桂西上二叠统合山组富锂黏土岩的发现及意义

姚双秋, 庞崇进, 温淑女, 梁 航, 卢光辉, 尹本纯, 覃 丰, 罗桥花

桂西上二叠统合山组富锂黏土岩的发现及意义

姚双秋1, 庞崇进2, 3, 温淑女2*, 梁 航2, 卢光辉1, 尹本纯1, 覃 丰1, 罗桥花4

(1.广西壮族自治区二七四地质队, 广西 北海 536005; 2.桂林理工大学 广西隐伏金属矿产勘查重点实验室, 广西 桂林 541004; 3.桂林理工大学 有色金属矿产勘查与资源高效利用协同创新中心, 广西 桂林 541004; 4.广西壮族自治区三一〇核地质大队, 广西 桂林 541213)

本文首次报道了桂西平果地区上二叠统合山组含铝土矿层上部黏土岩呈现锂矿化现象。Li2O品位可达0.20%～ 0.53%, 局部达到碳酸盐黏土型锂矿矿床工业指标, 具有良好的勘查开发潜力。XRD分析结果表明锂绿泥石和蒙脱石是合山组Li超富集黏土岩中最重要的锂赋存矿物。本文推测Li主要以锂的独立矿物——锂绿泥石形式存在, 部分Li可能以离子吸附形式赋存于蒙脱石中。地球化学分析结果表明合山组黏土岩主要来源于下伏基底碳酸盐岩以及晚二叠世中酸性火山岩。本次工作为探讨桂西平果地区上二叠统合山组黏土岩Li赋存状态和物质来源提供了初步约束, 对下一步查明富锂黏土岩的时空分布和明确锂矿找矿方向具有十分重要的意义。

上二叠统; 富锂黏土岩; 锂绿泥石; 碳酸盐岩和中酸性火山岩; 桂西平果地区

0 引 言

锂(Li)是最轻的关键金属, 广泛应用于航空航天、电子和医疗等领域, 是21世纪能源和轻质合金的理想材料, 被称为推动世界前进的重要资源(刘丽君等, 2019)。全球锂矿有3种类型, 包括盐湖型、伟晶岩型和沉积型, 其资源量分别为66%、26%和8% (Gruber et al., 2011; 毛景文等, 2019)。与世界主要的锂资源国相比, 我国的盐湖型和伟晶岩型锂矿均不占优势, 因此开展沉积型锂矿的成矿作用和成矿模型研究是发现和探明锂资源的关键(毛景文等, 2019)。温汉捷等(2020)发现贵州下石炭统九架炉组和云南中部下二叠统倒石头组出现Li超常富集, Li2O品位在0.10%～1.02%之间, 平均品位0.30%, 在7.2 km2的科研示范区内Li2O资源量(334)约34万吨, 达超大型规模。沉积型铝土矿常伴生Li、Ga、Nb、Sc和REE等有益元素, 是潜在的巨大沉积型锂资源库(张佳莉等, 2016; 钟海仁等, 2019)。桂西地区迄今已查明的铝土矿资源储量居全国前列, 是我国重要的铝土矿产地和资源开发基地之一。广西壮族自治区二七四地质队近期在开展沉积型锂矿调查时发现, 桂西平果等地区上二叠统合山组(铝土矿含矿层)黏土岩的Li2O品位高达0.50%, 厚度可达2 m(图1、2), 呈现出Li超常富集特征。目前关于桂西平果地区合山组黏土岩中Li赋存状态尚未有清晰认识。关键金属元素赋存状态是决定矿床可利用性的重要因素之一, 同时也是高效清洁利用关键金属和制备关键金属高值材料的理论基础(翟明国等, 2019)。因此, 本文以桂西上二叠统合山组黏土岩为研究对象, 运用ICP-MS和X射线衍射(XRD)分析方法, 确定黏土岩及共生的铝土矿的主量、微量元素和矿物组成特征, 结合已有的研究成果, 初步探讨富锂黏土岩中Li赋存状态。

