世界盐湖卤水型锂矿特征、分布规律与成矿动力模型
刘成林１，２），余小灿１），袁学银１），李瑞琴１），姚佛军１），沈立建１），李强３），赵元艺１）
１）中国地质科学院矿产资源研究所，自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京，１０００３７；
２）青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木，８１６０００；
３）江西省地质矿产勘查开发局９０２地质大队，江西新余，３３８００0
内容提要
卤水锂矿在世界探明的锂矿总资源量中占比达６５％，由于其易于开采，成本较低，其锂盐产品占总锂盐产品的７５％左右。世界卤水锂矿主要产于现代盐湖，这些盐湖分布于世界三大高原：中国青藏高原、南美西部安第斯高原和北美西部高原，形成了三大盐湖卤水锂成矿区。中国青藏高原盐湖主要包括西藏中北部和柴达木盆地盐湖，卤水锂（ＬｉＣｌ）资源量为２３３０万ｔ；南美西部安第斯高原盐湖，涵盖玻利维亚、智利和阿根廷盐湖，锂（Ｌｉ２Ｏ）资源量为２３００万ｔ；北美西部高原盐湖卤水锂矿（Ｌｉ２Ｏ）资源量为５５０万ｔ。同时，中国华南地区在中生代晚期可能也是高原环境，高原地貌孕育了大量盐湖，并形成了一些富锂卤水矿。这些高原的形成与隆升都起因于板块俯冲及陆陆碰撞：南美安第斯高原和北美西部高原是太平洋板块向美洲板块俯冲－增生造山形成的，中国青藏高原是印度板块向欧亚板块俯冲－陆陆碰撞形成的，而中国华南古高原则可能与古太平洋板块向亚洲大陆俯冲作用有关。板块俯冲及陆陆碰撞作用，一方面形成高原地貌，挡住了来自大洋的水汽，从而导致高原内部降水减少，形成干旱气候，引发强烈蒸发作用；洋壳俯冲至上地幔之后，由于脱水和部分熔融导致其中的氯、钾、锂和溴等挥发分进入岩浆并被带到地壳浅部富集；板块俯冲－碰撞作用形成大量构造盆地，同时，岩浆活动又引起大量温热泉水活动，高温水－岩反应将地壳中大量锂等成矿物质释放出来，汇入盆地并通过蒸发浓缩形成富锂盐湖。上述构造、气候和物源等成矿要素的耦合，最终导致高原盐湖卤水富锂成矿。综合世界卤水锂矿特征与成矿作用，提出盐湖卤水锂成矿动力学模式。
关键词：盐湖；卤水锂矿；板块俯冲；青藏高原；安第斯高原；美国西部高原
锂是战略新兴矿产资源，是重要的关键金属元素，在储能材料、绝热材料、润滑剂、轻质合金等领域具有广泛的用途。近年来随着新能源革命在世界范围内兴起，新能源汽车成为汽车工业发展的大趋势，而锂是制造新能源汽车电池的重要原料之一，需求量呈爆炸式增长。全球锂资源总量丰富、成矿类型多样，但分布不均。锂资源主要分布在智利、波利维亚、中国、阿根廷、美国及澳大利亚。
目前，全球已开发利用的锂矿资源分为盐湖卤水型和硬岩型两大类，其中卤水锂矿探明资源储量占总锂矿探明资源的量６５％。可见，世界锂矿资源主要产于第四纪或现代盐湖，它们分布于世界三大高原，即南美西部安第斯高原、北美西部高原以及中国青藏高原（图１），形成三大高原卤水型锂矿床的成矿区。２０１７年全球锂盐产量４３万ｔ，其中盐湖卤水提取的锂产品占世界锂产量的７５％，主要产量来自南美盐湖富锂卤水，具有很低的镁／锂比值，易于提取。此外，近年中国华南地区也勘查发现一些富锂卤水资源或矿床，如江陵凹陷、潜江凹地和吉泰盆地；综合研究提出华南地区在白垩纪—古近纪时期可能存在高原盐湖环境，并形成了一个古盐湖卤水锂成矿区。
世界三大高原的形成均与板块俯冲、碰撞作用有关。南美、北美西部的科迪勒拉（Ｃｏｒｄｉｌｌｅｒａｎ）造山带高原的形成与太平洋板块向美洲大陆俯冲作用有关，此造山带形成于洋－陆俯冲的增生型造山环境。而青藏高原的隆升则与特提斯洋俯冲、尤其始于５５±５Ｍａ印度板块向欧亚板块陆陆碰撞，使青藏高原不同块体在新生代隆升数千米，形成了宏伟的高原地貌。
图１世界主要卤水锂矿分布区
Ａ—世界高原地貌及盐湖卤水锂矿分布；Ｂ—南美西部安第斯高原富锂盐湖分布；Ｃ—卤水 Ｌｉ矿在南北半球干旱带分布；黑框为卤水锂矿分布区；红点为卤水锂矿床位置
华南早古生代造山带，属于陆内造山带，但在中生代以来中国东部乃至华南地区也可能出现高原地貌或存在沿岸高山，这也可能与古太平板块向亚洲大陆的洋－陆俯冲作用有关。
由上可见，在板块俯冲构造带上有利于盐湖卤水锂矿的形成。为此，本文综合研究世界盐湖卤水锂矿特征、盆地构造、分布规律、物质来源与富集成矿作用，总结建立盐湖卤水锂的成矿动力学模型，以企为国内卤水锂矿找矿勘查提供理论参考。
