信息发布
矿业搜索:
最新公告:
当前位置:新疆矿业网 - 国源交易中心 >>  首页  >> 矿业资讯  >> 查看详情

中国锂矿十年来勘查实践和理论研究的十个方面新进展新趋势

发布日期:2023-03-17 22:25:45  浏览:1816  属于:矿业资讯

摘要:中国锂矿资源丰富,其中盐湖锂矿虽然储量巨大,但开发利用技术尚待发展,目前开发的主要是硬岩型锂矿。硬岩型锂矿以伟晶岩型为主,集中分布在新疆和四川等地;成矿时代以中生代最为重要;成矿背景以强烈造山运动之后相对稳定的构造环境最为有利。经过十年来的勘查实践与理论研究,中国锂矿的类型已不再单一,卤水型从地表卤水扩展到浅部卤水与深部卤水并重,硬岩型从花岗伟晶岩型一枝独秀到蚀变花岗岩型、伟晶岩型、角砾岩筒型、沉积型等多种类型并重;成矿时代从中新生代拓展到古生代等多个期次;成矿区带从 12 个增加到 16 个,并在川西的甲基卡、可尔因及新疆的大红柳滩、砂锂沟等地探获了一批新的矿产地,新的资源格局正在形成;找矿方法与勘查技术也从单一的地表踏勘填图发展到遥感定区(远景区)—地质定型(类型)—化探定性(矿种)—物探定位(孔位)—钻探定量(资源量)及生物找矿、深穿透深部探矿等新技术新方法成体系化的新时代。鉴于战略性新兴产业快速发展对于锂资源的刚性需求,建议加强对以锂云母为主要工业矿物的新类型锂资源及以含锂黏土为主的沉积型锂资源的调查研究与开发利用;除了中生代之外,加强对古生代乃至前寒武纪锂矿的研究与找矿;加强阿尔金、喜马拉雅、冈底斯、大兴安岭西坡等新的锂矿成矿区带的勘查力度;加强对市场经济条件下锂资源动态管理的新机制研究;加强对锂同位素作为可控核聚变原材料的超前研究与资源储备,为开发高端矿业作出示范和引领。

关键词:锂矿;找矿勘查;理论研究;新进展;新趋势

引言:中国共产党第十八次全国代表大会以来,中国战 略 性 新 兴 产 业 的 布 局 与 发 展 进 程 不 断 加 快 。2022 年,中国对于锂矿的勘查与研究进入了一个新的阶段。十年前发表的文章和出版的专著,基本上代表了当时国内对于锂矿的研究程度,并在国际上该研究领域也属于前列,此不赘述。随着近十年来新能源汽车产业“超常”的快速发展,国内外对于锂矿的关注度异乎寻常,“白色石油”“21 世纪能源金属”等溢美之词不绝于耳。那么,过去的十年,中国锂矿在矿床学研究与找矿勘查方面取得了哪些成绩,今后又会朝着什么样的趋势发展?这值得及时回顾与总结。文章认为,至少在以下十个方面取得了显著进展并提出了锂矿研究中的新问题、新发展方向,对于解决现实问题、引领锂矿行业的高质量发展具有启发意义。

01  新的矿床类型

十年前,对于锂矿床的类型,通常指新疆可可托海等地的伟晶岩型锂辉石矿床和西藏扎布耶的盐湖卤水型液态锂矿(邹天人和李庆昌,2006;陈毓川等,2010a,2010b)。经过十年来的勘查实践证明,无论是伟晶岩型还是卤水型都有新的亚类型发现或证明其具有工业价值,如四川盆地东北部黄金口一带地下卤水中的锂已经通过工业化试采,正在形成产能;内蒙古维拉斯托产于角砾岩筒中的脉状锂云母将得到开发;藏南和滇西的热泉型锂矿则是不同于卤水型锂矿的新型锂资源。对于广泛分布于铝土矿区甚至煤系地层中的沉积型锂矿,以往因为没有工业开发价值而不作为资源,但国内外目前均将其作为勘查和研究重点,一旦符合环保要求又有经济合理的技术得以应用,将极大地改变锂资源格局。
中国盐湖卤水型锂矿主要分布在青海和西藏。盐湖锂矿具体可分为碳酸盐型和硫酸盐型。前者以西藏扎布耶盐湖为代表,后者以青海察尔汗、西台 吉 乃 尔 、 大 浪 滩 、 一 里 坪 、 南 翼 山 等 盐 湖 为 代表。其中,碳酸盐型锂铷铯等金属易于提取,开发利用成本较低;地下卤水型锂矿以四川自贡、湖北潜江地区的地下卤水为代表,青海柴达木盆地西部也有发现但工作程度很低。该类资源开发利用的潜力大,但资源尚未探明,开采过程中受到构造及水文地质条件的影响很大,尚难以稳定生产。四川雅安一带曾经抽水试验,由于卤水从地下被提取过程中随着温度、压力等物理化学条件的变化,盐类矿物结晶堵塞管道,大规模工业化开发难度也不小。
花岗伟晶岩型锂矿主要分布在新疆阿尔泰成矿带、川西松潘–甘孜成矿带,典型矿床为新疆北部阿尔泰的可可托海锂多金属矿床、新疆西南部的大红柳滩锂多金属矿床及川西甲基卡锂铍铌钽铷矿床等。此类矿床的特点是品位高、采选冶工艺成熟、矿山建设投资回收期短,一直是国内外锂矿勘查的重点。由于锂主要赋存在伟晶岩脉中,脉体规模一般不大,且产状变化大,找矿勘探的难度增加,开采难度也增加,因此,只有品位高的大脉是工业开采的对象。无论是新疆可可托海的三号脉还是四川甲基卡的新三号脉,都是在伟晶岩田或者矿集区中“百里挑一”的结果。
与花岗伟晶岩型锂矿不同的是,花岗岩型锂矿品位低、选矿难度大,但规模大、采矿难度小而呈现出显著的规模效应,因而是中国当前开采的主要对象,也是分布最广的硬岩型锂矿类型,主要位于华南地区,以江西宜春 414(国内唯一大规模露天开采的花岗岩型锂矿)、湖南正冲和尖峰岭、广西栗木等地区的矿床最为典型。此类矿床以往不被重视,且大多数是探明而未开采,无法露天开采的矿床(如江西的葛源、湖南的香花岭、广西的栗木)实际上是“呆矿”。随着锂价格的上涨,低品位的硬岩型锂矿也具备了开发的外部条件,尤其是随着宜春414 矿床资源的快速消费,盘活“呆矿”资源乃至寻找新的花岗岩型锂矿已成为当务之急。其中,仍然以江西在寻找花岗岩型锂矿方面的成效最为显著,这可能跟宜春 414 的“示范效应”密切相关。
宜春 414 锂矿中的工业锂矿物主要是锂云母而不是锂辉石。就全世界来说,津巴布韦、加拿大、美国、墨西哥等国家都有锂云母矿床,但锂云母矿物 本 身 含 锂 低 于 锂 辉 石 , 并 不 是 主 导 的 工 业 锂 矿物。在新疆库卡拉盖锂矿区,锂云母甚至直接进入尾砂库。中国的锂云母资源主要分布在江西宜春、湖南正冲和尖峰岭、广西栗木等地区,而这些矿床实际上也是花岗岩型锂矿(严格来说属于云英岩型锂矿或者是云英岩化的花岗岩型锂矿)的典型代表。
除了花岗岩型锂云母矿床之外,近年来在内蒙古维拉斯托铅锌多金属矿区发现了隐爆角砾岩筒型的锂云母矿床,而且规模达大型以上,值得高度重视。维拉斯托的锂云母一方面呈浸染状出现在细粒花岗岩中,另一方面呈线脉状、网格状的“锂云母脉”出现在花岗岩体外侧的角砾岩筒中,地质特征独特。其发现得到以下启发:一是在铜铅锌等传统的有色金属矿区,是可以找到独立的稀有的金属矿床,这在以往是难以想象的;二是隐伏岩体外侧的隐爆成因角砾岩筒,是锂矿赋存的有利部位,不只是如国外强调的破火山口中的沉积型锂矿;三是此类锂矿也可以达到大型以上的规模,可以规模化 工 业 开 采 , 而 不 只 是 围 岩 蚀 变 的 一 种 标 志 。因此,对于以往鉴定出来存在锂云母、黑鳞云母、铁锂云母甚至是“金云母”的矿区,需要重新研究其存在锂矿的可能性。

