吉泰盆地鹵水型鉀鋰礦成礦地質特征?

王煥 王春連 余小燦 李強 劉殿鶴 顏開

1 中國石油大學（北京），北京 102249

2 中國地質科學院礦產資源研究所成礦作用與資源評價重點實驗室，北京 100037

3 東華理工大學地球科學學院，江西 新余 330013

4 中國地質科學院地質研究所，北京 100037

5 江西省地質局第五地質大隊，江西 新余 338099

6 北京大學地球與空間科學學院，北京 100871

鉀是中國的大宗緊缺礦產，鋰是戰略新興礦產[1]。中國鉀鹽資源主要分布于西部地區的青海柴達木盆地東部的察爾汗鹽湖、新疆塔里木盆地東部的羅布泊等現在鹽湖鹵水中，對外依存度長期超過50%[2-3]。近年來在華南中新生代蒸發鹽盆地勘探發現大量深部鹵水資源，含鉀、鋰等成礦物質[2-8]。中國可溶性鉀鹽資源量約6億t，全球占比1%。鋰主要用在電池、玻璃陶瓷和潤滑劑等領域，全世界開發利用的鋰資源主要為鹽湖鹵水型和硬巖型，其中鹽湖鹵水鋰占世界鋰產量超過55%[9-11]，主要產量來自南美洲的阿根廷、智利和玻利維亞的鹽湖鹵水，因其鎂/鋰很低，所以容易提取，成本低，市場競爭力大[12]，2022年全球鋰產量86萬t[13]。盡管中國鋰資源相對較豐富[14-17]，但主要是分布在西部的礦石型硬巖鋰和高鎂/鋰比的鹽湖鹵水型，并沒有大規模開采，還是進口非洲和澳大利亞的原材料進行加工。

江西吉泰盆地晚白堊紀周天組地層鹵水中氯化鉀含量超過1g/L；氯化鋰濃度約為600～800mg/L，屬于富鋰鹵水礦[2-4,18]。急需開展鹵水中礦物質來源與富集濃縮過程研究，可以為盆地下一步找礦勘查提供技術支撐。吉泰盆地周緣中生代巖漿活動頻繁且分布面積大，巖石中鉀、鋰、銣、鋯、溴等元素含量較高，經水-巖反應，可為盆地鹵水提供充足的成礦物質。為解決吉泰盆地富鉀鋰鹵水物質來源及成因這一科學問題，本文選取吉泰盆地鹵水礦和盆地周緣花崗巖和玄武巖為研究對象，開展鹵水成分和巖石主微量分析以及流體包裹體測溫學研究，探究鹵水中礦物質來源和富集濃縮過程。

1 地質背景

吉泰盆地屬吉安地區境內，包括吉水、泰和、萬安、遂川等幾個縣，盆地面積4550km2，以低山丘陵為主，是江西省內第二大中新生代盆地（圖1）。盆地內構造斷裂發育，一些次級斷陷、斷隆呈北東向分布[19]。

圖1 吉泰盆地地質簡圖[19]Fig.1 Simplified geological map of the Jitai Basin

2 樣品與方法

在吉泰盆地南面、東面和西南共采集6件花崗巖、4件玄武巖樣品；另外，在吉泰盆地內部鉆井中采集鹵水樣品4件（圖2）。

圖2 吉泰盆地及周緣中生代火成巖分布圖Fig.2 Distribution map of Mesozoic igneous rocks in the Jitai Basin and its periphery

盆地4件鹵水成分分析由核工業北京地質研究院分析測試，鹵水中微量元素用等離子質譜，鹵水主量元素用X射線熒光光譜儀?；鸪蓭r主微量元素含量分析由國家地質實驗測試中心完成，主量元素用熔片X-射線熒光光譜法，微量元素采用等離子質譜儀檢測?；鸪蓭r流體包裹體測溫，采用冷熱臺測試法，測試單位中國地質科學院礦產資源研究所。