(a) 华南西南部大地构造简图(据Yu et al., 2016); (b) 桂西平果地区铝土矿地质图与采样位置。

图2 桂西平果地区上二叠统合山组下段地层柱状图、采样位置及主要元素成分变化图

1 区域地质

桂西地区位于扬子板块西南部右江盆地(图1a), 属于特提斯构造域与滨太平洋构造域交汇地区(Wu et al., 1999; Metcalfe, 2006; Lepvrier et al., 2008), 其西北部毗邻峨眉山大火成岩省, 东部为华夏古陆, 北部为辽阔的华南腹地, 南部为Song Ma缝合带(可能是金沙江‒哀牢山缝合带的东延)。右江盆地为世界上罕见的浅水碳酸盐台地与深水海盆沉积共生的盆地, 是在早古生代褶皱基底上(加里东造山带)于晚古生代再裂陷形成的再生盆地。右江盆地构造演化经历了裂谷盆地(早泥盆世晚期‒晚泥盆世)、被动大陆边缘(早石炭世‒早三叠世)和前陆盆地(中三叠世)3个阶段(杜远生等, 2013)。中二叠世末东吴运动使盆地抬升为陆地并遭受剥蚀, 晚二叠世又逐渐下沉, 使上二叠统合山组与下伏茅口组呈平行不整合接触, 在茅口组灰岩凹凸不平的古侵蚀面上形成合山组铁铝岩或铝土矿层。早三叠世‒中三叠世, 盆地发育深水浊积岩。中二叠世末印支运动使右江盆地褶皱成山, 桂西地区的褶皱断裂带以北西向为主, 兼有近东西向、近南北向, 奠定了广西“山”字型基本构造格架。区域大断裂主要以北西向富宁‒凭祥断裂、右江断裂、南丹‒都安断裂以及北东向下雷‒灵马断裂、凭祥‒南宁断裂带为主, 形成了菱形棋盘式格局。桂西地区出露地层以古生界和新生界为主, 中生界较少, 依次为寒武系、泥盆系、石炭系、二叠系、三叠系、新近系和第四系(广西壮族自治区地质勘查开发局, 1985)。百色、巴马、八渡、那坡等地区出露OIB型高钛玄武岩, 平行不整合接触于中二叠统茅口组灰岩之上, 其喷发时限以及地球化学特征均可与峨眉山高钛玄武岩对比, 可能是峨眉山大火成岩省的延伸部分(范蔚茗等, 2004)。

研究区位于平果背斜翼部, 背斜轴部为泥盆系碳酸盐岩及石炭系生物碎屑灰岩夹白云岩、白云质灰岩、鮞粒灰岩;翼部为中下二叠统灰岩、生物屑灰岩夹白云岩, 上二叠统碎屑岩、碳酸盐岩及三叠系灰岩、碎屑岩, 断层极少发育, 地层出露较完整(图1)。其中, 上二叠统合山组为一套滨海相或海陆交互相碎屑岩及碳酸盐岩地层, 底部多见厚度不一的铝土矿层或铝土岩、铁铝岩层, 是桂西喀斯特型铝土矿的含矿层位(图2)。在大部分地区合山组可分为上下两段。合山组下段由下往上分别为: ①铁铝岩层, 厚0～2.5 m, 主要由含铁绿泥石、黄铁矿、褐铁矿及少量一水硬铝石等组成; ②铝土岩层, 厚0～2 m,主要由含铁泥岩、黄铁矿、褐铁矿、一水硬铝石等组成; ③铝土矿层, 厚0～3.5 m, 主要由一水硬铝石、三水硬铝石、胶铝石、黄铁矿、褐铁矿等组成; ④炭质页岩层(煤层), 含结核状、透镜状或星点状黄铁矿, 厚度不稳定(0～10 m); ⑤灰色中厚层白云岩和灰黑色含燧石结核生物碎屑灰岩, 层中有时夹炭质页岩、煤线及星点状黄铁矿, 厚约25.8 m, 产珊瑚、䗴、海百合及腕足类化石。合山组上段为深灰色薄层微晶灰岩, 层间夹薄层钙质页岩或铝土页岩, 厚约4.9 m, 产䗴、珊瑚、腕足类、有孔虫及少量海绵化石。

