中蒙跨境阿爾泰構造帶稀有元素鋰區(qū)域地球化學分布

劉漢糧，聶蘭仕，王學求，張義波，劉東盛，王 瑋，遲清華

(1.國土資源部地球化學探測技術重點實驗室，中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所，河北 廊坊 065000；2. 聯(lián)合國教科文組織 全球尺度地球化學國際研究中心，河北 廊坊 065000；3. 中國冶金地質總局 山東正元地質勘查院，山東 濟南 250014)

0 引 言

三稀資源是稀土資源、稀有資源和稀有分散資源的統(tǒng)稱，是21世紀新一代尖端武器、信息技術、節(jié)能環(huán)保、醫(yī)藥及醫(yī)療器械、新材料、新能源汽車等必需的功能性材料、結構性材料和關鍵性原料。未來國際資源戰(zhàn)略競爭，將從大宗支柱性礦產(chǎn)向三稀礦產(chǎn)轉移，稀土、稀有和稀散資源將是支撐我國占據(jù)科技和經(jīng)濟制高點的關鍵性資源。隨著地質勘探工作的深入和基礎科學對三稀元素在地殼乃至地幔中分布規(guī)律的不斷總結，得出稀土不土、稀散不散、稀有常有的認識[1-2]。

稀有元素鋰(Li)是自然界中最輕的銀白色堿土金屬，原子序數(shù)3，原子量6.941，豐度約20×10-6，主要集中在硅酸鹽礦物中，地殼中鋰可以形成獨立鋰礦物，如鋰輝石、鋰云母等，也以類質同象形式產(chǎn)出[3-4]。同時鋰被稱為21世紀改變世界的“綠色能源金屬”和“白色石油”，戰(zhàn)略意義至關重要，目前鋰資源開發(fā)利用已經(jīng)被列入“十三五”國家戰(zhàn)略規(guī)劃，鋰資源的開發(fā)利用貫穿節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術、生物、高端裝備制造、新能源、新材料等產(chǎn)業(yè)[5-6]。

本次工作在中蒙跨界阿爾泰地區(qū)開展1∶100萬國家尺度地球化學填圖，由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所和蒙古地質調查中心聯(lián)合完成，覆蓋了約300 000 km2，分析了69種元素，填補該區(qū)元素地球化學分布的空白，并為兩國邊界地區(qū)重要礦床對比提供地球化學依據(jù)。本文依據(jù)中蒙阿爾泰地區(qū)6個構造單元劃分[7]，統(tǒng)計鋰元素在不同構造單元內(nèi)的地球化學參數(shù)，并對區(qū)域地球化學異常進行論述，為將來鋰資源發(fā)現(xiàn)提供重要選區(qū)。

1 區(qū)域地質概況

阿爾泰造山帶位于中華人民共和國、蒙古國、俄羅斯聯(lián)邦和哈薩克斯坦共和國4國的交界處，是重要的稀有金屬、寶石、工業(yè)白云母成礦帶，是中亞造山帶的重要組成部分，位于中亞造山帶西南部，北鄰西薩彥嶺古島弧帶，南側以額爾齊斯斷裂與齋桑造山帶、準噶爾地塊和東準噶爾—南蒙古造山帶相鄰。阿爾泰造山帶基本組成單元在中國阿爾泰及鄰區(qū)(蒙古)研究較為詳細[8-11]，該造山帶具有特殊地位，和整個中亞造山帶一樣，發(fā)育有大量的花崗巖及偉晶巖。前人對中國境內(nèi)阿爾泰花崗巖做了許多研究，積累了豐富的資料，初步總結了其基本特征，阿爾泰花崗巖主體主要形成于晚古生代，也多被認為是晚古生代(海西期)造山帶。部分學者通過鋯石年代學研究也識別出眾多早古生代和中生代花崗巖[12-15]。另外，由中國地質調查局主持完成的亞洲國際地質編圖項目為了解境內(nèi)外阿爾泰花崗巖的概況提供了基礎性材料。阿爾泰地區(qū)構造巖漿活動頻發(fā)且強烈，具有良好的成礦條件，稀有金屬礦床分布廣，與花崗巖分布有密切關系[16]。

