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1 研究背景
中国锂矿床主要可分为硬岩型(包括伟晶岩型、蚀变花岗岩型等)、盐湖卤水型和沉积黏土型(李建康等,2014;王登红等,2022;张七道等,2024;王微等,2024)。以云母为主(如锂云母和铁锂云母)的花岗岩型锂矿作为重要的锂资源类型,因其分布广泛,如江西、湖南等地(文春华等,2017;陈祺等,2022),成为盐湖卤水和锂辉石之外的关键补充来源。湘南地区处于南岭成矿带中段,属南岭成矿带与钦杭成矿带交汇部位,多期次构造-岩浆活动强烈,成矿条件优越,是华南最重要的有色和稀有金属矿集区(徐克勤等,1963;陈骏等,2008;蒋少涌等,2008;毛景文等,2011;吴福元等,2023)。该区云母型锂矿勘查开发仅次于江西,2022年至今地质勘查工作持续开展,初步估计远景资源量达300万吨以上(陈志强等,2024;黄文海等,2024),未来有望成为继江西之后中国最大的云母型锂矿生产基地。
湘南地区蚀变花岗岩型锂矿主要分布在香花岭((151.3±3.4)Ma,郭钡尔等, 2019)、大义山(东缘:(171.8±1.9)Ma、西缘:(169.9±1.8)Ma、中部:(164.2±2.6)Ma;李勇等,2015)和九嶷山((151.9±1.1)Ma,李剑锋等,2020)等岩体附近。花岗岩成岩年龄集中在170~150 Ma,属晚侏罗世花岗岩,可能是太平洋板块向亚欧板块俯冲大陆演化事件产物(Mao et al., 2013)。这些矿床的w(Li2O)不高(张晓军等,2014),多为0.20%~0.40%。锂主要赋存于铁锂云母、锂云母、锂多硅白云母、锂白云母等云母类矿物中(张遵遵等,2023),但每个矿床具体的赋存矿物不尽相同。蚀变花岗岩型锂矿埋藏浅,产状平缓,云母粒径大,云母、长石和石英解离均较好,各个粒级的解离度均很高。因此,该类型矿床普遍具易采、易选的特点,然而较低的品位和目前偏低的资源价格限制了对该类型矿床的大规模开发。随着湘南地区花岗岩云母型锂矿勘查热潮兴起,2022~2024年大义山岩体南部地区连续开展过多次地质勘查工作。前期工作对大义山复式岩体空间侵位关系、超单元-细单元划分、岩体蚀变特征进行初步分析(湖南省地质调查院, 2002),为后续工作奠定了基础。
大义山岩体为燕山期多期次侵入的深成复式花岗岩基,受郴州-邵阳NW向隐伏基底断裂控制,侵入于震旦纪—二叠纪地层中,呈NW向展布;从SE南东至NW,岩浆期次呈早到晚分布趋势,岩体南部主要为早期的关口超单元和中期的汤市铺超单元,细单元由早到晚主要依次为:湖冲庵单元、下东卡坪单元、小恒单元、岩前单元、道士仙单元、杉树排单元、藤山坳单元和介头单元等,局部由于深部断裂原因出露少量泥板田超单元(湖南省地质调查院, 2002)。大义山南部地区金属矿产以岩体南东部大顺窿矿田锡铜多金属矿、岩体内部云英岩型锡矿为主,岩体西南端岩体接触带及泥盆系中统跳马涧组石英砂岩与泥盆系中统棋梓桥组碳酸盐岩接触界面发育小规模锡铜多金属矿。2019~2021年武汉地质调查中心通过在大义山地区的矿产地质调查,发现大义山岩体发育规模较好的蚀变花岗岩,通过取样测试分析锂、铷、铌、钽、铍等元素,认为其具备大型稀有金属矿床找矿潜力(Lu et al., 2021;2022;张遵遵等,2023;Zhang et al., 2024)。
近几年较多学者认为,大义山岩体锂矿床类型主要为蚀变花岗岩型和云英岩型(李建康等,2014;张遵遵等,2023;郭春丽等, 2024)。蚀变花岗岩型锂矿体主要赋存于汤市铺晚期介头单元二云二长花岗岩中(孙海瑞等,2021),w(Li2O)偏低(平均约0.22%),矿石矿物主要为云母类矿物,脉石矿物主要为石英、钾长石、钠长石等,矿体规模大、产状缓、埋藏浅,适合露天开采。云英岩型锂矿体w(Li2O)较高(平均0.55%),矿石矿物同样为云母类矿物,脉石矿物主要为石英,矿体规模小,产状陡,适合地下开采。在目前碳酸锂价格低迷的情况下,两种类型锂矿暂不具备单独开采的价值。
2 找矿突破2022~2024年期间,在“湖南省桂阳县大冲里矿区勘探”和“湖南大义山岩体蚀变花岗岩型锂矿成矿规律及勘查标识研究”两个项目的支撑下,湖南省矿产资源调查所在大义山南部开展了大量的探槽、钻探、取样测试及综合研究工作,累计投入钻探20000余米,槽探约10000 m3,是大义山岩体南部地质工作程度最高、基础资料最丰富的地区。在大义山南部开展锂多金属矿勘查过程中,在汤市铺细单元花岗岩之间接触界线附近与断裂带交汇部位新发现一种特高品位花岗岩型锂矿体(图1),经钻探揭露,矿体单工程真厚度为1.30~17.68 m,平均真厚度约为5.30 m(图2a);单工程平均w(Li2O)为1.01%~1.93%,平均w(Li2O)达1.28%(表1)。该类型锂矿体主要矿石矿物为铁锂云母、锂多硅白云母(图2b~d),锂白云母、白云母等;脉石矿石主要为蚀变严重的钠长石、黄玉(图2b)和萤石,少量石英、电气石等。