2 样品与实验分析

广西壮族自治区二七四地质队在开展隆安‒平果‒田东地区锂矿普查工作时, 发现平果背斜北东翼上二叠统合山组底部铝土矿层上部炭质泥岩和页岩的Li2O品位在0.3%～0.5%之间, 矿层厚约1 m, 背斜南西翼的铝土矿层上部炭质泥岩的Li2O品位达0.1%～0.2%(内部报告)。调查结果显示, 平果背斜合山组底部铝土矿层上部炭质泥岩和页岩Li富集明显, 具有较好的找矿前景。本文选取桂西平果地区旧城‒那豆剖面上二叠统合山组下段铝土矿层及上覆黏土岩样品共8件(图1、2), 开展全岩主量、微量元素组成和X射线衍射分析(XRD), 从地球化学和矿物学角度探讨黏土岩中Li元素的赋存状态。

全岩主量和微量元素分析在贵州同微测试科技有限公司完成。主量元素含量采用Thermo Fisher ARL Perform’X 4200型荧光光谱仪(XRF)测定。微量元素含量使用配有CETAC 560自动进样器的Thermo Fisher iCAP RQ型电感耦合等离子质谱(ICP-MS)测定。

XRD分析测试在桂林理工大学有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室X射线衍射室采用X’ Pert PRO仪器完成。电压40 kV, 电流40 kV, CuKα1靶辐射, 索拉狭缝2.5°, 发散狭缝1.0 mm, 防散射狭缝1.0 mm, 接受狭缝0.2 m。采用步进扫描方式, 扫描范围5°～80°。利用Highscore Plus软件并结合PDF-2004数据库进行物相定性分析, 准确鉴定样品的矿物类型。

3 分析结果

3.1 主量和微量元素

桂西平果地区上二叠统合山组黏土岩和铝土矿的主量和微量元素分析结果见表1。铝土矿样品 主要成分是Al2O3(75.78%)、TiO2(4.68%)、SiO2(1.53%)和Fe2O3T(1.68%)。黏土岩主要成分是SiO2(30.52%～64.25%)、Al2O3(23.07%～39.11%)、Fe2O3(2.14%～15.73%)、TiO2(0.55%～2.22%)和MgO(0.38%～ 1.17%)。其中黏土岩中SiO2与Al2O3呈明显负相关关系, TiO2与Al2O3呈正相关关系(图3a、b)。铝土矿样品Li含量较低(11.3 μg/g), 而黏土岩的Li含量变化范围较大(3.56～2460 μg/g), 其中黑色炭质页岩样品(HD4762)Li含量高达2460 μg/g(Li2O=0.53%; 表1、图2), 具有超富集Li的特征, 且黏土岩中Li含量与Al2O3呈明显正相关关系(图3d)。除此之外, 黏土岩样品中Zr和Th含量也随着Al2O3含量增加而增加(图3c、e)。在Hf-Zr和Ta-Nb不活动元素相关性图解上, 黏土岩样品与基底碳酸盐岩、砂页岩呈现很好的相关关系(图4)。铝土矿和黏土岩都相对富集Zr、Hf、U、Pb、V和C元素, 相对亏损Rb、Sr、Ba、Sc、Co和Ni元素(图5a)。除元素Li和Ce外, 铝土矿与黏土岩整体上具相似微量元素分布特征(图5a), 但铝土矿稀土元素总量(ΣREE=29.4 μg/g)低于黏土岩稀土总量(ΣREE=87.9～825 μg/g)(表1, 图5b)。

表1 平果地区上二叠统合山组铝土矿和黏土岩的主(%)、微量(μg/g)元素含量

续表1:

3.2 矿物物相鉴定

平果地区铝土矿和黏土岩样品岩相学特征和XRD图谱分别见图6和图7。结果显示, 铝土矿和黏土岩样品的物相组成明显不同。铝土矿样品(HBT001-3)由一水硬铝石(97%)和锐钛矿(3%)组成。贫锂的黏土岩样品(HTC011-4和HBT007-7; Li2O＜ 0.1%)主要矿物是高岭石、叶腊石和石英, 此外还出现一水硬铝石和绿泥石。而富锂黏土岩样品(Li2O≥0.1%)含有高岭石、蒙脱石、绿泥石、叶腊石和一水硬铝石(图7), 其中部分样品出现锐钛矿、针铁矿、伊利石、白云母和石英等矿物。值得注意的是, XRD图谱显示黏土岩样品(HTC005-4和HD4762-1; Li2O＞0.2%)中超富集锂, 含锂的独立矿物锂绿泥石。

