摘要
锂作为国家战略性关键矿产资源，广泛支撑新能源、航天航空、先进陶瓷、特种玻璃、高端医疗及核工业等前沿领域的发展需求。湖北省宜昌市五峰县天垴锂矿区二叠系阳新统梁山组（P2l）发育的黏土型锂矿具有重要资源潜力，但其成矿机制仍有待系统揭示。本研究选取铝元素（Al）与磁化率作为古气候替代指标，对天垴锂矿区 ZK2101钻孔开展旋回地层学分析，依托稳定的 405 ka长偏心率周期基准，建立了跨度约 5.2 Ma的连续高分辨率天文年代标尺，并定量厘定出 ZK2101钻孔中写经寺组、黄龙组、梁山组及栖霞组的沉积持续时间分别为（1±0.28） Ma、（0.3±0.28） Ma、（0.5±0.28） Ma 和（3.4±0.28） Ma，钻孔平均沉积速率为2.2 cm/ka。短偏心率与总能量比值的演化图谱显示，锂矿赋存层位梁山组具有显著较高偏心率能量特征；经调谐的Al与磁化率时间序列沉积噪声模型，呈现出与海平面变化高度耦合的高分辨率沉积响应，清晰指示了梁山组沉积期海平面持续上升的动态过程。基于上述关键发现，本研究构建了天垴锂矿区二叠系阳新统梁山组黏土型锂矿“天文轨道驱动-沉积环境响应-锂元素富集”的多尺度联动机制，为区域锂矿勘探靶区优选提供了重要理论依据与科学支撑。
Abstract
As a strategic critical mineral resource of national importance, lithium extensively supports the development needs of cutting-edge fields such as new energy, aerospace, advanced ceramics, specialty glass, high-end medical applications, and the nuclear industry. The clay-type lithium deposit hosted in the Permian Yangxin Stage Liangshan Formation (P2l) of the Tiannao mining area in Wufeng County, Yichang City, Hubei Province, holds significant resource potential; however, its metallogenic mechanisms remain to be systematically unraveled. This study employs aluminum (Al) and magnetic susceptibility as paleoclimate proxies to conduct cyclostratigraphic analysis on the ZK2101 borehole in the Tiannao lithium mining area. Based on the stable 405 ka long-eccentricity cycle as the tuning target, a continuous high-resolution astronomical timescale spanning approximately 5.2 Ma is established. Quantitative determination reveals that the depositional durations of the Xiejingsi, Huanglong, Liangshan, and Qixia formations in the ZK2101 borehole are (1±0.28) Ma, (0.3±0.28) Ma, (0.5±0.28) Ma, and (3.4±0.28) Ma, respectively, with an average sedimentation rate of 2.2 cm/ka. The evolution spectra of the short-eccentricity to total power ratio demonstrates that the lithium-bearing Liangshan Formation exhibits notably higher eccentricity-band power characteristics. Tuned Al and magnetic susceptibility time series, analyzed via a sedimentary noise model, reveal high-resolution sedimentary responses tightly coupled with sea-level changes, clearly indicating a continuous sea-level rise during the Liangshan Formation deposition. Based on these key findings, this study constructs a multiscale linkage mechanism of "orbitalforcing-sedimentary environment response-lithium enrichment" for the Permian Yangxin Stage Liangshan Formation clay-type lithium deposit in the Tiannao mining area, providing crucial theoretical foundations and scientific support for optimizing regional lithium exploration targets.
