新疆阿尔金地区黄龙岭超大型伟晶岩型锂矿床的发现及找矿意义

2023-11-02王核马华东张嵩杜晓飞黄亮蔡铭泽陈根文朱炳玉王强王堃宇邢春辉王威邱林沈明宏

岩石学报 2023年11期

王核马华东张嵩杜晓飞黄亮蔡铭泽陈根文朱炳玉王强王堃宇邢春辉王威邱林沈明宏

1. 中国科学院广州地球化学研究所,广州 510640 2. 中国科学院大学,北京 100049 3. 新疆自然资源与生态环境研究中心,乌鲁木齐 830000 4. 中国科学院地球化学研究所,贵阳 550002

随着新能源汽车、储能技术及可控核聚变技术的迅速发展,锂在新能源领域受到高度关注,被誉为“21世纪的能源金属”、“绿色能源金属”和“白色石油”,是国家发展新能源资源战略的重心(李建康等, 2014; Lietal., 2019; 刘丽君等, 2017; 王登红等, 2018; 翟明国等, 2019; 王核等, 2021, 2023)。我国是锂资源消费大国,锂原料长期依赖大量进口,随着“逆全球化”趋势愈发明显,我国的锂资源供应面临严重威胁。因而锂等稀有金属战略性低碳矿产资源储备关系到我国的能源安全和环境安全,也关系到我国的经济安全和国防安全。对于国内供应能力不足、境外资源获取风险增加的现状,急需通过科技创新在国内圈定新的锂资源基地,切实提高锂资源的自主供应能力。

近年来我国伟晶岩型锂矿找矿取得多处突破(付小方等, 2015; 王秉璋等, 2020; 秦克章等, 2021; 王核等, 2017, 2020),其中川西甲基卡-西昆仑白龙山锂矿带构成了全球最为瞩目的古特提斯巨型锂成矿带(王核等, 2022)。

阿尔金地区花岗伟晶岩相当发育,近年来陆续发现了瓦石峡南锂矿、恰达克锂矿、吐格曼锂铍矿、阿亚克(吐格曼北)锂矿、库木萨依锂矿、沙梁西锂矿、塔什达坂锂矿等一批中型锂矿床(徐兴旺等, 2019; Gaoetal., 2021; 张焕等, 2022; 王核等, 2022年),成为我国伟晶岩型锂矿床的找矿新区带。最近,我们在距离库木达坂东10km的黄龙岭一带发现了十余条规模较大的含锂辉石矿化的伟晶岩脉群,并开展了地质调查、填图和地表取样工作,初步圈定出长大于4500m、宽大于1000m的含锂辉石矿伟晶岩脉群;在该伟晶岩群内圈定出16个矿体,长390～4230m,厚1.2～40.85m,Li2O平均品位1.26%～3.60%。初步估算矿区潜在资源量为186.08万t Li2O、4.95万t BeO和11.85万t Rb2O,达到超大型(Li2O>50万t)远景规模。黄龙岭锂矿床是项目团队继发现西昆仑白龙山超大型锂矿床后,发现的又一个超大型矿床。

1 成矿地质背景

阿尔金造山带位于青藏高原北缘,处于柴达木地块、祁连昆仑造山带及塔里木板块之间,是由原特提斯洋俯冲碰撞/增生造山作用所形成的复合型造山带(Liuetal., 2012; Caoetal., 2019; Hongetal., 2021)。由北向南可划分为红柳沟-拉配泉蛇绿混杂岩带、阿中地块、江嘎萨依-巴什瓦克高压变质增生杂岩带和阿帕-芒崖蛇绿混杂岩带等4个构造单元。

稀有金属矿产主要分布在阿中地块,该地块主要发育新太古-古元古界阿尔金岩群角闪岩相变质岩、长城系巴什库尔干岩群高绿片岩相变质岩、蓟县系-青白口系塔昔达坂群、索尔库里群绿片岩相碎屑岩、碳酸盐岩和中-上奥陶统环形山组碳酸盐岩。古生代是阿尔金构造带岩浆活动的鼎盛时期,在阿中地块发育了大量基性-中性-酸性复式侵入岩,这些岩体总体呈东西向带状分布,自北向南依次为苏勒克萨依基性岩体、库木达坂岩体(群)、苏吾什杰岩体(群)、帕夏拉依档岩体(群)和清水泉基性岩体。区域地质构造较为复杂,混合岩化强烈。

