中国锂资源相对丰富,类型以硬岩型为主,卤水型锂矿虽然储量巨大,但开发利用技术尚待发展;区域性集中产出的特点也较为明显,主要集中在西藏、青海、四川和江西等省(自治区),但青藏高原周边尤其是松潘-甘孜成矿带的锂矿近年来有不少新发现,资源储量增长很快;锂矿床的成矿时代也以印支晚期—燕山早期最为突出,是松潘-甘孜成矿带锂矿的主要成矿期和新疆阿尔泰等传统伟晶岩型锂矿带的重要成矿期。硬岩型锂矿在国外以前寒武纪锂矿最为重要,包括大洋洲、北美洲和非洲的大型、超大型锂矿,主要形成于前寒武纪,中国在阿尔金造山带也有发现,但工作程度很低,有待于进一步研究。国外伟晶岩型锂矿多分布于地台区,但中国主要分布于造山带。
中国锂矿床按成因类型可分为内生和外生两大类(表2-1),内生型以硬岩型为主,具体分为花岗伟晶岩型、花岗岩型、云英岩型和岩浆热液型,本书将接触交代型锂矿归入岩浆热液型;外生型包括盐湖卤水型和地下卤水型。另外,也可能存在花岗岩风化壳型的锂资源,属于一种内生外成型锂资源。中国的锂矿资源主要集中于花岗岩型、花岗伟晶岩型和盐湖卤水型,其他类型锂矿床的规模较小(图2-1)。花岗岩型锂矿实际上可以作为岩体型锂矿的简称,主要以锂云母和磷锂铝石的方式赋存在花岗岩或花岗质斑岩、细晶岩中,江西宜春414矿床就是此类矿床的代表。此类矿床风化到一定程度,可以露天开采,且当成本较低时其经济意义因为规模效应而更加明显。江西宜春414矿床和江西同安一带的细晶岩及花岗岩中的磷锂铝石型锂矿的锂资源以前只作为陶瓷原料被开发利用,虽然目前还没有经济开发的价值(主要是成本问题),但值得高度重视(王成辉等,2019)。
表2-1 中国锂矿主要类型
花岗伟晶岩型锂矿主要分布在新疆阿尔泰成矿带、四川松潘-甘孜成矿带,典型矿床为新疆可可托海锂铍铌钽铷矿床和四川甲基卡锂铍铌钽铷矿床。此类矿床的特点是品位高、易于开采。花岗岩型矿床也是中国分布甚广的锂矿类型,主要位于华南地区,以江西宜春414矿床、湖南正冲和尖峰岭矿床、广西栗木矿床等最为典型。该类矿床具有品位较低、开发利用成本较高的特点。
盐湖卤水型矿床主要分布在青海和西藏,具体可分为碳酸盐型、硫酸盐型和卤化物型3种,目前主要开发的盐湖卤水为碳酸盐型和硫酸盐型。碳酸盐型以西藏扎布耶盐湖为代表,硫酸盐型以青海察尔汗盐湖等盐湖为代表。碳酸盐型盐湖锂矿中的锂、铷、铯等金属易于提取,开发利用成本较低。
中国尚无独立开发利用的沉积型锂矿,多以铝土矿、煤等伴生锂资源为主。近年来,在云贵川一带发现富锂绿豆岩,其Li平均含量达663×10-6(孙艳等,2018)。山西北部平朔矿区太原组煤层Li平均含量达128×10-6(李华等,2014)。在贵州北部大竹园铝土矿床,对17个钻孔81件样品进行分析,锂含量大于260×10-6(相当于Li2O含量大于0.056%,边界品位为0.05%)的样品有61个;其中,Li含量最高的样品出现在ZK6208钻孔中,Li2O含量达0.582%(王登红等,2013a)。
图2-1 中国锂矿分布简图
从成矿时代来看,中生代是中国硬岩型锂矿床成矿的极盛时期,在南方几乎所有的特大型、大中型矿床都与印支期和燕山期过渡时期的构造-岩浆活动有关,属印支晚期—燕山期成矿。新疆阿尔泰成矿带的各类稀有金属矿床也以印支期—燕山期最为重要,西昆仑大红柳滩及四川甲基卡、可尔因、扎乌龙等稀有金属矿床都形成于印支期—燕山期。在华南成矿省,江西宜春414矿床、湖南道县正冲和尖峰岭矿床等形成于燕山期,广西栗木钽铌铷锂矿床形成于印支期—燕山期。
