江西贛州盆地鹽湖型鋰礦地質特征及找礦前景

肖則佑,漆富勇,范會虎,王 進

(1.江西省地質局第七地質大隊,江西 贛州 341000; 2.中國地質科學院,北京 100037)

鹽湖型鋰礦是鋰資源的重要來源,約占全球鋰資源量的2/3,是鋰工業開采的主導方向[1-2]。世界上典型的鹽湖型鋰礦主要有玻利維亞的Uyuni鋰礦、智利的Salar de Atacama鋰礦、阿根廷的Cauchari-Olaroz鋰礦和我國青海省的察爾汗鋰礦、西藏自治區的扎布耶鋰礦[2-4]。

我國華南地區的江陵凹陷、江漢盆地已發現深層鹵水中富含銫、銣、鋰、鉀等稀有金屬元素[5-7]。南嶺東段發育多個中生代盆地,其中江西省吉泰盆地泰和縣梅崗地區已探獲1處鹽湖型鋰礦床,鹵水層的上含鹵層平均厚4.43 m,LiCl含量611 mg/L,下含鹵層平均厚5.83 m,LiCl含量765～1136 mg/L[8-10];會昌盆地周田巖鹽礦床伴生鋰礦,LiCl含量高達10.01%～10.03%[8]。前人在贛州盆地開展碘礦普查時,發現該盆地有含鋰鹵水[11-12],但未系統開展鹽湖型鋰礦的勘查工作。本文結合前人研究成果,通過將贛州盆地與吉泰盆地和會昌盆地進行對比研究,并對贛州盆地含鋰鹵水層進行分析,探討該盆地的成礦地質條件及找礦標志,指出鹽湖型鋰礦的找礦前景,為下一步在該區及具有相似成礦條件的盆地尋找鹽湖型鋰礦提供參考。

1 區域地質背景

贛南地區晚白堊世紅色碎屑巖系較發育,揚子地層區呈近EW向或NEE向展布,華南地層區由NE向轉為NNE向展布[13],南部主要發育吉泰盆地、興國盆地、贛州盆地、于都盆地和會昌盆地(圖1)。贛州盆地位于南嶺東段南康—贛州—贛縣一帶,呈NE-NNE向展布,長約60 km,最寬處為唐江—潭口一線,長約27 km,南西膨大,往北東方向收斂,與興國盆地相接。

圖1 江西南部晚白堊世盆地分布簡圖[13]Fig. 1 Distribution of Late Cretaceous basins in southern Jiangxi[13]

贛州盆地位于華夏板塊東南部南嶺EW向復雜構造帶東段北側,為晚白堊世斷陷盆地,主要受東南邊緣NE向楊仙嶺斷裂控制。楊仙嶺斷裂為大余—南城深大斷裂的組成部分。盆地西北部受蛤湖拆離伸展構造控制,該構造由韌性拆離斷層、穹隆狀花崗巖雜巖體和脆性正斷層帶組成[14](圖2)。盆地基底以震旦紀—寒武紀活動型沉積地層和泥盆紀—二疊紀淺海相或陸相穩定型沉積地層為主。盆地周邊巖漿巖以燕山期花崗巖和加里東期花崗巖為主,區內鋰、鈹、鈮、鉭等金屬礦化主要與加里東期花崗偉晶巖和燕山期高分異花崗巖有關[15]。

圖2 贛州盆地地質簡圖Fig. 2 Geological sketch of Ganzhou Basin

加里東期花崗巖主要分布在贛州盆地西部萬洋山—諸廣山一帶和東部武夷山—雩山一帶,加里東晚期含鋰花崗巖中常見黑云母花崗巖-電石氣花崗巖-二云母花崗巖-細晶巖-偉晶巖演化系列,巖石顯示高硅、鉀、鋁,貧鈣、磷,中稀土和輕稀土富集等特征[15]。燕山期花崗巖遍布贛州盆地外圍,燕山早期第二階段、第三階段和燕山晚期的高分異花崗巖鋰含量較高,常見黑云母花崗巖-二云母花崗巖-白云母花崗巖-云英巖演化系列,巖石具有富硅、富鈉、富揮發分和富含礦質的特點[15]。在表生作用下,加里東期、燕山期含鋰花崗巖中的鋰等成礦物質淋濾析出后,隨流水匯聚沉積在贛州斷陷盆地,為盆地提供了豐富的鋰質物源。