阿中地块矿产类型丰富,以铁、铜、镍、金、稀有金属、萤石、石英岩、煤、云母、石膏、石棉、白云岩、玉石(蛇纹石玉)为主,发育卡尔恰尔超大型萤石矿床、皮亚孜达坂大型萤石矿床、托盖里克超大型石英岩矿床、康图盖大型石英岩矿床、巴什瓦克大型石棉矿床、塔什达坂大型白云岩矿床以及沙梁西中型铁矿等。

阿尔金地区锂等稀有金属矿产在2018年之前,研究和勘查程度非常低。1958～1959年,新疆地质局库巴队五分队在阿尔金和阿牙克库木湖一带开展了1:100万地质矿产普查工作,对东云母矿、西云母矿和帕夏拉依档云母矿点进行了检查;1974年,新疆地矿局第三地质大队二分队在若羌瓦什峡及且末哈达里克进行了白云母及玉石矿点检查工作,检查瓦什峡白云母矿脉4条,提交了《新疆若羌瓦什峡及且末哈达里克白云母玉石矿点检查简报》。2018年,河南省地质矿产勘查开发局第二地质勘查院完成了“新疆阿尔金北缘拜什托格拉克一带1:5万J45E011012、J45E011013、J45E011014三幅区域地质矿产调查”项目,发现了瓦石峡南(拖盖勒克、沙锂沟)中型锂矿床(何鹏, 2021);2019年,新疆地质矿产勘查开发局第三地质大队完成了新疆地质勘查基金项目“新疆若羌县吐格曼一带伟晶岩型稀有金属矿及红柱石矿、石墨矿预查”项目,发现了吐格曼小型铍矿床及阿亚克(吐格曼北)中型锂矿床。2020年以来,恰达克、库木萨依、沙梁西、塔木切(塔什达坂北)、塔什达坂(李鹏霄等, 2022)等一批中型锂矿床相继被发现(图1)。对于阿尔金锂矿的研究,主要是徐兴旺研究团队对吐格曼一带的稀有金属矿床的成矿特征、成岩成矿年龄、成矿机制等进行了初步研究(徐兴旺等, 2019, 2020; 李杭等, 2020, 2022; Hongetal., 2021)。

图1 阿尔金造山带地质简图与锂铍矿床分布(据王小凤等, 2004)1-江嘎萨依锂矿;2-瓦石峡南锂矿;3-恰达克锂矿;4-瓦南1区锂矿;5-吐格曼锂铍矿;6-阿亚克锂矿;7-康吐盖锂矿;8-库木萨依西锂矿;9-库木萨依锂矿;10-沙梁西锂矿;11-黄龙岭锂矿;12-塔木切锂矿;13-塔什达坂锂矿;14-塔什达坂东锂矿Fig.1 Simplified geological map of the Altyn Tagh orogenic belt in NW China (after Wang et al., 2004)1-Jianggasayi lithium deposit; 2-Washixianan lithium deposit; 3-Qiadake lithium deposit; 4-Wanan 1 lithium deposit; 5-Tugeman lithium deposit; 6-Ayake lithium deposit; 7-Kangtugai lithium deposit; 8-Kumusayxi lithium deposit; 9-Kumusayi lithium deposit; 10-Shaliangxi lithium deposit; 11-Huanglongling lithium deposit; 12-Tamuqie lithium deposit; 13-Tashidaban lithium deposit; 14-Tashidabandong lithium deposit