１北美西部高原盐湖卤水锂矿特征
在北科迪勒拉造山带，即北美板块西部的落基山脉等山间及裂谷盆地中，发育很多第四纪盐湖，其卤水富含锂钾溴等元素，著名盐湖有西尔斯湖（ＳｅａｒｌｅｓＬａｋｅ）、大盐湖（Ｇｒｅａｔｓａｌｔｌａｋｅ）及银峰盐湖（ＳｉｌｖｅｒＰｅａｋ）等构成了“北美液体锂钾成矿区”。ＵＳＧＳ（２０１３）统计，美国盐湖锂（Ｌｉ２Ｏ）资源／储量５５０万ｔ。
这些盐湖普遍具有富锂、低镁的特点，镁／锂比很低，并且钾、硼、铷、铯等元素也达到了工业或综合利用品位（表１）。
表１北美西部高原富锂盐湖卤水化学成分平均值
北美西部盐湖的成矿物质，主要来源于周围流纹岩和凝灰岩的风化淋滤，并且与盆地内热泉活动密不可分。例如美国西部内华达州 Ｃｌａｙｔｏｎ谷地盐湖卤水锂可能来自富锂的火山灰或流纹岩的风化产物；也有观点认为，美国内华达干盐湖晶间卤水锂主要来自高温水－岩（火山岩）反应及本地的热泉活动，而不是来自地表物质的低温风化产物。Ｌｏｗｅｎｓｔｅｉｎｅｔａｌ．通过对盐湖更新统石盐流体包裹体组成分析，反演古湖水化学组成，也证实了１Ｍａ前，岩浆活动产生的流体对西尔斯盐湖卤水组成具有重要影响。
克莱顿谷银峰锂矿（ＳｉｌｖｅｒＰｅａｋ）：克莱顿谷是美国内达华州中西部的一个中型尺度的裂谷，谷内干盐盆面积约１００ｋｍ2，表面流域面积约１３００ｋｍ2。干盐盆四周被山脉所包围，海拔从干盐盆面１３００ｍ变为西部银锋山脉中派珀峰２８８０ｍ。盆地周缘新近纪火山岩中锂元素含量高达２２８×１０－６，盆内新近系凝灰质的湖相沉积物中锂元素含量高达１３００×１０－６，平均１００×１０－６，干盐湖沉积物中锂 蒙 脱 石 锂 元 素 含 量 ３５０×１０－６～１１７１×１０－６。热泉水沿着盆地西部的银锋断层流入，其中锂元素含量２４～４３ｍｇ／Ｌ。卤水锂元素含量从１００～３００ｍｇ／Ｌ，平均值为１６０ｍｇ／Ｌ。银 峰 锂 矿 是 世 界 上 最早开发的卤水锂矿。
西尔斯湖锂矿（ＳｅａｒｌｅｓＬａｋｅ）：西尔斯湖位于加利福尼亚州的西尔斯河谷中部，为一封闭构造洼地，周围环绕着大小不等的山岭。湖呈梨形状，面积约１００ｋｍ２，南北长１５ｋｍ，东西宽１１ｋｍ；它是一个第四纪干盐湖，湖区海拔高度为４９５．１２ｍ；处于典型的干旱沙漠型气候，昼夜温差大，年 平 均 蒸 发 量 为９６０ｍｍ，年降雨量仅７６～１０２ｍｍ。西尔斯湖是位于河谷的５个链状湖的第三个，这些湖在中—晚更新世（约３３０ｋａ前）都接受来自内华达山 脉 西 侧 的 欧 文 斯 （Ｏｗｅｎｓ）河 补 给 （ＵＳＧＳ，２００９）。欧文斯河水在进入西尔斯湖之前受到了与岩浆活动有关的热液影响。晚更新世是雨量变化甚大的地质时期，随着气候逐渐干燥，蒸发量大于降雨量，经过相当长的时间环境变化后，西尔斯湖演变成了盐湖。西尔斯盐湖区沉积层，从下到上，蒸发岩矿物从以天然碱和重碳酸钠盐为主，逐渐增加了硫酸盐和硼酸盐矿物，到了上盐层则以岩盐为主，天然碱次之，并出现了较多的碳酸芒硝（碳钾钠矾）。西尔斯湖盐层孔隙约２５％，晶间卤水水化学类型为碳酸盐型。卤水层的埋藏深度：上层卤水为９～２０ｍ；中层卤水为２５～４０ｍ；下层卤水为６５～１４０ｍ。上 层 卤 水 ＫＣｌ含 量 为 ５．０２％、ＬｉＣｌ含 量 为０．０４３％，下 层 卤 水 ＫＣｌ含 量 ２．９４％、ＬｉＣｌ含 量０．０１７％，上部卤水锂达工业品位，下部可以综合利用。总之，西尔斯湖的卤水化学成分复杂，多种元素均达到工业品位。
索尔顿海盐湖锂矿（ＳａｌｔｏｎＳｅａ）：在美国加利福尼亚州索尔顿海盐湖东南的科学钻探中，钻遇高温（２７０～３７０℃）热卤。索尔顿湖谷地是加利福尼亚海湾构造裂谷向北往陆地的延伸部分，该谷地为一活动构造，圣安德烈斯断层的某些分支由西北部伸入谷地。索尔顿海地下 卤 水 埋 深 １８６５～３１７０ｍ，热储温度３０５±５℃，卤水化学类型属于Ｎａ－Ｃａ－Ｋ－Ｃｌ型即氯化钙型，Ｋ＋含量１８９００～２２２００ｍｇ／ｋｇ，Ｃａ２＋含量 ３６１００～４２４００ｍｇ／ｋｇ，Ｌｉ＋含量２４１～２８３ｍｇ／ｋｇ，高于一般地表盐湖卤水的，以“高钙”为其特征，镁／锂比值很低，为０．１８左右；硫酸根和碳酸氢根很低，还富含重金属元素。目前，索尔顿海深部卤水的开采对象主要是地热、金属锌和硅，根据供卤量估算，索尔顿海每年可回收金属锂６４６０～３１５８０ｔ。
２南美安第斯高原盐湖卤水锂矿特征
