本研究表明鄂南金银山-黄地脑矿床中的锂矿化受控于断裂构造。
本研究表明矿体中的锂主要赋存于粘土矿物锂绿泥石中。
本文中控矿要素及矿化特征表明是一种新类型的粘土型锂矿——断控热液蚀变粘土型锂矿床。
锂绿泥石
伊利石
原位微区分析
粘土型锂矿
断裂控矿
热液交代作用
华南地区
金银山-黄地脑锂多金属矿床（12,000 t Li2O @ 0.60%）为鄂南地区近年来新发现的矿床。该矿床的两个矿段的Li2O品位分别为0.24%~1.32%和0.20%~0.47%。针对该矿床锂的赋存形式和富集机制尚不明确，本研究对其开展了系统的矿床地质和矿物学研究。通过野外地质调查和岩相学观察发现，锂矿化主要发育于受断裂控制的蚀变岩和热液脉中，富锂岩相的粘土矿物含量较高。全岩XRD及针对粘土矿物的原位微区分析（如SEM-EDS，EMPA，LA-ICP-MS）揭示，锂主要赋存于锂绿泥石中（Li2O含量为0.99 wt.% ~ 2.80 wt.%），其次为含锂伊利石（Li2O含量为0.02 wt.% ~ 0.57 wt.%）。观察到常见的伊利石被锂绿泥石交代的现象，以及两者间特征微量元素含量及相关比值的连续变化，表明锂绿泥石可能通过热液作用交代了伊利石。绿泥石温度计的数据显示，矿物相转变发生在240~270 ℃的条件下。考虑到矿区范围内发育不同程度锂异常的冷家溪群沉积变质岩含有大量含锂伊利石，推测这些富粘土的碎屑岩遭受了热液交代作用，造成锂的富集和成矿。此前，本团队通过磷灰石U-Pb定年获得的该矿床成矿年龄与矿区南部的幕阜山花岗岩年龄一致，进一步表明该矿床的成矿热液流体可能与区域早白垩世的深部岩浆活动密切相关。热液流体沿断裂带从深部向上运移，通过水岩反应，促进了地层中锂的活化、迁移和再沉淀。鉴于该矿床的控矿因素和锂的矿化机制与全球范围内已知的粘土型锂矿有所不同，本文认为该矿床应归类为新的矿床类型——断控热液蚀变粘土型锂矿床。此类矿床无论在华南地区，还是在全球范围内，都具有较为广阔的勘探前景。 锂（Li）作为自然界最轻的金属元素，因其独特的性质而被广泛应用于可充电电池、航空航天以及高端材料制造等领域，因此被列为战略性关键金属矿产。当前，锂矿床的开发利用主要集中在卤水型和花岗伟晶岩型两类矿床。然而，尽管卤水型锂矿床的资源规模庞大，但其提炼过程复杂且难度较大；同时，一些规模较大的花岗伟晶岩型锂矿床在经过长期开采后，其保有储量呈下降趋势。此外，许多锂矿床位于交通不便或政局不稳定的地区，给开发带来诸多挑战。随着全球对锂资源需求的不断增长及锂价的持续上涨，亟需对新类型锂矿床展开系统的研究，以满足未来的开发需求。 粘土型锂矿床（Lithium clay deposits）作为新类型锂矿床中的一个重要类别，当前其资源储量约占全球锂资源量的约10%。代表性矿床包括美国的Kings Valley、墨西哥的Sonora、塞尔维亚的Jadar，以及滇中地区与碳酸盐岩相关的锂矿床等。粘土型锂矿床具有分布广泛、品位较低的特点，当前已发现的多个大型和超大型矿床的Li2O储量可达到数百万吨。尽管粘土型锂矿床具有巨大的经济潜力，但由于研究历史较短（始于2010年代）且典型矿床数量有限，导致对其矿化类型的多样性认识不足。此外，粘土矿物粒度极细（<2 μm），且在电子束轰击下具有不稳定结构，这使得原位微区分析技术难以揭示其晶体化学特征，从而限制了对富锂粘土矿物成因及矿化机制的深入研究。 针对上述科学问题，中国地质大学（武汉）资源学院、紧缺战略矿产资源协同创新中心、地质过程与矿产资源国家重点实验室蒋少涌教授团队的博士后王春龙，选取了鄂南方山地区近年发现的金银山-黄地脑锂多金属矿床作为研究对象（图1）。通过对该矿床的成矿地质特征和粘土矿物的系统研究，发现该矿床属于一种此前未报道过的新类型锂矿床。研究表明，热液活动导致含锂伊利石发生交代反应，形成了富锂的锂绿泥石，成为该矿床的主要矿化富集机制。基于这一认识，研究团队提出了不同于传统成矿模型的新成矿模型。 方山地区位于扬子陆块的下扬子台褶带，紧邻江南造山带的北缘。该区域内的大多数矿床位于呈“Ʌ”形的同名倒转背斜中，多金属矿化和蚀变主要沿NE-NEE、N-S及NW向的断裂带分布（图1）。出露的地层主要为新元古界冷家溪群，是一套具复理石韵律的浅变质碎屑岩组合。该套地层可分为小木坪组和大药姑组两个岩性段，其中小木坪组是金银山-黄地脑矿床的赋矿地层。该矿床规模最大、品位最高的I号矿体位于金银山矿段（图2a），围岩为变质砂岩和杂砂岩。II至V号矿体位于黄地脑矿段，其中规模最大、品位最富集的III号矿体赋存于变粉砂岩及泥质岩中（图2b）。两个矿段的矿化和相关蚀变均沿断裂带分布（图2），破碎带中的锂品位尤其较高。![]()
