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摘要：平凉市崆峒区大台子锂矿地处华北陆块之鄂尔多斯陆块贺兰山被动陆缘盆地（Pz1），属平凉一安口镇Fe—Pb—Zn—磷—石膏—芒硝成矿带，构造形迹主要表现为断裂活动。矿区区域范围内属台地浅海相的碳酸盐沉积。自二叠纪开始受海西运动作用，逐渐抬升为陆。沉积发育的山西组（P1s）和下石盒子组（P1x）底部与下伏碳酸盐岩不整合接触，在接触带附近的碳酸盐岩母岩受剥蚀、风化，就近沉积于底部的铝土（矿）岩中。矿石中的锂离子在特殊的物理化学条件下与铁镁硅酸盐或铝硅酸盐矿物形成类质同象置换，部分锂离子以类质同象替换镁离子而赋存。区内近物源区的滨海沼泽—泻湖潮坪相沉积体系，高盐度、强蒸发的干燥条件是锂富集的理想场所。
关键词：铝土矿；锂富集；崆峒区大台子
1地质背景
矿区地处华北陆块之鄂尔多斯陆块贺兰山被动陆缘盆地（Pz1），属平凉一安口镇Fe—Pb—Zn—磷—石膏—芒硝成矿带，处于中国东、西、南、北构造分区的交汇部位，构造位置特殊，处于多期活动过程中和极度不均匀的构造环境，同时呈现构造活动的相互关联，且构造特征的差异较大，构造形迹主要表现为断裂活动。区域地层沉积构造、接触关系及构造运动总的特征表现为缺失上奥陶统、志留系、泥盆系和石炭系，其他地层均有沉积。工作区周边主要出露地层从老到新依次有蓟县系、下寒武统百洋沟组、中寒武统徐庄组、张夏组、上寒武统大台子组、下奥陶统水泉岭组、中奥陶统三道沟组、下二叠统山西组、中上二叠统石盒子组、上二叠统孙家沟组、中三叠统纸坊群、上三叠统延长群、下白垩统和尚铺组、新近系甘肃群以及第四系。
受区域由西向东方向挤压力作用以及多期的构造叠加作用，区内岩层形态复杂多样，区域构造方向在平面上略呈“S”型，呈NNW—SSE向，断层与褶皱相伴略具平行状展布。反“S”型构造带在北东方向紧缩，在南东方向扩展。断裂结构面在剖面上呈叠瓦状构造，性质多为逆断层。向斜构造西翼产状较陡，东翼产状相对较缓，背斜构造西翼产状较缓，东翼产状相对较陡。区域上发育的断裂及褶皱构造主要有崆峒山—太统山—韩家河背斜和逆断层；蒲家山—马峡—景福山背斜和逆断层；峡中—小湾子向斜及平凉—铜城逆断层；贤太沟—山口子—石堡子背斜和断层。其中，崆峒山—太统山—韩家河逆断层、贤太沟—山口子—石堡子逆断层及大台子背斜为矿区控矿构造。
区域重力场特征表现为北西南东向的带状分布，布格重力异常趋势面等值线呈北西南东向的环状带。西界以六盘山东侧大断裂为界，东到平铜大断层。在布格重力图上表现为北西向的重力高和重力低带。即麻武—麻川—铜城—龙门重力高带。华亭—陇县北—千阳北重力低带。隆起和凹陷内的褶皱、断裂比较发育。重力场北西向的次级梯度带和区域构造带走向高度吻合。
据1：20万平凉幅区域化探资料，区域范围内As、Pb、Th、Ti、SiO2、Nb、Zr、Bi属相对富集元素，Au、B、Hg、Mo、CaO、Sr属相对贫乏元素。从元素区域分异特征来看，除Au、B、Bi、Hg、Mo、Sn、CaO分布不均匀外，其余元素均属均匀型分布，表明B、Bi、Hg、Mo在区内局部浓集程度较高。其中，各元素在二叠统地层中贫乏元素为Cu、Cd、Y，强富集元素为As、Co、Ag等16种元素。Fe、Al在该地层中属强富集并具有分异性，在该地层中具有浓集成矿的可能。上三叠统地层中贫乏元素为Cd、Y、As、Co、Cu、Fe等23种元素均为强富集，其中具有强烈局部富集倾向的元素有Ag、As、Au、Hg、Mo、Sb。下白垩统地层中贫乏元素为B、Y、Zr，As、Co等21个元素属强富集元素。绝大多数元素在不同地层中含量起伏变化较大，峰值、低谷接连出现。在大台子背斜轴部老地层及大台子东侧向斜轴部等构造部位是中低温成矿元素Hg、As、Sb、Bi、Au、Ag以及挥发性元素F等元素出现峰值的地区，显示出构造对中低温成矿元素的控制作用。