盐湖卤水型锂矿的成矿时代主要为三叠纪、古近纪—第四纪。地表卤水型锂矿的成矿时代为第四纪,主要分布在青藏高原新生代构造盆地中;柴达木盆地和潜江坳陷地下卤水型锂矿的成矿时代为新生代,四川盆地地下卤水的含矿层为三叠系。
表2-2 中国主要锂成矿区的成矿时代和产出构造背景
中国锂矿床的空间分布具有明显的区带集中分布特点,硬岩型锂矿主要集中产出在4个锂矿带:阿尔泰锂矿带、川西锂矿带、华南锂矿带和昆仑-阿尔金锂矿带。近年来,在柴达木盆地北缘、武夷山和东秦岭成矿带也发现有硬岩型锂矿,藏南可能也是一个潜在的锂矿带。盐湖卤水型锂矿包括地表卤水和地下卤水两种。地表卤水主要分布在青藏高原,地下卤水主要分布在青海、四川及湖北等地的新生代沉积盆地中。
中国硬岩型锂矿在大地构造位置上较为相似,多处于各种大地构造单元内部的褶皱造山带。成因上可能与板块碰撞导致的构造岩浆活动有关,大多数锂矿床特别是大型锂矿床,形成于岩浆活动中晚期高度演化的花岗岩岩体或花岗伟晶岩脉中,形成似层状、脉状锂矿。中国硬岩型锂矿床的容矿岩石种类较少,主要为花岗伟晶岩和花岗岩。花岗伟晶岩型锂矿体主要赋存在花岗伟晶岩的钠长石-锂辉石带、石英-锂辉石带中,花岗岩型锂矿体主要赋存在钠长石化花岗岩带和云英岩体中。
成锂区带是指以锂为主矿种的成矿区带或以锂作为特色矿种的成矿区带。按照习惯,长条形的、与造山带空间范围一致的成锂区带称为成锂带,非长条形、与沉积盆地空间范围一致的成锂区带称为成锂区,分别对应于硬岩型锂矿和盐湖型锂矿。简言之,锂矿产资源丰富而集中产出的区域均可称为成锂区带。成锂区带可以与其他矿种的成矿区带重叠、交叉,也可以独立存在。圈定或划分成锂区带的重要目的也是为了便于集中力量、快速部署、强化勘探,以取得锂矿找矿的快速突破。
根据全国锂矿产地的分布规律,陈毓川等(2015)共划分出12个成锂区带(表2-3)。成锂区带的划分按照以下原则进行:①成锂区带产有大量锂矿床(点),且具有规模达小型以上的典型锂矿床,否则不单独划分成锂区带。②成锂区带范围参考全国Ⅲ级成矿带,例如阿尔泰成锂区带、松潘-甘孜成锂区带、东天山成锂区带、西天山成锂区带和四川盆地成锂区带的范围与全国Ⅲ级成矿带的范围基本一致。③对于矿床(点)分布范围与全国Ⅲ级成矿带不一致的区域,按照造山带的范围进行划分,例如秦岭成锂区带;或者参考地理单元进行划分,例如柴达木成锂区带、藏北成锂区带。④成锂区带的命名参考全国Ⅲ级成矿带名称、地理单元名称、典型矿床名称。
表2-3 中国成锂区带划分表
查明典型矿床的成矿时代,是成矿规律研究的重要内容。尤其是自1990年以来,随着同位素分析测试技术的快速发展和大量同位素年龄数据的积累,成矿理论的研究水平显著提升。实际上,同位素年代学的研究,同样有助于找矿水平的提升。对于一些典型矿区来说,成矿时代的不确定,将导致找矿方向的不确定。例如,新疆北部的阿尔泰成矿省,以往把伟晶岩型稀有金属矿床看作海西期造山运动的产物,忽视了对加里东期和印支期—燕山期成矿作用的研究,以至于阿尔泰成矿省号称有20万条伟晶岩脉,但世界瞩目的伟晶岩型稀有金属矿床始终只有可可托海一处。通过1995年以来的同位素年代学研究,阿尔泰成矿省的伟晶岩型锂矿(大喀拉苏、小喀拉苏、卡鲁安等)被证明主要形成于中生代的印支期和燕山期,而不是海西期,从而不但改变了阿尔泰成矿省的找矿方向,也影响到全国其他重要成矿区带的找矿方向。事实证明,无论是阿尔泰成矿省的卡鲁安锂矿还是西昆仑成锂区带的大红柳滩锂矿,也无论是松潘-甘孜成锂区带的甲基卡锂矿还是新发现的四川阿坝藏族羌族自治州的加达大型锂矿,几乎同时形成于印支期向燕山期的转折阶段。而四川盆地不同地段三叠系中的绿豆岩也是富含锂的,形成于海西期向印支期过渡转折时期。这就又带出来一个新的科学问题,为什么这些不在同一个构造单元、不在同一个成矿区带的硬岩型锂矿,几乎同时形成?其地球动力学机制是什么?这些问题都有待于深入研究。