在南科迪勒拉造山带南美板块西部安第斯高原中，分布有尤乌尼（Ｕｙｕｎｉ）、阿塔卡玛（Ａｔａｃａｍａ）、霍姆布雷托（ＨｏｍｂｒｅＭｕｅｒｔｏ）等１０个主要富锂盐湖（Ｍｕｎｋｅｔａｌ．，２０１６），它们构成了“南美液体锂钾成矿区”。ＵＳＧＳ（２０１３）统计，南美 安 第 斯 高 原 智 利、玻利维亚和阿根廷卤水锂（Ｌｉ２Ｏ）探明资源／储量合计达２３００万ｔ。
这些盐湖卤水镁／锂比值普遍很低，同时富含其他成矿元素（表２），并且与北美西部盐湖具有相似的锂富集机理，即高温水－岩反应补给盐湖的温热泉水锂富集。近年阿根廷北部 Ｐｕｎａ地区又探明了几个卤水锂矿床，锂平均含量介于８２～１０１４ｍｇ／Ｌ之间，卤水镁／锂比值１左右，一些卤水盐度仅 ９０多ｇ／Ｌ，锂含量却高达２６２～５３５ｍｇ／Ｌ，个别卤水盐度１１．６９ｇ／Ｌ，锂含量也能达到２５ｍｇ／Ｌ。由此可见，低盐度卤水也能富集锂元素。同时，卤水中溴含量可高达９７ｍｇ／Ｌ，明显高于海水溴含量。
表２南美安第斯高原典型富锂盐湖卤水化学成分平均值
智利阿塔卡玛盐湖锂矿（Ａｔａｃａｍａ）：阿塔卡玛盐湖盆地是一个大型封闭盆地，位于普那高原西部以及太平洋以东大约２００ｋｍ。该盐湖表面积３０００ｋｍ２，表面海拔２３００ｍ，安第斯火山弧控制它的补给来源。在如此 高的海拔，年平均降雨量３９ｍｍ。来自安第斯的河流水中锂元素含量约０．０５～５ｍｇ／Ｌ，盆地南部和东部浅层地下水中锂元素含量５～１００ｍｇ／Ｌ，是重要的物质补给来源。盐湖地下卤水中锂元素含量９００～７０００ｍｇ／Ｌ，平均值为１４００ｍｇ／Ｌ。
阿根廷霍姆布雷托盐湖锂矿（ＨｏｍｂｒｅＭｕｅｒｔｏ）：霍姆布雷托盐湖位于普那高原西部，所在盆地可以分成东、西两部分。盆地东部有硼酸盐沉积、氯化物含量低，西部没有硼酸盐沉积，但发育将近１ｋｍ厚石盐沉积。盆地地表水流经硅质火山岩区域，是卤水锂的重要补给来源，盆地附近热泉水中锂元素含３．２～５．５ｍｇ／Ｌ。卤水中锂元素含量１９０～９００ｍｇ／Ｌ，平均值为５２１ｍｇ／Ｌ。
波利维亚乌尤尼盐湖锂矿（Ｕｙｕｎｉ）：乌尤尼盐湖是一个大型冰川湖的残留部分，也是世界最大的干盐坪之一，表面积约９０００～１０５００ｋｍ２。南部里奥格兰的河水补给该盐湖，该河流受到大量热泉水补给，河水中锂元素含量４～３０ｍｇ／Ｌ。卤水中锂元素含量８０～１１５０ｍｇ／Ｌ，平均值为３２１ｍｇ／Ｌ。
３中国青藏高原盐湖卤水锂矿床
青藏高原地域辽阔，发育大量第四纪盐湖，主要分布在西藏中北部、青海柴达木盆地（图２）。ＳｏｎｇＰｅｎｇｓｈｅｎｇｅｔａｌ．统计，西藏盐湖ＬｉＣｌ资源储量达６５０万ｔ、柴达木盆地盐湖ＬｉＣｌ资源储量达１６７８万ｔ，青藏高原氯化锂资源总量２３３０万ｔ。青藏高原盐湖卤水锂矿的基 本特征：从北（柴达木盆地）至南（西藏），锂含量逐渐增大，镁／锂比逐渐降低，其中西藏盐湖卤水平均锂含量１４０ｍｇ／Ｌ，碳酸盐型盐湖 Ｍｇ／Ｌｉ比值均小于１，硫酸盐型盐湖平均Ｍｇ／Ｌｉ比值为７３；柴达木盆地盐湖卤水锂平均含量９８ｍｇ／Ｌ，Ｍｇ／Ｌｉ平均比值１５８。
图２中国青藏高原盐湖分布
主要富锂盐湖：１—察尔汗盐湖；２—东台盐湖；３—西台盐湖；４—一里坪盐湖；５—大柴旦盐湖；６—扎布耶盐湖；７—麻米错盐湖；８—当雄错盐湖；９—苦水湖盐湖
青藏高原盐湖可以划分为三大块，即西藏中—北部地区、青海柴达木盆地和新疆西昆仑—阿尔金山区的盐湖区（图 ２）。西藏分布有众多富锂盐湖（表３），划分为硫酸镁亚型、碳酸盐型和硫酸钠亚型。卤水盐度变化范围较广，在３０～４００ｇ／Ｌ之间，锂平均含量达２６８．２０ｍｇ／Ｌ。柴达木盆 地富锂盐湖（表３），主要以硫酸镁亚型为主，氯化物型次之，除了大柴旦湖的湖水盐度略低以外，其他盐湖皆为过饱和状态，平均盐度达３５４．６２９ｇ／Ｌ，锂平均含量达１９８．１２ｍｇ／Ｌ。青藏高原西北部的西昆仑山间盆地，也发育一些富锂盐湖，如新疆苦水湖（表３）。
表３中国青藏高原主要富锂盐湖卤水锂矿床化学特征
青藏高原盐湖卤水锂出现大面积成矿，可能与特提斯洋壳俯冲和陆陆碰撞到有关；与北美和南美西部富锂盐湖相比（表１、２），青藏盐湖卤水中镁／锂比值普遍较高。