0 引言
锂作为锂电池制备的核心原料，在新能源汽车、储能系统及电子产品等领域具有不可替代的广泛应用价值（Junne et al.，2020；Tabelin et al.，2021）。锂在新能源汽车、航空航天、高端医疗等前沿领域的应用场景不断拓展，其战略价值也随之持续提升（李建康等，2014；Tabelin et al.，2021）。全球锂资源分布格局呈现显著的不均衡性，主要集中于中南美洲、澳大利亚、中国等地，其中澳大利亚锂辉石、智利与阿根廷盐湖锂生产所贡献的锂资源占比超80%（Liu et al.，2019；付小方等，2025）。锂资源是国家能源安全体系的重要构成部分，构建锂资源战略储备体系，对维护国家能源安全具有重要意义（Benson et al.， 2017；王秋舒和元春华，2019；温汉捷等，2020）。
国内黏土型锂矿研究虽起步较晚，但发展势头迅猛，在成矿理论创新与勘查技术国产化领域取得了一系列显著成果。国内黏土型锂矿的分布具有明显的成矿带聚集特征，主要集中于三大成矿带：其一为滇黔桂铝土岩系成矿带，在桂西上二叠统合山组（梁航等，2022）、贵州新民铝土矿（龙珍等， 2021）及狮溪铝土岩系（邓旭升等，2023）中均发现厚层富锂黏土矿，氧化锂品位介于 0.5%～1.2%，部分地段可达1.5%，且伴生铌、镓等关键金属元素；其二为川渝鄂碳酸盐岩系成矿带，鄂西南地区（杜文洋等，2022）、重庆奉节及四川兴文龙潭组（李福林等，2023）的黏土矿与碳酸盐岩呈互层产出，资源量已达中型以上规模；其三为青藏高原外围成矿带， 2022年在柴达木盆地首次发现黏土型锂矿，该矿不仅品位较高，而且资源量较大，突破了青藏高原仅盐湖锂矿富集的传统认知（韩春梅等，2023）。国内学者通过系统研究，构建了多来源、多阶段的成矿理论体系，重点揭示了不同沉积背景下的成矿差异规律（许箭琪等，2021；崔燚，2024；厉岩等，2025；石再平等，2025）。
旋回地层学以天文轨道旋回（米兰科维奇旋回） 驱动的沉积周期性为核心理论内核，通过构建高精度地层格架与天文年代标尺，为解析沉积型矿产的成矿时限、富集规律及控制机制提供了定量化研究手段，已成为沉积矿产领域的关键技术支撑体系，其应用进展在不同矿种中呈现出鲜明的技术特征与研究深度梯度（闫建平等，2017；马雪丽，2024）。湖北省内已报道的黏土型锂矿主要赋存于中二叠统梁山组（杜文洋等，2022）、上二叠统龙潭组（龚银等， 2023）。当前黏土型锂矿的勘查找矿工作虽已取得阶段性进展，但总体仍处于探索性研究阶段（李文林，2024；祁晓鹏等，2025）。黏土型锂矿的富集成矿过程与天文轨道旋回的耦合响应关系仍缺乏系统的理论阐释，亟须依托旋回地层学方法构建“天文轨道旋回驱动-沉积环境响应-锂元素富集”的多尺度联动机制，为区域锂矿找矿突破提供核心理论支撑。
本文以湖北省宜昌市五峰县天垴锂矿区 ZK2101钻孔为研究载体，依托手持式X射线荧光光谱仪（X-ray fluorescence（XRF）scanning analyzer）与手持式磁化率仪KT-10，系统测定了ZK2101钻孔中气候-环境敏感元素的含量及磁化率值，开展精细化旋回地层学分析，旨在实现以下3方面研究目标：精准识别ZK2101钻孔中可靠的天文轨道旋回信号； 通过天文旋回调谐地层年代序列，建立高精度天文年代框架，并定量厘定ZK2101钻孔各组地层的沉积时限与沉积速率演化规律；揭示梁山组黏土型锂矿富集成矿与天文轨道旋回的耦合响应机制，为该地区及周边锂矿勘查找矿工作提供科学指导。