一、新疆卡鲁安锂矿的成岩成矿时代
新疆卡鲁安锂矿是阿尔泰成矿省的典型锂矿,也是本书所述示范研究的重点之一。20世纪70—80年代乃至于90年代均由于同位素测年技术不过关或经费不足等原因未能获得有效的成岩成矿年龄,但从成因上将卡鲁安锂矿与附近的哈龙复式岩体联系起来,认为其属于古生代成矿。项目组研究证实其属于印支期成矿,与古生代的哈龙大岩基没有直接的成因联系,从而扭转了找矿方向。
卡鲁安花岗伟晶岩型锂矿床处于哈龙复式背斜北西倾末端,位于哈龙花岗岩岩体外接触带约1km处,属于阿祖拜伟晶岩田北延部分,向北至哈龙河上游,向南延伸至阿祖拜。区内地质特征较为简单,花岗伟晶岩脉赋存于中-上志留统库鲁木提群变质的片岩系中,以南西部的807号脉和北部的806号脉为主体的21条花岗伟晶岩脉构成富含锂辉石的大型锂矿床。对其地质特征的介绍详见后续章节。
二、新疆大红柳滩锂矿的成岩成矿时代
新疆西南部和田县境内的大红柳滩岩体,分布于甜水海-喀喇昆仑地体北部,麻扎-康西瓦缝合带的南侧,其南侧与大红柳滩-郭扎错断裂毗邻,是三十里营房-奇台达坂花岗岩带的主要岩体之一。大红柳滩稀有金属伟晶岩矿床位于西昆仑造山带东段麻扎-康西瓦断裂以南,是一个大型的Li、Be、Nb、Ta矿床,已探获Li2O资源量40×104t以上,还有大量伟晶岩脉未曾评价或正在评价,找矿潜力巨大。
西昆仑造山带花岗岩类年代学研究表明,西昆仑造山带花岗岩是一个岩浆多阶段侵入形成的复式岩基(乔耿彪等,2015),虽然从早古生代到中生代,该地区不同地质时期的花岗岩均有出露,但海西晚期—印支期—燕山早期是西昆仑造山带岩浆活动的高峰期(康磊等,2012),中生代印支期花岗质岩带是区内规模最大的构造-岩浆岩带(韩芳林,2006)。根据西昆仑地区不同岩体成岩年龄可知,258~208Ma的花岗质岩体组成了该区域规模巨大的岩浆岩带,反映出西昆仑地区不同区域由挤压转变为伸展阶段的岩浆活动在时间上存在差异。
图2-10 新疆大红柳滩岩体手标本及岩石镜下照片
a、b—黑云母二长花岗岩; c—黑云每二长花岗岩被钠长石伟晶岩脉穿插; d—黑云母二长花岗岩中的暗色包体。Mc—微斜长石; Qtz—石英; Ab—钠长石; Zrn—错石
三、四川甲基卡-可尔因锂矿的成矿时代
四川西部甲基卡和可尔因一带锂矿的成矿年龄数据,最早见于唐国凡等(1984)对于甲基卡花岗伟晶岩锂矿床的研究报告,所获得的K-Ar法年龄变化于196~181Ma,以最小二乘法处理得到的等时线年龄为211Ma,与甲基卡二云母花岗岩的Rb-Sr等时线年龄214.65Ma是一致的,因而得出甲基卡锂矿成矿于印支期的认识。此后20多年,对于甲基卡等锂矿的研究基本停滞,直到2005年王登红等发表了利用Ar-Ar法测定的甲基卡104号脉和134号脉中白云母的年龄,分别为198.88Ma和195.67Ma。由于Ar-Ar法较K-Ar法更可靠而且可以揭示热构造演化的历史,白云母又是伟晶岩中的主要造岩矿物,因此,该数据被普遍认可,从而提出了甲基卡伟晶岩型锂矿形成于印支晚期—燕山早期过渡时期的认识。
四、四川盆地含锂绿豆岩的形成时代
四川盆地广泛分布绿豆岩,曾经被当作钾肥原料开发利用,但其中富含锂的事实是直到近期才被重视的。查明绿豆岩中的锂与四川盆地卤水中锂的内在联系,对于成矿预测至关重要;而查明绿豆岩的时代,相当于查明成矿物质初始富集的时代,而锂从绿豆岩中转移到卤水中的时间相当于从绿豆岩形成至今。