4 讨 论

4.1 平果地区合山组富锂黏土岩的发现与锂的赋存状态

桂西平果铝土矿是我国大型铝土矿矿床, 分为原生矿(又称古风化壳型或喀斯特型铝土矿)和堆积矿, 堆积矿是原生矿在表生条件下经长期风化剥蚀堆积而形成的次生矿床(李启津等, 1981)。原生铝土矿是产于上二叠统合山组底部、下二叠统茅口组灰岩古喀斯特侵蚀面上的沉积型铝土矿(李普涛和张起钻, 2008)。如前所述, 合山组底部为含铝碎屑沉积岩系, 由下向上依次为铁铝质黏土岩→铝土质黏土岩→铝土矿→黏土岩夹煤层(图2)。本次工作证实旧城背斜北东翼D4762点炭质页岩(HD4762-1)样品的Li2O品位为0.53%, 高于背斜南西翼的TC005、TC012以及BT001等工程的铁铝质泥岩(HTC005-4, HTC012-1, HTC012-2)和炭质页岩(HBT001-7)样品的Li2O品位(0.10%～0.21%)(图1, 表1), 赋矿岩性为合山组底部铝土矿层上部铁铝质泥岩和炭质页岩(图2)。旧城背斜合山组底部铝土矿层上部炭质泥岩Li富集明显, 具有较好的找矿前景。本次研究的那豆背斜泥岩(HTC011-4, HBT007-7)以及铝土矿(HBT001-3)样品中Li2O品位却不高(<0.03%)。但区域调查结果显示, 那豆背斜两翼以及南圩向斜两翼有多件泥岩样品中Li2O品位达0.05%～0.10%(内部报告), 也反映了该区锂矿化富集现象较明显。因此, 本次工作发现平果地区上二叠统合山组底部铝土矿层上部黏土岩呈现锂矿化现象。

图3 平果地区上二叠统合山组黏土岩和铝土矿主量、微量元素协变图(玄武岩、酸性火山岩和上地壳成分范围据Zhong et al., 2013)

图4 合山组富锂黏土岩和铝土矿与下伏中二叠统茅口组灰岩以及寒武纪‒石炭纪沉积岩不活动元素相关图

平均上地壳组成据Rudnick and Gao, 2014; 球粒陨石标准化值据Sun and McDonough, 1989; 其余数据来源同上。

XRD分析结果显示, 桂西平果合山组铝土矿样品主要矿物为一水硬铝石, 其次为锐钛矿(图7)。样品Li含量远低于铝土矿中锂综合利用的指标(Li2O ≥500 μg/g; 温汉捷等, 2020)。张佳莉等(2016)研究显示桂西靖西‒德保地区铝土矿Li含量较低(1.94～40.3 μg/g), 这意味着桂西地区典型铝土矿是相对贫锂的。尽管平果地区上二叠统合山组铝土矿层上部黏土岩的Li含量整体上较铝土矿样品高, 但其Li含量变化范围却很大。样品岩性特征和Li富集程度具有如下规律: ①黑色含炭质铝土质页岩(煤)(样品HBT001-7和HD4762-1)中Li2O含量为483～2460 μg/g, 部分样品具有Li超富集的特征; ②灰白色‒灰色铁铝质泥页岩(样品HTC005-4、HTC012-1和HTC012-2)中Li2O含量为429～981 μg/g, 具有一定程度富集; ③灰黑色含粉砂质铁铝质泥岩(样品HBT007-7和HTC011-4)中Li2O含量为3.56～ 133 μg/g, 几乎无Li富集。由此可见, 随着铝铁质、碎屑含量和风化强度的增加(铝土质→铝铁质→铝土矿), Li含量迅速降低。这表明铝质含量较为适中的黏土化阶段最有利于Li富集, 与云南滇中盆地下二叠统倒石头组富锂黏土岩锂分布情况类似(温汉捷等, 2020)。