察尔汗盐湖锂矿：位于柴达木盆地的中南部，是世界罕见的大型第四纪内陆盐湖钾镁盐矿床，海拔２６００ｍ以上。盐类沉积是在上更新世末至全新世形成的，东西长１６８ｋｍ，南北宽２０～４０ｋｍ，面积为５８５６ｋｍ２，含盐系的厚度最大可达７０ｍ以上，一般在４０～５５ｍ，大致呈东西向展布的“哑铃状”，自西向东逐渐变薄，依沉积特征自西向东可划分为別勒滩、达布逊、察尔汗、霍布逊４个连续区段。察尔汗盐湖因可溶性钾镁盐矿床而闻名于世，各种盐类的总储量达数百亿ｔ。该盐湖是一个以液体钾矿为主，固、液并存且伴生多种有益元素（Ｌｉ）的综合性矿床。卤水氯化锂品位从３５０～３０００ｍｇ／Ｌ，资源量１千多万吨，卤水提钾后的老卤中Ｌｉ含量更高。目前已建厂生产碳酸锂盐产品。
一里坪盐湖锂矿：位于柴达木盆地的中部、西台吉乃尔盐湖的西北方向，海拔２８６３ｍ。一里坪凹陷是一个新生代凹陷，沉积了厚达９００ｍ的第四纪含盐碎屑岩系，上部２００ｍ为含盐系。湖盆呈北西—南东向分布，长４５ｋｍ，宽８ｋｍ，面积达３６０ｋｍ２。由于地处柴达木盆地中部，气候干旱，为典型的干旱大陆性气候，年降水量不足２５ｍｍ，年平均蒸发量达３５００ｍｍ，平 均风速４ｍ／ｓ。湖体基本为干盐湖，晶间卤水赋存于盐层中，分上、下两层，含水层较厚。卤水盐度达３２０ｇ／Ｌ以上，卤水中富含 Ｋ、Ｂ、Ｌｉ等元素（表３），均达到工业品位，液体矿中ＬｉＣｌ资源量达１００多万ｔ。目前，已建厂生产锂盐产品。
西藏地区发现的盐湖锂矿主要为碳酸盐型和硫酸盐型。根据碳酸盐型盐湖卤水镁／锂比值的不同，分为扎布耶型和班戈湖型，主要卤水锂矿有扎布耶、班戈湖、其香错、麻米错、扎仓茶卡和鄂雅错（表４）。
扎布耶盐湖锂矿：位于西藏高原腹地，盐湖呈南北向延伸的长条状，分南、北两个湖。北湖为卤水湖，面积９８ｋｍ２，水深０．３～２ｍ，近年有少量盐类沉积；南湖为半干盐湖，分为盐滩和卤水湖两部分，面积分别为９３ｋｍ２和４５ｋｍ２，南湖水深数厘米至１ｍ。该湖为世界罕见的综合性盐湖矿床，除富含锂、硼、钾元素外，还特别富含Ｂｒ、Ｒｂ、Ｃｓ等元素。
扎布耶锂矿体主要为湖表卤水和晶间卤水及南湖干盐湖中的固体锂矿。北湖湖表卤水折合ＬｉＣｌ含量０．４６％～０．５９％，南湖湖表卤水折合ＬｉＣｌ含量０．１２％～０．８％，晶间卤水锂品位约１．０％；固体锂矿主要以扎布耶石（Ｌｉ２ＣＯ３）矿物的形式存在于石盐中，或以细小晶体与单斜钠钙石、氯碳酸钠镁石等矿物共生与黏土碳酸盐层中，Ｌｉ２ＣＯ３含量多为０．３５％～０．７％，局部最高可达６．７１％。扎布耶盐湖的锂总资源量（Ｌｉ２ＣＯ３）约２４１万ｔ，达到超大型锂矿规模，其中卤水液体资源量约６０万ｔ。
麻米错盐湖锂矿：西藏的硫酸盐型盐湖锂矿以麻米错为代表。麻米错是西藏境内锂资源量最大的盐湖，位于阿里地区改则县麻米乡。构造位置位于冈底斯山脉北麓，班公湖－怒江深大断裂带南侧边缘，为泪滴状孤立盐湖。麻米错湖水面积约９７．８８ｋｍ２，水深４．４ｍ。
湖盆四周为上古生界和中古生界海相地层组成的中低山，岩性为灰岩、生物碎屑灰岩、泥灰岩、石英砂岩、粉砂岩、页岩等，断裂构造发育，岩浆、火山活动都很强烈。湖盆附近湖成地貌十分发育，第四纪洪冲积、湖积物和湖相化学沉 积广泛分布。麻米错盐湖卤水中特殊稀散组分主要来自新生代后期酸性岩浆活动，经地下水热活动搬运排泄至地表，汇集到湖盆中成矿。麻米措的成盐模式为在干燥气候条件下，一个理想的湖泊盆地逐渐发展到成盐盆地所特有的深盆潜水环境的成盐演化模式。麻米错主体为湖表卤水，盐湖水化学类型属硫酸镁亚型，湖表卤水中 ＬｉＣｌ的平均含量约为５ｇ／Ｌ，卤水中锂资源量（ＬｉＣｌ）达到２５０万ｔ。
苦水湖锂矿：位于青藏高原西北部的昆仑山及喀喇昆仑山之间的半封闭盆地中，矿区海拔４７００～４９００ｍ。盐湖盆地形态近囊状，南北长３０ｋｍ，东西宽３～２０ｋｍ，矿区总面积２２０ｋｍ２。卤水分为地表卤水和地下晶间卤水，水化学类型为硫酸钠亚型，盐湖出现石盐、芒硝、钾镁矾等沉积；卤水ＬｉＣｌ平均含量８８９ｍｇ／Ｌ，镁／锂比值 ３３～４３。氯化锂资源量为２０９．３８万ｔ，溴１５．７２万ｔ。
表４中国西藏重要盐湖锂资源统计表
４中国华南地区卤水锂矿
中国华南地区，尤其从湖北省到湖南，再到江西、江苏、广西及广东等省，分布有数十个较大规模的中新生代盆地（图３），如江汉、沅江、衡阳、清江、吉泰、会昌、三水、南雄及苏南、苏北等盆地。这些湖盆形成于白垩纪—古近纪时期，大多演化为盐湖，并沉积了巨量石盐等盐类矿产。近１０年调查，在华南一些盆地已发现了高盐度 富 锂 卤 水，同时卤水中钾、铷、铯等元素也具有工业开发前景（表５）。
图３中国华南地区中新生代盐盆及已发现盐矿和卤水矿分布图
表５中国华南江陵凹陷和吉泰盆地卤水化学成分平均值（ｍｇ／Ｌ）