2 工作方法

本次工作使用1∶25萬及1∶20萬地形圖作為野外工作用圖，以1∶2.5萬圖幅(相當于經(jīng)度差7.5′×緯度差5.0′，面積大約100 km2)作為一個采樣單元網(wǎng)格，每一個格子采集1件樣或組合樣。

圖1 工作區(qū)域及構造簡圖(據(jù)李俊建等[7]修改)Fig.1 Working area and tectonic map (modified after Li et al.[7])

采樣密度是1件樣/100 km2*王學求.國際地球化學填圖指南. 中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所內(nèi)部資料. 2006.。使用GPS定位，在測區(qū)內(nèi)要求采樣點位基本均勻分布[17]。中蒙邊界阿爾泰地區(qū)基本上可劃分成荒漠山地景觀區(qū)和荒漠戈壁景觀區(qū)類型?；哪降貐^(qū)采集水系沉積物，樣品采集在水系河口河道內(nèi)；荒漠戈壁區(qū)水系不發(fā)育，沒有明顯的地表徑流，地形相對平坦，相對高差大部分小于50～100 m，但大部分地區(qū)盆山交錯，有季節(jié)性洪流，發(fā)育有明顯的沖積匯水盆地，樣品采集在匯水盆地低洼處或季節(jié)性洪流河口處；水系沉積物和沖洪積匯水盆地沉積物都是對上游源區(qū)的均一化介質，同時采樣密度和采樣粒級保持一致，保證沉積物樣品分析的統(tǒng)一性①。采樣點分布兼顧樣品均勻性與最有效控制匯水域，樣品在50 m范圍內(nèi)多點組合采樣(3～5個點)，重復樣占總樣品數(shù)的5%左右，大致均勻布設在整個工作區(qū)內(nèi)，采集-100目的細粒級樣品，質量大于500 g。由于樣品粒度細、介質均勻，因此代表性強，同時細粒級樣品所具有的獨特吸附特性，可以將含礦信息捕獲與富集[17]。

圖2 中蒙邊界阿爾泰地區(qū)采樣單元網(wǎng)格 Fig.2 Sampling cell in the Altay area,the boundary ofChina and Mongolia

所有境內(nèi)外樣品均在中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所中心實驗室加工分析，避免不同實驗室所造成的實驗誤差。分析方法是等離子體光譜法(ICP-OES)，鋰的檢出限0.1×10-6。

3 結果與討論

此次工作在中蒙邊界阿爾泰地區(qū)共完成了約300 000 km2的國家尺度(1∶100萬)地球化學填圖，工作范圍是東西方向(經(jīng)度)86°～96°，南北方向沿邊境線向兩國境內(nèi)各延伸約100 km，涉及中國境內(nèi)的新疆維吾爾自治區(qū)哈密市、昌吉回族自治州、阿爾泰地區(qū)以及蒙古的科布多、巴彥烏列蓋、戈壁阿爾泰等省，共采集樣品2 453件，其中中國境內(nèi)1 165件，蒙古境內(nèi)1 288件。

3.1 地球化學參數(shù)統(tǒng)計

測區(qū)數(shù)據(jù)根據(jù)國別及構造單元統(tǒng)計鋰元素地球化學參數(shù)，結果列于表1。構造單元采用李俊建中蒙阿爾泰地區(qū)構造分帶，劃分為阿爾泰構造帶、阿爾泰南緣弧盆系、東西準噶爾弧盆系、準噶爾地塊、戈壁阿爾泰弧盆系、北山—戈壁天山弧盆系6個二級構造單元[7]。

