陜南鎮巴地區中-晚三疊世界線富鋰黏土巖的發現及找礦意義

周 偉,祁曉鵬,張嘉升,徐 磊,楊 杰,高景民

(中陜核工業集團地質調查院有限公司, 陜西 西安 710100)

黏土巖是沉積巖中分布較廣的一種巖石,產有油(鈾)氣、煤、鋁土等礦產,廣泛應用于陶瓷、建材、紡織等工業。受制于國內外新能源產業發展的大量需求,越來越多的研究者圍繞賦存于黏土巖中的鋰礦(或資源)開展了大量工作,我國相繼發現了以玉溪小石橋為代表的一批黏土巖型鋰資源(崔燚等, 2018; 溫漢捷等, 2020; 姚雙秋等, 2020)。除鋰外,黏土巖中也發現有鈮、稀土、鎵、金紅石等關鍵礦產(文俊等, 2022; 張保濤等, 2022; 杜勝江等, 2023)。

揚子板塊北緣鎮巴地區二疊紀-三疊紀黏土巖廣泛發育,2020～2022年,中陜核工業集團地質調查院有限公司在開展地質勘查時,發現了中三疊世關嶺組(T2g)與晚三疊世須家河組(T3x)界線黏土巖Li2O最高品位0.22%(內部資料),超過了該類型礦產的邊界品位標準(0.06%; 中華人民共和國自然資源部, 2020),具有鋰的超常富集特征,且該黏土巖層位延伸十余公里,規模較大。目前,揚子板塊北緣鎮巴地區T2/T3界線黏土巖的巖石學特征、礦物組成尚不明晰,富鋰黏土巖成因亟待查明。因此,本文以陜南鎮巴地區T2/T3界線黏土巖為研究對象,擬通過X射線衍射(XRD)分析、TIMA(全自動綜合礦物分析系統)分析、主微量元素地球化學分析,查明黏土巖的組成,探討其形成環境及物質來源,為揚子板塊周緣黏土巖型鋰礦勘查提供理論依據和綜合找礦方向。

1 區域地質背景

研究區位于揚子板塊北緣,屬陜西省鎮巴地區,與四川省接壤(圖1a)。區內自震旦紀晚期至中三疊世發育廣闊的海相碳酸鹽巖沉積,印支運動早期,上揚子地臺開始抬升,導致了中三疊世碳酸鹽巖地層的局部剝蝕,龍門山隆升后,區內轉化為前陸盆地,發育須家河組陸源碎屑沉積,并延續至侏羅紀-白堊紀的紅層建造(姚根順等, 2006)。研究區出露地層從老到新有早三疊世嘉陵江組(T1j)、中三疊世關嶺組(T2g)、晚三疊世須家河組(T3x)、早侏羅世白田壩組(J1b)、中侏羅世千佛崖組(J2q)和中侏羅世沙溪廟組(J2s)(圖1b)。嘉陵江組(T1j)和關嶺組(T2g)主要為一套碳酸鹽巖,二者為整合接觸,以中厚層狀灰巖、白云質灰巖、鹽溶角礫巖為主,夾泥質灰巖、泥質白云巖,形成于潮坪蒸發相-瀉湖相的沉積環境(周家云等, 2015)。須家河組(T3x)由上、下兩部分組成,下部以泥巖及含菱鐵礦結核的粉砂巖為主,含煤線;上部中粗粒長石石英砂巖、含礫長石砂巖、泥巖,夾多層煤層及煤線,須家河組與上、下地層均為平行不整合接觸,與上覆白田壩組以含礫粗砂巖或礫巖底面分界,以(炭質)黏土巖底界與下伏關嶺組灰巖分界,該層黏土巖即為本文研究對象。白田壩組(J1b)平行不整合于須家河組之上,底部發育一套石英質礫巖,中部中厚層塊狀巖屑長石砂巖、巖屑石英砂巖、細砂巖夾深色泥巖、細礫巖及煤層或煤線,上部為厚層粉砂質泥巖、泥巖夾泥質粉砂巖、長石細砂巖。千佛崖組(J2q)和沙溪廟組(J2s)為一套陸相河湖碎屑沉積,以黃灰色長石細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖為主,夾少量炭質泥頁巖。