华南中新生代盆地多与火成岩有较密切的联系，按其火成岩的分布特征，大致可以分为两大类，即玄武岩充填型盆地，如江陵凹陷，和花岗岩环绕型盆地，如吉泰盆地。与华南盆地有关的一些火成岩化学组成见表６。尽管花岗岩中钾锂铷铯含量要比玄武岩高数倍，但是江陵凹陷卤水钾铷铯等元素含量要比吉泰盆地卤水高得多，而吉泰盆地卤水锂要比江陵高两倍。我们初步的水－岩反应实验发现，吉泰盆地富锂卤水成矿物质可能主要来源于水与花岗岩的高温水－岩反应，因为高温（２００～４００℃）水－岩反应可以形成低镁／锂比的水体，补给盐湖蒸发形成富锂卤水矿。而江陵凹陷卤水中成矿物质则可能来 自于玄武岩的水－岩反应。由此推测，花岗岩因其锂含量很高，对卤水锂的贡献最大，但对钾铷铯的贡献则不明显；玄武岩的锂含量相对很低，对江陵卤水锂有一定贡献，但同时贡献更多的钾铷铯等成矿物质。可见，火成岩中有益元素的背景值高，并不一定决定它们对盐湖卤水相应有益元素含量的贡献就大，这还要与岩石中有益元素的释放条件与反应机制有关。
表６中国华南地区中、新生代盆地内及周缘玄武岩及花岗岩化学组成
江陵凹陷富锂卤水矿：江陵凹陷位于中国东部裂谷系中南部，是江汉盆地西部的一个次级凹陷，面积６５００ｋｍ２。盆地内白垩系至第三系最大沉积厚度近万米，蒸发岩主要发育于古新统沙市组和始新统新沟嘴组。江陵凹陷火山岩非常发育，火山岩分布面积达３５２７ｋｍ２，厚度大，分布层位多，从沙市组至潜江组均有火山岩分布，另外，在江汉盆地南部边缘地区还有燕山期花岗岩分布。
富锂卤水主要赋存于沙市组和新沟嘴组内，储卤层主要有３种类型，分别为砂岩孔隙型、泥岩裂隙型和玄武岩孔洞型。砂岩主要为石英砂岩，长石英砂岩和岩屑石英砂岩，砂岩一般为细—中砂状结构，碎屑颗粒平均含量为７８％，充填物平均含量２２％。孔隙度１１．４％，渗透率４．５×１０－３μｍ２，属低孔低渗类型。玄武岩中气孔含量与储层物性呈正比。火山岩气孔一般呈断续线状分布，气孔椭圆形居多，长轴３～１３ｍｍ，短轴０．２～７ｍｍ，气孔面积含量不均，密集处２０％～３０％不等，气孔一般不连通。
江陵凹陷古近系富锂卤水矿化度（ＴＤＳ）３２８～３５５ｇ／Ｌ，为氯化物型卤水。Ｌｉ＋含量５１．３～９５ｍｇ／Ｌ，平 均 值 为 ６１．２３ｍｇ／Ｌ，换 算 成 ＬｉＣｌ为 ３７１．７４ｍｇ／Ｌ，达到工业品位。Ｋ＋含量 ７．０１～９．５７ｇ／Ｌ，Ｍｇ２＋含 量 ０～１９０ｍｇ／Ｌ，ＳＯ２－４含 量 １９０～１７６０ｍｇ／Ｌ。该凹陷卤水埋深大，温度、盐度高，变质程度高，ＳＯ４×１０２／Ｃｌ值 ０．１２～０．８４。卤水中 Ｍｇ／Ｌｉ比值近０．００～３．６７，并富含Ｓｒ、Ｂ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｂｒ和Ｉ微量元素。Ｓｒ２＋和 Ｂ３＋含 量 极 不 均 匀，分 别 为 １６．３～１３０７ｍｇ／Ｌ和２８．８～９７５ｍｇ／Ｌ。估算江陵凹陷整装勘查区内工程控制的深层卤水 Ｌｉ２Ｏ预测资源量１２０．９万ｔ。同时，潜江凹陷潜江组获得卤水氯化锂（预测）资源量３５０万ｔ。
吉泰盆地富锂卤水矿：吉泰盆地位于江西省中部，大地构造位于华南褶皱系赣西南凹陷北部吉安凹陷中，为白垩纪形成的陆 相箕状湖盆，面积约４５５０ｋｍ２。盆地周边分布有燕山期花岗岩，也常见加里东期花岗岩，盆地内分布有少量玄武岩。吉泰盆地与清江盆地、抚州盆地、赣州盆地等一起构成江西中北部晚燕山－喜马拉雅期盆地群。２０世纪７０年代在吉泰盆地开展钾盐普查过程中发现了有卤水点。据江西省地质矿产勘查局９０２地质大队实施六个勘查钻孔，发现盆内卤水矿体，走向北东，倾向南西，目前控制卤水储集体横向延伸约２０００ｍ。卤水赋存于白垩系周田组第三段的构造破碎带中，卤水具承压性，最大水头高于孔口标高３ｍ；经过多孔抽水试验显示，涌水量稳定，在孔深２００～３００ｍ段单井涌水量在２２０ｍ3／ｄ以上，卤水盐度１９０～３３０ｇ／Ｌ，氯化锂含量６１１～１１３６ｍｇ／Ｌ，超工业品位２～４倍，镁／锂比值（８～１０）较低，同时还含有钾、溴、碘、硼等有益组分的微量元素，具较高的经济价值。经过勘查，在吉泰盆地一个矿权区小范围内探明了小型卤水锂矿床。
５卤水锂矿的物质来源与富集机理
５．１锂来源
５．１．１物源的构造背景