1 研究区地质背景
天垴矿区大地构造位置处于华南板块上扬子陆块恩施褶皱区仁和坪向斜北翼，研究区地理坐标范围（CGCS2000 坐标系）为东经 111°10'20″～111° 13'18″，北纬 30°08'03″～30°09'13″（图1）。区域内褶皱、断裂构造较为发育，其中以仙女山断层为代表的北北西向断裂和曾家坪断裂为代表的北东向断裂最为发育，其次为以渔洋关断裂为代表的近东西向正断层、逆断层及南北向断层（张光弟等， 1998；石先滨等，2016；杜文洋等，2022）。天垴矿区所在的仁和坪向斜分布于五峰大长冲—简家庙— 望五山一带，总体呈东西走向，核部地层为三叠系，翼部地层为二叠系—三叠系，北翼地层倾向南，倾角 10°～25°，南翼地层倒转，倾角 40°～80°，为轴面北倾的倒转向斜（湖北省地质调查院，2021）。
矿区主要出露中二叠统—下三叠统，区域矿产以沉积型为主，包括产于中—上寒武统、下奥陶统及中石炭统的白云岩与石灰岩矿，中泥盆统云台观组硅质原料矿，上泥盆统宁乡式铁矿，以及二叠系梁山组、龙潭组的煤矿与黏土矿等；此外，还发育热液型、层控型汞矿及铅锌矿等（陈开旭等，2005；杜文洋等，2022）。其中，中二叠统梁山组为五峰天垴矿区黏土型锂矿的主要赋矿层段。本研究选取天垴锂矿区ZK2101钻孔为核心研究载体。
2 材料与方法
2.1 天垴锂矿区ZK2101钻孔地层概况
天垴锂矿区 ZK2101 钻孔为本研究核心载体，该钻孔自下而上系统出露上泥盆统写经寺组 （D3C1x）、中石炭统黄龙组（C2h）、二叠系阳新统梁山组（P2l）及栖霞组（P2q）（图2）。写经寺组（D3C1x）下部为灰—深灰色泥质泥晶灰岩，夹灰绿色页岩与褐红色鲕状赤铁矿层；上部为灰绿色、灰黑色页岩夹砂岩，局部页岩中发育结核状或浸染状黄铁矿。黄龙组（C2h）主体岩性为含藻砂屑生物屑灰岩、生物屑泥晶灰岩：含藻砂屑生物屑灰岩呈灰色—深灰色，厚层—块状构造，层理不明显，岩石主成分为方解石，次为藻砂屑、生物屑；生物屑泥晶灰岩为灰色，中—厚层状构造，可见少量化石；顶部发育起伏不平的古岩溶剥蚀面，沉积环境为开阔台地潮下带，与下伏写经寺组呈平行不整合接触。梁山组（P2l） 主要岩性为灰色薄—中层状含铁质细粒石英砂岩、炭质粉砂岩，夹灰黑色炭质页岩、煤层（线）：石英砂岩呈浅褐色、紫红色，薄—中层状，局部含少量铁质成分；炭质页岩为灰黑色，页片状构造，局部含薄层煤线且延伸不稳定；基本层序由厚—中层状细粒石英砂岩→中薄层砂岩、粉砂岩夹泥岩→含炭质泥岩夹煤线（层）→灰色中厚状泥岩（黏土岩）构成，沉积相包括潮坪相、草甸相、复水沼泽相及泥炭沼泽相； 泥岩中产古植物化石，含炭质泥岩中产腕足类化石，与下伏石炭纪地层呈平行不整合接触，为本研究的锂矿赋存层位。栖霞组（P2q）主要岩性为深灰—灰黑色中—厚层状含燧石结核泥晶灰岩、灰黑色厚层瘤状生物屑泥晶灰岩，底部灰岩层间夹炭质页岩；岩石中含少量菊石类、腕足类化石，与下伏梁山组呈整合接触。
2.2 古气候替代指标的获取和遴选
在天垴锂矿区 ZK2101钻孔中，以 10 cm等间距系统采集样品数据，共获取1185组高精度元素地球化学数据及对应磁化率数据。元素地球化学测试依托 Olympus 公司 Innovo-X 型手持式 X 射线荧光 （XRF）扫描仪开展，利用设备内置的“地球化学”专属模式自动解析 X 射线吸收光谱特征，基于荧光相对强度反演元素赋存状态与丰度值。单次测试时长60 s，检测精度达0.0001%（ppm级）。磁化率数据采用 KT-10型手持式磁化率仪测定，每个测点重复测量3次，结果取3次平均值以降低误差。