需要强调的是,即便是以传统的伟晶岩型锂矿为代表的典型矿床,从狭义的矿石类型的角度来考量,伟晶岩型矿石、“细晶岩”型矿石及其混合类型的矿石,可能都很重要。比如,四川甲基卡被作为“伟晶岩型锂辉石矿床”的典型代表写入教科书并单独编写有专著,但经过此次项目组 2012-2018 年的钻探验证,尤其是对甲基卡矿田东南部鸭柯柯矿区 ZK801 钻孔的详细研究,发现鸭柯柯矿区的锂矿物不只有锂辉石,还有磷锂铝石;矿体不局限在伟晶岩中,也出现在细粒花岗岩中,更常见的是以锂辉石、磷锂铝石和其他造岩矿物(长石、石英、云母等)共同组成的近等粒状的或不规则状结构,总体上矿物粒度达不到伟晶结构,与标准的伟晶岩明显不同(主要矿物粒度≥5 cm)。因此,鸭柯柯矿区的工业矿体主要属于花岗岩型而非伟晶岩型,而甲基卡的新三号脉实际上是伟晶岩型矿石和花岗岩型矿石的复合体(杨岳清等,2020)。即便是伟晶岩型锂矿区,不同矿石类型甚至不同成因类型的矿石可以同时存在,这实际上构成了矿床的成矿系列,而两类甚至多种类型锂辉石矿体的共存对于拓展找矿思路是具有重要的现实意义的。因此,甲基卡式的锂矿与其说是伟晶岩型的典型代表不如说是硬岩型锂矿的典型(刘丽君等,2015;付小方等,2015;王登红等,2017)。这对于今后的找矿是具有启示意义的。无论是阿尔泰、武夷山、秦岭还是柴北缘等地区,都应该注意岩石结构的区分(花岗岩和云英岩)、细粒锂矿物的鉴定以及新类型锂矿石的识别,尤其是十字石、红柱石片岩等围岩中锂的赋存状况,其含量甚至有可能超过“沉积型锂矿”的锂含量。那么,甲基卡非传统矿化类型锂矿的发现,不但弥补了硬岩型锂矿以“伟晶岩型锂辉石”为主导的单打一局面,拓宽了找矿思路,同时也为伟晶岩型矿脉深部寻找大规模的层状稀有金属矿体−“地下室”提供了实例。

02    新的成矿区带

十年前,中国锂矿成矿带(简称“成锂带”)主要有 12 个 , 分 别 是 :阿 尔 泰 、 唐 巴 勒 、 西 天 山 、 东 天山、西昆仑、藏北、柴达木、松潘−甘孜、四川盆地、秦 岭 、 潜 江 凹 陷 和 华 南 成 锂 (区 )带 (李 建 康 等 ,2014;陈毓川等,2015)。其中,大部分区带已取得了新进展,仅唐巴勒等个别成锂带尚未取得进展。难能可贵的是,这十年来又发现了一些新的锂成矿区带,如阿尔金成矿带(Ⅲ-19)、喜马拉雅成矿带(Ⅲ-45)、班戈–腾冲成矿带(Ⅲ-42)和突泉–翁牛特成矿带(Ⅲ-50)等(图 1)