2 黄龙岭伟晶岩型锂矿床的发现及矿床地质特征

黄龙岭超大型锂矿床位于库木达坂东10km处(图2),行政区划隶属于若羌县。2021年底,我们在沙梁西发现了锂矿化伟晶岩脉,目前通过勘探已达中型规模,在沙梁西锂矿以西相关勘查单位也相继发现了库木萨依锂矿床和库木萨依西锂矿床。这几个锂矿床均位于库木达坂花岗岩岩体群的北部。根据伟晶岩脉对称分带找矿模式(王核等, 2020),我们预测在库木达坂花岗岩岩体群的南部应有望找到新的锂矿床。库木达坂花岗岩岩体群由7个侵入体组成,出露面积约125km2,呈北东东向展布,该岩体群的锂异常在整个阿尔金造山带中规模最大、异常值最高,最高异常值点可达252×10-6。黄龙岭超大型锂矿床位于库木达坂花岗岩岩体群的南部高值点以西及高值点处,在其南翻过高山断崖出露一个中型锂矿床——塔木切锂矿床。该矿床的矿体向南高山处伟晶岩脉变宽,锂辉石晶体变粗大且品位变富,推测山脊北部的高值点处是找矿的有利区带。我们对黄龙岭一带进行详细的野外地质调查,开展了野外地质填图和剖面测量取样,确定黄龙岭为一处新的超大型锂矿床,这也是在阿尔金造山带中发现的首例超大型锂矿床。

图2 阿尔金山库木达坂一带的地质简图和黄龙岭锂矿床的位置Fig.2 A sketched geological map of the Kumudaban area in the Altyn Tagh orogenic belt

2.1 矿区地质

矿区主要呈一单斜构造,矿区内各种岩石中片理和节理均比较发育,常出现紧闭小褶皱。出露地层主要为中元古界长城系巴什库尔干岩群(ChB)变质岩和第四系(Q)冲积物。巴什库尔干岩群以片岩、变粒岩类为主夹大理岩,地层产状倾向125°～145°,倾角一般在35°～55°之间。矿区范围内未见花岗岩,矿区以北2km出露库木达坂早古生代花岗岩岩体,主要由细粒黑云二长花岗岩和中粒黑云二长花岗岩组成,含细粒角闪黑云石英闪长岩包体。

矿区内出露数十条花岗伟晶岩岩脉,其中含矿花岗伟晶岩脉有16余条,脉体走向主要呈北东-南西向,主含矿伟晶岩脉长大于4270m,宽18.3～45m,其他伟晶岩脉长度介于370～2980m之间,宽度介于1.2～25m之间(图3)。

图3 阿尔金山黄龙岭锂矿床主要矿体地质简图Fig.3 A sketched geological map showing major ore bodies of the Huanglongling lithium deposit in the Altyn Tagh orogenic belt

含矿花岗伟晶岩脉多顺层侵入地层中,与围岩之间界线清楚,倾角一般在35°～55°之间,同一岩脉之顶底板产状基本一致。伟晶岩形态一般呈较规则的板状、似层状或脉状,局部具膨胀收缩现象。含矿伟晶岩脉主要由石英、锂辉石和长石组成,其次为白云母、锂云母、电气石等,局部偶见极少量的绿柱石。

矿区内区域变质作用普遍发育, 岩石结晶程度较高,主要变质矿物组合有黑云母+石英+斜长石+白云母+(石榴石),夕线石+石榴石+黑云母+斜长石+石英,方解石+黑云母+石英+斜长石,黑云母+白云石+方解石,角闪石+斜长石+黑云母,角闪石+透辉石+斜长石+绿帘石,变质达高绿片岩相。

2.2 矿体地质特征

矿区主要出露一条长约4500m,宽度约1000m的含锂辉石伟晶岩脉群(图3),总体产状表现为125°～145°∠41°～55°。通过大比例尺填图,目前在该伟晶岩脉群中圈出1条规模巨大的矿体,标记为Li-1(图4a),并在Li-1矿体南北两侧,圈定了十余条规模不等的锂矿体,其中Li-1、Li-2(图4b)矿体规模较大。16条矿体的主要特征描述如下:

Li-1号矿体从西向东贯穿整个矿区,呈北东东-南西西向。地表出露长约4270m,横亘于整个山崖(图4c),宽度18.3～45m,平均厚度27.76m,呈厚板状、层状,延伸稳定(图4c),Li2O品位0.4%～5.53%。

Li-2号矿体与Li-1号矿体平行,地表出露长约2980m,宽度9.9～24m,平均厚度13.63m,呈厚板状、层状,延伸稳定,Li2O品位0.4%～3.74%。

