（研究者：美洲锂业公司Thomas R. Benson等）
图1.显示全球锂资源类型和相对规模的地图（详细图释见原文）
McDermitt火山口和火山口内湖相沉积物的地质学和矿物学
本研究关注了McDermitt火山口约40×30km区域内的高锂浓度湖相沉积物。自1970年代起，该区域沉积物中的高锂含量即被记录。火山口内沉积物覆盖广泛，局部厚度超过200米，主要由细层状粘土岩构成，包含多种火山岩和沉积岩。镁蒙脱石是火山口内粘土岩的主要矿物，在Thacker Pass区域，蒙脱石富含锂，具有独特的（001）间距（图2）。随着地层深入，镁蒙脱石逐渐过渡为含锂伊利石，该伊利石成分与Tainiolite相近，富含Li、F、K和Mg。此外，沉积层序中还发现了方解石、白云石等多种矿物，体现了该区域地质构造的复杂性和丰富性。
图2.McDermitt火山口的锂矿化（详细图释见原文）
火山口内粘土岩中的锂富集
在整个火山口范围内以蒙脱石粘土为主的沉积区间进行的全岩化验结果表明，锂含量平均为1000至4000 ppm，而Thacker Pass的伊利石区段的锂含量为4000至8000ppm（图2），最高为约9000 ppm。通过碳酸盐溶解和粒级离心从这些散装样品中获得的粘土精矿中，Thacker Pass蒙脱石的平均Li含量约为5100 ppm，而Thacker Pass伊利石的平均Li含量约为12100 ppm。这表明Thacker Pass的伊利石是在较特殊的成矿环境中形成的。
图3.Thacker Pass锂伊利石的原位SHRIMP-RG分析（详细图释见原文）
McDermitt火山口湖相岩石中含量最高的含锂矿物是镁质蒙脱石，遍布整个火山口（图2），粘土精矿中平均含有约5100 ppm的锂。该值在其他锂矿床蒙脱石粘土精矿的测量范围内（约3400-6800 ppm 锂）。在Thacker Pass附近的McDermitt火山口南部，沉积物含锂含量约为12100 ppm。原位分析表明，伊利石的锂含量可高达约18000 ppm（图3）。这大约是Thacker Pass的McDermitt火山口其他地方以及全球其他蒙脱石锂矿床蒙脱石浓度的两倍。在伊利岩中观察到的Li:Rb趋势遵循Thacker Pass蒙脱石粘土精矿的线性富集趋势（图3）。
富锂镁蒙脱石的形成
在成岩之前，McDermitt古湖沉积物中的富锂镁蒙脱石粘土由于火山玻璃碎屑与高碱性和碱性封闭盆地中的水溶液发生反应而沉淀。与蒙脱石共生的碳酸盐床和方解石结核的存在支持了高pH值的湖相环境。在McDermitt古湖中，由于McDermitt源流纹岩浆中一些元素的相对高富集度，导致湖水中的Li+、Rb+、F−和其他溶质的活性升高，因此富锂的镁蒙脱石优先于硅镁石（Stevensite）形成。在主要的火山喷发之后，溶质在喷发后立即冷却期间从流出的流纹质熔结凝灰岩玻璃和其他火山岩中浸出，以及在持续的脱落和脱气过程中从火山口内凝灰岩中析出（图4）。McDermitt古湖是这些富含溶质和二氧化硅的流体的集水盆地，在封闭的火山口湖系统蒸发期间，这些流体进一步浓缩至达到蒙脱石饱和和沉淀所需的水平。
图4. McDermitt火山口在岩浆复苏时（约16 Ma前）的南北横截面示意图（详细图释见原文）
蒙脱石向伊利石的转变
在Thacker Pass湖相序列中，火山口复苏期间发生的蒙脱石向伊利石的热液蚀变过程是一个复杂的热化学过程。当富含K、Li、Rb和F的热液流体从地下岩浆中溶出并沿裂缝和断层上升时，它们与湖相沉积物中的蒙脱石发生相互作用。这些热液流体在冷却过程中，与蒙脱石发生了一系列的溶蚀-沉淀反应。在反应过程中，蒙脱石开始溶解，并释放出其中的铝离子和钠离子。同时，热液流体中的锂、钾和氟离子被吸附并参与到新矿物的形成中。随着反应的进行，蒙脱石逐渐转变为锂伊利石。这一转变过程在钾质流体前沿的最热部分尤为明显，其中蒙脱石完全转变为锂伊利石，导致该区域锂和钾的浓度极高。而在最大蚀变区的上方和下方，蒙脱石粘土仅部分蚀变为伊利石，形成了伊利石/蒙脱石混合带（图2）。这些转变不仅反映了热液流体中元素的迁移和富集过程，也揭示了火山口复苏期间热液系统对沉积物中粘土矿物组成的重要影响。伊利石的形成与Li、Rb（图3）等浅成热液金属浓度的增加密切相关，这进一步证实了热液流体在元素迁移和富集过程中的重要作用。
在火山沉积物中含有高浓度的锂资源，特别是在含有伊利石的粘土岩中。这些粘土岩通常位于火山口附近，具有较浅的埋藏深度和较高的矿石产量。与其他已知的粘土岩锂资源相比，这些火山沉积的锂资源的锂含量更高。因此，热液富集的锂对于火山沉积锂矿的勘探具有重要意义，或有助于满足不断增长的锂需求。
该研究论文以“Hydrothermal enrichment of lithium in intracaldera illite-bearing claystones”为题，发表于Science Advance：30 Aug 2023，Vol 9, Issue 35，DOI: 10.1126/sciadv.adh8183.
全文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8183（点击文后“阅读原文”可转至论文原文）