陆源输入形成的黏土矿物是铝元素（Al）的核心储库，复杂海洋作用对其迁移转化的影响相对微弱 （Murray et al.，1993；Turgeon and Brumsack，2006）。铝元素在化学风化过程中抗淋滤性较强，不易被地表径流搬运移除，故在风化剥蚀产物中常保持较高丰度（Nesbitt and Young，1982）。基于这一特性，海洋沉积体系中 Al 含量的波动通常与物源区化学风化强度的增强呈显著正相关（陈林等，2023）。
1—古陆；2—炭泥质夹铝土质岩组合；3—炭泥质夹砂质岩组合；4—含炭砂质岩组合；5—含炭泥质岩组合；6—沼泽；7—潟湖；8—断裂；9—相界线；10—岩性组合分界线；11—等厚线（m）；12—地级行政中心
图2湖北宜昌五峰天垴矿区ZK2101钻孔深度域旋回地层分析图
a—天垴矿区ZK2101钻孔岩石地层和岩性柱；b—黑色曲线为ZK2101钻孔Al元素含量序列，红色曲线为受长偏心率E驱动的沉积旋回滤波（滤波频率和带宽为（0.2±0.05） cycles/m）；c—天垴矿区ZK2101钻孔深度域Al元素含量和MS序列FFT演化图谱和2π MTM能量谱图；d—黑色曲线为ZK2101钻孔MS序列，红色曲线为受长偏心率E驱动的沉积旋回滤波（滤波频率和带宽为（0.2±0.07） cycles/m）；e—天垴矿区ZK2101钻孔深度域MS序列FFT演化图谱和2π MTM能量谱图（FFT演化图谱滑动窗口20 m， E、e、O和P分别代表长偏心率、短偏心率、斜率和岁差周期）
磁化率（Magnetic Susceptibility，MS）是表征物质磁化能力的无量纲磁学参数，在地质研究领域应用广泛。在中国，该参数最初被广泛应用于黄土-古土壤序列的识别，为古气候对比与全球变化研究提供了关键支撑（Heller and Liu，1984；安芷生等，1990； An et al.，1991；杨文光等，2011）。对于海洋与湖泊沉积物，磁化率亦是岩芯地层对比的有效指标（张俊辉等，2010；Pas et al.，2018）。在环境磁学领域，磁化率测量因样品制备简便、操作快捷、无破坏性且可重复测试等优势，被广泛应用（赵庆乐，2010）。目前大量研究证实，磁化率作为可靠的古气候替代指标，可有效识别沉积地层中记录的地球轨道周期信号 （Ellwood et al.，2011a，2011b，2013；Wu et al.，2013； Kodama and Hinnov，2015；Li et al.，2019）。
2.3 时间序列数据分析方法
本研究借助 Acycle2.8 软件包开展时间序列分析工作（Li et al.，2019）。为消除数据序列中的长期趋势干扰，采用局部加权散点平滑法（LOWESS， Cleveland，1979）对古气候替代指标进行预白化处理，具体通过扣除序列加权平均值实现。为探测地层沉积速率的动态变化及沉积间断特征，运用演化频谱分析（Evolutionary Spectral Analysis）工具，结合快速傅里叶变换（FFT）频谱图技术实施滑动窗口谱分析（Kodama and Hinnov，2015）。