2 T2/T3界線黏土巖地質特征

界線黏土巖產于關嶺組(T2g)/須家河組(T3x)平行不整合界面,屬于風化殼型沉積,隨著不整合界面的凹凸變化而波狀起伏(圖2a、2b)。界線黏土巖為軟弱層,夾持于灰巖和砂巖之間,發育變形,偶見菱鐵礦結核,巖層露頭較破碎(圖2c)。黏土巖呈深灰、灰黑色,泥質結構,薄層狀構造,主要礦物成分為黏土礦物(75%～85%),以伊利石、高嶺石居多;次為石英、長石等,粒度很細,顆粒多小于0.005 mm,絹云母多為細小鱗片狀,各礦物具有定向排列的特點,局部炭質含量很高(圖2d～2f)。此類巖石的泥質含量高,鏡下污濁,且在后期局部經歷了一定的地質改造,發生了微弱定向。

3 樣品采集及分析測試方法

樣品采自T2/T3界線黏土巖,位于須家河組底部,每隔1 000 m取樣,共采集8件新鮮巖石樣品,用作主、微量元素分析測試,在核工業203研究所進行;挑選6件樣品進行X射線衍射(XRD)分析,2件樣品做了TIMA(全自動綜合礦物分析系統)分析,XRD分析和TIMA分析在西安礦譜地質勘查技術有限公司進行。

主量元素分析采用日本島津制造ICPS-7510型(儀器型號)電感耦合等離子體發射光譜儀,SiO2依據GB/T16399-2021;Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、MnO、TiO2依據GB/T14506.32-2019,元素分析誤差小于5%。微量元素分析采用美國Thermo Fisher制造XSERIESⅡ型(儀器型號)等離子質譜儀,依據DZ/T0279.2-2016,15項稀土分量依據GB/T14506.30-2010,測試精度優于5%。

用作XRD分析的樣品經過粗碎、中碎、細碎后,磨至200目。設備型號為Empyrean X射線衍射儀。工作電壓40 kV,電流40 mA; 2θ角5°～80°; 步長0.04°/步;掃描速度5 s/步。礦物種類通過JADE6.5軟件與各種礦物的標準曲線進行比較確定。

用于TIMA分析的樣品先制作成探針片,經過鍍炭處理后在捷克泰思肯公司生產的TESCAN MIRA3上實驗。電子束能量2.5 keV;探針電流10.68 nA;光束強度19.60 lux;束斑大小180.92 nm; 焦點距離15 mm,檢測限為0.01%。測試結果由TIMA軟件中的Panorama、Mineral properties等模塊生成。具體操作流程見陳倩等(2021)。

圖 2 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖野外及鏡下特征Fig. 2 Field and microscopic characteristics of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba areaa、b—界線黏土巖產于砂巖/灰巖平行不整合面; c—界線黏土巖露頭較破碎; d、e—界線黏土巖中粒度細小的黏土礦物(+); f—界線黏土巖中的炭質和石英(+); T2g—中三疊世關嶺組; T3x—晚三疊世須家河組 a, b—the boundary claystone is produced in sandstone/limestone parallel unconformity surface; c—the boundary claystone outcrop is broken; d, e—fine-grained claystone in the boundary claystine (+); f—carbonaceous and quartz in the boundary claystone(+); T2g—Middle Triassic Guanling Formation; T3x—Late Triassic Xujiahe Formation

4 分析結果

4.1 XRD分析結果

鎮巴地區T2/T3界線黏土巖XRD分析結果見表1。黏土巖主要由石英、長石、黏土礦物組成。黏土礦物有伊利石、高嶺石、蒙脫石、綠泥石等。石英含量32.02%～63.87%,伊利石含量14.57%～40.34%,高嶺石含量0～22.51%,蒙脫石含量0～5.13%,綠泥石含量14.64%～19.85%,斜長石含量0～4.45%,鉀長石含量0～5.65%,XRD分析圖譜見圖3。有2件樣品分析出綠泥石礦物,含量分別為19.85%和14.64%, 推測這種綠泥石可能為含鋰的綠泥石。