3 結果

3.1 鹵水成分分析結果

吉泰盆地已實施的4 個鉆孔發現，鹵水賦存于白堊系周田組構造破碎帶和砂巖儲層中，鹵水賦存在孔深250～350m 段內，單井涌水量在每天幾百方以上，鹵水中LiCl 的含量為600～800mg/L，同時還含有一定的鉀、溴、鈉等有益組分（表1）。鹽水的總礦化度190～339g/L，水化學類型為Na-Cl 型。鹽水樣品也具有Ca>Mg>K 的特征。Li 濃度為79～105mg/L，Mg/Li 比值為10.63～11.21。

表1 吉泰盆地富鋰鉀鹵水化學組成Table 1 Chemical composition of brine with rich lithium and potassium of the Jitai Basin

3.2 火成巖地質特征

吉泰盆地內部及周邊侵入巖主要為三疊紀、侏羅紀和白堊紀的花崗巖，噴出巖為白堊紀玄武巖（圖2）。

3.2.1 巖相學特征

吉泰盆地及其周緣中生代發育的較典型火成巖主要為細粒白云母花崗巖（圖3a）、細粒黑云母花崗巖（圖3b）、細粒斜長花崗巖（圖3c）、杏仁狀玄武巖（圖3d），其顯微鏡下特征如下。

白堊紀細粒白云母花崗巖具雪粒結構（圖3e）。三疊紀細粒黑云母花崗巖具半自形細粒等粒結構，黑云母發生綠泥石化（圖3f）。侏羅紀細粒斜長花崗巖：具半自形細粒等粒結構，斜長石出現不同程度絹云母化，微斜長石輕微高嶺土化（圖3g）。白堊紀杏仁狀玄武巖：斑狀結構，發育氣孔構造，方解石呈脈狀或杏仁狀充填在巖石中（圖3h）?；◢弾r主要礦物為石英、斜長石、鉀長石、條紋長石、云母、鈉長石，玄武巖斑晶主要為斜長石，基質為輝石、斜長石、鉀長石。

3.2.2 巖石地球化學分析結果

由吉泰盆地花崗巖和玄武巖主、微量元素分析結果見（表2，表3）可知：花崗巖（JT-1、JT-2、JT-3、JT-4、JT-5、JT-6）中SiO2含量較高，含量范圍65.22～75.43，含量平均值72.51，K2O含量變化較大，含量范圍3.53～5.92，含量平均值4.90，Na2O 含量變化范圍較大，含量范圍0.05～2.92，含量平均值2.29，Al2O3含量范圍12.26～15.84，含量平均值13.72，CaO 含量范圍0.06～1.37，含量變化范圍較大，含量平均值0.82；玄武巖（JT-7、JT-8、JT-9、JT-10）中SiO2含量較高，為48.42～51.92，平均值為49.99，K2O 含量變化較大，為0.30～0.85，平均值為0.61，Na2O含量變化范圍較大，為3.03～6.59，平均值為3.94，Al2O3含量16.20～16.78，平均值16.58，CaO 含量在3.16～8.31，變化范圍較大，平均值為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 吉泰盆地白堊紀火成巖主量元素分析表Table 2 Content table of main elements of Cretaceous igneous rock in the Jitai Basin

表3 吉泰盆地白堊紀火成巖微量元素分析表Table 3 Content table of trace elements of Cretaceous igneous rock in the Jitai basin

3.3 花崗巖石英流體包裹體

流體包裹體巖相學研究是顯微測溫、古溫度-壓力計算、鹽度測試以及成分分析等的前提和基礎[20]。通過顯微鏡下觀察，花崗巖樣品中包裹體主要發育在石英礦物上，石英主要為自型-半自形晶體，粒徑在0.2～1mm。主要為氣-液兩相次生包裹體，指示巖石形成后流體的活動情況。流體包裹體直徑不均勻，變化范圍大，在0.5～40μm，形狀不規則，有橢圓狀、楔形、圓粒狀、長條狀等，氣液比范圍為5%～20%，主要沿裂隙分布。吉泰盆地花崗巖流體溫度見圖4。