采用频谱分析（Spectral Analysis）功能完成多窗谱法（MTM，Thomson，1982）分析，90%、95% 及 99% 置信水平基于 Acycle2.8 内置的 Mann and Lees （1996）稳健红噪声模型（Robust AR（1），Li et al.， 2019）设定。通过滤波（Filtering）功能执行高斯带通滤波，将潜在天文轨道周期频率信号与原始序列叠加（Paillard et al.，1996；Li et al.，2019）。鉴于 405 kyr长偏心率周期具有良好稳定性，是地质年代校准的关键参照（Laskar，2020），利用调谐（Age Scale 丨 Tuning）功能实现古气候替代指标序列从深度域到时间域的转换（Li et al.，2019），进而构建基于该周期的浮动天文年代标尺（FATS）。对调谐后的时间域序列开展功率谱分析，验证其与中二叠统理论天文参数频率的一致性。
本研究采用 eCOCO 天文旋回检验技术，通过Spearman 相关系数将实测数据功率谱与沉积速率范围内的目标天文轨道功率谱（目标周期：405-ka、 130-ka、100-ka、35.8-ka、21.8-ka、20.7-ka、17.7-ka）进行定量匹配（Li et al.，2018b，2019），以获取地层沉积速率的演化规律并与传统方法结果进行对比验证。借助能量分解分析（Power Decomposition Analysis）技术解析天文周期在地层记录中的信号变化特征（Li et al.，2016），通过 500 ka 滑动窗口计算短偏心率能量占比的时间演化曲线。
2.4 沉积噪声模型构建
本研究采用 Li et al.（2018a）提出的轨道调谐后动态噪声模型（DYNOT）及滞后1阶自相关系数（ρ₁） 分析两种技术手段，实现对海平面变化过程的定量校正与高分辨率重建。DYNOT 模型通过滑动窗口分析法，计算天文轨道驱动无关信号（沉积噪声）方差与序列总方差的比值，解析该噪声在气候替代指标中的时空分布特征：沉积噪声增强时，DYNOT 数值同步升高，对应海平面下降过程；噪声减弱则 DYNOT 数值降低，指示海平面上升（Li et al.， 2018a）。气候变化在特定时间尺度下通常表现出对前期状态的依赖性，即自相关性特征。ρ1模型以序列滞后 1阶自相关系数（ρ1）作为表征海平面变化的辅助噪声指标：沉积噪声增强会引起ρ1值显著降低，对应海平面下降；噪声减弱则ρ1值上升，指示海平面上升（Li et al.，2018a）。
3 结果
3.1 ZK2101钻孔Al元素和磁化率变化特征
ZK2101 钻孔 Al 的含量变化较大，介于 463~315994 μg/g，平均含量为 53048 μg/g（图2b）；磁化率值较为稳定，变化幅度为-0.231~0.461 SI，平均值为-0.039 SI（图2d）。写经寺组（0~24.3 m）主要出露泥沙岩、砂岩，Al含量较高，平均含量为65203 μg/g，磁化率的平均值为-0.033 SI；黄龙组（24.3~28.5 m）和栖霞组（41~114 m）主要出露灰岩、炭质灰岩，Al 的平均含量为 45357 μg/g，磁化率的平均值为-0.04 SI；锂矿赋矿层梁山组（28.5~41 m）主要出露炭质粉砂岩夹灰黑色炭质页岩，Al 含量偏高，平均含量为 77078 μg/g，磁化率的平均值为-0.043 SI（图2b、d）。
3.2 ZK2101钻孔深度域旋回地层分析