Li-3号矿体:位于矿区北部。地表出露长约370m,厚度1.70m,似层状展布,Li2O品位3.80%。

Li-4号矿体位于Li-2号矿体北,与Li-2号矿体平行。地表出露长约1280m,平均厚度2.83m,呈厚板状、层状,延伸稳定,Li2O品位2.14%Li-5号、Li-6号、Li-7号矿体、Li-8号矿体出露于Li-1和Li-2矿体之间,出露长约520～1290m,厚度1.20～3.30m,似层状、脉状展布,Li2O品位0.95%～2.61%。Li-5号、Li-6号向西与Li-7号矿体合成1条矿体。

Li-9号、Li-10号、Li-11号矿体位于Li-1矿体南侧,向西尖灭成1条矿体,矿体出露长约530～1280m,厚度1.80～4.60m,似层状、脉状展布,Li2O品位2.25%～3.37%。

Li-12号矿体:位于断崖处,呈北东东-南西西向展布。地表出露长约2540m,宽度2.1～5.9m,平均厚度4.05m,呈厚板状、层状延伸,Li2O品位2.18%～3.81%。

Li-13号矿体:位于断崖处,与Li-12号矿体平行,矿体地表出露长约1420m,厚度1.7m,似层状、脉状延伸,Li2O品位2.44%。

Li-14号矿体:位于断崖处,与Li-12号矿体平行,呈北东东-南西西向。地表出露长约2460m,宽度5.0～8.8m,平均厚度6.90m,呈厚板状、层状,延伸稳定,Li2O品位1.01%～4.75%。

Li-15号矿体:位于山脊处,呈北东东-南西西向。矿体地表出露长约880m,宽度0.6～1.5m,平均厚度1.10m,矿化顺地层产状沿自然山坡呈板状延深超过350m,350m后矿化较弱,出现绿柱石、锂电气石,Li2O品位1.81%～4.11%。

Li-16号矿体:位于山脊处,呈北东东-南西西向。矿体地表出露长约1210m,宽度2.1～7.6m,平均厚度4.80m,矿化顺地层产状沿自然山坡呈板状延深超过400m,400m后矿化较弱,Li2O品位3.03%～5.27%。

含矿伟晶岩脉内部分带相对简单(图4d),边部为细晶岩带,由石英组成,中部为石英-锂辉石带(图4e),局部见石英核。主要造岩矿物为石英、锂辉石和长石,其次为白云母、锂云母、电气石等,局部偶见绿柱石。锂辉石呈淡灰白色,含量一般30%～45%,多呈粗大的板状晶体穿插于石英中(图4f),晶体粒度小者一般在5～10cm×20cm之间,大者达30～40cm×80cm(图4g),一些锂辉石中含有石英包裹体;石英含量50%～70%;长石主要为钠长石,含量5%～8%;白云母含量3%,其次见有少量锂电气石、绿柱石(图4h)。

矿石主要发育粗粒伟晶结构、细晶结构、环状反西瓜皮结构等。其中以粗粒结构含矿性最好。粗粒伟晶结构中锂辉石粒度介于10～20cm之间,局部可见锂电气石。细晶结构中主要由细粒至隐晶质石英组成,矿物粒度介于0.5～1cm之间,含少量细粒锂辉石和白云母。彩色电气石呈环状反西瓜皮结构,外红里绿(图4i)。

矿石构造较简单,最常见的构造为条带状构造、块状构造。

3 测试方法

本次工作对4条主干剖面的含锂辉石伟晶岩脉进行了系统采样(图5),主要采用刻线样,样长2m,共采集成矿元素化学分析样品140件,样品分析结果见表1。化学样品分析测试由新疆有色地质勘查局测试中心完成,样品秤入聚四氟乙烯坩埚里,定量加入硝酸-氢氟酸-硫酸-高氯酸混酸, 在电热板上加热消解完全,冷却,制成2%王水介质的溶液,用电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞世尔Xseries Ⅱ型)测定Li、Be、Nb、Ta、Rb、Cs的含量。如果Li、Be含量较高,制成10%王水介质的溶液,用电感耦合等离子体光谱仪(美国赛默飞世尔iCAP6300 Radial)测定其含量。样品测试完成后,副样送10%进行了外检,外检结果在误差范围内。

表1 黄龙岭锂矿床矿体化学分析结果一览表(wt%)