2 贛州盆地地質特征

2.1 地層及巖性特征

贛州盆地出露的地層主要為晚白堊世茅店組(K2m)、周田組(K2z)、河口組(K2h)和古近系—第四系,零星出露早震旦世陡山沱組(Z1d)、晚震旦世—早寒武世燈影組(Z2∈1d)和早寒武世牛角河組(∈1-2n)、中晚泥盆世中棚組(D2-3z)和晚泥盆世三門灘組(D3s)、早石炭世楊家源組(C1y)、梓山組(C1z)、中二疊世棲霞組(P2q)等。沖積扇中的粗碎屑沉積物主要分布在盆地的北西部,說明盆地為傾向南東的箕狀盆地,北西部的盆緣為盆地主要的剝蝕區。

茅店組、周田組、河口組占盆地絕大部分,主要呈SW-NE向展布,往SE向傾斜,傾角10°～20°,總厚度為1 551～5 392 m。其中,贛州盆地恐龍化石集中分布于茅店組和河口組[16-17],鹵水層主要分布于周田組。

茅店組以粗粒紅色碎屑巖為主,巖性主要為紫紅色礫巖、砂礫巖,夾少量砂巖、粉砂巖、泥巖,夾玄武巖或中酸性火山碎屑巖。周田組整合于茅店組之上,平行不整合于河口組之下,為湖盆相紫紅色薄層狀含鈣泥巖、含鈣粉砂巖,夾石膏層、鹽巖層。河口組以陸相粗碎屑巖為主,巖性主要有磚紅色、紫紅色復成分礫巖、砂礫巖、含礫砂巖,夾砂巖、粉砂巖[13]。

周田組主要由一套濱湖相-淺湖相沉積的紫紅色細碎屑巖組成,巖性主要有紫紅色、灰褐色中-厚層狀含細礫中細粒鈣質巖屑雜砂巖,紫紅色中層狀-巨厚層狀含泥礫鈣質細-微細粒巖屑雜砂巖,紫紅色、灰白色-淺灰綠色鈣質粉砂巖,紫紅色中-厚層狀泥質粉砂巖,磚紅色厚層狀-巨厚層狀粉砂質泥巖[18](圖3),膠結物以鈣質、泥質、鐵質為主。巖石中普遍含Be、B、Mn、Pb、Sn、Ga、Yb、Ti、Mo、V、Y、Li、Cu、Zn、Zr、Co、Ni、Cr、Ba等元素,砂質巖石中Li、V、Ni、Zn、Mn等元素含量均高于涂和費氏值5倍以上,顯示高豐度特征。在泥質巖石中,Li、V、Ni、Zn等元素顯示低豐度特征[18]。

A.河口組砂礫巖;B.周田組泥質粉砂巖; C.周田組細砂巖; D.周田組砂礫巖圖3 贛州盆地晚白堊世周田組巖心照片Fig. 3 Core photos of Late Cretaceous Zhoutian Formation in Ganzhou Basin

2.2 巖漿巖特征

贛州盆地巖漿巖主要為早侏羅世侵入巖,包括中-細粒黑云母二長花崗巖(ηγJ1)、中-細粒似斑狀二云母花崗巖(γJ1)和中粗粒似斑狀黑云母鉀長花崗巖(ξγJ1),具有高硅、高鋁、相對富鉀、貧鐵鎂等特征,成礦元素W、Sn、Pb、Mo、Nb、Ta等豐度值均較高[19]。