图1中国主要成锂带分布简图

近十年来的勘查成果表明,将阿尔金、喜马拉雅、冈底斯以及大兴安岭西坡作为新的成锂带是必要的(表 1)。其中,在阿尔金成锂带已发现有吐格曼、砂锂沟(也称瓦石峡南)、塔木切、塔什达坂、阿克亚、阿克亚东、塔什达坂北、塔西、库木萨依西等伟晶岩型锂多金属矿产地;在大兴安岭西坡成锂带发现有内蒙古克什克腾旗维拉斯托大型锂云母矿床,工作程度相对较高(内蒙古地质勘查有限责任公司,2018);在喜马拉雅和冈底斯成锂带已发现有锂辉石滚石或残坡积物,尚未探明成型矿床。其中,据秦克章等(2021)报道,在喜马拉雅琼嘉岗(实际地名是穷家岗)发现了“超大型”锂矿,但工作程度低,需要加大投入进一步查证。值得肯定的是,无论是喜马拉雅成矿带西段的穷家岗(琼嘉岗)还是东段的库局、库拉岗日以及冈底斯的腾美杰等地,均已发现锂辉石等稀有金属的矿石转石,宜进一步寻找原生露头。锂辉石矿石无论是滚石还是残 坡 积 物 , 如 果 落 在 锂 的 化 探 异 常 区 (王 学 求 等 ,2020),其找矿意义不言而喻。由于气候变暖,雪线上移,冰川融化等因素,西昆仑的大红柳滩地区、藏南的喜马拉雅和冈底斯以及东昆仑、阿尔金、西南天山等以往地质填图或其他区调工作未到达的地区,完全有可能出现“露头型”的锂矿脉,值得高度关注。王登红曾经提出“雪线找锂”的设想,在青藏高原乃至于南美的高原区都有现实意义。

表 1中国成锂带简表

 注:此表在李建康等(2014)、陈毓川等(2015)基础上加以补充,相关成矿区带的代号及名称依据徐志刚等(2008需要注意到是,单矿种的成矿区带与单矿种综合性成矿区带的范围不完全一致。

除了新的成锂带,在一些原先已经识别出来的成锂带中也有不少新的发现。例如,华南成锂带的幕阜山矿集区新发现有黄柏山锂辉石矿(李建康,2021),在松潘–甘孜成锂带的可尔因矿集区发现有加达、加达南等锂辉石矿床,在柴达木盆地成锂区的南北两侧也都有硬岩型锂矿的新发现,其中,柴北缘有茶卡北山、石乃亥等锂矿,在柴南缘(实际上属于昆仑成矿带)有阿达滩、金水口和哈图等锂矿,工作程度低但潜力大,值得深入开展找矿工作。

03 新的成矿时代

 
以往认为中国的锂矿主要是第四纪的卤水型锂矿和中生代的硬岩型锂矿(陈毓川等,2010a,2010b)。无疑,中国的卤水型锂矿主要形成于第四纪,与南美“锂三角”的卤水型锂矿一致。但是,中国的硬岩型锂矿主要形成于中生代,与国外主要形成于前寒武纪的成矿时代明显不同。近年来在阿尔金成矿带(Ⅲ-19,全国统一编号,下同;徐志刚等,2008)发现了加里东期的锂矿(如吐格曼及吐格曼北的年龄为 460 Ma 和 468~454 Ma,徐兴旺等,2019;李杭等,2020),不但丰富了中国锂矿成矿规律研究的内容,更是明确了加里东期作为西部地区新的锂矿成矿期的区域性找矿意义,这有助于打开锂矿找矿的新局面。即在加里东构造运动影响到的成矿带范围内,应引起对锂矿找矿的重视。以往只注意到中东部地区武夷山成矿带的福建南平和秦岭–大别成矿省的河南卢氏南阳山出现加里东期的同位素年龄,但未引起重视。需要强调的是,虽然在新疆阿尔泰成矿省也存在加里东期的层状伟晶岩型矿床,主要矿种是白云母,锂未见工业富集(王登红等,2001),但这并不能排除其他成矿带甚至阿尔泰本身也存在加里东期伟晶岩型锂成矿的可能性。其他涉及到加里东期成矿作用的成矿带还包括中国西部的准噶尔南缘成矿带(Ⅲ-6)、塔里木北缘成矿带(Ⅲ-12)、塔里木西南缘成矿带(Ⅲ-17)、阿拉善成矿带(Ⅲ-18)、柴达木北缘成矿带(Ⅲ-24)、东昆仑成矿带(Ⅲ-26)以及中国东部大兴安岭、吉黑、华北、华南等成矿省内的相关成矿区带。总之,阿尔金成矿带加里东期锂矿床的发现与确认,对于拓展中国硬岩型锂矿的找矿前景意义重大。

总体而言,中生代仍然是中国硬岩型锂矿成矿的极盛时期,在南方几乎所有的特大型、大中型矿床都与燕山期构造–岩浆活动有关,属燕山期成矿事件的重要组成部分。印支晚期到燕山早期的构造运动转折时期,是中国西部伟晶岩型锂矿的成矿高峰期,无论是新疆阿尔泰的卡鲁安(−库卡拉盖)、西昆仑的大红柳滩,还是四川的甲基卡、扎乌龙等大型、超大型伟晶岩型锂矿床都形成于这一时期。阿尔泰、西昆仑和川西北形成于印支晚期—燕山早期的伟晶岩型锂辉石矿床,构成了中国西部硬岩型锂矿的“锂三角”。华南成矿省,江西宜春 414、湖南道县正冲、尖峰岭等矿床形成于燕山期,广西栗木钽铌铷锂矿床形成于印支—燕山期(表 1);新发现的内蒙古维拉斯托锂云母矿床也形成于燕山期,但已经延续到了燕山晚期(张彤,2021);而西藏境内喜马拉雅和冈底斯成矿带中新发现的锂辉石矿床形成于喜马拉雅期。如果说阿尔金的加里东期伟晶岩型锂矿和喜马拉雅、冈底斯的喜马拉雅期与“淡色花岗岩”有关的硬岩型锂矿属于两个新的锂成矿期,具有重要意义,那么,可以预测,在中国境内,硬岩型锂矿可能形成于各个大地构造旋回,从前寒武纪到喜马拉雅期,可构成一个完整的多旋回成矿谱系(图 2)。