世界上富锂盐湖主要分布在环太平洋造山带高原和青藏高原地区，在成因上与洋－陆俯冲或陆－陆碰撞造山所引发的大规模岩浆活动带来的挥发分矿物质有密切相关性。以洋－陆俯冲为例，伴随着洋壳在俯冲过程中发生脱水脱挥发分作用，洋壳以及上覆沉积物中锂、钾、铷、铯等物质随着流体进入地幔楔并引起地幔楔发生部分熔融形成初始岩浆，这些岩浆在向上运移过程中不断分异演化，使得锂、钾、铷、铯等成矿物质进一步富集并最终形成富含这些成矿元素的岩浆岩（如北美和南美西部富锂流纹岩），为地表富锂卤水提供最主要的成矿物质来源。日本Ｎａｎｋａｉ海沟增生楔海底软泥孔隙水（通过压榨挤出的流体）富含氯钠，其次为锂钾锶钙铷钡等元素，这些元素含量比钠、氯低一个数量级，但锂含量还是相对较高，锂含量从０．９９～１．２６ｍｇ／Ｌ，Ｍｇ／Ｌｉ比值３．５４～８．５，其δ７Ｌｉ比值为７．５‰～８．５‰。可见，海洋沉积物质富锂等挥发分，这些物质重熔折返地表，可以为盐湖锂成矿提供重要物源。不过，也有学者有不同的观点，认为俯冲板片（重熔和流体）对板块俯冲带弧岩浆的锂富集贡献有限，相反，地幔楔的低度熔融和壳内高 度分异作用是弧岩浆富锂的主要机制，以后的风化作用将锂淋滤出来带入盐湖成矿。
５．１．２温热泉水补给
青藏高原盐湖，受印度－欧亚板块碰撞作用影响，出现碰撞后伸展引起的一系列横切印度－雅鲁藏布和班公错－怒江缝合带的近ＳＮ向正断层系统（图４），其中近ＳＮ向正断层系统在高原腹地主要体现为ＳＮ向裂谷和地堑盆地由这些ＮＳ向裂谷和地堑盆地诱发了强烈的现代泉水活动，构成了著名的西藏高原地热带（图４）。因此，ＮＳ向裂谷控制着西藏高原现代泉水活动的规模和分布范围。高原腹地的泉水地表温度平面分布显示，泉水活动主要分布在班公错—怒江缝合带之南，其中高于６０℃的高温温泉呈片状分布，主要分布于狮泉河—玛旁雍错、搭格架、卡乌地热田、羊八井—当雄、古堆地热田等地，与双低速低阻尼层和高热流值区的空间位置相互对应。西藏高原泉水物质的源区 Ｈｅ同位素显示，向北俯冲的印度大陆板块可能沿８９°Ｅ线或者沿亚东－谷露裂谷发生撕裂，以西的大陆板块可能以缓角度向北俯冲，并诱发了地壳部分熔融，驱动了壳源Ｈｅ域的泉水活动，即在高原腹地８９°Ｅ以西的壳源Ｈｅ域，上地壳部分熔融层驱动了泉水的对流循环，并贡献了大量壳源Ｈｅ气，而在８９°Ｅ以东的拉萨泉水活动带，上地壳部分熔融层驱动了泉水的对流循环，但熔融层下部的幔源岩浆熔体的放气作用可能贡献了大约５％～１０％的幔源 Ｈｅ气。柴达木盆地富锂盐湖区，包括一里坪盐湖、东台盐湖和西台盐湖等，它们的卤水锂主要来自其南部昆仑山新生带火山口附近的温热泉水。
图４中国西藏高原造山带 ＮＳ向裂谷和裂陷带与温热泉分布示意图
Ｐｒｉｃｅｅｔａｌ．（２０００）认 为 美 国 西 部 内 华 达 州Ｃｌａｙｔｏｎ谷地盐湖卤水锂可能来自富锂的火山灰或流纹岩的风化产物；Ａｒａｏｋａｅｔａｌ．（２０１４）则认为内华达干盐湖晶间卤水锂主要来自高温水－岩（火山岩）反应及本地的热泉活动，而不是来自地表物质的低温风化产物。
中国华南地区，江陵、吉泰盆地卤水锂的来源，通过锂同位素研究显示，卤水锂来自水－岩反应的产物，而这个水－岩反应属于高温水岩反应。
世界三大高原出露大量的温热泉水和盐泉水（表７），化学成分主要为氯和钠，其次为钾和硫酸根，再次为锂和钙；南美和北美高原大多数泉水的镁离子很低，甚至低于锂离子一个数量级；而西藏高原多数泉水的镁含量较高，少部分也较低；柴达木盆地一里坪、西台吉纳尔和东台吉乃尔等盐湖，受到那棱格勒河－洪水河系补给形成富锂卤水，而洪水河如前所属受到与火山活动有关的温热泉水补给，泉水锂含量达２．０４ｍｇ／Ｌ。不过，那棱格勒河水的镁、锂含量分别为３３．３５ｍｇ／Ｌ和０．７ｍｇ／Ｌ，镁／锂比值为４８，这可能是导致盐湖卤水镁锂比高的重要原因。
表７世界三大高原主要温热泉水化学组成（ｍｇ／Ｌ）
续表7
由表７和图５可见，世界高原盐湖泉水都普遍富含锂元素，这应该是盐湖卤水锂成矿的重要物质来源。泉水离子含量分布频率统计显示（图５），高原温泉水锂离子含量主要分布于１０～４０ｍｇ／Ｌ。相比之下，海水锂含量很低，如黄海海水平均０．１７ｍｇ／Ｌ，而一般河水锂含量更低了。温热泉水镁离子含量多小于２５０ｍｇ／Ｌ，镁／锂比值大多小于２０，中国青藏高原泉水镁／锂比值要比南美、北美卤水高。水温度方面，南美、北美温度大多大于７０℃，而中国青藏高原大多小于７０℃。热泉水温度的差异可能就是导致南美、北美高原盐湖卤水镁／锂比值低于中国青藏高原的根本原因。
图５世界三大高原温热泉水和盐泉水 Ｌｉ含量、Ｍｇ／Ｌｉ比值和温度分布频率
５．１．３区域锂异常背景