4.2 TIMA分析結果

相較于XRD分析,TIMA分析結果更直觀,實用性更強。XRD分析時,黏土礦物粒度很細(微米級),鋰元素具有弱散射特征,XRD分析圖譜中黏土礦物衍射峰互有重疊,有時很難分峰和定量。因此對鎮巴地區T2/T3界線黏土巖進一步進行了TIMA測試,結果見表2。伊利石含量63.66%～70.39%,石英含量12.33%～32.27%,高嶺石含量0.58%～14.24%,鈉長石含量1.48%～2.28%,極少量金紅石、綠泥石、蒙脫石、鋁綠泥石(總量<1%),黏土礦物總量64.72%～84.83%。該黏土巖中的黏土礦物主要為伊利石。樣品TIMA分析的背散射圖和礦物相分布圖見圖4,由于黏土巖樣品探針片加工過程中遇水膨脹,水干裂開,所以礦物相分布圖(圖4b、4d)中出現白色“漏空”區域。

表1 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖XRD分析結果 wB/%Table 1 XRD analysis of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area

圖 3 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖XRD分析圖譜Fig. 3 XRD analysis pattern of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba areaClc—綠泥石; Fsp—長石; Ⅲ—伊利石; Kln—高嶺石; Mnt—蒙脫石; Ms—水白云母; Qtz—石英Clc—clinochlore; Fsp—feldspar; Ⅲ—illite; Kln—kaolinite; Mnt—montmorillonite; Ms—hydromuscovite; Qtz—quartz

表2 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖TIMA分析結果wB/%Table 2 TIMA analysis of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area

樣品的礦物相分布圖(圖4b、4d)上可以看出,黏土礦物呈絲縷狀、不規則粒狀相互交織、嵌布在一起,石英、鈉長石、金紅石等非黏土礦物分散分布于其中。黏土礦物中伊利石數量多且分布面積大,次為高嶺石。伊利石粒徑變化于2～400 μm之間,50～200 μm的顆粒占60%以上;高嶺石粒徑變化于2～80 μm之間;綠泥石、鋁綠泥石粒徑分布于3～15 μm之間,顆粒非常細小;石英粒徑介于2～100 μm之間,以30～50 μm分布居多;金紅石粒徑微米級,多小于15 μm。

4.3 主量元素分析結果

鎮巴地區T2/T3界線黏土巖主量元素分析結果見表3。黏土巖的SiO2含量47.65%～57.99%,平均為52.26%;Al2O3含量23.17%～28.43%,平均為25.55%;TFe2O3含量1.98%～4.16%,平均2.75%;MgO含量0.82%～1.64%, 平均1.20%;CaO含量0.35%～0.97%,平均0.65%;Na2O含量0.03%～0.06%,平均0.05%;K2O含量1.62%～3.42%,平均2.38%;P2O5含量0.01%～0.09%,平均0.02%;TiO2含量0.94%～1.56%,平均為1.22%;LOI(燒失量)為9.62%～12.78%,平均11.31%。以上結果表明,鎮巴地區T2/T3界線黏土巖主要由SiO2、Al2O3組成,含少量TFe2O3、MgO、TiO2、K2O,極少量CaO、P2O5。樣品的Al2O3/SiO2值介于0.40～0.57之間,未達到鋁土礦級別(Al2O3>40%,Al2O3/SiO2>1.8)。SiO2-TFe2O3、SiO2- Al2O3呈負相關性(圖5a、5b),表明黏土巖是朝著富Al、Fe方向沉積演化的。SiO2-(Na2O+K2O)無明顯相關性(圖5c),說明黏土巖蝕變嚴重,與鏡下觀察、巖石燒失量高情況一致。SiO2-(Al2O3+TiO2)-TFe2O3投圖表明(圖5d),鎮巴地區T2/T3界線黏土巖屬于鋁土質泥巖。

圖 4 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖TIMA分析背散射圖和礦物相分布圖Fig. 4 TIMA analysis of backscatter image and mineral phase distribution image of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area