岩浆期与地壳演化阶段的划分依据程裕淇(1994);地质时代的绝对年龄依据全国地层委员会(2002);矿床成矿系列或矿床成矿系列组以编号简称标示,依据陈毓川等(2007),新发现者尚未编号。

图2中国锂矿的成矿体

04 新的勘查成果

十年前,中国锂矿的勘查工作基本停顿,除了新疆可可托海作为危机矿山投入钻探工作之外,其他地区几乎没有一个锂矿的勘查项目。2012 年以来,在四川甲基卡、四川可尔因、新疆大红柳滩、新疆阿尔金等地取得了一系列新的勘查进展,其中,四川甲基卡新三号锂矿脉的发现,可以作为十年来中国硬岩型锂矿找矿突破的标志性成果(表 2)。

表 2    中国主要硬岩型锂矿床及相关地质单元的同位素年代数据

在四川甘孜州的甲基卡矿田,以 134 号脉为开采对象的融达锂矿已经成为中国西部目前正在露天开采的骨干锂辉石矿山,但新增资源量主要集中系在新三号脉和烧炭沟—鸭柯柯等地。其中,在中国地质调查局“我国三稀资源战略调查研究”“川西甲基卡大型锂矿资源基地综合调查评价”项目、国家重点研发计划及中国地质科学院矿产资源研究所 自 有 经 费 科 研 工 作 的 持 续 支 持 下 , 于 2012—2013 年 6—7 月在新三号脉完成第一期 5 个验证钻孔的施工,孔孔见矿,总进尺 545.35 m,141 件样品的氧化锂(Li2O)含量为 0.8%~2.81%,平均品位达 1.61%。通过后期的持续勘查,估算新增氧化锂资源储量达64.31×104 t(王登红和付小方,2013;刘丽君等,2015,2016;付 小 方 等 , 2015;王 登 红 等 , 2016a);2016—2018 年,在甲基卡矿区及外围鸭柯柯等地圈定找矿靶区 4 处,并通过高分辨率感地质找矿、大比例尺填图、激电中梯扫面、机械岩心钻探(5 个钻孔,共 1520.11 m)等工作,提交新发现矿产地 2 处,共探获 预 测 矿 石 资 源 量 2267.86×104 t,Li2O(334)资 源 量25.77×104 t(刘丽君等,2017a,2017b;代晶晶等,2017;王登红等,2017,2021b)。另外,四川省地勘基金和天齐锂业等其他资金渠道的商业性勘查工作也在甲基卡矿田探获了相当规模的资源量,此不赘述。
在四川阿坝州加达和加达南矿区,中国地质科学院矿产资源研究所在中国地质调查局“川西甲基卡大型锂矿资源基地综合调查评价”(2016—2018)和“松潘−甘孜成锂带锂铍多金属大型资源基地综合 调 查 评 价 ” (2019—2021)项 目 资 助 下 , 于 2017—2021 年通过地质填图、大比例尺低密度电法测量、锂同位素找矿和钻探(8 个钻孔,共 1909.54 m)等工作,新发现伟晶岩脉 61 条。其中,锂辉石钠长花岗伟晶岩脉 36 条,估算新增 Li2O 潜在矿产资源超过22×104 t。

基于一些学者对新疆西昆仑的大红柳滩锂矿区研究的基础上,2012 年通过的中国地质调查局地质大调查计划“我国三稀资源战略调查研究”项目率先对该地区稀有金属矿(锂矿、铍矿和铌钽矿)开展定量预测,结合区域 1∶50000 地球化学元素异常分布范围和槽探工作,综合多源信息圈定锂铌钽靶区4 个,预测 Li2O 资源量 2.23×104 t,并通过槽探控制资 源 量 7308.73 t(王 登 红 等 , 2016 b;徐 仕 琪 和 涂 其军,2017;涂其军等,2019)。随后,西安地质调查中心、新疆维吾尔自治区有色地质勘查局、新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局、陕西省地质调查院、中化地质矿山总局陕西地质勘查院、中国科学院广州地球化学研究所等单位在地质大调查、国家重点研发计划、新疆维吾尔自治区地勘基金及企业基金等项目支持下,投入了大量的工作,发现了大红柳滩东、阿克塔斯(喀拉喀什河南)、雪龙山、俘虏沟南、大红柳滩北、康西瓦东、雪凤岭、雪盆和双牙等一批新的矿产地或原有的矿产地不断扩大规模,使之成为中国最为重要的大型伟晶岩型锂矿资源 基 地 (图 3), 其 初 步 控 制 的 Li2O资 源 量 不 少 于50×104 t。其中,10×104 t 为大型(王核等,2017;梁婷等,2021)。

 

图 3    新疆和田县大红柳滩锂矿田 509 道班西-507 锂矿矿产地质图

 在新疆阿尔金的砂锂沟矿区,中国地质科学院矿 产 资 源 研 究 所 于 2020 年 在 00 勘 探 线 施 工 ZK01钻孔,见厚度>1 m 的伟晶岩脉 7 条,累计 34.22 m,最大 视 厚 度 23.37 m, 矿 体 平 均 品 位 Li2O 1.175%, Be O0.059%,Ta2O5 0.011%,矿石类型主要是锂云母伟晶岩 (图 4a);另 见 有 萤 石 碳 酸 盐 脉 2 条 , 最 厚 可 达6 m,萤石含量 8%~15%。该钻孔是砂锂沟一带的第一个钻孔,为后期的找矿突破打开了局面。如随后在 01 勘探线施工钻孔 2 个,其前排钻孔(ZK0101)见 伟 晶 岩 脉 累 计 视 厚 度 29.25 m(最 大 单 脉 厚 度20.79 m),真厚度 18.66 m,矿体平均品位Li2O,1.277%;BeO,0.077%;Ta2O5, 0.012%;另 见 有 萤 石 碳 酸 盐 脉4 条,最厚可达 5.9 m;后排钻孔(ZK0102)见伟晶岩脉 4 条,累计视厚度 73.02 m。其中,主脉体厚度分别为 16.59 m 和 52.76 m,控制伟晶岩脉深部延伸达190 m,另见有萤石碳酸盐脉 3 条,视厚度 2~3 m 不等。砂锂沟矿区的找矿突破带动了阿尔金地区一系列找矿新发现,如在阿尔金塔木切地区发现了锂辉石伟晶岩锂云母和锂电气石伟晶岩(图 4b、4c)。2021 年,中国地质科学院矿产资源研究所对新疆塔木 切 锂 铍 矿 一 带 开 展 专 项 地 质 调 查 , 对 其 中 ρ2、ρ3、ρ4 号含矿伟晶岩脉开展了钻探验证,证实矿体在 深 部 有 较 稳 定 的 延 伸 。此 外 , 在 塔 木 切 北 部 地区 新 发 现 伟 晶 岩 脉 6 条 , 均 为 含矿 的 锂 辉 石 伟 晶岩脉。