2.3 構造特征

2.3.1 斷裂

區域上,贛州盆地位于南嶺EW向構造帶的贛州—瑞金構造帶和武夷—戴云新華夏系所屬的贛州—南雄構造帶以及江西中部SN向構造帶所屬的雩山構造帶的復合部位。盆地北西側蛤湖拆離伸展構造長130 km,寬1～3 km,整體呈NNE向展布,傾向SE,帶內以構造巖片化和糜棱巖化為特征,上盤由5～6條鏟式正斷層組成,下盤為筆架山巖體及其外接觸帶淺變質巖。盆地東南緣楊仙嶺斷裂為深大斷裂,是主要的控盆斷裂,由一系列數十千米至上百千米的沖斷層或斜沖斷層排列組成,整體走向NE,傾向NW。沿線擠壓片理化帶、硅化破碎帶均較發育,控制著加里東期和燕山期花崗巖的侵入。盆地內部發育一系列規模較小的NE-NNE向斷裂,多數為張扭性,對盆地含鹵層破壞較小,并被后期規模更小的NW向斷裂錯斷。

2.3.2 盆地

贛州盆地為中生代斷陷紅盆,整體為NE向單斜構造,地層傾向E或SE,僅在贛州—五云橋一線出現了較復雜的褶皺。盆地演化主要受區域性大余—南城深大斷裂控制,具“南斷北超”的特征,贛州、朱坊埠一帶為凸起,唐江一帶為凹陷,沉積中心以側向加積向東遷移為特征。

2.4 巖相特征

周田組主要為湖泊相沉積,河流相沉積較少[11,18-20],可細分為3個亞相。

(1)濱湖亞相。該亞相分布較零散,處于湖泊的邊緣,受動蕩的湖水影響較大,也受湖岸地形、巖石、河水等因素影響,具有復雜的沉積特點。巖石由薄層狀或透鏡狀礫巖、砂礫巖、中厚層狀含礫砂巖、細砂巖、泥質粉砂巖等組成,巖石組合因地而異。礫石成分復雜,多數為次圓狀,分選性好,具定向排列。砂粒以石英為主,長石較少。粉砂巖中常見鈣質結核和硬石膏斑點。膠結物除泥質、鐵質、鈣質外,常見硬石膏。

(2)淺湖亞相。該亞相分布于唐江—湖邊、楊梅渡—黃金等地區。巖性主要為粉砂巖、泥質粉砂巖,其次是細砂巖、粉砂質泥巖。巖石成分以石英、泥質、鐵質、鈣質為主。鈣質結核、硬石膏斑點常局部富集成層,含量1%～5%。多見管狀泥質結核和蟲孔。含鋰鹵水主要產于淺湖亞相,該亞相中的粉砂巖、細砂巖為主要的透水層,粉砂質泥巖為主要的隔水層。

(3)深湖亞相。該亞相分布于鏡壩—潭口—贛州一帶,與盆地形態大體相同。巖性主要為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖,除石英砂、泥質、鐵質外,鈣質也是巖石的主要成分,有時鈣含量達30%～40%,局部有硬石膏沉積。介形蟲、輪藻等微體化石較常見,可見少量管狀泥質結核、蟲孔。

2.5 含鋰鹵水層特征

贛州盆地周田組中部見含鋰鹵水層,該層位在潭口一帶埋深約1 200 m。ZK13鉆孔鹵水層揭露的情況如下。

含鋰鹵水層,總厚37.03 m

紫紅色粉砂巖,水中Cl-含量248 mg/L 8.57 m

灰褐色細砂巖夾粉砂巖,水中Cl-含量244 mg/L

6.37 m

灰褐色中粒砂巖 3.26 m

紫紅色粉砂巖、細砂巖 1.56 m

紫紅色、褐紫色細砂巖,水中Cl-含量7 000 mg/L

1.80 m

灰褐色細砂巖、中粒砂巖 4.50 m

灰褐色細砂巖夾泥質粉砂巖、砂礫巖 4.35 m

紫紅色粉砂巖 4.33 m

灰褐色細砂巖,底部砂礫巖,以下為隔水層 2.29 m

此外,ZK9鉆孔、ZK20鉆孔分別揭露到厚度超過23 m、17 m的裂隙水,推測底部存在與ZK13鉆孔相通的鹵水層。三者內圈面積約1 km2,結合其他鉆孔成果,推斷礦化面積約70 km2,規?？捎^,指示該區具有較好的尋找鋰資源的前景。

