摘要
冷水胡集地区黏土型锂矿赋存于中二叠统梁山组铝土岩、黑色炭质页岩，与铝土矿、耐火材料矿共生，呈鸡窝状、透镜状产出，该区梁山组水系沉积物地球化学Li元素异常较弱，利用以往耐火材料、铝土矿点信息具有良好的找矿效果。研究区内黏土型锂矿赋存特征及找矿标志有助于指导后续找矿勘查工作。
Abstract
Clay-type lithium deposits in the Lengshui-Huji area occur in bauxite and black carbonaceous shale of the Middle Permian Liangshan Formation， and coexist with bauxite and refractory ores， and are produced in the form of chicken nests and lenses. The occurrence characteristics and prospecting signs of clay-type lithium deposits in the study area are helpful to guide the follow-up prospecting and exploration work.
0 引言
锂（Li）是最轻的碱土金属，主要应用于原子能、特种合金、特种玻璃和蓄电池等领域，尤其是在锂电池方面的广泛应用而可称之为“能源金属”（王瑞江等，2015），2013—2023 年，全球锂消费结构的主要变化使应用在电池领域的锂大幅增加，主要原因是锂电池具有能量密度高、寿命长和充电快等优点，目前已成为电池的主流（应祺煜，2018）。锂矿主要有卤水型、伟晶岩型、黏土型，目前中国开发的主要是卤水型、伟晶岩型。中国黏土型锂矿赋存层位有上石炭统本溪组（豫西、山西）、上石炭统—下二叠统大竹园组（黔北、渝南、黔东南）、下石炭统九架炉组（滇中、黔中）、上二叠统合山组—吴家坪组 —龙潭组（滇东南、桂西）、侏罗系满克头鄂博组（内蒙古脑木更），另有扬子周缘中三叠统雷口坡组凝灰岩中有沉积型锂矿（程宏飞和周轩平，2024）。锂主要富集于铝含量适中的致密、豆状黏土岩中。
湖北省内报道黏土型锂矿主要赋存于中二叠统梁山组（杜文洋等，2022）、上二叠统龙潭组（龚银等，2023）。当前对黏土型锂矿勘查找矿工作已取得一定的进展，但总体还处于初步阶段。本文以冷水—胡集地区梁山组黏土型锂矿为例，探讨其赋存特征及找矿标志，为后续该地区及周边勘查找矿工作提供进一步指导。
1 区域地质背景
湖北省冷水—胡集地区位于上扬子古陆块之上扬子陆块宜城小区，区内主要出露南华系—三叠纪地层，在荆门断陷盆地、汉水断陷盆地内大面积出露晚白垩世—新近纪地层，此外，沿汉江及其支流两侧发育第四纪地层，东侧出露晋宁期侵入岩黑云母碱长花岗岩，南华系、震旦系不整合覆盖于晋宁期花岗岩之上（图1）。研究区地层呈北北西向展布，地层走向约 300°，整体倾向南西，倾角 20°~45°，局部倒转倾向北东。锂矿主要赋存于二叠系梁山组中，梁山组呈条带状北北西—南南东展布，上覆地层为中二叠统栖霞组灰岩，底部不整合于石炭系黄龙组灰岩之上，与铝土矿、耐火黏土密切伴生。
2 含矿岩系特征