 图4  新疆阿尔金成锂带典型含锂伟晶岩矿石

05 新的资源格局

十年来,除了上述在四川甲基卡矿田、四川可尔因矿田、新疆大红柳滩锂矿田、新疆阿尔金吐格曼矿田等西部地区取得显著进展之外,在中国东部大兴安岭成矿省的内蒙古维拉斯托、华南成矿省的江西九岭−武功山以及中国西南部藏南高喜马拉雅等地区,也取得了一系列新突破或新发现,从而塑造了中国锂矿尤其是硬岩型锂矿的新格局。

中国锂矿资源丰富,矿床多,规模大,是中国的优势矿产之一。十年前(截至 2012 年),中国探明有储量的锂矿区 48 处,查明金属锂资源储量 601.2×104 t(包 括 盐 湖 锂 ), 保 有 资 源 储 量 587.99×104 t(金 属锂),主要分布在新疆、四川、江西、西藏、青海、湖南、河南、福建和陕西等省(自治区)(表 3,表 4)。

表 3    中国主要省(自治区)查明锂矿资源储量、消耗资源储量和保有资源储量一览表

表 4    中国主要锂矿床资源信息

十年来,除了个别矿区提交了评审备案的资源储量之外,绝大多数锂矿区的工作程度较低或者尚未完成勘探,虽然有资源量方面的数据报道甚至已经在开采,但尚未达到法定要求程度,如四川甲基卡新三号脉新增氧化锂资源量 64.31×104 t(中国国土资源报 2014 年 8 月 29 日第一版报道);内蒙古维拉 斯 托 锂 云 母 型 锂 矿 的 Li2O 资 源 量 达 35.72×104 t(品 位 Li2O, 1.28%), 被 评 为 2018 年 中 国 地 质 学 会十大地质找矿成果;新疆的大红柳滩正在编写勘探报告,具体数据待评审验收之后再报道,初步估算可达到超大型规模;江西宜春的低品位岩体型以锂云母为主的氧化锂 258×104 t,等。这些数据有待于进一步通过提高工作程度来核实,但以硬岩型锂矿为重点的新一轮勘查工作无疑正在塑造中国锂资源的新格局。值得指出的是,江西幕阜山–九岭–武功山一带是“十二五”期间“我国稀有稀土稀散金属矿产资源调查研究”计划项目提出的重点远景区 , 近 年 来 得 到 了 商 业 性 勘 查 活 动 的 证 实 。宜 春414 是该区的已知典型矿床,以锂云母型锂矿为特征,而宜春市锂云母的增储空间仍然很大。九岭地区存在与 414 钽铌矿类似矿化特征的岩株,且其中的稀有金属矿物比 414 矿床还发育。在综合研究的基础上,此次项目组对狮子岭附近存在相似矿化特征的尖山岭至云峰坛一带、黄岗至圳口里一带、余家里等地的岩体进行了初步调查,圈定了包括狮子岭在内的 7 个靶区,通过地表填图和系统采样估算远景资源量达 38×104 t 以上(王成辉等,2019)。据报道,宜春市及下属县市拥有探明可利用氧化锂储量逾 258×104 t(约 120×104 t 金属锂),比十年以前全国查明的氧化锂储量总量还多(约 251×104 t,表 3)。可见,花岗岩型锂云母矿床资源量的大幅度增长,在不久的将来会进一步改变中国硬岩型锂矿的资源格局。

此 外 , 一 旦 沉 积 型 锂 矿 能 够 得 到 工 业 开 发 利用,环保问题能够解决,那么豫西–晋南及川滇黔地区与古生代沉积岩及铝土矿、煤系地层相伴生的锂资源将可能在数量上超过花岗岩型和花岗伟晶岩型锂矿,而柴达木盆地及四川盆地、江汉盆地及东部的吉泰盆地、樟树盆地等的深部卤水中的锂资源也值得重新评价。

06 新的勘查方法

十年前,对于锂矿勘查方法的研究,并不多见,但实际上由于伟晶岩型矿床的复杂性,对于新疆可可托海稀有金属矿床的勘查不仅投入过大量的工作,还为“找矿勘探地质学”这一学科的诞生做出了贡献。正是由于可可托海这一典型矿床的复杂性,才将找矿勘探地质学作为一门专门的学科建立起来了。同时,也正是由于伟晶岩型矿床的复杂性,类似于可可托海三号脉这样的经典矿床的勘查方法和经验,并不具有普遍的实用性。因此,才认识到稀有金属矿床的成矿独特性,不盲目照搬教科书和勘查规范的条条框框,想尽一切办法,探索找矿与勘探的新技术新方法,是这十年来的重要进展。具体如:在远景区圈定和靶区优选阶段,“牛粪找矿”、生物找矿等非传统化探异常的提取与高分辨率遥感信息的充分提取(代晶晶等,2017;于扬等,2019a,2019b),是以往没有的;在远景区填图和靶区异常查证阶段,采用物探与“3定 2 参”地质填图相结合的方法来查明伟晶岩脉的分布特征及深部延伸 情 况 , 是 以 往 没 有 的 ;在 钻 探 验 证 阶 段 , 采 用45°~60°的开孔角来布设斜孔(而不是直孔),也是以 往 没 有 的 ;在 综 合 评 价 阶 段 , 除 了 求 得 锂 及 铍 、铌、钽等共伴生组分的品位和资源量之外,同时求得锂同位素(6Li)的资源量,更是闻所未闻;到了扩大规模甚至探边摸底、就矿找矿的阶段,采用地气测量和锂同位素示踪技术开展“以锂找锂”的研究(刘 丽 君 等 , 2017b;王 秋 波 , 2020;王 登 红 等 , 2021a;周四春等,2022),指出找矿方向,同样是十年前没有的。至于背包钻、取样钻、模块化钻探设备、非泥浆甚至清水钻探技术的创新改进,也是十年来的新进展。在卤水型锂矿方面,“锂钾兼探”“气锂兼探”“油锂兼探”在四川盆地和柴达木盆地西部也取得了新进展。