含鋰鹵水無色透明、無臭味咸,不具有苦味和澀味,pH值7.2～8.3,水溫31～34℃。鹵水被揭露后,常有氣體逸出。氣體有H2S臭味,經過一定時間,氣體臭味逐漸減少至無。

鹵水中Li+含量31～75.2 mg/L(表1)。根據表1推算出ZK9鉆孔、ZK13鉆孔、ZK20鉆孔樣品LiCl含量分別為457 mg/L、188 mg/L、304 mg/L,均達到邊界品位要求,其中ZK9鉆孔、ZK20鉆孔樣品滿足最低工業品位要求。此外,NaCl和I含量也已達到或接近最低工業品位要求。

2.6 水文地質特征

在贛州盆地晚白堊世地層中,地下水多賦存在構造裂隙及風化裂隙中。局部巖石鈣質含量較高,沿構造破碎帶及裂隙面發育溶蝕小孔,地下水賦存在溶蝕裂隙中。贛州盆地與鹽湖型鋰礦關系密切的地下水類型主要是紅層溶蝕裂隙孔隙水和紅層構造裂隙水,富水等級為中等—貧乏。根據ZK9鉆孔、ZK13鉆孔、ZK20鉆孔揭露信息,贛州盆地含水層頂板埋深667～1 006.5 m,厚51.5～233 m,水位埋深-4.5～+10 m,鹵水為承壓水。當鹵水被揭露,鹵水上涌以致噴出井口,但隨著時間推移,水力減小,涌水量也減少。隨著降深加大,水量減少,水位下降,但水位恢復較快。

3 控礦因素分析

3.1 成礦地質條件

3.1.1 構造條件

燕山運動早期,EW向構造與新華夏系構造交替活動,伴隨強烈的巖漿活動,形成坳陷盆地的雛形。燕山運動晚期,斷陷盆地逐步形成,并開始進行內陸湖泊沉積。中生代以來,南嶺東段發生多期次、多性質、多方向的擠壓和拉張活動,強烈的構造運動和劇烈的巖漿作用有利于鋰等成礦元素向斷陷盆地遷移、富集。特別是白堊紀以來,贛州盆地長期凹陷匯集了由水帶來的碎屑物和鹽類物質,成礦后斷裂活動較弱,對鹵水層破壞影響不大。前人[11]對區域性的楊仙嶺斷裂和贛州盆地內隱伏的高陂斷裂進行了鉆孔控制,發現楊仙嶺斷裂幾乎不含鹵也不含水,高陂斷裂對鹵水層整體破壞不大。

3.1.2 沉積條件

早元古代—中元古代以來,南嶺東段各時代地層發育較齊全。元古代、早古生代以活動型沉積地層為主,泥盆紀及其以后主要為穩定型沉積地層,其中白堊紀是更穩定的濱湖相、湖泊相沉積。贛州盆地是一個封閉的湖盆,粗碎屑巖堆積在盆地四周,細碎屑巖、化學巖沉積在盆地中心。周田組層間沖刷面、鈣質結核、硬石膏結核較常見,指示短暫而普遍的沉積間斷,有利于湖水濃縮成鹵。層內由含礫砂巖、砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖構成的沉積韻律,變化頻繁、厚度較小,表明當時湖水較淺,碎屑物質來源不豐富,有利于鹵水匯集在周田組中部隔水泥質巖石之上的細砂巖、粉砂巖孔隙之中。古近紀以來,僅有山麓洪積相零星沉積以及贛江沿岸、丘陵山谷低洼處的松散沉積,穩定的沉積環境有利于含鋰鹵水持續往盆地中心匯聚。