2成矿地质条件
2.1地质条件
矿区内大面积被第四系覆盖，地层由老到新依次出露有古生界中寒武统寒武系徐庄组(Є2x）、张夏组(Є2z）、上寒武统大台子组(Є3d），下二叠统山西组（P1s）、中上二叠统石盒子组（P2-3 sh）、上二叠统孙家沟组（P3s），中生界上三叠统延长群（T3y）和新生界新近系（N）和第四系（Q）。
其中，山西组为区内赋矿地层，总体上属古生代湖泊沉积相，由碎屑岩构成的多个旋回层组成，且呈角度不整合沉积在下伏寒武系大台子组凹凸不平的古风化面上，根据钻孔揭露特征显示，古风化壳厚度平均约6.41m。岩性以灰绿、灰、灰黑色泥岩、砂质泥岩及浅灰色岩屑石英砂岩和浅灰白色石英砂岩为主。
根据岩性可分为下部和上部两个岩性段。下部是矿区内锂、轻稀土的含矿层位；沉积了浅灰、灰绿、蓝灰色铝土质泥岩及黏土岩，其上为灰黑色泥岩、砂质泥岩。该段地层厚度在4.15m～10.13m之间，沉积连续，厚度稳定。含矿建造为与锂矿、轻稀土矿、钛矿有关的二叠系下统山西组建造特征，为古生代湖泊相沉积相。整体为碎屑岩建造，自下而上可细分为三个沉积建造：①泥岩建造。②泥岩、砂质泥岩建造。③碎屑岩建造。其中锂矿、轻稀土矿、钛矿主要赋存于泥质建造内。
2.2构造条件
矿内构造简单，呈单斜产出，但区域构造崆（峒山）—太（统山）—韩（家河）逆断层与贤（太沟）—山（口子）—石（堡子）逆断层控制了含矿建造的赋存部位；大台子背斜控制了含矿层位的埋深是区内主要的控矿褶皱，轴向330°～340°，北起二道沟，南东至小湾子南，长达8km。轴线在山口子大庄附近向北东突出，呈“弓”形。轴心部分为蓟县系，翼部由寒武系、奥陶系组成。西翼平缓，倾向230°～255°，倾角25°～48°。未见断层，仅局部发育有小褶皱。
2.3地球物理条件
矿区内开展了可控源音频大地电磁测量，结果显示，寒武系地层整体呈高阻特征，但各个组地层之间电阻率变化范围大，最大值在6000Ω·m以上，最小值在100Ω·m左右。二叠系和三叠系地层电阻率值相差不大，电阻率表现为中低阻特征。其中，二叠系石英砂岩、杂砂岩、三叠系长石岩系砂岩电阻率相对较高，多在130Ω·m以上，二叠系含炭砂岩和三叠系粉砂岩电阻率值相对偏低，值在160Ω·m之下。新近系及第四系的电阻值较低，最小值达20Ω·m左右，最大不超过600Ω·m。含矿黏土岩的电阻值最低，最小值达20Ω·m左右，最大不超过130Ω·m，在测井资料中，个别点为526Ω·m。煤层的电阻值较低，最小值达60Ω·m左右，最大不超过460Ω·m。
锂矿主要产于二叠系砂岩和寒武系白云岩的接触带，且寒武系地层和上覆地层电阻率差异明显，根据以上特征，通过探测寒武系高阻顶界深部展布特征而间接圈定了矿层。
2.4地球化学条件
土壤地球化学剖面成果显示，区内主要成矿元素为Li2O、REO、LREO。Li2O异常宽度68m，极大值1855×10-6；REO异常宽度80m，极大值701×10-6。LREO异常宽度82m，极大值547×10-6。
3矿体特征