4.4 稀土、微量元素分析結果

鎮巴地區T2/T3界線黏土巖稀土、微量元素分析結果見表3。樣品的LREE含量為177.60×10-6～282.59×10-6,HREE含量為52.42×10-6～84.35×10-6,ΣREE含量為242.84×10-6～366.94×10-6,LREE/HREE值介于2.72～4.16之間,(La/Yb)N值介于14.72～21.06之間,表明黏土巖樣品輕、重稀土元素分餾明顯,屬于輕稀土元素富集型。δEu值為0.34～0.96,顯示Eu明顯負異常。黏土巖樣品Li含量391.00×10-6～523.00×10-6(Li2O含量0.08%～0.11%),超過了古代固體鹽類礦產推薦的邊界品位標準(Li2O： 0.06%;中華人民共和國自然資源部, 2020),具有鋰超常富集特征。

5 討論

5.1 形成環境

沉積巖形成都經歷了風化、剝蝕、搬運、沉積等地質過程,組成巖石的主要元素也隨之變化。不同學者根據沉積風化作用過程中巖石主要元素的變化,提出了化學風化指標概念,建立了化學蝕變指數(CIA, chemical index of alteration)和成分變異指數(ICV, index of compositional variability),以此來定量評價巖石形成過程中的風化程度(Nesbitt and Young, 1982; Coxetal., 1995),其計算公示如下：

CIA=[Al2O3/ (Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]

×100

(1)

ICV=(TFe2O3+ K2O+ Na2O+ CaO*+MgO+

TiO2)/ Al2O3

(2)

上兩式中的CaO*一般用CaO代替,所有氧化物為摩爾分數。CIA值越高,說明母巖中的Ca、Na、K等活動元素遭受的風化淋濾作用越強,CIA值50～60為弱風化,CIA值60～80為中等風化,CIA值80～100則反應了強烈風化作用,平均上地殼CIA值為50,殘留黏土CIA值為85～100(Nesbitt and Young, 1982)。ICV指數表示風化過程中容易遷移元素與較穩定元素的比值,隨著母巖組分轉換成黏土,ICV值也隨之降低,非黏土的硅酸鹽礦物ICV值比黏土更高。ICV值>1,說明碎屑巖中很少含黏土物質;ICV值<1,則說明碎屑巖中含較多的黏土成分,指示發生了強烈的化學風化作用,伊利石(白云母)ICV值為0.3,高嶺石ICV值為0.03～0.05,斜長石ICV值為0.6,堿性長石ICV值為0.8～1.0(Coxetal., 1995)。利用(1)、(2)式計算得到鎮巴地區T2/T3界線黏土巖CIA值為85～93,平均89;ICV值為0.22～0.46,平均0.33,表明界線黏土巖經歷了強烈的化學風化作用。

前人的(溫漢捷等, 2020)研究表明,黏土巖在形成過程中經歷了風化階段、黏土巖化階段、鋁土礦化階段等過程,相應地,Al2O3/SiO2值也逐漸升高,鎮巴地區T2/T3界線黏土巖Al2O3/SiO2值介于0.40～0.57之間,形成于風化階段(圖6a),尚未達到鋁土巖(礦)階段。

沉積成巖過程中,V優先在還原條件下富集,Ni往往在還原條件下形成硫化物而沉淀,因此,V/(V+Ni)值可指示沉積體系的氧化還原環境。Dill等(1988)研究表明,氧化環境中V/(V+Ni)<0.6;氧化-還原過渡環境中V/(V+Ni)值介于0.60～0.84之間;還原環境中V/(V+Ni)>0.84。鎮巴地區T2/T3界線黏土巖V/(V+Ni)值介于0.76～0.82之間,表明該黏土巖其形成于過渡-還原的沉積環境(圖6b)。

表 3 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖主量(wB/%)、微量元素(wB/10-6)分析結果Table 3 Content of major (wB/%) and trace elements (wB/10-6) in Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area

圖 6 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖沉積環境判別圖 (a據溫漢捷等, 2020; b據Dill et al., 1998; c據Wei and Algeo, 2019)Fig. 6 Identification of sedimentary environment diagram of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area (a after Wen Hanjie et al., 2020; b after Dill et al., 1998; c after Wei and Algeo, 2019)