据1∶5万区调资料(高建民等,1982)显示,大义山岩体中Li的背景值约为99×10-6,表明需要在背景值的基础上富集约65倍才能形成锂矿体,这在整个大义山地区尚属首次发现。目前只有少数钻孔揭露,与传统认识的大义山蚀变花岗岩型、云英岩型锂矿相比,该类型锂矿体具有品位高、厚度大、矿化单一的特征,具有良好的经济开采前景。因此,厘清蚀变花岗岩型特高品位锂矿的富集规律、控矿条件、成矿物质来源、成岩成矿时代等科学问题在大义山岩体南部具有重要意义,有望找到与锂辉石品位相当的云母型锂矿工业矿体,实现重大找矿突破。
3 认识与意义根据目前工作取得的成果,笔者得出的几点认识如下:
(1) 从矿石矿物组成分析,蚀变花岗岩型特高品位锂矿矿石中长石类矿物(钠长石、正长石)和云母类矿物(铁锂云母、锂云母、锂白云母、白云母)占比达80%以上,且云母矿物以鳞片状镶嵌在长石颗粒之间,或均匀分布在长石假晶中,石英含量较少,常在10%以下。长石蚀变现象显著,晶形多已发生变化,常以假晶形式存在。结合岩相学观察,笔者发现部分云母具有典型的交代现象,同时伴有黄玉、电气石、萤石等富挥发分矿物组合,黄玉也常见被绢云母、萤石相互交代,以上现象表明交代作用对锂成矿具有重要影响。
(2) 钻孔样品分析显示,蚀变花岗岩型特高品位锂矿体主要分布在花岗岩细单元界线附近,以叠加断裂或者是花岗岩细单元界线转折端部位最佳。大义山花岗岩各超单元之间为跃动接触,超单元内部的各单元之间以脉动接触为主,涌动接触次之;一般汤市铺超单元的早期单元之间多为涌动接触,晚期单元与早期单元之间则以脉动接触为主,涌动接触单元界线一般平缓圆滑,脉动接触单元界线一般陡峭弯曲,在汤市铺超单元的晚期单元与早期单元界线凸起部位是特高品位锂矿体最佳赋存部位,局部叠加断裂,矿体品位进一步富集升高。
(3) 目前大义山岩体南部蚀变花岗岩型特高品位锂矿体的控矿因素、成矿物质来源、成矿时代等成因机制尚未厘清,找矿方向也尚不清楚,制约了进一步的找矿突破。
表1大义山南部花岗岩型特高品位锂矿统计表Table 1 Statistical results of ultra-high-grade granite-type of Li deposits from southern Dayishan序号
钻孔号
真厚度/m
岩(矿)石名称
w(Li2O)/%
1
ZK003
3.06
蚀变花岗岩型锂矿石
1.93
2
ZK2'07
1.35
蚀变花岗岩型锂矿石
1.12
3
ZK2'10
5.34
蚀变花岗岩型锂矿石
1.10
4
ZK2'11
3.34
蚀变花岗岩型锂矿石
1.33
5
ZK408
5.00
蚀变花岗岩型锂矿石
1.18
6
ZK409
17.68
蚀变花岗岩型锂矿石
1.28
7
ZK410
1.35
蚀变花岗岩型锂矿石
1.01
平均
5.30
1.28
图1大义山南部矿区2’线剖面图
Fig. 1 Profile of line 2' in the southern Dayishan ore district
图2大义山南部矿区特高品位锂矿石样品及显微镜下照片 a. ZK2’07特高品位矿体岩芯,岩石较破碎;b. ZK409特高品位手标本;c. ZK409特高品位样品正交偏光照片,主要为呈细粒集合体状铁锂云母和锂多硅白云母,白云母含量较少;d. ZK409钻孔特高品位样品BSE照片,部分锂多硅白云母边部被交代形成铁锂云母 Tpz―黄玉;Ab―钠长石;Ms―白云母;Znw―铁锂云母;Li-Phl―锂多硅白云母
Fig. 2 Samples and photomicrographs of ores with high Li content in the southern Dayishan ore district a. The core in ZK2’07 ultra-high-grade orebody, with intermediate levels of fracturing; b. Hand specimen in ZK409; c. The ZK409 extra-high-grade sample under crossed-polarized light shows fine-grained aggregate textures of zinnwaldite and Li-phengite, with minor amounts of muscovite; d. Back-scattered electron image of sample in ZK409, with portions of the margins of Li-phengite overprinted by metasomatic alteration to form zinnwaldite Tpz―Topaz; Ab―Albite; Ms―Muscovite; Znw―Zinnwaldite; Li-Phl―Li-phengite
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参考文献