本文分别对 Al 含量和 MS 数据进行旋回分析，深度域的FFT演化图谱显示，旋回步长在8~10 m的信号能量十分强烈且稳定，在大约20 m的黄龙组地层，低频信号略微向更低频转移，表明沉积速率加快（图2c、e），eCOCO斯皮尔曼相关系数演化图同样揭示了下岭南沟剖面沉积速率在黄龙组加快（图3a、d），整体上ZK2101钻孔沉积速率较为稳定。
图3湖北宜昌五峰天垴矿区ZK2101钻孔Al元素含量（a~c）和MS序列（d~f）eCOCO图（5000次蒙特卡罗分析，滑动窗口20 m，步长0.1 m，沉积速率测试区间0~5 cm/ka，步长0.1 cm/ka）
a，d—斯皮尔曼相关系数演化图，eCOCO结果中的黑色折线是根据405 ka沉积旋回（约8.7 m）调谐的沉积速率；b，e—H0显著性水平演化图； c，f—天文轨道数目的演化图
在 ZK2101 钻孔的地层序列中，Al 含量序列的能量谱图显示，能量高于95%的置信度的沉积旋回有 9 m、2.9 m、1.43 m、0.95 m、0.6 m、0.5 m、0.38 m、 0.32 m、0.26 m、0.23 m和 0.21 m（图2c）。MS含量序列的能量谱图显示，能量高于90%的置信度的沉积旋回有 9 m、2.6 m、1.4 m、0.77 m、0.53 m、0.45 m、0.4 m、0.32 m、0.28 m 和 0.22 m（图2e）。本文认为 9 m、 2.9~2.6 m、0.95~0.6 m 和 0.53~0.32 m 的沉积旋回比值符合中二叠世米兰科维奇旋回长偏心率、短偏心率、斜率和岁差的比值。同时，根据识别出的米兰科维奇旋回特征，ZK2101钻孔地层沉积速率较为稳定，约为 2.2 cm/ka，此结果与 FFT 演化图谱和 eCOCO 的结果一致（图2，图3）。因此，本文根据沉积地层中识别出的长偏心率旋回（图2b、d）建立深-时转换模型（图4），将气候替代指标从深度域的尺度转换到时间域。
图4湖北宜昌五峰天垴矿区ZK2101钻孔Al元素含量和MS序列的深-时转换模型
a—Al含量序列深-时转换模型（左侧图为深-时转换模型，右侧上图为ZK2101钻孔深度域Al含量数据，下图为405 ka调谐后时间域Al含量数据）；b—MS序列深-时转换模型（左侧图为深-时转换模型，右侧上图为ZK2101钻孔深度域MS数据，下图为405 ka调谐后时间域MS数据）
4 讨论
4.1 ZK2101钻孔天文年代标尺的建立
时间域 FFT 演化图谱显示，长偏心率在整个地层序列都有很强烈的信号，同时，短偏心率和斜率也有较强的信号，岁差信号强度较弱（图5b、d）。时间域能量谱图揭示出了能量较高的 405ka 长偏心率，约 130 ka和约 100 ka短偏心率，40~27.6 ka斜率和20.8~17.2 ka岁差周期（图5b、d）。
在时间域的尺度上，Al 和 MS 时间序列分别滤波得到约 12.5 和约 13 个长偏心率旋回（图5a、c）。短偏心率周期、斜率周期和岁差周期也在 Al 和 MS 能量谱图中也有明显的信号（图5b、d），表明在本剖面上Al和MS作为气候替代指标都能较好地保存原始的米兰科维奇旋回信号（图5）。