5.2 物質來源分析

沉積巖主、微量元素地球化學的變化是物源成分、風化-搬運、分選-沉積過程中水動力地球化學性質的綜合影響(Roser and Korsch, 1988)?；顒有匀趸蛘卟换顒拥脑?Zr、Ti、REE、Th、Sc)對源區母巖特征的分析最有意義(Bhatia, 1983)。Zr-TiO2協變圖中,大部分樣品位于基性巖漿巖的范圍(圖7a)。運用砂巖套的主量元素物源區圖解判別(Roser and Korsch, 1988),樣品位于鎂鐵質火成巖物源區(圖7b)。稀土元素由于具有較高的穩定性,可應用沉積來源的示蹤,稀土元素的總量、(La/Yb)N值可以反應源區的特征(Allègre and Minster, 1978; Cullers, 2002),ΣREE-(La/Yb)N雙對數圖解(圖7c)顯示,樣品位于玄武巖區域。微量元素方面,在V-Ni-Th/10三角圖中,樣品都在鎂鐵質巖石的范圍(圖7d)。Sc和Th都屬于不活動元素,在風化和沉積過程中受環境的影響較小,能夠很好的繼承母巖的性質,Sc/Th<1為花崗質巖石,Sc/Th>1則為鎂鐵質巖石(Taylor and Mclennan, 1985)。研究區黏土巖樣品Sc/Th值介于0.95～2.14之間,除兩件樣品外(TC43-QY7,0.95; TC35-1, 0.98),其他樣品的Sc/Th>1。因此,主量、微量、稀土元素地球化學特征指示鎮巴地區T2/T3界線黏土巖主要來源于基性巖。

前已述及,研究區位于揚子板塊北緣,屬川東北凹陷帶的北部邊緣,在晚三疊世,南秦嶺造山帶與揚子板塊發生碰撞,勉-略洋盆消失閉合,導致了大巴山-米倉山地區進入到前陸盆地陸相磨拉石的構造演化階段,開始了須家河組陸相碎屑巖系的沉積(張國偉等, 2003; 董云鵬等, 2008),研究區T2/T3平行不整合界線的黏土巖正好是這一構造事件的沉積記錄。川東北前陸盆地的成盆作用是秦嶺造山作用的沉積響應,具有較好的盆山物質耦合關系(李瑞保等, 2010)。川東北地區須家河組沉積物質來源主要為南秦嶺地區閃長巖、花崗巖和玄武巖以及秦嶺造山帶基底(李瑞保等, 2010; 賴瑋等, 2019),淡永等(2013)進一步通過碎屑重礦物的研究證明了須家河組一段物源為秦嶺造山帶。而川西前陸盆地須家河組的物源主要為康滇古陸、秦嶺造山帶、龍門山前陸沖斷帶(鄧飛等, 2008; 陳楊等, 2011; 張英利等, 2021)。川東、川西兩個前陸盆地晚三疊世沉積物源的差異性體現了不同單元構造活動的強弱性,四川盆地沉降中心從晚三疊世開始就出現在川西的龍門山前,而此時川東北前陸盆地的發育受控于南秦嶺構造活動(劉樹根等, 2003; 李瑞保等, 2010)。

圖 7 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖來源判別圖(a據Floyd et al., 1989; b據Roser and Korsch, 1988; c據Allègre and Minster, 1978; d據Taylor and Mclennan, 1985)Fig. 7 Source discrimination diagram of Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area(a after Floyd et al., 1989; b after Roser and Korsch, 1988; c after Allègre and Minster, 1978;d after Taylor and Mclennan, 1985)