冷水—胡集地区梁山组呈北北西—南南东条带状展布，露头长约 34 km，走向约 300°，倾向约 210°，倾角20°~45°，局部被断层切割、白垩系或第四系覆盖，呈不连续条带状，分为冷水段（南部，长约 18 km，被断层切割不连续）、胡集段露头（北部，长约 16 km，中部被白垩系覆盖不连续出露）（图1）。梁山组岩性一般为细粒石英砂岩，向上渐变为粉砂质泥岩、铝土岩及黏土岩夹黑色炭质页岩夹煤层或煤线。该层煤层厚度小，煤质差，横向延伸不稳定，不具工业开采意义。梁山组局部形成小型的黏土矿，但横向变化较大，仅局部小规模开采，区域开采矿种有铝土矿、耐火材料矿。该组由两次韵律性沉积旋回，退积型结构特点，属滨海沼泽相沉积，与下伏石炭系黄龙组呈平行不整合接触，厚6~24 m。
3 样品采集及化验成果
本次样品均采集于冷水—胡集地区梁山组野外揭露的新鲜露头，基本为以往铝土矿、耐火材料矿点废弃采坑，其中 1~8 及 21~25 号样品采自冷水段露头，其他样品采集自胡集段露头（图2），胡集段废弃耐火材料矿、铝土矿点废弃采坑较多，零星分布。
南部冷水段露头可见块状铝土岩或黑色炭质泥岩（图3），北部胡集段仅见块状铝土岩露头（图4）。目前发现 Li 矿化点均位于梁山组中上部浅灰 —灰白色块状铝土岩及黑色炭质页岩段，上下部砂质泥岩中Li含量均极低（表1）。其中块状铝土岩中 Li2O 含量 0.115％~0.142％，平均 0.128％；Al2O3含量 25.16％～36.73％，平均 31.99％。黑色炭质页岩中 Li2O 含量 0.398％~0.551％，平均 0.475％， Al2O3含量 31.94％～36.11％，平均 34. 03％，Al2O3 含量均大于 30％。而黑色炭质页岩仅见于南部冷水段露头。黑色炭质页岩 Li2O含量均高于铝土岩。富锂层位顶底板砂质泥岩或无铝土岩及黑色炭质页岩段样品 Li2O 含量 0. 0029%~0. 081％，平均 0. 0156％，Al2O3 含量 13. 01％～36.24％，平均 22. 04％，Al2O3含量一般小于30％。
4 水系沉积物区域地球化学特征
1989 年湖北省地矿局物探队完成了 1∶20 万宜城、钟祥地区化探扫面工作，提交有锂地球化学图。本次对研究区 Li 元素测量数据进行综合分析。据以往水系沉积物Li元素测量成果，湖北省内水系沉积物锂背景值为33.44 μg/g，覃家庙组、嘉陵江组与巴东组分布区的锂背景值总体较高，分别为 96.9 μg/g、56.2 μg/g，梁山组与其他地层分布区的锂背景值较低，为 43.5 μg/g（杜文洋等，2022）。覃家庙组富锂岩性主要为底部和顶部的泥质白云岩，泥质白云岩中锂含量相对较低，总体覃家庙组找矿前景不如梁山组，嘉陵江组富锂的膏岩层发育不稳定，锂含量不均匀，嘉陵江组找矿潜力有限（杜文洋等， 2022）。
研究区 Li 元素在震旦系—寒武系含量较高为50 ×10-6~54×10-6，奥陶系中稍低（48×10-6~50×10-6），其余地层呈面状背景，在研究区周边侏罗系地层最低（Li 7.5×10-6）。全区平均 Li 42.1×10-6，一般为 32×10-6~63×10-6，Li 元素异常与寒武系第三统覃家庙组、中二叠统梁山组、三叠系嘉陵江组地层露头叠合较好，其中覃家庙组及嘉陵江组异常较为明显，梁山组有较微弱的异常，Li 元素异常与 La、Nb、 Th等元素异常叠合较好（图5、表2）。
图1冷水—胡集地区区域地质图
