多地的一水铝石含量很高，成了有经济价值的铝土矿（王兵，2012），如已探明的务川县瓦厂坪、道真县新民、正安县马鬃岭等多个大中型铝土矿床（图8）。
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黔北地区含铝岩系总体形成于一个古气候主要为低纬度炎热潮湿、雨量充沛、植被发育、微生物活动强的亚热—热带环境，其环境为氧化环境（金中国等，2013）。形成的岩石矿物组成以氧化物为主，如一水铝石，高岭石等。黔北含铝岩系矿物的组成指示其成岩前遭受的风氧化强弱程度，平面上的矿物组合分带说明，在含铝岩系形成过程中，在南部风化剥蚀区保留下来的岩石经受的风化程度较低，北部远沉积区的沉积物经受了强烈彻底的风化作用，中部的近沉积区的沉积物经受的风化作用界于二者之间，含铝岩系中上部岩石曾经受风氧化程度由南向北由弱到强。为含铝岩系提供物源韩家店及黄龙组等原岩含锂极低，但经较强的风氧化作用后可使锂富集，如在湄潭永兴镇以北及正安土坪北部的牛都坝向斜北段。而强烈彻底的风氧化作用又使沉积物中的锂流失，如在务川瓦厂坪、大竹园及道真新民、岩坪等地。因此，在黔北地区，风化剥蚀的近沉积区锂相对富集，是寻找锂资源的有利区域（图8）。
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图8 黔北含铝岩系风化剥蚀搬运沉积分带图
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1—风化剥蚀区；2—风化剥蚀搬运近沉积区；3—风化剥蚀搬运远沉积区；4—大型铝土矿床；5—向斜轴；6—断层；7—含铝岩系分布区； 8—省界
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4 结论
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（1）含铝岩系按岩性总体可细分为 6 层，锂在含铝岩系的上部相对富集，富集地段相比大陆地壳中的锂平均含量高约200倍，在中下部含量低，一般都低于 0.2%。最高与最低间相差达百倍。锂富集的岩性为致密状铝土岩或低品位的铝土矿。
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（2）锂的富集与部分矿物有较强的相关性。当高岭石和埃洛石含量高时，锂含量低，当绿泥石含量较高时，锂含量较高，锂含量与其他矿物含量关系不明显。
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（3）锂与 Al2O3含量有一定的相关性，当 Al2O3含量在30%~50%时，锂相对富集，当Al2O3大于50%或小于30%时，锂含量相对低。SiO2含量在30%~45% 时，锂相对富集，SiO2大于 50% 或小于 25% 时，锂含量低。Fe2O3含量大于10%，锂含量低，锂含量高时， Fe2O3一般都小于10%。
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（4）在黔北，含铝岩系由南往北总体可分为风化剥蚀区、风化搬运近沉积区、风化搬运远沉积区。含铝岩系的物源岩石经强烈彻底的风氧化作用或弱的风氧化作用均不利于锂的富集，经较强的风氧化作用后锂富集。在风化搬运近沉积区是找锂有利区域。
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摘要
二叠系船山统大竹园组为一套富锂的高铝岩石，在黔北地区分布广泛。本文通过对含铝岩系的岩性组合、矿物组成、化学组分的研究，发现锂在含铝岩系的上部相对富集，锂富集于致密状铝土岩或低品位的铝土矿中。锂含量与一水硬铝石含量呈负相关关系，而与绿泥石含量呈正相关关系，表明锂的富集可能与绿泥石黏土矿物的吸附有关。锂集中分布于 Al2O3含量为 30%～50%、Fe2O3含量小于 10% 的铝土岩 （矿）中。含铝岩系由南往北总体可分为风化剥蚀区、风化搬运近沉积区、风化搬运远沉积区。强烈彻底的风化氧化作用和弱的风化氧化作用均不利于锂的富集，含铝岩系的物源岩石经较强的风化氧化作用后锂富集，风化搬运近沉积区是找锂有利区域。
Abstract
The Lower Permian Dazhuyuan Formation widely distributed in the northern part of Guizhou is a set of high aluminum rocks with high lithium concentration. By studying the lithological assemblage, mineral composition, and chemical components of the aluminum-bearing rock series, it was found that lithium is relatively enriched in the upper part of the aluminum-bearing rock series. The lithium is mainly enriched in the compact bauxite or low-grade bauxite. The lithium content is negatively correlated with boehmite, and positively correlated with chlorite, indicating that the lithium enrichment may be related to the adsorption of chlorite clay minerals. Lithium is concentrated in bauxite (ore) with 30% to 50% Al2O3 and less than 10% Fe2O3. The aluminum-bearing rock series from south to north can be divided into the weathering-denudation zone, the weathering-transport near-sedimentation zone, and the weathering-transport far-sedimentation zone. Strong and thorough weathering oxidation effects, as well as weak weathering oxidation effects, are both unfavorable for lithium enrichment. Lithium enrichment occurred after source rocks of the aluminum-bearing rock series underwent strong weathering, and the weathering-transport near-sedimentation zones are prospect areas for lithium exploration.