從表1中可以看出：全區(qū)鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍是12.3×10-6～53.2×10-6，全區(qū)鋰含量背景值(中位值)和平均值分別是24.6×10-6和26.9×10-6。中國境內(nèi)鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍是11.4×10-6～57.0×10-6，蒙古境內(nèi)鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍是12.6×10-6～51.7×10-6，比較而言中國境內(nèi)鋰含量值變化范圍更大，說明元素分布的局部不均一性更強，而正是這種局部的不均一性才能通過加密采樣刻畫出地球化學模式的細節(jié)變化，為逐步追蹤礦化體奠定基礎。蒙古境內(nèi)鋰含量背景值(25.9×10-6)和平均值(27.7×10-6)均高于全區(qū)鋰含量背景值和平均值，而中國境內(nèi)鋰含量背景值(23.5×10-6)和平均值(26.2×10-6)恰好相反，表明中國境內(nèi)鋰元素含量低于蒙古境內(nèi)鋰元素含量。對于劃分的構造單元而言，阿爾泰構造帶鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍是15.4×10-6～57.9×10-6，背景值(中位值)和平均值分別是31.6×10-6和32.9×10-6；相應地，阿爾泰南緣弧盆系鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍、背景值和平均值分別是14.9×10-6～68.5×10-6、28.7×10-6和32.9×10-6；東西準噶爾弧盆系鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍、背景值和平均值分別是12.8×10-6～43.6×10-6、21.9×10-6和23.0×10-6；準噶爾地塊鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍、背景值和平均值分別是16.9×10-6～47.7×10-6、27.2×10-6和28.3×10-6；戈壁阿爾泰弧盆系鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍、背景值和平均值分別是10.5×10-6～37.5×10-6、20.8×10-6和21.0×10-6；北山—戈壁天山弧盆系鋰含量2.5%～97.5%分位數(shù)區(qū)間對應的含量值范圍、背景值和平均值分別是8.06×10-6～37.7×10-6、16.8×10-6和18.5×10-6。阿爾泰構造帶、阿爾泰南緣弧盆系和準噶爾地塊鋰含量背景值和平均值均高于總體含量背景值和平均值，尤其是阿爾泰構造帶鋰含量背景值和平均值最高，是總體含量背景值和平均值的1.29倍和1.22倍，說明該構造單元是鋰元素的富集區(qū)，中國的阿斯喀爾特花崗巖型鋰鈹?shù)V床和蒙古的Khaldzan Buregte稀有金屬礦床(蒙古重要的稀有金屬礦床)均產(chǎn)在該構造單元內(nèi)；阿爾泰南緣弧盆系鋰含量略低于阿爾泰構造帶鋰含量，同樣富集鋰元素，中國重要的稀有金屬礦床可可托海三號礦脈就產(chǎn)在該構造單元內(nèi)。

中蒙跨境阿爾泰地區(qū)鋰含量的直方圖和箱圖(圖3)顯示沉積物鋰的分析數(shù)據(jù)大致具有對數(shù)正態(tài)分布特征，鋰含量在25%～75%分位數(shù)之間較為集中，且僅有少量的下部溫和異常值但有大量連續(xù)的上部溫和異常值及少許上部極端異常值。

表1 中蒙邊界阿爾泰地區(qū)稀有元素鋰地球化學參數(shù)

注：鋰含量單位為10-6。

圖3 中蒙邊界阿爾泰地區(qū)沉積物鋰含量直方圖和箱圖Fig.3 Histogram and boxplot of Li contents in the Altay area,the boundary of China and Mongolia

3.2 地球化學圖編制

利用GeoExpl軟件繪制元素地球化學分布圖和異常圖，并統(tǒng)計各異常相關參數(shù)。根據(jù)累積頻率(0%、0.5%、1.2%、2%、3%、4.5%、8%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、92%、95.5%、97%、98%、98.8%、99.5%、100%)制作地球化學圖(圖4)，圖中顯示鋰高值區(qū)主要集中在工作區(qū)西部，中國阿爾泰市東南部、可可托海東北部，并延伸至蒙古境內(nèi)Hudagt、科布多西部一帶，整體上沿西北向呈帶狀展布。根據(jù)累積頻率(85%、95.5%、99.5%、100%)制作地球化學異常圖(圖4)，將鋰含量37.3×10-6(85%分位數(shù))作為異常下限，同時滿足異常范圍內(nèi)至少2個連續(xù)異常點或具有地球化學異常套合結構特征。地球化學異?；虻厍蚧瘜W塊體多層套合結構是指一系列由高到低多層套合異常組成的區(qū)域地球化學分布模式，也就是說局部異常被區(qū)域異常所包裹，而區(qū)域異常又依次被更大規(guī)模的地球化學省、地球化學巨省等所包裹[18]。按照這個原則共圈定出24個鋰地球化學異常(編號Li01—Li24)，其中3個鋰異常(Li02、Li03、Li05)已達地球化學省規(guī)模(面積大于1 000 km2)[18-19]。各個參數(shù)見表2。