鉴于当前勘查投入不足,如何研发出投资少、周期短、见效快的勘查技术方法,乃当务之急。毫无疑问,地质填图是最传统的找矿方法,也是投入最少、见效最快、周期最短但科技含量尤其是理论含量最高的脑力劳动,而不是简单的“跑路线”。因此,带着科学问题、奔着矿脉矿石去的专题填图,与为了完成面积性工作量的“mapping”是有着本质区别的。王登红十年来一直倡导“先找矿再填图”,但尚未得到推广。有必要再次以甲基卡为例加以说明这也是学习李四光精神,实事求是,务实创新的具体体现。

中国西部地区无论是新疆阿尔泰还是地处青藏高原的西昆仑地区或是松潘−甘孜成矿带,都是伟晶岩型矿床的找矿远景区,但山高谷深,要么剥蚀严重,要么第四系覆盖甚至冰川覆盖,难以找到好的矿化露头。四川甲基卡一带处于青藏高原东部的夷平面,地表见到的含锂辉石的“大石头”曾经被认为是“青藏高原大冰盖”的冰碛物。但经过项目组长期的调查研究与钻探验证,结果发现,有的含锂辉石的“大滚石”实际上是原地的、有根的,不是外来的,并不是冰川漂来的;所谓的冰漂砾上的定向擦痕实际上是“定向排列的板条状锂辉石风化之后的痕迹”,这一认识非常关键,对后期解放思想大胆布钻起到了关键作用。那么,地表哪些转石属于冰川漂砾?哪些属于原地的残积物?根据实地踏勘、遥感解译和钻探验证认为,如果含锂辉石的转 石 是 定 向 排 列 的 (不 是 杂 乱 无 章 的 ), 与 不 含 锂辉石的沉积岩围岩碎块在遥感影像上呈条带状、黑白相间排列(不是混杂在一起的)并具有一定的延伸长度(其展布范围、方向与地质图上由露头圈定的方向、产状吻合一致),那么,此时的含锂辉石转石 很 可 能 是 原 地 的 。这 在 甲 基 卡 矿 田 西 部 地 区2015—2018 年的填图与钻探工作中发挥了很大的指导作用。

2019—2021年,刘善宝等(2020)进一步总结出一套在第四系覆盖严重但又有伟晶岩转石分布地区的填图找矿方法−“3 定 2 参”1∶2000 伟晶岩转石填图法,即:通过确定伟晶岩转石的类型、尺度和分布密度,参考矿区内伟晶岩脉的产状和地形条件来圈定靶区的找矿方法。实践证明,该方法能够快速有效识别伟晶岩转石的类型(冰碛物、坡积物和原地或半原地型),为钻探工程布设提供依据。2019 年在甲基卡经8个钻孔验证,于日西柯第四系覆盖区发现了 16 条花岗伟晶岩脉,其中,锂辉石伟晶岩脉 10 条,实现了新的找矿突破。后来又将这一方法应用到可尔因矿田(马圣钞等,2020),并指导2019 年“松潘−甘孜成锂带锂铍多金属大型资源基地综合调查评价”项目在上述两个地区实施钻探验证,初步探获新增氧化锂资源量超过 15×104 t,取得了显著效果。这一方法在冈底斯和喜马拉雅成锂带也值得推广采用。

07 新的成矿理论

“多旋回深循环内外生一体化”锂矿成矿理论,是在前期对新疆阿尔泰成矿省的成矿系列以及对全国锂矿成矿规律研究的基础上(王登红等,2002;王登红等,2014;陈毓川等,2015;王瑞江等,2015)结合十年来的勘查实践提炼出来的。

  在中国,卤水型锂矿和硬岩型锂矿均很发育,前者以西藏的扎布耶为代表,后者以新疆的可可托海为代表。其在十年前就闻名天下,并得以开发利用。这与国外是不一样的,南美玻利维亚、阿根廷和智利的“锂三角”是盐湖卤水型锂矿,尚未发现硬岩型锂矿;澳大利亚和非洲大陆刚果(金)等地只有伟晶岩型锂矿(袁忠信等,2016);北美加拿大东部魁北克一带也是伟晶岩型锂矿,而美国西部内华达只有现代热泉型锂矿,伟晶岩型锂矿尚未发现,以麦克德米特为代表的沉积型锂矿倒是在近年来越来越被重视(JINDALEE Resources Limited 网站 http://www.jindalee.net;中 华 人 民 共 和 国 自 然 资 源 部 网 站http://geoglobal.mnr.gov.cn;在澳大利亚股案交易所上市的金达利资源公司宣称其在俄勒冈州发现的麦克德米特锂矿床是美国最大的锂矿床,碳酸锂含量超过 10.1×10t,但其边界品位只有 0.1%),并且在全世界掀起了寻找沉积型锂矿的热潮。尽管美国也是液态锂矿与硬岩型锂矿均有,但与中国不同,中国的卤水型锂矿往往与硬岩型锂矿在空间上密切相伴,卤水型锂矿产于盆地中,硬岩型锂矿产于盆地周边的造山带,如柴达木盆地中的卤水型锂矿是中国锂矿资源最集中的成矿区,其西北侧的阿尔金成锂带、北侧的柴北缘成锂带和南侧的柴南缘(东昆仑)成锂带都已经发现了独立的锂矿,成矿潜力很大,找矿前景看好(潘彤等,2020);西藏冈底斯成锂带中羊八井式的热泉型锂矿、扎布耶式的盐湖型锂矿往往分布在“淡色花岗岩”邻近地区,二者在空间上接近;四川盆地、江汉盆地、吉泰盆地以及周田盆地均如此(图 1)。即便是古生代的盆地,如豫西–晋南的铝土矿分布区,伴生在石炭纪—二叠纪铝土矿层及其顶底板围岩中的古生代黏土型锂矿,其南侧就是属于加里东期—华力西期构造转折阶段 成 矿 的 东 秦 岭 成 锂 带 , 其 中 的 桃 坪 岩 体 形 成 于450 Ma, 黄 龙 庙 南 含 铀 伟 晶 岩 形 成 于 415~404 Ma,南阳山花岗伟晶岩型稀有金属矿床形成于 396 Ma(陈西京,1976;赵如意等,2013;张杰等,2021)。因此,有理由认为盆地中的沉积型锂矿(已经被固化在黏土等沉积物中)以及卤水型锂矿(尚未固化)的成矿物质,除了深部热泉(抑或还有岩浆热液,如云南腾冲。郭唯明等,2019)的补给之外,地表造山带风化剥蚀下来的锂也是重要来源。