如图7所示, 平果上二叠统合山组贫锂黏土岩的矿物组成有高岭石、正绿泥石、叶腊石、一水硬铝石和石英。而与贫锂黏土岩矿物组成明显不同的是, 富锂黏土岩还普遍出现蒙脱石、蒙脱石‒高岭石混层以及锂绿泥石等矿物。尤其是同时含有蒙脱石和锂绿泥石等矿物的黏土岩样品具有更高的Li含量(Li2O≥0.20%; 表1, 图7), 表明蒙脱石和锂绿泥石很可能是合山组黏土岩最重要的锂赋存矿物。宋云华等(1987)研究表明, 以高岭石为主的软质黏土岩Li2O含量为0.036%～0.076%; 以高岭石为主含少量伊利石、锂绿泥石和叶腊石的软质黏土岩Li2O含量为0.138%～0.217%; 而以锂绿泥石为主含大量有机质的炭质页岩Li2O含量为1.41%。滇中盆地下二叠统倒石头组黏土型锂矿床中Li主要以吸附形式赋存于黏土岩的蒙脱石相中, 部分进入蒙脱石矿物结构(温汉捷等, 2020)。本次研究中最富锂的样品具有高镁低铁的特征(样品HD4762-1; 表1), 表明Li主要赋存于富镁黏土矿物即蒙脱石中。综合XRD分析和微量元素测试结果, 推测平果上二叠统合山组富锂黏土岩中Li主要赋存于蒙脱石和锂绿泥石中, Li在蒙脱石中很可能以离子吸附形式存在。

4.2 锂的物质来源

桂西上二叠统合山组富锂黏土岩赋存于含铝土矿的碎屑沉积岩系中, 分析铝土矿及共生碎屑岩的物源特征对于揭示Li的物质来源具有重要的指示意义。早期关于铝土矿成矿物质来源的认识包括茅口组灰岩或“基底说”(曹信禹, 1982; 戴塔根等, 2003; 王力等, 2004)、“大明山古陆说”或“大新古陆说”(万兵等, 1981)和“峨眉山玄武岩来源”说(陈其英和兰文波, 1991)。近年来学者们发现桂西上二叠统合山组铝土矿和碎屑岩的碎屑锆石U-Pb年龄集中在253～ 263 Ma, 从而提出铝土矿成矿物质来自峨眉山大火成岩省酸性岩浆岩(Deng et al., 2010)、古特提斯二叠纪酸性火山岩(侯莹玲等, 2014; Hou et al., 2017)或者两碎屑物质的混合(Yu et al., 2016)。依据铝土矿和共生碎屑岩中的碎屑锆石具有负的Hf()值(–0.7～ –26.7), 侯莹玲等(2014)认为平果地区合山组铝土矿的物源为古特提斯岛弧火山灰而非峨眉山大火成岩省, 因为后者酸性岩的Hf()值均为正值(Xu et al., 2008)。Yu et al. (2016)也认为平果和来宾地区铝土矿的成矿物质主要来源于华南与印支板块之间的晚二叠世弧火山岩。