中国锂地球化学调查（图６）显 示：侵入岩中锂含量从酸性到中性、基性、超基性岩由高到低依次降低；侵入岩中加里东期、喜马拉雅期、印支期和燕山期锂含量明显高于其他期次：沉积地层中泥质岩类锂含量最高，平均含量达５０×１０－６，是地壳克拉克值的４倍。由图６可见，青藏高原和华南地区是锂元素含量异常。因此，从空间分布上看，青藏高原和华南地区锂异常的出现可能与中新生代以来的洋壳板块俯冲－碰撞增生造山作用有关。由上可见，中国的盐湖卤水锂成矿区，即青藏高原及华南地区，都具有区域性锂异常背景，这种异常背景应该对盐湖锂成矿有积极的贡献。南美高原的乌尼盐湖，Ｈｏｆｓｔｒａｅｔａｌ．（２０１３）推测，其卤水锂矿中的锂来自附近玻利维亚锡矿带的流纹岩、凝灰岩，这也属于高锂背景。其他一些锂同位素研究显示，安第斯高原的火山岩和基底岩石是锂的原始来源。
总之，板块俯冲－碰撞运动产生岩浆活动，结果可能以产生热流体形式释放俯冲－残留板片中的挥发分，或通过岩浆房提供能量，加热大气循环水，促进水－岩反应，并形成富锂温热泉水，以及火山灰或火山岩在地表发生风化淋滤，提供盐湖卤水锂来源。
图６中国锂地球化学图及异常编号
５．２卤水锂富集机理
世界主要锂富集区河流和多数热泉化水体中锂等元素汇集到盐湖中，但富锂卤水的形成还需要经过蒸发富集浓缩过程。多数研究者认为，温热泉水对锂、钾成矿很重要，这还与一定温度条件下的水－岩反应有关，其次，火成岩风化产物，或含锂岩石风化也可能带来锂；成因方面，蒸发作用是重要的成矿作用，还有埋藏变质作用等。卤水锂矿的主要成因模式如下：Ｂｒａｄｌｅｙｅｔａｌ．（２０１３）提出初步模型（图７），指出所有的卤水锂矿床都有这些特征：①干旱气候；②发育干盐湖的封闭盆地；③构造断陷；④伴随火山或地热活动；⑤合适的锂源岩；⑥一个或多个含水层；⑦具有充分的时间去蒸发浓缩。卤水锂成矿作用主要是蒸发作用和热流体与含水层的反 应。Ｇｏｄｆｒｅｙｅｔａｌ．（２０１３）提出，气候对盐湖卤水锂富集有重要影响，即中安第斯山高海拔的干旱作用致使卤水锂得到快速富集。Ｍｕｎｋｅｔａｌ．（２０１６）总结世界１８个盐湖卤水锂矿成矿特征：①干旱气候；②含有盐湖的封闭盆地；③伴生有火成岩或地热活动；④构造控制的沉降作用；⑤锂物质来源；⑥要有充裕的时间浓缩卤水。Ｍｕｎｋｅｔａｌ．（２０１１）研究认为，内华达 Ｃｌａｙｔｏｎ谷地富锂卤水的成因是：①锂来自富锂流纹岩的淋漓；②在干盐湖中汇集和蒸发浓缩；③卤水在地下的混合和水－岩反应而发生演化。Ｈｏｆｓｔｒａｅｔａｌ．（２０１３）总结提出了美国 Ｃｌａｙｔｏｎ谷地盐湖卤水锂矿和黏土锂矿的形成模式（图８），即Ａ型或Ｓ型花岗岩部分重融－上侵、喷发－锂被林滤进入盐湖－蒸发浓缩形成卤水锂矿等。阿根廷Ｐｕｎａ盐湖群富锂卤水的形成与热 水贡献和含锂岩石的风化有关。Ｙｕｅｔａｌ．（２０１３）提出：柴达木盆地一里坪等盐湖卤水锂矿为富锂河水补给盐湖蒸发浓缩形成，河水锂平均含量０．４ｍｇ／Ｌ，此河水上游也受到地热场内沿断裂上升的温热泉补给。ＬｉｕＣｈｅｎｇｌｉｎ（２０１３）提出华南深层高温富锂卤水经过多阶段蒸发浓缩富集、埋藏变质成矿过程（图９）。
图７发育次级盆地的封闭盆地卤水锂矿成矿简要模式图
图８锂矿（卤水型和黏土型）形成模式
图９中国华南江陵凹陷高温富锂卤水成因
６高原盐湖卤水锂矿成矿动力学模式
世界盐湖卤水锂成矿区的成矿动力学背景是：大洋板块向大陆俯冲或及陆－陆碰撞作用。例如，太平洋板块向南美、北美大陆板块俯冲，分别在俯冲构造带上 形成安第斯高原卤水锂成矿区、美国西部高原卤水锂成矿区；印度板块向亚洲大陆俯冲及陆陆碰撞，形成中国青藏高原卤水锂成矿区；古太平洋板块向中国华南大陆俯冲并形成滞留板片于地幔转换带（图１０），可能是导致华南古高原卤水锂成矿动力学背景。洋壳板块俯冲－碰撞动力学造成高原盐湖卤水锂大规模成矿作用，主要表现在以下几个方面：
图１０中国华南晚中生代太平洋板块俯冲及滞留板片分布图
构造上，洋－壳俯冲－增生造山、陆陆碰撞造山的动力学背景，一方面碰撞挤压作用形成盆地－山岭结构，出现大量山间盆地（图１１），同时，在平行主应力方向上形成一系列裂谷，如西藏中南部地区（图４）。另一方面，由于大洋板块后撤，产生弧后盆地扩展或板内伸展，形成平行俯冲带的系列拉张盆地或断陷盆地，如华南地区北东向展布的盆地群（图３）。