另外,当富含锂的沉积物埋藏到一定的地壳深部,随着温度、压力的增大,沉积岩发生埋藏变质,由于锂具有降低熔点的奇特作用,富含锂的沉积物比不富含锂的沉积物更容易发生低共熔点的重熔(London,2015),重熔的结果是形成含锂岩浆,岩浆再通过正常的结晶分异作用形成含锂的花岗岩及花岗伟晶岩,当锂富集到可工业利用的程度时即成矿。可见,沉积型的外生锂矿与岩浆−热液型的内生锂矿,并不是互不相干的,而是构成了一个锂的物 质 循 环 过 程 。这 就 是 内 外 生 一 体 化 的 成 矿 机制。之所以还要强调多旋回,一方面是沉积过程与岩浆过程本身就发生在不同的构造背景,分别对应于沉积旋回与岩浆旋回;另一方面是中国的造山运动是多旋回的,而内动力地质过程与外动力地质过程是不断转化的,加里东旋回形成的伟晶岩型锂矿及含锂的花岗岩,风化剥蚀下来的锂为华力西旋回的沉积型锂矿提供了物质来源;而石炭纪—二叠纪沉积岩中富集的锂又为印支−燕山旋回重熔花岗岩型和伟晶岩型锂矿的形成奠定了物质基础。

08 新的找矿方向

十年前,根据《稀有金属矿产地质勘查规范》等行业标准,岩体型锂矿的边界品位是  Li2O≥0.5%,工业品位至少要达到 0.8%。随着价格的成倍上涨,其边界品位和工业品位也应该降低。在新的国家标准或者行业标准出台之前,各矿山企业可以根据具体情况给出企业标准。预计“九岭式”岩体型锂矿将逐渐代替伟晶岩型锂矿成为可工业开采的硬岩型锂矿的主导类型,其意义相当斑岩型铜矿代替矽卡岩型铜矿。矽卡岩型铜矿品位高,储量相对小;而斑岩型铜矿虽然品位低但储量大。岩体型锂矿也是以“低品位、大吨位、露天开采”为特点,这一特点将显著地影响新的找矿方向。

如 宜 春 414 钽 铌 矿 以 往 是 以 钽 铌 作 为 主 矿 种的,锂的含量达不到独立锂矿的边界品位,但其中共伴生的可开采氧化锂储量也达到 110×104 t,随着锂价的成倍上涨,锂云母得到了综合回收,甚至摇身一变成为主矿种,414 钽铌矿也就成为全球最大的锂矿山之一。实际上,宜春市境内还有大量的待详勘地区,如:永兴的化山瓷石矿仅详勘了 20% 的区域;江特电机的茜坑仅详勘了 40% 的区域;奉新县联盟陶瓷土矿 2020 年末公开招标进行了新增储量的测定。宜春市含锂矿山分布集中,锂及稀有金属矿床主要分布于新坊矿区和宜丰–奉新矿区,前者以宜春 414 矿为主,矿石资源储量 1.4×109 t,氧化锂品位 0.38%;后者范围主要包括袁州区新坊乡、宜丰县花桥乡和同安乡、奉新县上富镇以及高安市的伍桥镇和华林山镇(王成辉等,2022)。因此,除了可可托海式和甲基卡式的伟晶岩型锂矿之外,宜春式的蚀变花岗岩型锂矿应该作为当前成矿预测的重点,除了对武功山–杭州湾成矿带中的二云母二长花岗岩岩体加以重点研究之外,无论是喜马拉雅的“淡色花岗岩”还是南岭的、大兴安岭的、秦岭的以及昆仑–阿尔金等地的所谓的“高分异花岗岩”也应该纳入到与江西宜春 414 矿床相同或者相似的预测类型中,将围岩蚀变也作为重要的预测要素来对待(表 5)。

表 5    中国锂矿主要预测类型

09 新的利用趋势

十年来,锂从传统的冶金合金“配料”摇身一变而成为最热门的矿种之一,主要是新能源汽车产业的快速发展。现有产能的不足,尤其是汽车制造大国的现实需求与锂资源本土供应能力之间的矛盾,加 剧 了 锂 价 的 高 涨 , 导 致 了 锂 电 企 业 的 全 球 “ 抢矿”,也导致产业布局的不断调整,包括对锂资源本身的再认识。除了广泛用于冶金工业和军工装备,锂在电池领域的应用已经众所周知。
实际上,锂作为重要的能源金属,可用于可控热核聚变,是生产氢弹、中子弹和质子弹的重要原料,并在高能锂电池、受控热核反应中的应用。它将成为人类解决能源供应问题的重要原料,被誉为“21 世纪的能源金属”。锂之所以被称为“21 世纪的能源金属”并不只是因为“锂电池”,锂电池起到的是储能作用,本身并不产生能源;而要产生能源,就得靠“可控核聚变”,一旦实现可控核聚变发电,1 g 锂放出的有效能量最高可达 8500~72000 k W/h,比235U裂变所产生的能量大 8 倍,相当于 3.7 t 标准煤(王乃银,1989),而且绿色保无污染,对于“双碳”目标的实现意义巨大。此外,锂作为自然界中最轻的金属,在冶金合金材料领域广泛使用,通过降 低 材 料 的 重 量 所 能 节 约 的 能 源 也 是 十 分 可 观的。当铝合金中含锂 2%~4% 时,可使合金的强度提 高 10%, 但 重 量 却 减 少 15%~20%, 美 国 战 斗 机 、苏联的米格 29 战机等都应用了 Al-Li 合金(王登红和吴西顺,2017)。因此,可以得出,锂在电池和高端装备制造业中的用途将越来越广,尤其是6Li  作为一种特殊资源也将受到越来越广泛的关注。