3.1.3 古氣候條件

周田組巖石普遍為紫紅色調,指示當時的氣候較干旱、炎熱。紅層厚度大,反映長期的干旱、炎熱氣候有利于湖水濃縮成鹽。盆地中的化學沉積物也說明,湖水曾經歷碳酸鹽和硫酸鹽濃縮階段并進入氯化鈉濃縮階段[5]。表生作用下,含礦建造中成礦元素淋濾析出,隨地表水流入匯水盆地后進行富集。

3.2 成礦物質來源

南嶺東段陸殼由硅鋁質巖石組成,Li等元素不同程度富集在加里東晚期、燕山早期第二階段、第三階段和燕山晚期巖漿巖中[15]。

(1)加里東晚期巖漿巖。零散分布于大余—南城一帶,巖性以二長花崗巖、花崗閃長巖、石英閃長巖為主,大多數為中細?；◢徑Y構,斑晶含量較少,蝕變較強。地球化學特征表現為富硅、鉀,鈣堿性,過鋁質,輕稀土元素相對富集,輕、重稀土元素分餾較明顯,弱—無負Eu異常[13]。巖石富集W、Sn、Pb、Zn、Li、As、Be、Nb、Ta、U、Th等元素,是硬巖型鋰礦的成礦母巖[15],Li含量為(18.5～77.6)×10-6[18]。

(2)燕山早期第二階段和第三階段巖漿巖。大面積分布于南嶺東段,呈不規則巖基、巖株、巖瘤產出,巖性主要為石英二長巖、花崗閃長巖(導體)、二長花崗巖(主體)和正長花崗巖(尾體),巖體自變質及后期蝕變以鈉長石化、云英巖化、高嶺土化、葉臘石化為主。巖石表現為富硅、鉀,貧鐵、鎂、鈣的特點,屬于過鋁質高鉀鈣堿性-鉀玄巖系列,輕稀土元素相對富集,分餾較明顯,重稀土元素部分分餾不明顯,中等—強負Eu異常[13]。巖石富集Cu、Pb、Zn、Ag、Sb、W、Sn、Bi、Li、Nb、Ta、As、U、F、Rb等元素[15],Li含量為(26.2～1300)×10-6[18-19]。

(3)燕山晚期巖漿巖。主要呈巖基、巖株產出,巖性以花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖為主,巖體內酸性脈巖發育。巖石具高硅、過鋁、富堿、貧鈣的特點,屬高鉀鈣堿性系。大離子親石元素豐度高于稀土元素及高場強元素,輕稀土元素較富集,輕、重稀土元素均有分餾,負Eu異常較弱[13]。

根據1∶20萬區域化探資料[15],贛州盆地以東的武夷山西坡為較大面積的Sn、Pb、Li元素異常帶,可能為贛州盆地含鋰鹵水帶來一定的成礦元素。

4 找礦標志及找礦前景

4.1 找礦標志

(1)遙感標志。鹽湖型鋰礦主要賦存在周田組中。周田組SPOT-5遙感影像呈淺紅色,飽和度較好(圖4);ETM+147遙感影像呈紫紅色,色調鮮艷,與周圍顏色差異明顯(圖5)。

圖4 周田組遙感影像(SPOT-5)Fig. 4 Remote sensing image of Zhoutian Formation(SPOT-5)

圖5 周田組遙感影像(ETM+147)Fig. 5 Remote sensing image of Zhoutian Formation(ETM+147)

(2)物化探標志。Cl-含量高、礦化度高、氯鈉型的地下水是尋找鹽湖型鋰礦的直接標志。前人資料[11]顯示,鹵水中K+、Br-含量很低,可為水化學找礦提供參考。Li等典型的親石分散元素在較大范圍內呈現水系沉積物、土壤、巖石地球化學測量正異常,可為鹽湖型鋰礦的形成提供充足的成礦物源。鹵水層電阻率低、上下界面相對封閉、呈層狀(似層狀、透鏡狀)的低阻異常是尋找鹽湖型鋰礦的物化探標志之一。