在写经寺组沉积序列中，Al和 MS时间序列均有约 2.5个 405 ka（E0-E2，图6a），表明写经寺组的持续时间为（1±0.28） Ma（由于计数 405 ka 偏心率存在误差，本文在起始和终止位置各添加了±0.2 Ma 的误差（1/2 长偏心率周期）），平均沉积速率为 2.4 cm/ka；黄龙组沉积序列中，Al 和 MS 时间序列均有约 0.75 个 405 ka（E2-E3，图6a），表明黄龙组的持续时间为（0.3±0.28） Ma，平均沉积速率为 1.4 cm/ka；锂矿的赋矿层梁山组沉积序列中，Al 和 MS 时间序列均有约 1.25 个 405 ka （E3-E4，图6a），表明梁山组的持续时间为（0.5± 0.28） Ma，平均沉积速率为2.5 cm/ka；栖霞组沉积序列中，Al 和 MS 时间序列均有约 8.5 个 405 ka（E4-E12，图6a），表明栖霞组的持续时间为（3.4±0.28） Ma，平均沉积速率为2.1 cm/ka。
4.2 沉积噪声模型揭示海平面变化特征
本文采用 500-ka 滑动窗口，基于调谐后的 ZK2101 钻孔铝元素（Al）与磁化率（MS）时间序列，构建沉积噪声模型（图6）。DYNOT模型与滞后1阶自相关系数（ρ1）模型均显示，梁山组沉积期噪声呈显著降低趋势（图6中的灰色阴影），指示ZK2101钻孔阳新统梁山组沉积期海平面呈持续上升态势。结合区域古地理演化背景，晚石炭世晚期云南运动驱动鄂西地区整体抬升成陆，经长期风化剥蚀，形成典型岩溶地貌特征的剥蚀基准面。中二叠世初期，海水逐步侵入，区域沉积环境转变为水下三角洲平原相，沉积速率呈逐步递增趋势。沉积初期以水下三角洲分流河道、河口沙坝等微相为主，伴随植物群落大规模繁衍，区域广泛发育沼泽环境，最终形成梁山组煤系地层。
4.3 梁山组黏土型锂矿富集成矿的天文驱动机制
旋回地层学以米兰科维奇旋回理论为核心支撑，构建高精度地层格架与天文年代标尺，为解析沉积型矿产成矿规律提供核心理论支撑，其应用在国内外多类矿种中成效显著。能源矿产领域，该方法体系已日趋成熟，例如澳大利亚苏拉特盆地煤系研究中，通过自然伽马测井识别出 405 ka长偏心率控制的沉积旋回，证实天文周期对煤层的主控作用 （崔泽宏等，2024）；油气勘探中，T-R 旋回理论结合小波分析提取的米级旋回信号，为储集体与烃源岩圈定提供依据（闫建平等，2017）；松辽盆地砂岩型铀矿研究，通过 405 ka周期调谐明确矿化砂体沉积时限，揭示沉积速率与铀富集的关联（王君贤等，2024）；桂西南地区沉积型锰矿则受天文旋回驱动的海平面波动调控（尹青等，2017）；蒸发岩研究中，利用地球轨道周期实现盐湖复杂沉积单元地层等时对比，探讨天文周期驱动下的盐湖-重力流沉积响应，印证偏心率旋回对沉积的强控制作用（马雪丽，2024）。然而，作为战略矿产的黏土型锂矿，天文周期对锂迁移富集的调控机制尚属研究空白。旋回地层学已实现从旋回识别到成矿解析的跨越，亟待构建黏土型锂矿“天文周期-沉积环境-锂富集”的联动机制，为找矿提供理论支撑。
图5湖北宜昌五峰天垴矿区ZK2101钻孔时间域旋回地层分析图
a—黑色曲线为ZK2101钻孔Al元素含量序列，红色曲线为长偏心率旋回E滤波（滤波频率和带宽为（0.0025±0.05） cycles/ka）；b、d—天垴矿区 ZK2101钻孔深度域Al元素含量序列FFT演化图谱和2π MTM能量谱图；c—黑色曲线为ZK2101钻孔MS序列，红色曲线为长偏心率旋回E滤波（滤波频率和带宽为（0.002±0.07） cycles/ka）；d—天垴矿区ZK2101钻孔深度域MS序列FFT演化图谱和2π MTM能量谱图（FFT演化图谱滑动窗口1000 ka，E、e、O和P分别代表长偏心率、短偏心率、斜率和岁差周期）
图6湖北宜昌五峰天垴矿区ZK2101钻孔综合地层分析图