10 新的管理模式

十年前中国锂矿的开发利用是很粗放的,初级品 的 出 口 量 逐 年 上 升 , 高 端 产 品 又 在 不 断 增 加 进口,当今中国已经成为新能源汽车的第一大国。要变成高端装备制造业的强国,还需要锂矿资源的安全 保 障 。在 需 要 面 对 的 诸 多 问 题 中 , 管 理 是 重 中之重。

新疆阿尔泰地区的伟晶岩型锂矿虽然点多面广,但以往探明的资源量并不大,大部分矿产地没有探明资源量(邹天人等,2006),可可托海实际上是以铍为重点,锂资源家底需要尽快查明;四川甲基 卡 虽 然 资 源 丰 富 , 开 发 利 用 的 自 然 条 件 较 为 有利,可以大规模露天开采,但是初级品外运,没有形成现代化的锂工业基地;江西宜春一带的花岗岩型锂矿已经步入现代化开发利用的轨道,但锂资源又面临危机,宜春的锂云母资源,以往是作为钽铌矿床的伴生资源来评价的,在目前的市场价格下,是否可以作为锂–铌–钽共生矿床?而内蒙古维拉斯托的锂云母矿脉、角砾岩筒型矿体是否可以作为一种独立的工业类型呢?上述问题无论是在新版的《矿产资源工业要求手册》还是在《稀有金属矿产地质勘查规范》中均没有明确的规定,不利于地质勘查工作。因此,有必要在相关主管部门的支持下,鼓励各企业按照各自的成本和产品方案提出企业标准或群体标准。否则,探明的资源要想开发利用也难以获得合法的“身份”。

沉积型锂矿要不要作为工业类型也是一个迫切需要解决的问题。据报道云南滇中地区发现了“489×10t 世界级特大型锂矿”,已有企业投巨资建矿山,甚至被写入 2022 年的玉溪市政府工作报告。但是,这么大量的锂资源,是根据哪个行业标准或者勘探规范探获的?是否符合环保要求?是否具有市场竞 争 力 ?其 开 发 利 用 能 否 获 得 采 矿 许 可 证 等 等 。这都是新问题、新情况,迫切需要解决,以免此类锂矿资源的开发重走当年稀土矿(无论是川西牦牛坪一带的硬岩型稀土矿还是赣南的离子吸附型稀土矿)无序竞争、乱开乱挖、破坏环境、浪费资源又没有掌握市场话语权的老路。

在山西、河南、贵州的铝土矿分布区,沉积型锂资源是非常丰富的;在广西、贵州、云南、山西、内蒙古等地区的煤矿甚至碳质岩系中也伴生有锂资源,而且其“资源量”是天文数字,但这部分资源能否开发利用,在“锂矿大战”中是否误导社会各界,也是不容忽视的问题。否则,对于同一个矿床、同一个矿层甚至同一条伟晶岩型矿脉被分割为不同的矿业权分别进行招拍挂的情况,也将频繁出现。总之,当前迫切需要构筑新的管理模式,形成社会主义市场经济体制下根据市场变化尤其是市场价格变化和企业成本建立起动态评价、资源储量动态计算的新型管理机制,及时管控好6Li 这样的作为战略性资源的高端开发与滇中等地尚未上储量表的沉积型锂资源的开发利用问题,避免可以作为可控核聚变原料的锂资源被低端利用,也避免不成熟的、风险极大的潜在资源被过分夸大,以至于影响国家层面和企业层面的决策,进而波及战略性新兴产业的安全和可持续发展。

结语

十年来,中国锂矿已经从卤水型和伟晶岩型为主,拓展到了多种类型并存的新局面;成矿时代也从中新生代拓展到古生代等多个期次并存;成矿区带增加了阿尔金、喜马拉雅、大兴安岭西坡等重要区带,并在川西的甲基卡、可尔因及新疆的大红柳滩、吐格曼等地探获了一批可以开发利用的伟晶岩型锂辉石矿产地,在豫西、晋南、滇中等地发现了一 批 沉 积 型 锂 矿 的 远 景 区 ;研 发 出 “ 以 锂 找 锂 ”“3 定 2 参”“遥感找锂”“生物找锂”等一批新技术新方法,探获了一批新的资源储量,形成了新的资源格局,并且首次从可控核聚变的角度评价了甲基卡新三号脉的6Li  资源,为战略性新兴产业发展布局提供了科学依据。需要强调的是,蚀变花岗岩型锂矿(锂云母)应该作为当前成矿预测的重要类型,在管理层面也应该根据市场经济快速发展的现实需要及时改进管理机制。

此外,中国在锂矿资源勘查和科学研究方面还有a很多新进展新成果,如深部探测的技术、化探的成果以及物理选矿等方面的成果,限于篇幅,此不赘述。可以期望,中国锂矿无论是在地质找矿还是科学研究以及高端开发利用等方面都将取得更大的成就。

原文详见:王登红,代鸿章,刘善宝,李建康,王成辉,娄德波,杨岳清,李鹏.中国锂矿十年来勘查实践和理论研究的十个方面新进展新趋势[J].地质力学学报,2022,28(05):743-764.