Li02異常主要分布在蒙古境內(nèi)烏列蓋省西部Syrgali北部，具有多層套合模式，異常點連續(xù)分布，屬于阿爾泰構造帶，異常面積達2 654.6 km2，異常點20個，異常內(nèi)平均值53.4×10-6，異常強度2.17，異常襯度1.43，異常規(guī)模141 764 km2×10-6，在所有異常規(guī)模中排序2，該區(qū)主要發(fā)育薩拉伊爾(興凱)旋回中基性火山巖及凝灰?guī)r和淺變質碎屑巖，巖體主要為薩拉伊爾(興凱)旋回陸-陸碰撞或疊覆花崗巖類[20-22]。

表2中蒙邊界阿爾泰地區(qū)鋰地球化學異常統(tǒng)計參數(shù)

Table2ThestatisticsparametersoflithiumgeochemicalanomaliesintheAltayarea,theboundaryofChinaandMongolia

異常編號異常面積/km2異常點數(shù)/個異常內(nèi)極大值/10-6異常內(nèi)極小值/10-6異常內(nèi)平均值/10-6異常內(nèi)中位值/10-6總體 背景值/10-6異常下限/10-6異常內(nèi)離差 異常規(guī)模/(km2×10-6)異常規(guī)模排序異常強度異常襯度變異系數(shù)Li01 621.6650.740.244.844.524.637.34.2027 84861.821.200.09Li022 654.620125.023.153.446.324.637.324.60141 76422.171.430.46Li031168.9668.432.544.740.824.637.312.6052 19631.821.200.28Li04492.4450.827.241.744.424.637.310.7020 52681.691.120.26Li0520 935.5163400.017.647.341.924.637.332.70989 67211.921.270.69Li06606.0583.034.851.942.024.637.319.6031 45342.111.390.38Li07194.6338.936.537.938.224.637.31.217 370191.541.020.03Li08245.8648.730.138.438.724.637.37.219 448171.561.030.19Li09397.5257.151.354.254.224.637.34.0821 53372.201.450.08Li10331.0657.325.441.141.124.637.316.2013 611121.671.100.39Li11378.7365.733.453.360.724.637.317.4020 16992.171.430.33Li12733.2873.122.542.842.824.637.316.5031 38851.741.150.38Li13344.1747.429.538.940.724.637.36.4013 388131.581.040.16Li14306.6352.637.544.744.124.637.37.5513 719111.821.200.17Li15175.8352.030.340.739.924.637.310.907 159201.661.090.27Li1683.8268.423.846.146.124.637.331.503 862241.871.240.68Li17280.5353.941.146.845.524.637.36.4913 133151.901.260.14Li18184.5449.027.738.738.924.637.38.757 129221.571.040.23Li19172.8447.134.940.439.824.637.35.176 986231.641.080.13Li20195.5348.431.239.037.324.637.38.757 619181.581.040.22Li21412.9753.322.942.242.024.637.310.9017 430101.721.130.26Li22166.4344.640.442.943.724.637.32.247 142211.741.150.05Li23298.0441.730.537.939.724.637.35.0411 294161.541.020.13Li24260.1256.145.650.850.824.637.37.4713 223142.071.360.15

注：異常規(guī)模=異常面積×異常內(nèi)平均值；異常強度=異常內(nèi)平均值/背景值；異常襯度=異常內(nèi)平均值/異常下限；變異系數(shù)=異常內(nèi)離差/異常內(nèi)平均值。

圖4 中蒙邊界阿爾泰地區(qū)鋰地球化學分布圖Fig.4 Regional geochemistry of lithium in the Altay area, the boundary of China and Mongolia