a—ZK2101钻孔浮动天文年代标尺（据图5）；b—ZK2101钻孔Al元素含量时间序列和405 ka滤波旋回（根据图5a）；c—ZK2101钻孔MS时间序列和405 ka滤波旋回（根据图5c）；d—ZK2101钻孔Al元素含量时间序列短偏心率/总能量曲线; e—ZK2101钻孔MS时间序列短偏心率/总能量曲线；f、g—Al元素含量时间序列所建立的DYNOT和ρ1沉积噪声模型（据图5a）；h、i—MS时间序列所建立的DYNOT和ρ1沉积噪声模型（据图5c）
天垴矿区锂矿均赋存于二叠系梁山组黏土岩中，其下伏地层为石炭系黄龙组碳酸盐岩。梁山组底部可见黄龙组古岩溶剥蚀面，表明二叠纪沉积前，下伏碳酸盐岩经长期风化剥蚀作用，为黏土岩形成提供初始物质来源。矿区范围内未发现岩浆岩出露，排除深部岩浆活动（如侵入岩、火山岩）作为锂矿主要物质来源的可能性，表生风化作用遂成为锂元素迁移的核心途径。
米兰科维奇旋回对沉积型矿产成矿的驱动作用已被广泛证实（马雪丽，2024），ZK2101 钻孔的旋回地层学研究为揭示天垴矿区梁山组黏土型锂矿富集成矿的深层控制因素提供了重要依据。偏心率高值期（图6d、e）显著增强地球气候的季节性，气候季节性的增强放大海陆热力差异，加剧了早二叠世华南板块北缘夏季风强度，集中降水事件显著提升下伏黄龙组碳酸盐岩化学风化效率，同步释放晶格中Li⁺与硅铝质黏土物质（图7）。季风径流定向搬运上述风化产物，将含 Li⁺黏土颗粒定向输送至仁和坪向斜北翼古岩溶凹陷区，沉积速率演变图显示， ZK2101钻孔整体沉积速率为2.2 cm/ka，而梁山组主成矿区沉积速率升至 2.5 cm/ka，表明成矿阶段风化速率增强带来大量陆源物质输入，进而提升了沉积速率，保障了锂元素富集所需的持续物源供给（图7）。偏心率高值期与全球海平面上升（图6d~i）耦合，形成潮坪-沼泽相局限沉积环境，在潮坪—沼泽（梁山组）环境中，高岭石黏土岩通过吸附作用固定Li+，经成岩压实与轻微构造改造后，最终形成工业矿体。
图7湖北宜昌五峰天垴矿区ZK2101钻孔梁山组成矿机制图
5 结论
本文使用手持式X射线荧光光谱仪（XRF）和手持式磁化率仪 KT-10 系统测量湖北省宜昌市五峰县天垴锂矿区 ZK2101 钻孔中气候-环境敏感元素 Al的含量和磁化率值，通过开展系统的旋回地层学分析，取得了3点认识：
（1）以 Al 的含量和 MS 作为古气候替代指标进行旋回地层分析，基于长偏心率旋回（405 ka）建立天文年代标尺，建立了约 5.2 Ma的连续高分辨率天文年代标尺。
（2）量化了 ZK2101 钻孔中各个地层单位的沉积时间和沉积速率：写经寺组、黄龙组、梁山组、栖霞组的沉积持续时间和沉积速率分别为（1±0.28） Ma 和 2.4 cm/ka、（0.3±0.28） Ma 和 1.4 cm/ka、（0.5± 0.28 Ma和2.5 cm/ka、（3.4±0.28） Ma和2.1 cm/ka。
（3）短偏心率与总能量比值的演化图谱揭示，锂矿赋存层位梁山组具有显著较高的偏心率能量特征。与此同时，经调谐处理的Al与磁化率时间序列沉积噪声模型，呈现出与海平面变化高度耦合的高分辨率沉积噪声响应，清晰指示了梁山组沉积期海平面持续上升的动态过程。基于上述关键发现，本研究构建了天垴锂矿区二叠系阳新统梁山组黏土型锂矿“天文周期驱动-沉积环境响应-锂元素富集”的多尺度联动机制，为区域锂矿勘探靶区优选提供了重要的理论依据与科学支撑。
致谢 感谢两位匿名审稿专家富有建设性地建议！中国地质调查局武汉地质调查中心邹耀遥、杨奇荻、吴泽宇、张遵遵、戴平云在野外资料收集过程中提供了鼎力帮助，谨此一并感谢！