图6 平果地区上二叠统合山组铝土矿和富锂黏土岩岩相学特征

D. 一水硬铝石; A. 锐钛矿; K. 高岭石; Mt. 蒙脱石; Chl. 正绿泥石; Ck. 锂绿泥石; Ill. 伊利石; Pyl. 叶腊石; Gt. 针铁矿; Ms. 白云母; Q. 石英。

沉积岩母岩风化过程中, 大部分活动性元素例如Na、K、Ca和Mg会发生丢失, 但Al、Ti、Zr、Hf、Nb和Ta为不活动性元素, 不易丢失。研究表明Al和Ti元素从母岩到粉砂岩或页岩的分异并不明显, 因此大部分碎屑沉积岩的Al/Ti值与母岩基本相同(Hayashi et al., 1997)。通常认为, 基性火成岩的Al2O3/TiO2值为3～8, 中性火成岩的Al2O3/TiO2值为8～21, 酸性火成岩Al2O3/TiO2值为21～70(Hayashi et al., 1997)。平果合山组黏土岩的Al2O3/TiO2值为15～42, 暗示其很可能来源于中酸性火成岩。侯莹玲等(2014)获得平果那豆铝土矿和共生碎屑岩样品的Al2O3/TiO2值为18～50, 也反映其母岩中酸性成分占了很大比例。酸性岩富集Th, 但基性岩富集Sc, 在沉积循环过程中Th/Sc值不发生明显变化, 常用来示踪沉积岩的物源特征; 而Zr/Sc值在沉积循环过程中会明显升高, 可作为沉积岩锆石富集的指标(Wang et al., 2014)。在Th/Sc-Zr/Sc图解(图3f)上, 黏土岩样品呈明显的正相关关系, 表明其地球化学组成反映了物源区的特征。黏土岩样品主要落在酸性火山岩附近(图3f), 指示其很可能来源于酸性火山岩。Li是不相容元素, 具有活泼的地球化学性质, 在化学循环过程中趋向于在上地壳中富集。研究表明, 在俯冲大陆边缘弧后伸展和大陆内伸展构造背景下, 地幔基性岩浆上侵导致上地壳重熔, 喷发富含锂的酸性凝灰质火山岩, 有利于形成火山喷发‒沉积有关的黏土型锂矿床(Hofstra et al., 2013; Benson et al., 2017)。本次分析的黏土岩中一个样品的碎屑锆石具有明显的～260 Ma年龄峰值(项目组未发表数据), 与平果合山组铝土矿及其共生碎屑岩的碎屑锆石年龄峰值(253～262 Ma; 侯莹玲等, 2014)一致, 说明富锂黏土岩很可能是与古特提斯洋俯冲有关的晚二叠世中酸性火山岩风化剥蚀的产物。

值得注意的是, 研究区黏土岩样品与下伏基底岩石, 如寒武纪砂页岩、泥盆纪灰岩和泥灰岩、石炭纪灰岩以及二叠纪灰岩的不活动元素对(Hf-Zr和Ta-Nb)呈现较好的正相关关系。其中, 泥盆纪灰岩和二叠纪茅口组灰岩与黏土岩样品的线性关系最显著(图4)。在稀土元素配分模式图上(图5b), 除Ce元素外, 黏土岩与茅口组灰岩具有相似的配分型式。这些特征说明下伏基底碳酸盐岩很可能是桂西地区合山组黏土岩的重要的物源之一。温汉捷等(2020)发现贵州、云南地区晚石炭世、早二叠世富锂黏土岩与下伏基底碳酸盐岩的微量元素组成具有很好的线性相关关系, 提出贵州、云南等地区黏土型锂矿的成矿物质来自其基底的不纯碳酸盐岩, 碳酸盐岩风化过程中形成的碱性环境有利于蒙脱石的形成, 而蒙脱石对Li的吸附富集起到了重要的作用。由于缺乏下伏基底碳酸盐岩的Li含量的相关研究, 这些碳酸盐岩对桂西地区上二叠统合山组富锂黏土岩成矿物质的贡献仍有待进一步探讨。综上分析, 认为桂西地区上二叠统合山组富锂黏土岩的物质来源不是单一的, 下伏基底碳酸盐岩以及晚二叠世中酸性火山岩均可能为黏土岩提供了碎屑物质。

4.3 对找矿勘查的指示意义

沉积型锂矿的形成主要受控于Li的赋存状态和物质来源等关键因素, 而且Li的赋存状态直接关系到Li的提取和矿床可用性。除了欧洲贾达尔盆地发现含锂矿物羟硼硅钠锂石(LiNaSiB3O7(OH))外, 国内外目前探明的沉积型锂矿床中的Li主要以吸附或者类质同象方式赋存于蒙脱石、伊利石等黏土矿物中(于沨等, 2019; 温汉捷等, 2020)。调查发现, 河南石炭系本溪组(含铝土矿层)黏土岩Li2O含量高达1.76%, 而其中Li主要以锂的独立矿物——锂绿泥石形式存在(沈丽璞等, 1986; 宋云华等, 1987)。本次工作发现蒙脱石和锂绿泥石是桂西平果上二叠统合山组黏土岩中Li的主要赋存矿物, 其中锂绿泥石的存在尤为重要。因此, 下一步矿产普查过程中, 应加强对黏土岩的黏土矿物类型、组合及其在剖面中的分布规律的研究, 深入取样调查, 进一步查明合山组富锂黏土岩中Li的赋存形式。