圖4 花崗巖石英包裹體均一溫度直方圖Fig.4 Histogram of fluid inclusions of quartz in the granite

4 討論

4.1 巖石地球化學特征

巖石全ALK 含量，即Na2O+K2O 含量（4.78～8.79），在SiO2-(Na2O+K2O)圖上（圖5a），落在花崗閃長巖、花崗巖上。在SiO2-K2O 圖上（圖5b），除了蝕變的1 個樣品落入鉀玄巖系列區，其余花崗巖全部樣品落在高鉀鈣堿性區，鋁飽和指數ACNK 值在2.34～4.41，平均值為2.92，都屬于強過鋁質，過堿指數AKI 值在0.23～0.43，平均值為0.36，為過堿性。根據已有研究，酸性偏堿性的巖石有利于鋰元素的富集[21]?；◢弾r中Rb、Ba、Zr 相對富集，具有華南高演化花崗巖的普遍特征，說明花崗巖經歷強烈的分異演化，可為鹵水中鋰提供物質來源。杏仁狀玄武巖的w（K2O）為0.30%～0.85%，w（Na2O）為3.03%～6.59%，w（Na2O）/w（K2O）說明玄武巖稍富鉀，可為鹵水中提供礦物質鉀元素。

圖5 吉泰盆地火山巖分類圖解Fig.5 Classification plots of volcanic rocks in the Jitai Basin

4.2 流體

由吉泰盆地花崗巖包裹體均一溫度直方圖（圖4）可知，花崗巖流體包裹體均一溫度集中區間為170～250℃，平均均一溫度為211.1℃，可以看出發生水-巖反應的流體溫度較高，成礦的最低溫度為211.1℃。這種較高的溫度有利于富礦流體從花崗巖和玄武巖中快速進入鹵水中。

4.3 富鋰鉀鹵水成因探討

吉泰盆地鹵水儲集體有不同類型的巖性，包括粉砂質泥巖、泥巖和一些近乎垂直的泥巖裂縫以及砂巖儲集體。盆地周緣有大量的花崗巖和玄武巖分布，巖石風化后，鹵水中元素的種類和濃縮程度主要受控于溫度和礦物組合。

吉泰盆地長期沉降，導致盆地封閉性良好。三疊紀、侏羅紀和白堊紀時期，吉泰盆地火山活動頻繁，可為盆地內鹵水成礦帶來豐富的成礦物質補給。但吉泰盆地鹵水礦化度高，并且鹵水中鋰等含量異常高，達到工業品位，單獨的水-巖反應是不能使成礦流體的濃度達到這么高的，這和后期古湖泊在極端干熱氣候的條件下，蒸發濃縮使礦物質不斷富集是分不開的。吉泰盆地富鋰鉀鹵水的形成是構造條件、物質條件與干旱氣候相互耦合的結果。

5 結論

（1）吉泰盆地內富鋰鉀鹵水樣品礦化度高達190～339g/L，含Li 濃度為79～105mg/L，超工業品位2 倍，Mg/Li 為10.61～11.21，Mg/Li 值低，開發成本低。

（2）吉泰盆地三疊紀、侏羅紀和白堊紀均有花崗巖分布，玄武巖主要產于白堊紀。研究區巖漿發生了不同程度的分異，蝕變作用強烈?；◢弾r有富硅、強過鋁、過堿性的特征，有利于巖石中鋰元素的富集，通過水-巖反應，可為鹵水提供鋰元素。玄武巖主要礦物為長石和輝石，輝石發生綠泥石化。玄武巖貧鈉而稍富鉀，可為鹵水提供鉀元素。

（3）吉泰盆地中生代侵入的花崗巖中石英流體包裹體以后期次生氣-液兩相包裹體為主，未發現鹽類子礦物，推測流體鹽度不高，均一溫度集中在170～250℃，這種較高的溫度有利于富礦流體從花崗巖和玄武巖中快速進入鹵水中。

（4）吉泰盆地富鋰鉀鹵水的形成是構造條件、物質條件與干旱氣候相互耦合的結果。