(3)構造標志。鹽湖型鋰礦一般發育在凹陷盆地沉積中心,成鹵時的沉積中心是找鹵的重要標志。沉積中心距離區域性深大斷裂越遠,沉積中心次級斷裂規模越小且發育程度越低,越有利于礦體的保存。區域性斷裂為壓扭性,泥質膠結,填充物致密[11],層間破碎帶內溶蝕小孔較發育,有利于鹵水匯聚。周田組層間沖刷面構造也有一定的指示意義。

(4)巖性標志。周田組中部沉積韻律變化頻繁,韻律層厚度小,韻律層中的紫紅色、灰褐色砂礫巖、細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、鈣質結核、硬石膏結核、化學沉積物等是尋找鹽湖型鋰礦的標志之一。膠結物以鈣質為主、粒徑以細粒為主的巖石有利于鹵水流動,礦體底板巖石孔隙度小、完整、致密,有利于鹵水匯聚。

(5)鹽漬標志。在枯水期,贛州地區部分河段(如貢江贛縣區段)河水干涸,易在河底形成鹽漬(圖6),表明在表生作用下,富含成礦物質的地表水在匯水盆地淀積,成礦物質淋濾下滲后富集。

圖6 贛縣區枯水期貢江江面鹽漬(南京地質調查中心 肖惠良 攝)Fig. 6 Salinization of Gongjiang River in Ganxian district during dry season

4.2 找礦前景

贛州盆地是一個相對封閉的斷陷盆地,可進一步細分為北西部的淺坳陷帶、中部的深坳陷帶和南東部的構造斜坡帶。潭口周邊區域是深坳陷帶中部及盆地的沉積中心,有利于含鋰鹵水匯聚成礦。該沉積中心面積大,自形成以來沒有被較大規模的斷裂破壞。前人在潭口已發現呈一定規模的鹽湖型鋰礦,在潭口—高陂一帶發現Cl·Na型地下水[11-12],指示該區具有較好的找礦前景。類比相似成礦地質條件的吉泰盆地和會昌盆地[8-9],初步估算贛州盆地潛在LiCl資源量為296 800 t(表2),達中型規模。

表2 贛州盆地潛在LiCl資源量估算結果Table 2 Potential estimate resources of LiCl in Ganzhou Basin

潭口一帶地表多數被第四系覆蓋,偶見晚白堊世河口組出露,賦礦層位為周田組中部淺湖亞相巖石,埋深較大,勘查工作應以物探和深部鉆探為主。建議以潭口為中心,在潭口周邊一帶開展鹽湖型鋰礦調查及評價工作。

5 結論

(1)晚白堊世,贛州盆地形成了面積大、厚度大的湖泊相沉積,長期處于干旱、炎熱的氣候條件下,有利于湖水濃縮成鹽?，F階段已發現鹽湖型鋰礦找礦線索,賦礦層位為晚白堊世周田組中部紫紅色、褐紫色細砂巖、灰褐色細砂巖夾粉砂巖、紫紅色粉砂巖。

(2)贛州盆地鹽湖型鋰礦礦化面積約70 km2,埋深約1 200 m,含鋰鹵水層厚度17～37 m、LiCl含量188～457 mg/L,LiCl遠景資源量在中型以上。

(3)白堊紀紅盆鹽湖型鋰礦主要的找礦標志有呈淺紅色調、紫紅色調的遙感影像,層狀封閉的低阻異常,高氯、低鉀、低溴的水地球化學異常,斷裂影響小的凹陷盆地沉積中心,周田組中部沉積韻律變化頻繁、韻律層厚度小的細碎屑巖。

(4)潭口周邊一帶具有較好的鹽湖型鋰礦找礦前景,建議開展鹽湖型鋰礦調查及評價工作,以期實現新的找礦突破。