矿区为黏土型锂矿，矿体主要赋存于山西组底部，处于寒武系大台子组凹凸不平的古风化面之上。当古风化面下凹时，黏土岩厚度增大；当古风化面上凸时，黏土岩厚度减薄，甚至缺失，这样造成了含黏粘土岩呈窝子状产出，变化较大。含矿层为山西组下部的浅灰、灰绿、蓝灰、紫色铝土质泥岩及黏土岩，厚度变化较大，甚至缺失。地表大部分已风化，呈黏土状，个别地段含铁较高，呈紫红色，深部岩石较完整。
矿体空间分布形态呈层状、似层状，倾向南西，倾向240°～248°，倾角18°～40°。走向长约1900m，矿层真厚度为1.18m～6.34m，平均3.04m，厚度变化系数66.56%，厚度稳定程度为较稳定。Li2O与LREO同体共生，Li2O品位一般0.051%～0.267%，平均0.084%，品位变化系数66.16%；LREO品位一般0.031%～0.065%，平均0.050%，品位变化系数27.73%。
矿体顶板岩性多为黏土岩、煤层、石英砂岩等，底板多为黏土岩、白云岩等，除白云岩外，与围岩界线不明，下距寒武系大台子组白云岩一般为0.99m～1m。
4矿石特征
黏土矿物和绢云母85%，次生方解石10%，氧化铁质5%。
矿石自然类型为黏土型。整体呈浅灰色、灰绿色、紫色、灰白色等。黏土矿物颗粒极其细小，颗粒界限极难分辨，光性反应模糊，矿物种属不易确定，其内夹杂分布少量的显*鳞片状的雏晶绢云母集合体，绢云母粒径多在0.04mm以下，未见原矿物的交代残余。具隐晶—*晶结构，吸水性强，多为原生矿经风化淋滤作用形成，局部赤铁矿较为发育。含矿黏土岩的主要结构为隐—*晶结构、碎裂结构，构造主要为块状构造。矿石中黏土矿物以伊利石和高岭石为主，其他矿物以方解石、硬水铝石、锐钛矿、石英、白云石、磁铁矿等为主。Li及LREO最可能以吸附形式存在于伊利石和(亦或)高岭石中。
矿石主要化学成分为Li2O、SiO2、LREO、Al2O3、Fe2O3，占矿石化学成分总量的51.28%～80.75%，其中Li2 O0.019%～0.267%；Al2 O318.**%～37.87%；SiO226.05%～53.47%；Fe2 O 3 1.21%～20.45%%；LREO0.031%～0.066%；A/S0.42～1.06。
基本分析样化验数据分析显示，除LREO外，区内Li2O与主要化学成分之间相关性较为明显，其中Li2O和LREO相关性不明显，呈弱的负相关关系；Li2O和Al2O3呈较明显的正相关关系；Li2O和Fe2O3呈较明显的负相关关系）；Li2O和SiO2呈较明显的负相关关系。
矿体伴生有益组分TiO2含量为0.95%～2.69%；Ga含量0.0034%～0.0048%；Rb2O含量0.0053%～0.0193%；Cs2O含量0.0011%～0.0023%；V2O5含量0.019%～0.036%。
5富集机理
前人研究表明，岩矿石中Ga元素的含量对古环境中水体盐度变化具有较好的指示作用，当岩矿石中Ga元素含量大于17µg/g时，古环境为淡水环境；当Ga元素含量小于8µg/g时，古环境为咸水环境。研究区内山西组沉积期盆地古盐度可通过分析岩矿石中Ga元素含量并通过比值法进行分析。区内矿石中Ga含量为29.9µg/g～49.8µg/g，平均为40.43µg/g，所有值均大于17µg/g，指示其为淡水环境。白云岩、灰岩中Ga含量为1.3μg/g～2.9μg/g，小于8µg/g，指示其为咸水环境。总体分析，矿区内山西组地层总体属于淡水沉积环境。
