吉泰盆地卤水型钾锂矿成矿地质特征❶

王焕 王春连 余小灿 李强 刘殿鹤 颜开

1 中国石油大学（北京），北京 102249

2 中国地质科学院矿产资源研究所成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037

3 东华理工大学地球科学学院，江西 新余 330013

4 中国地质科学院地质研究所，北京 100037

5 江西省地质局第五地质大队，江西 新余 338099

6 北京大学地球与空间科学学院，北京 100871

钾是中国的大宗紧缺矿产，锂是战略新兴矿产[1]。中国钾盐资源主要分布于西部地区的青海柴达木盆地东部的察尔汗盐湖、新疆塔里木盆地东部的罗布泊等现在盐湖卤水中，对外依存度长期超过50%[2-3]。近年来在华南中新生代蒸发盐盆地勘探发现大量深部卤水资源，含钾、锂等成矿物质[2-8]。中国可溶性钾盐资源量约6亿t，全球占比1%。锂主要用在电池、玻璃陶瓷和润滑剂等领域，全世界开发利用的锂资源主要为盐湖卤水型和硬岩型，其中盐湖卤水锂占世界锂产量超过55%[9-11]，主要产量来自南美洲的阿根廷、智利和玻利维亚的盐湖卤水，因其镁/锂很低，所以容易提取，成本低，市场竞争力大[12]，2022年全球锂产量86万t[13]。尽管中国锂资源相对较丰富[14-17]，但主要是分布在西部的矿石型硬岩锂和高镁/锂比的盐湖卤水型，并没有大规模开采，还是进口非洲和澳大利亚的原材料进行加工。

江西吉泰盆地晚白垩纪周天组地层卤水中氯化钾含量超过1g/L；氯化锂浓度约为600～800mg/L，属于富锂卤水矿[2-4,18]。急需开展卤水中矿物质来源与富集浓缩过程研究，可以为盆地下一步找矿勘查提供技术支撑。吉泰盆地周缘中生代岩浆活动频繁且分布面积大，岩石中钾、锂、铷、锆、溴等元素含量较高，经水-岩反应，可为盆地卤水提供充足的成矿物质。为解决吉泰盆地富钾锂卤水物质来源及成因这一科学问题，本文选取吉泰盆地卤水矿和盆地周缘花岗岩和玄武岩为研究对象，开展卤水成分和岩石主微量分析以及流体包裹体测温学研究，探究卤水中矿物质来源和富集浓缩过程。

1 地质背景

吉泰盆地属吉安地区境内，包括吉水、泰和、万安、遂川等几个县，盆地面积4550km2，以低山丘陵为主，是江西省内第二大中新生代盆地（图1）。盆地内构造断裂发育，一些次级断陷、断隆呈北东向分布[19]。

图1 吉泰盆地地质简图[19]Fig.1 Simplified geological map of the Jitai Basin

2 样品与方法

在吉泰盆地南面、东面和西南共采集6件花岗岩、4件玄武岩样品；另外，在吉泰盆地内部钻井中采集卤水样品4件（图2）。

图2 吉泰盆地及周缘中生代火成岩分布图Fig.2 Distribution map of Mesozoic igneous rocks in the Jitai Basin and its periphery

盆地4件卤水成分分析由核工业北京地质研究院分析测试，卤水中微量元素用等离子质谱，卤水主量元素用X射线荧光光谱仪。火成岩主微量元素含量分析由国家地质实验测试中心完成，主量元素用熔片X-射线荧光光谱法，微量元素采用等离子质谱仪检测。火成岩流体包裹体测温，采用冷热台测试法，测试单位中国地质科学院矿产资源研究所。

3 结果

3.1 卤水成分分析结果

吉泰盆地已实施的4 个钻孔发现，卤水赋存于白垩系周田组构造破碎带和砂岩储层中，卤水赋存在孔深250～350m 段内，单井涌水量在每天几百方以上，卤水中LiCl 的含量为600～800mg/L，同时还含有一定的钾、溴、钠等有益组分（表1）。盐水的总矿化度190～339g/L，水化学类型为Na-Cl 型。盐水样品也具有Ca>Mg>K 的特征。Li 浓度为79～105mg/L，Mg/Li 比值为10.63～11.21。

表1 吉泰盆地富锂钾卤水化学组成Table 1 Chemical composition of brine with rich lithium and potassium of the Jitai Basin

3.2 火成岩地质特征

吉泰盆地内部及周边侵入岩主要为三叠纪、侏罗纪和白垩纪的花岗岩，喷出岩为白垩纪玄武岩（图2）。

3.2.1 岩相学特征

吉泰盆地及其周缘中生代发育的较典型火成岩主要为细粒白云母花岗岩（图3a）、细粒黑云母花岗岩（图3b）、细粒斜长花岗岩（图3c）、杏仁状玄武岩（图3d），其显微镜下特征如下。

白垩纪细粒白云母花岗岩具雪粒结构（图3e）。三叠纪细粒黑云母花岗岩具半自形细粒等粒结构，黑云母发生绿泥石化（图3f）。侏罗纪细粒斜长花岗岩：具半自形细粒等粒结构，斜长石出现不同程度绢云母化，微斜长石轻微高岭土化（图3g）。白垩纪杏仁状玄武岩：斑状结构，发育气孔构造，方解石呈脉状或杏仁状充填在岩石中（图3h）。花岗岩主要矿物为石英、斜长石、钾长石、条纹长石、云母、钠长石，玄武岩斑晶主要为斜长石，基质为辉石、斜长石、钾长石。