本次研究发现平果地区合山组富锂黏土岩与下伏基底碳酸盐岩具有继承关系, 而晚二叠世中酸性岩浆岩也为其提供了碎屑物质。因此, 下一步应加强桂西地区晚二叠世沉积环境和古地理的研究, 分析下伏基底碳酸盐岩和古陆砂页岩的Li元素含量与富集规律, 探讨富锂黏土岩与古陆、岩浆活动的时空分布规律, 实现找矿突破。

5 结 论

(1) 桂西平果地区上二叠统合山组含铝土矿层上部炭质和铁铝质黏土岩呈现Li超富集特征(Li2O≥0.20%)。富锂黏土岩中Li主要赋存于锂绿泥石中, 部分Li可能以离子吸附形式赋存于蒙脱石中。

(2) 平果地区上二叠统合山组富锂黏土岩的物质来源不是单一的, 下伏基底碳酸盐岩以及晚二叠世中酸性火山岩均可能为富锂黏土岩提供了碎屑物质。

衷心感谢中国科学院地球化学研究所温汉捷研究员和匿名专家对本文提出的宝贵修改意见。

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Li-rich Claystone in the Upper Permian Heshan Formation in Western Guangxi and its Prospecting Significance

YAO Shuangqiu1, PANG Chongjin2, 3, WEN Shunv2*, LIANG Hang2, LU Guanghui1, YIN Benchun1, QIN Feng1and LUO Qiaohua4

(1. 274 Team of Guangxi Bureau of Geology, Beihai 536005, Guangxi, China; 2. Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China; 3. Collaborative Innovation Center for Exploration of Nonferrous Metal Deposits and Efficient Utilization of Resources, Guilin University of Technology, Guilin 541004, Guangxi, China;4. 310 Nuclear Team of Guangxi Bureau of Geology, Guilin 541213, Guangxi, China)

This paper reports the first discovery of lithium mineralized claystones in the Late Permian bauxite-bearing Heshan Formation in the Pingguo area in Western Guangxi, China. The contents of Li2O reach up to 0.2%–0.5%, which exceed the minimum grades of industry utilization for lithium, indicating a good exploration prospect. XRD analytical results show that cookeite and montmorillonite are the most important host minerals of lithium in the Li-rich claystones from the Heshan Formation. We suggest that Li mainly occurs as discrete minerals (i.e. cookeite), and partly adsorbed by clay minerals (i.e. montmorillonite). Combined with the published data, geochemical results in this study suggest that the claystones of the Heshan Formation were dominantly sourced from the weathered products of the underlying carbonate rocks and the Late Permian intermediate-felsic volcanic rocks in the southwestern South China. The results of this study not only provide preliminary constraints on the occurrence of Li and the provenance of Li-rich claystones from the Upper Permian Heshan Formation in the Pingguo area in Western Guangxi, but are also of great importance to investigate the tempo-spatial distribution of Li-rich claystones and determine the future Li-ore prospecting targets.

the upper Permian; Li-rich claystone; cookeite; Carbonate rocks and intermediate-felsic volcanic rock; western Guangxi

2020-04-26;

2020-07-20;

2020-09-15

国家自然科学基金项目(41803020)、有色及贵金属隐伏矿床勘查教育部工程研究中心项目(2018GCZX001)和广西桂西地区锂矿资源调查评价项目联合资助。

姚双秋(1983–), 男, 硕士, 高级工程师, 矿产普查与勘探专业。Email: ysq274@163.com

温淑女(1985–), 女, 博士, 主要从事岩石学与大地构造研究。 Email: wenshunv@glut.edu.cn

P588.2; P618.71

A

1001-1552(2021)05-0951-012

10.16539/j.ddgzyckx.2020.04.019