前已論證,鎮巴地區T2/T3界線黏土巖來源于基性巖,綜合不同學者對須家河組沉積物源的研究,筆者認為研究區須家河組底部泥巖(屬須一段)沉積物質來源于南秦嶺地區。選擇南秦嶺地區廣泛發育的新元古代漢南雜巖基性巖作對比研究,之所以選擇漢南雜巖主要是因為： ① 二者空間距離近,研究區位于漢南雜巖的南部; ② 漢南雜巖形成時代較老(新元古代),在地史時期接受剝蝕時間較長; ③ 漢南雜巖分布面積廣,出露面積逾 2 000 km2; ④ 漢南雜巖巖性發育齊全,超基性-基性-中酸性均有出露(趙鳳清等, 2006)。鎮巴地區T2/T3界線黏土巖與漢南雜巖基性巖特征元素對比見表4。鎮巴地區T2/T3界線黏土巖ΣREE、Nb略高于漢南雜巖輝長巖和漢南雜巖玄武巖對應值,可能說明了風化-沉積過程中稀土、鈮的富集。Ta、Zr、Hf等不活動元素的含量很接近。稀土、微量特征元素比值Sm/Nd、Eu/Sm、La/Nd、Ce/Zr、Zr/Hf、Nb/Ta等差別也不大。通過稀土元素配分曲線特征還可以看出,鎮巴地區T2/T3界線黏土巖稀土配分模式與漢南雜巖輝長巖和玄武巖變化步調一致(圖8a);微量元素方面,研究區黏土巖除Sr含量較低外,多元素的蛛網圖也顯示較為一致的變化趨勢(圖8b)。綜合以上研究結果,認為鎮巴地區T2/T3界線黏土巖的沉積物源主要為漢南雜巖。

5.3 鋰的賦存狀態

目前,我國發現的富鋰黏土巖主要產于云南、貴州、廣西等地,均與鋁土巖系有關,不同研究者圍繞鋰在黏土巖中的賦存狀態開展了大量工作,組成黏土巖的主要黏土礦物有伊利石、高嶺石、蒙脫石、綠泥石等,鋰主要賦存于黏土礦物中(Lingetal., 2018; 鐘海仁, 2020; 溫漢捷等, 2020; 姚雙秋等, 2020; 惠博等, 2021; 凌坤躍等, 2021; 崔燚等, 2022; 賈永斌等, 2023 )。富鋰黏土巖中鋰的富集機制可能包括黏土礦物對鋰的吸附作用和成巖期富鋰流體與黏土礦物的交代-反應兩個過程,而在后者反應體系內,可以形成鋰的單礦物,如鋰綠泥石(Zhaoetal., 2018)。Ling等(2018)、崔燚等(2022)分別對黔中九架爐組、滇中倒石頭組富鋰黏土巖研究后,認為鋰可能賦存于蒙皂石或鋰綠泥石;惠博等(2021)、凌坤躍等(2021)認為貴州六枝富鋰黏土巖、廣西合山組富鋰黏土巖鋰的載體礦物主要為鋰綠泥石。鐘海仁(2020)研究重慶南川鋁土礦后發現,含鋁巖系中鋰的富集與蒙脫石無關,而巖石中含極微量綠泥石可富鋰,礦物種類復雜時鋰更富集。此外,我國煤系地層中也分布一定數量的鋰資源,趙蕾等(2022)研究認為山西晉城煤田、內蒙古官板烏蘇煤礦、重慶草堂煤礦鋰的主要載體礦物為鋰綠泥石或含鋰綠泥石 。最近,筆者對研究區吳家坪組富鋰黏土巖研究后,得到鋰主要賦存于鋰綠泥石的重要認識(周偉等, 2023)。

表 4 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖與漢南雜巖基性巖特征元素對比Table 4 Comparison of characteristic elements between Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area and Hannan complex basic rock

圖 8 鎮巴地區T2/T3界線黏土巖與漢南雜巖基性巖稀土元素配分模式圖(a)和微量元素蛛網圖(b)(球粒隕石和原始地幔標準化值據Sun and McDonough, 1989)Fig. 8 Chondrite-normalized rare earth element patterns and primitive mantle-normalized trace spider diagram of the Middle-Late Triassic boundary claystone, Zhenba area and Hannan complex basic rock (normalization values after Sun and McDonough, 1989)