Li03異常主要分布在中國新疆境內(nèi)沖乎爾鎮(zhèn)北部禾木西部，具有多層套合模式，異常點連續(xù)分布，屬于阿爾泰構造帶，異常面積達1 168.9 km2，異常點6個，異常內(nèi)平均值44.7×10-6，異常強度1.82，異常襯度1.20，略低于Li02，異常規(guī)模52 196 km2×10-6，在所有異常規(guī)模中排序3，該區(qū)主要發(fā)育薩拉伊爾(興凱)旋回中基性火山巖及凝灰?guī)r和淺變質碎屑巖，巖體主要為早華力西旋回陸-陸消減花崗巖類[21-22]。Li03異常區(qū)與Li02異常區(qū)地質條件和地球化學圖形狀相似，但在區(qū)域上受到喀納斯湖隔擋(喀納斯湖未能采樣)未形成統(tǒng)一異常區(qū)，推測該兩處異常區(qū)可能是一個更大規(guī)模的遠景區(qū)。

Li05異常主要分布在中國境內(nèi)并延伸至蒙古境內(nèi)，在可可托海鎮(zhèn)及其西北部至阿爾泰市東南部形成高異常區(qū)，整體上沿西北向呈條帶狀展布，具有多層套合模式，異常點連續(xù)分布，屬于阿爾泰構造帶和阿爾泰南緣弧盆系，異常面積達20 935.5 km2，異常點163個，異常內(nèi)平均值47.3×10-6，異常強度1.92，異常襯度1.27，異常規(guī)模989 672 km2×10-6，在所有異常規(guī)模中排序1，該區(qū)主要發(fā)育后薩拉伊爾(興凱)旋回蓋層，奧陶系—二疊系地層以中基性火山巖、陸源碎屑巖為主夾少量片麻巖、斜長角閃巖，巖體主要為中華力西旋回花崗巖類，阿勒泰市附近發(fā)育少量基性巖[21-22]。該地球化學省包含可可托海大型鋰礦，可可托海3號礦脈是世界級的大型稀有金屬花崗偉晶巖礦脈，產(chǎn)在可可托海鎮(zhèn)，Li資源量居中國鋰資源第六位[23-24]；柯魯木特花崗偉晶巖型鋰鈹鈮鉭礦床、庫卡拉蓋花崗偉晶巖型鈹鋰礦床、阿斯喀爾特花崗巖型鈹鋰礦床、蒙庫卡拉蘇花崗偉晶巖型鋰鈹鈮鉭礦床[25]等均分布在該地球化學巨省里面。根據(jù)該地球化學分布圖可在該西北向展布的條帶上尋找類似的稀有金屬礦床，為中國以及蒙古尋找偉晶巖礦脈提供依據(jù)。

4 結 論

在中蒙跨境阿爾泰地區(qū)開展1∶100萬地球化學實測填圖工作，覆蓋了約300 000 km2，獲得了高質量的鋰地球化學數(shù)據(jù)及其圖件。本文初步探討了稀有元素鋰的區(qū)域地球化學分布特征，結果表明：(1)中蒙跨境阿爾泰地區(qū)沉積物鋰的分析數(shù)據(jù)大致具有對數(shù)正態(tài)分布特征，鋰含量在25%～75%分位數(shù)區(qū)間內(nèi)較為集中，且僅有少量的下部溫和異常值，但有大量連續(xù)的上部溫和異常值及少許上部極端異常值；(2)中國境內(nèi)鋰元素含量低于蒙古境內(nèi)鋰元素含量，對于劃分的構造單元而言，阿爾泰構造帶、阿爾泰南緣弧盆系和準噶爾地塊鋰元素背景值和平均值均高于總體含量值，尤其是阿爾泰構造帶鋰含量特征明顯，表明該構造單元是鋰元素的富集區(qū)；(3)根據(jù)85%累積頻率圈定出24個鋰地球化學異常，其中可可托海、柯魯木特、阿斯喀爾特等大中型稀有金屬礦床及其外圍存在地球化學省，為該區(qū)尋找硬巖型稀有金屬資源提供重要選區(qū)。

致謝：蒙古地質調查中心Davva總工程師及其團隊負責采集蒙古境內(nèi)地球化學填圖樣品，在此表示感謝。感謝審稿人和責任編輯提出的寶貴修改意見。

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