图2冷水—胡集地区梁山组露头分布及采样位置分布图
图3冷水段ZTC2取样点
5 梁山组黏土型锂赋存特征
本区梁山组不整合于石炭系黄龙组之上。自加里东运动以后，处于较长时期的隆起状态，且构造运动微弱，岩石遭受长期的风化剥蚀，直到二叠纪时，才开始接受沉积。经长期风化作用，铝土质富集，之后经搬运作用，铝土质得以沉积，从而形成广泛的铝土岩分布区（宋汉等，2014）。黏土型锂成矿物质主要来源于基底的不纯碳酸盐岩，碳酸盐岩风化沉积作用是富锂黏土形成的主要机制（温汉捷等，2023）。区内寒武系、奥陶系不纯碳酸盐岩Li元素含量较高，基底长期的风化剥蚀为本区锂的富集提供了物质来源。
图4胡集段ZTC8取样点
表1冷水—胡集地区样品Li2O及Al2O3含量
图5冷水—胡集地区锂异常图
表2冷水—胡集地区各地层Li元素水系沉积物地球化学异常特征对比
目前认为黏土型锂矿赋存状态有3种：（1）赋存于锂绿泥石层间氢氧化物层中；（2）赋存于伊利石结构八面体或假六方环中；（3）赋存于高岭石结构八面体中，当仅含有高岭石等黏土矿物时，多数矿床中锂含量则低于 0.11%（程宏飞和周轩平， 2024）。本区梁山组黏土型锂矿基本与块状铝土岩、铝土质黏土岩共生，或赋存于铝土质黏土岩上部的黑色炭质页岩，其中黑色炭质页岩 Li2O含量较高，而黑色炭质页岩仅出露于南部冷水段。含矿层位底板一般为梁山组细砂岩、粉砂岩及石英砂岩，顶板一般为梁山组石英砂岩或茅口组灰岩。铝土岩、黑色炭质页岩均呈鸡窝状、透镜状产出。
6 找矿标志
参照《湖北省沉积黏土型锂矿普查技术要求 （试行）》，冷水段 ZTC1 和 ZTC2、胡集段 ZTC5 和 ZTC8均达到了边界品位要求（Li2O≥0.1％），部分满足工业品位（Li2O≥0.2％），有良好的勘查开发前景，本区梁山组黏土型锂矿找矿标志较明显，临区及周边均可引用借鉴：
（1）该区黏土型锂矿均赋存于中二叠统梁山组，受该地层控制。梁山组地层Li元素有较微弱的异常（约40×10-6）。
（2）本区梁山组均不整合于石炭系黄龙组之上，加里东期后的长期风化剥蚀为本区的铝土质及锂元素富集提供了物质基础，是本区梁山组富集黏土型锂矿的直接物质来源。
（3）Li元素主要富集于铝土岩、耐火材料矿、黑色炭质泥岩，本次样品采集主要利用以往矿点信息，利用以往铝土矿及耐火材料矿点信息具有良好的找矿效果。
（4）该区黏土型锂矿均赋存于铝土岩及黑色炭质页岩，呈鸡窝状、透镜状出露，其中炭质页岩含量最高，炭质页岩中 LiO2含量均可达到工业品位，铝土岩中均满足边界品位，局部可达到工业品位，炭质页岩仅出露于南部冷水段露头，北部胡集段仅出露铝土岩露头。
（5）该区富锂黏土岩 Al2O3平均 34. 03％，Al2O3 含量较稳定，均在 30％～40％，其顶底板及无锂矿段Al2O3含量基本均在30％以下，可作为找矿标志。
7 结论
研究区内富锂黏土矿层位稳定，均赋存于梁山组块状铝土岩及黑色炭质页岩，该区含矿层位水系沉积物地球化学Li元素异常较弱，富锂黏土岩Al2O3 含量稳定在 30％~40％，南部冷水段黑色炭质页岩 LiO2含量较高，灰色块状铝土岩种LiO2含量偏低，矿体呈鸡窝状、透镜状产出，利用以往耐火材料、铝土矿点信息具有良好的找矿效果。冷水—胡集地区梁山组地层分布范围较广，耐火材料、铝土矿点较多，具有良好的找矿远景，未来找矿及勘查开发过程中可与耐火材料、铝土矿综合勘查开发、综合评价。