如前所述,本文所研究的界線黏土巖屬于鋁土質泥巖的范疇,XRD分析和TIMA分析表明,黏土巖中發育綠泥石礦物,推測應為含鋰的綠泥石或鋰綠泥石,由于Li屬于超輕元素,且樣品Li含量較低(Li含量0.05%左右)。對比前人的研究結果,筆者推測研究區界線黏土巖鋰主要賦存于鋰綠泥石或含鋰的綠泥石。這些綠泥石類黏土礦物屬于層狀結構的硅酸鹽礦物,其比表面積很大,有其獨特的層間域和層間距,這就使得它們具有很好的吸附性(Jeldresetal., 2019; 崔燚等, 2022),也就成為鋰的主要載體黏土礦物。

5.4 不整合面黏土巖綜合找礦方向探討

近些年來,我國“三稀”礦產的找礦工作不斷取得新進展,相繼在不整合面發現與黏土巖類有關的鋰、鎵、稀土、鈮等關鍵金屬礦產(表5),這些礦床(礦化點)集中在揚子板塊周緣(川陜渝滇黔桂)及華北板塊(晉魯豫)。四川、重慶廣泛發育的富鋰“綠豆巖”是峨眉山大火成巖省主活動期后板內火山活動的產物(孫艷等, 2018; 鞠鵬程等, 2020)。云南、四川等地晚二疊世宣威組底部鈮-稀土多金屬的富集是由峨眉山基性玄武巖風化形成的(文俊等, 2022; 杜勝江等, 2023)。滇中地區的倒石頭組、黔中地區的九架爐組、黔北獅溪地區的大竹園組、廣西平果地區的合山組均發現有黏土巖型鋰資源(富鋰黏土巖)(溫漢捷等, 2020; 姚雙秋等, 2020; 鄧旭升等, 2023; 賈永斌等, 2023)。陜南鎮巴-西鄉地區吳家坪組底部黏土巖發現鋰、稀土富集的特征(Li2O最高0.39%,稀土氧化物總量最高0.142%;內部資料),梁山組黏土巖也顯示鋰超異常富集(Li2O最高0.85%,內部資料)。華北板塊淄博地區本溪組底部黏土巖發現金紅石型鈦礦,并伴生鋰、鎵、稀土等礦產(張保濤等, 2022),本溪組同樣發育著名的“山西式”鐵礦。從成礦作用時代來看,除T1/T2界線“綠豆巖”和本文T2/T3界線黏土巖形成于三疊紀外,我國揚子板塊、華北板塊周緣的富鋰、富稀土黏土巖都形成于石炭紀-二疊紀,屬華力西構造運動的中晚期,是構造運動的沉積響應。

表 5 我國主要與不整合面有關的黏土巖關鍵金屬礦產成礦實例Table 5 The metallogenic examples of key metal minerals in claystone related to unconformity surface in China

當前,新一輪找礦突破戰略行動正如火如荼地開展,已發現的這些黏土巖均產于(平行)不整合界面上,具有鋰、鎵、稀土、鈮、鈦等多種關鍵金屬元素的富集,后期勘查工作應加強此類黏土巖的綜合成礦工作,避免顧此失彼,遺漏重要找礦信息。雖然上述成礦事實清楚,但黏土巖型鋰、鈮等多金屬礦的元素富集機制、選冶技術還需要深入研究,為開發利用提供科學依據。

6 結論

(1) 研究區T2/T3界線黏土巖產于關嶺組(T2g)/須家河組(T3x)平行不整合界面。黏土巖主要由石英和黏土礦物組成,黏土礦物以伊利石、高嶺石居多,含極少量綠泥石、蒙脫石、鋁綠泥石,具有鋰超常富集特征。

(2) 研究區T2/T3界線黏土巖的沉積母巖經歷了強烈的化學風化作用,形成于氧化-還原過渡的陸相淡水沉積環境。地球化學特征指示界線黏土巖來源于基性巖,結合區域地質資料及對比分析,認為界線黏土巖沉積物質主要來源于南秦嶺造山帶的漢南雜巖。

(3) 我國目前在不整合面發現的與黏土巖類有關的鋰、鎵、稀土、鈮等關鍵金屬礦產主要形成于石炭紀-二疊紀,具有多元素綜合成礦的特點,建議下一步加強不整合面黏土巖類的綜合找礦工作,助力新一輪找礦突破。