图5 阿尔金山黄龙岭锂矿床Ⅱ-Ⅱ′典型剖面图Fig.5 Typical profile of Ⅱ-Ⅱ′ of Huanglongling lithium deposit in Altyn Tagh

4 黄龙岭伟晶岩型锂矿床潜在资源估算

我们对16条锂矿体进行了系统采样,并对至少2条以上采样控制线的矿体预测了潜在资源量(表2)。

表2 黄龙岭锂矿床资源量预测一览表

通过对位于含矿伟晶岩脉群最上部山脊处的Li-15、Li-16矿体产状及侧伏的研究,发现这2个矿体呈板状向北倾,由于南北向自然山坡的切割,可以观测到2个矿体沿倾伏方向的延深超过350～400m。本次预测的Li-1、Li-2、Li-4、Li-12、Li-14等矿体,相对Li-15、Li-16矿体更稳定,延深均按300m估算,是相对保守且合理的深度。

(1)Li-1矿体:经地表4条连续刻线控制矿体长度2770m,取样分析获得的矿石品位如下(表1):Li2O含量为0.4%～5.53%,平均品位1.82%;BeO含量为0.03%～0.28%,平均品位0.05%,达到伴生工业品位;Rb2O含量为0.04%～0.49%,平均品位0.13%,达到工业品位;Nb2O5含量为0.001%～0.026%,平均品位0.008%;Ta2O5含量为0.001%～0.017%,平均品位0.003%,(Nb2O5+Ta2O5)平均品位0.011且Ta2O5

(2)Li-2矿体经地表3条连续刻线控制矿体长度2610m,取样分析Li2O品位0.4%～3.74%,平均品位1.54%;BeO品位0.03%～0.36%,平均品位0.053%,达到伴生工业品位;Rb2O品位0.04%～0.54%,平均品位0.12%,达到工业品位;(Nb2O5+Ta2O5)平均品位0.015%,且Ta2O5

(3)Li-4号矿体:经地表3条连续刻线控制矿体长度1060m,取样分析Li2O品位0.4%～3.74%,平均品位2.13%,BeO、Nb2O5、Ta2O5、Rb2O、Cs2O均达不到伴生工业品位。按矿体长1060m,延深300m估算,预测潜在资源的量Li2O为6.25万t。

(4)Li-12号矿体:经地表2条连续刻线控制矿体长度930m,取样分析Li2O品位2.16%～3.81%,平均品位2.76%;Rb2O品位0.055%～0.12%,平均品位0.096%,达到工业品位;BeO、Nb2O5、Ta2O5、Cs2O均达不到伴生工业品位。按矿体长930m,延深300m估算,预测潜在资源的量Li2O为8.42万t,Rb2O为0.29万t。

(5)Li-14号矿体:经地表2条连续刻线控制矿体长度930m,取样分析Li2O品位1.01%～4.75%,平均品位2.63%;BeO品位0.054%～0.12%,平均品位0.06%,达到工业品位;Rb2O、Nb2O5、Ta2O5、Cs2O均达不到伴生工业品位。按矿体长930m,延深300m估算,预测潜在资源的量Li2O为13.67万t,BeO为0.31万t。

本次工作仅对Li-1号、Li-2号、Li-4号、Li-12号、Li-14号矿体进行了潜在资源的初步估算,计Li2O为186.08万t,BeO为4.95万t,Rb2O为11.85万t(表2),达到超大型远景规模。

5 黄龙岭超大型锂矿床发现的意义

我国大型-超大型伟晶岩型锂矿主要集中产出在白龙山-甲基卡古特提斯锂矿带和喜马拉雅锂矿带(Wangetal., 2020; 秦克章等, 2021; Yanetal., 2022)。阿尔金地区近年来找到了一批中小型锂矿床,但大型-超大型锂矿找矿尚未突破。黄龙岭超大型锂矿床的发现,对阿尔金-柴达木北缘寻找相同类型的矿床提供了借鉴,围绕库木达坂花岗岩岩体群以及苏吾什杰岩体群可能是阿尔金地区今后寻找大型锂矿床的有利区带,也证实了“伟晶岩脉对称分带”找矿模式在阿尔金一带具有理论指导意义。这一发现将有助于破解若羌县全国最大年产12万t碳酸锂项目“无米下锅”的困局,助力打造千亿产值的新材料产业基地。