摘要
传统认识中,高品位锂矿(平均w(Li2O)>1%)主要为锂辉石伟晶岩。在新一轮找矿突破战略行动中,笔者在湖南大义山岩体南部发现一种特高品位蚀变花岗岩型锂矿体。根据钻孔揭露,w(Li2O)单工程最高可达1.93%,平均为1.28%,约为岩体平均背景值的65倍(岩体Li背景值约为99×10-6,换算w(Li2O)约为0.02%),具有较高的经济意义。与传统蚀变花岗岩型和伟晶岩型锂矿床不同,初步岩相学观察和19件岩芯样品矿物相分析表明,矿石中云母类矿物具含量高(最高可达40%)、片径小(约0.2~1.6 mm)的特征。锂主要赋存于铁锂云母和锂多硅白云母中,云母边缘发育热液交代迹象。该发现对大义山复式花岗岩体锂的超常富集规律有重要指示意义,今后有必要进一步对该类型锂矿开展综合地质调查和研究工作,也可为大义山岩体及周边地区类似找矿工作提供参考。
Abstract
Traditional conceptual frameworks posit that high-grade lithium (Li) deposits (w(Li2O)>1% on average) are primarily associated with spodumene pegmatites. During China’s recent National Mineral Resource Prospecting Breakthrough Program, the authors discovered a novel ultra-high-grade metasomatized granite-type Li orebody in the southern margin of the Dayishan composite granitic pluton in Hunan Province, China. Drill-core sampling revealed individual samples with Li2O concentrations as high as 1.93%, averaging 1.28%—an exceptional enrichment of nearly 65 times over the pluton’s background Li content (host rock Li averages ~99 ×10-6, equivalent to ~0.02%w(Li2O)). Unlike conventional metasomatized granite- or pegmatite-hosted lithium deposits, preliminary petrographic analysis and mineralogical characteristics of 19 drill-core samples indicate dominance of micas comprising up to 40% of the mineral assemblage, with flakes averaging 0.2~1.6 mm in size. Li hosted within zinnwaldite and Li-phengite, with hydrothermal metasomatic overgrowth textures observed along muscovite margins. This finding is critical for redefining Li enrichment mechanism within the Dayishan pluton, as it establishes a distinct magmatic-hydrothermal pathway for extreme Li concentration outside classic pegmatitic frameworks. Future investigations into this deposit type will require integrated geochronologic-thermodynamic modeling and three-dimensional structural analyses to elucidate the interplay of melt-fluid systems in such environments. Such efforts will not only refine exploration strategies for similarly anomalous lithophosphoric systems, but also provide geodynamic templates for evaluating undersampled crustal regions adjacent to the Dayishan pluton.