物源上，高原盐湖卤水普遍富含锂钾溴等成矿物质，基本认为与现代盐湖周边出现大量破火山机构、温热泉活动有关。这些物质可能主要来自板块俯冲洋壳物质重融的挥发组分，它们进入盐湖富集成矿。南美和北美西部盐湖卤水锂矿的共同特征是：锂、溴等含量普遍较高，镁／锂比值很低。同样，中国华南古盐湖卤水也具有富钾锂溴碘的相似特征，这可能是古太平洋板块俯冲到东亚大陆板块下部（图１０），滞留板片重熔挥发分折返地表的结果。由于印度板块俯冲和陆陆碰撞产生大量岩浆和地热活动，导致青藏高原发育大量温热泉，给盐湖带来大量的钾锂铷铯等成矿物质。而东昆仑山和西昆仑山上富锂温热泉的活动，可能更直接受到板内俯冲作用影响。可能正是由于青藏高原形成的复杂性，尤其特提斯洋消失后的陆陆碰撞作用，这与太平洋板块俯冲造成的物源和热动力背景不同，造成了两大成矿域的卤水镁／锂比出现很大的差异，后者镁／锂比值远小于前者。
图１１世界三大高原地形剖面及其富锂盐湖分布位置
（ａ）—南美安第斯高原剖面；（ｂ）—美国西部高原剖面；（ｃ）—中国青藏高原剖面
气候上，由于板块俯冲和陆陆碰撞，形成了高原地貌环境（图１１），高原挡住了大洋水汽达到，导致高原内部干旱气候盛行，例如，在中安第斯的 Ｐｕｎａ高原，干旱气候受控于科迪勒拉（Ｃｏｒｄｉｌｌｅｒａ）山，起到一个物理屏障，挡住了来自大西洋的潮湿大气环流。北美高原主要山体最高海拔为３２３１ｍ，盐湖多处于海拔１５００～２２５０ｍ之间，主要盐湖有７个。南美安第斯高原主要山体最高海拔为４６９７ｍ，盐湖一般出现在３７５０ｍ高度，盐湖数量３２个。中国青藏高原主要山体最高海拔６１００ｍ，盐湖出现在两个台阶，第一台阶海拔４０００～５０００ｍ，位于中国西藏中北部；第二台阶海拔２６００ｍ左右，柴达木盆地盐湖位于这个高程位置。青藏高原主要富锂盐湖有４０个。由上可见，海拔越高，盐湖越多，可能与海拔越高，气候更加干旱有关。
综合上述讨论，勾画出洋－陆俯冲及陆－陆碰撞导致盐湖卤水型锂矿成矿：造山作用形成高原地貌与山间盆地，进而引发干旱气候；温热泉活动等带来锂补给盐湖；蒸发作用形成富锂卤水（图１２）。富锂卤水矿的具体形成过程：①物质来源方面：俯冲洋壳脱水脱挥发分导致锂钾等元素进入岩浆并富集，陆－陆碰撞导致加厚地壳发生部分熔融，锂钾等元素进入岩浆富集；②岩浆侵入及喷出形成火山岩，发生水岩反应形成富锂流体，或风化作用参与，释放锂钾等物质进入盐湖；③洋－陆俯冲或陆－陆碰撞及板块俯冲后撤形成板内张性环境，均利于产生构造盆地，提供汇水封闭成矿空间；④洋－陆俯冲增生造山或陆－陆碰撞产生高原地貌，形成干旱环境。上述因素耦合引发高原盐湖卤水锂富集成矿。此外，青藏高原的情况可能要复杂得多，特提斯洋俯冲消亡后，发生陆陆碰撞，因此，青藏高原盐湖卤水锂矿的形成可能与后来的陆－陆碰撞关系更密切，这种大地构造背景可能是造成其卤水镁／锂比值较大的根源。
图１２高原盐湖卤水锂矿床的成矿动力学模式
７结论
（１）世界卤水锂矿主要分布于三大高原，即青藏高原、安第斯高原和北美西部高原盐湖，青藏高原卤水锂离子含量６１～１５２７ｍｇ／Ｌ，北美高原卤水锂平均含量４０～７１０ｍｇ／Ｌ，安第斯高原卤水锂平均含量３３０～１５００ｍｇ／Ｌ。三大锂成矿区的锂矿资源／储量分别为：２３３０万ｔ（氯化锂）、２３００万ｔ（氧化锂）、５５０万ｔ（氧化锂）。
（２）世界三大高原均是洋－陆壳板块俯冲或及陆－陆碰撞作用的结果，因高原地貌挡住大洋气流到达高原内部，从而在高原内部形成干旱气候，发育大量盐湖；另一方面，板块俯冲和碰撞造成岩浆侵入和火山喷发，引发大量温热泉活动，带来大量锂等成矿物质进入盐湖。
（３）板块俯冲－碰撞的大地构造背景对盐湖卤水镁／锂比值有一定影响，如太平洋洋壳俯冲形成的高原盐湖，其卤水镁／锂比值普遍低；而青藏高原隆升，可能因陆陆碰撞贡献较大，其盐湖卤水镁／锂比值普遍高。
（４）高原海拔高度对盐湖卤水锂成矿规模可能有一定控制作用。北美西部高原盐湖的海拔一般为１５００～２２５０ｍ，青藏高原卤水锂矿主要成矿区（柴达木盆地）盐湖海拔约２６００ｍ左右，南美高原盐湖分布的海拔高程一般３７５０ｍ左右。相应地，随着高程增加，盐湖数量增多、面积增大，锂资源量也随之增大。
（５）中生代末期，古太平洋向亚洲大陆俯冲，导致中国华南地区燕山期花岗岩侵入和盆内玄武岩喷发，带来丰富成矿物质；同时，板块俯冲也造就了华南古高原地貌或沿岸高山脉，导致干旱气候；古太平洋板块俯冲后撤，板内断陷盆地发育。这些要素耦合引发了中国华南区域性的古盐湖卤水锂富集成矿。
原文详见：刘成林,余小灿,袁学银等.世界盐湖卤水型锂矿特征、分布规律与成矿动力模型[J].地质学报,2021,95(07):2009-2029.