3.2.2 岩石地球化学分析结果

由吉泰盆地花岗岩和玄武岩主、微量元素分析结果见（表2，表3）可知：花岗岩（JT-1、JT-2、JT-3、JT-4、JT-5、JT-6）中SiO2含量较高，含量范围65.22～75.43，含量平均值72.51，K2O含量变化较大，含量范围3.53～5.92，含量平均值4.90，Na2O 含量变化范围较大，含量范围0.05～2.92，含量平均值2.29，Al2O3含量范围12.26～15.84，含量平均值13.72，CaO 含量范围0.06～1.37，含量变化范围较大，含量平均值0.82；玄武岩（JT-7、JT-8、JT-9、JT-10）中SiO2含量较高，为48.42～51.92，平均值为49.99，K2O 含量变化较大，为0.30～0.85，平均值为0.61，Na2O含量变化范围较大，为3.03～6.59，平均值为3.94，Al2O3含量16.20～16.78，平均值16.58，CaO 含量在3.16～8.31，变化范围较大，平均值为6.93。微量元素Li 含量31.5～94.6，Rb 含量4.46～450，Ba 含量76.9～856，Zr 含量80.7～161。

表2 吉泰盆地白垩纪火成岩主量元素分析表Table 2 Content table of main elements of Cretaceous igneous rock in the Jitai Basin

表3 吉泰盆地白垩纪火成岩微量元素分析表Table 3 Content table of trace elements of Cretaceous igneous rock in the Jitai basin

3.3 花岗岩石英流体包裹体

流体包裹体岩相学研究是显微测温、古温度-压力计算、盐度测试以及成分分析等的前提和基础[20]。通过显微镜下观察，花岗岩样品中包裹体主要发育在石英矿物上，石英主要为自型-半自形晶体，粒径在0.2～1mm。主要为气-液两相次生包裹体，指示岩石形成后流体的活动情况。流体包裹体直径不均匀，变化范围大，在0.5～40μm，形状不规则，有椭圆状、楔形、圆粒状、长条状等，气液比范围为5%～20%，主要沿裂隙分布。吉泰盆地花岗岩流体温度见图4。

图4 花岗岩石英包裹体均一温度直方图Fig.4 Histogram of fluid inclusions of quartz in the granite

4 讨论

4.1 岩石地球化学特征

岩石全ALK 含量，即Na2O+K2O 含量（4.78～8.79），在SiO2-(Na2O+K2O)图上（图5a），落在花岗闪长岩、花岗岩上。在SiO2-K2O 图上（图5b），除了蚀变的1 个样品落入钾玄岩系列区，其余花岗岩全部样品落在高钾钙碱性区，铝饱和指数ACNK 值在2.34～4.41，平均值为2.92，都属于强过铝质，过碱指数AKI 值在0.23～0.43，平均值为0.36，为过碱性。根据已有研究，酸性偏碱性的岩石有利于锂元素的富集[21]。花岗岩中Rb、Ba、Zr 相对富集，具有华南高演化花岗岩的普遍特征，说明花岗岩经历强烈的分异演化，可为卤水中锂提供物质来源。杏仁状玄武岩的w（K2O）为0.30%～0.85%，w（Na2O）为3.03%～6.59%，w（Na2O）/w（K2O）说明玄武岩稍富钾，可为卤水中提供矿物质钾元素。

图5 吉泰盆地火山岩分类图解Fig.5 Classification plots of volcanic rocks in the Jitai Basin

4.2 流体

由吉泰盆地花岗岩包裹体均一温度直方图（图4）可知，花岗岩流体包裹体均一温度集中区间为170～250℃，平均均一温度为211.1℃，可以看出发生水-岩反应的流体温度较高，成矿的最低温度为211.1℃。这种较高的温度有利于富矿流体从花岗岩和玄武岩中快速进入卤水中。

4.3 富锂钾卤水成因探讨

吉泰盆地卤水储集体有不同类型的岩性，包括粉砂质泥岩、泥岩和一些近乎垂直的泥岩裂缝以及砂岩储集体。盆地周缘有大量的花岗岩和玄武岩分布，岩石风化后，卤水中元素的种类和浓缩程度主要受控于温度和矿物组合。

吉泰盆地长期沉降，导致盆地封闭性良好。三叠纪、侏罗纪和白垩纪时期，吉泰盆地火山活动频繁，可为盆地内卤水成矿带来丰富的成矿物质补给。但吉泰盆地卤水矿化度高，并且卤水中锂等含量异常高，达到工业品位，单独的水-岩反应是不能使成矿流体的浓度达到这么高的，这和后期古湖泊在极端干热气候的条件下，蒸发浓缩使矿物质不断富集是分不开的。吉泰盆地富锂钾卤水的形成是构造条件、物质条件与干旱气候相互耦合的结果。

5 结论

（1）吉泰盆地内富锂钾卤水样品矿化度高达190～339g/L，含Li 浓度为79～105mg/L，超工业品位2 倍，Mg/Li 为10.61～11.21，Mg/Li 值低，开发成本低。

（2）吉泰盆地三叠纪、侏罗纪和白垩纪均有花岗岩分布，玄武岩主要产于白垩纪。研究区岩浆发生了不同程度的分异，蚀变作用强烈。花岗岩有富硅、强过铝、过碱性的特征，有利于岩石中锂元素的富集，通过水-岩反应，可为卤水提供锂元素。玄武岩主要矿物为长石和辉石，辉石发生绿泥石化。玄武岩贫钠而稍富钾，可为卤水提供钾元素。

（3）吉泰盆地中生代侵入的花岗岩中石英流体包裹体以后期次生气-液两相包裹体为主，未发现盐类子矿物，推测流体盐度不高，均一温度集中在170～250℃，这种较高的温度有利于富矿流体从花岗岩和玄武岩中快速进入卤水中。

（4）吉泰盆地富锂钾卤水的形成是构造条件、物质条件与干旱气候相互耦合的结果。