同时，为研究区内山西组沉积期古气候特征，还通过选取CIA值分析法进行了分析研究。前人研究指出，沉积区的化学风化程度和古气候环境可通过化学蚀变指数（CIA）进行判断。反映炎热潮湿的热带气候条件下的强烈风化化学蚀变指数值为80～100；反映温暖湿润气候条件下的中等风化化学蚀变指数值为60～80；反映寒冷、干燥气候条件下的低等化学风化化学蚀变指数值为50～60。通过分析，区内采集的矿石样品化学蚀变指数值在77.39～83.52之间，平均值为80.78，能够判断区内山西组地层沉积期古气候环境为温暖潮湿型。
分析结果显示，区内矿石样品化学蚀变指数值随风化程度不断增强，Li元素含量也表现为明显的上升趋势。也就是说，区内样品CIA值与锂含量呈正相关关系。在温暖潮湿的气候条件下，原岩经风化后形成的Li元素通常以Li+的形式与卤族元素结合形成可溶性的盐随水溶液迁移，区内的Li+在迁移过程中经类质同象置换为Mg2+等进入黏土矿物或被直接吸附于黏土质矿物间，因而形成Li在黏土岩中富集。从现有的资料和数据看，大台子锂矿与已发现的云南玉溪小石桥锂矿床高度相似，成矿潜力较好。
6矿床成因
从区域地质资料分析，六盘山以东重力反映均为高值，发育两条南北向的下古生界隆起带，构造形态总体上表现为一复式向斜，其内发育的侵蚀洼地为山西组地层沉积提供了良好的场所，并间接限制了二叠系地层的沉积，使二叠统地层只能向隆起超覆沉积。
区域上加里东运动抬升了华北地台，使其上升为陆地，致使区域范围内奥陶纪至石炭纪未接受任何形式的沉积。经长期地质作用，区内太统山、大台子等地形成似岛状基底隆起，构成基底的灰岩、白云质灰岩经风化侵蚀，通过复杂的物理化学作用，致使岩石内铝硅酸盐矿物分解，并经搬运、分异。保存环境不好的地段，大部分矿物成分流失，仅少部分在古侵蚀洼地沉积，并在二道沟、三道沟、大台子、小湾子形成了近山坡型沉积的黏土岩、铁等矿产。从铝土岩的分布特征分析，区域上碳酸盐岩被剥蚀后的顶面形成的高低起伏的形态，基本上构成了山西组地层沉积时的古地形面貌，地形此时应为北高南低。随后由于气候变得温和潮湿，处于侵蚀洼地发育的浅水湖盆逐渐沼泽化，受沉积基底的起伏影响，不仅使山西组地层不整合于寒武系白云岩之上，而且造成形态和厚度变化特别大，在凹陷低洼处容易沉积较厚的黏土岩，反之在边缘及古隆起区沉积相对较薄甚至未沉积。
区内碳酸盐岩侵蚀面上黏土型锂矿及轻稀土矿的含矿层位主要为早古生代与晚古生代沉积间断面上的古风化壳，山西组底部与下伏寒武系上统大台子组白云岩不整合接触面，在接触带附近的白云岩受剥蚀、风化，就近沉积于山西组底部的泥岩和黏土岩中。在特殊的物理化学条件下，矿质最终被风化过程中形成的黏土矿物所吸附，以类质同象置换的方式赋存于黏土矿物中，最终形成了碳酸盐岩侵蚀面上黏土型锂矿及轻稀土矿。
7找矿标志
碳酸盐岩黏土型锂矿及稀土矿严格受层位控制，赋存于二叠系山西组下部；含煤的黏土岩组合可作为寻找锂矿及稀土矿的间接标志；寒武系高阻体与二叠系下部山西组低阻体的不整合界面、Li2O、REO、HREO和LREO土壤地球化学高含量异常区、黏土岩的原生露头，冲洪积物和转石，民采采场，可为直接找矿标志。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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平凉市崆峒区大台子锂矿地质特征及富集机理分析论文
人参与 2025-05-30 10:50:25 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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