图1 方山地区矿产-地质简图
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图2 金银山（a）和黄地脑（b）矿段的矿体剖面图，展示主要的控矿构造、矿化及蚀变 本矿床与全球范围内其他粘土型锂矿床相似，呈现出相似的矿化特征，这表明锂元素很可能主要赋存于粘土矿物中。通过X射线衍射（XRD）分析，研究结果显示，在新鲜或弱蚀变的沉积变质围岩中，粘土矿物以伊利石为主（25.41 wt.% ~ 34.33 wt.%），并伴有少量绿泥石族矿物（2.90 wt.% ~ 14.05 wt.%）。而在锂矿化的蚀变岩及热液脉中，绿泥石族矿物含量明显增高（2.67 wt.% ~ 31.93 wt.%），伊利石的含量相对减少（0.83 wt.% ~ 11.83 wt.%）。扫描电子显微镜（SEM）观察结果进一步揭示，沉积变质岩中的伊利石呈自形的板状晶形（图3a，f），且与其他硅酸盐矿物紧密共生。而在蚀变岩及热液脉中，绿泥石的晶形则呈鳞片状、叶片状，且密集发育的部位常常形成羽状或放射状的集合体（图3b–e；g–i）。通过原位微区分析技术（EMPA，LA-ICP-MS），本文得到了两个矿段中绿泥石的晶体化学式，分别为(Li0.727,Ca0.019,Na0.002,K0.012) (Al3.843,Fe2+0.030,Mg0.012,Ti0.004) (Si3.320, Al0.680)O10(OH)8和(Li0.801,Ca0.015,Na0.003,K0.003) (Al3.863,Fe2+0.018,Mg0.010,Ti0.001)(Si3.318,Al0.682)O10(OH)8。这些化学式与锂绿泥石的标准化学式相符。考虑到绿泥石在矿体中的广泛分布，并且与锂的品位呈正相关关系，结合本矿床中未发现常见的锂硅酸盐和碳酸盐矿物，推断该矿床的锂主要赋存于锂绿泥石中。此外，两个矿段中的伊利石也相对富锂（金银山矿段位0.08 wt.% ~ 0.57 wt.%，黄地脑矿段为0.02 wt.% ~ 0.15 wt.%），尽管伊利石对矿体中的锂品位贡献较小，但其在新鲜围岩中的大量分布可能是导致地层中锂异常的主要原因。![]()
图3 金银山（a–e）与黄地脑（f–i）矿段不同类型岩矿石中粘土矿物的二次电子（SEM2）图像![]()
图4 SEM2图像显示的蚀变岩（a）和热液脉（b）中锂绿泥石交代伊利石的证据 如前所述，锂绿泥石主要与热液矿物紧密共生，两类粘土矿物共生时，常见锂绿泥石对伊利石的交代（图3g和图4），大离子亲石元素（如Rb、Cs、Ba）的含量及其比值在两类矿物之间呈现连续变化（图5a–d）。此外，部分锂绿泥石相对富含K（K2O最高可达1.06 wt.%，图5e），这表明锂绿泥石主要形成于热液流体对含锂伊利石的交代作用。交代作用伴随着锂的活化迁移和富集，同时也带走了其他组分（尤其是钾），因此它是锂矿化富集的主要机制。绿泥石温度计的结果显示，交代作用引起的矿物相转换发生在240~270 °C之间，两个矿段的温度差异不大（金银山为226~271 °C，黄地脑为239~273 °C）。![]()
图5 粘土矿物中特征元素和相关比值随锂含量的系统变化
基于上述认识，建立矿床成因模式如下（图6）：深部流体在区域中生代岩浆热源的驱动下，沿断裂构造向上运移，形成热液成矿系统。断裂活动不仅为热液流体的迁移提供了通道，而且在应力作用下促进了成矿流体的汇聚，有利于热液流体与冷家溪群沉积变质岩之间的水岩反应。随着流体逐步演化至合适的温度条件，大量地层中的含锂伊利石遭受热液交代作用，转变为锂绿泥石，并与其他热液矿物共同沉淀。本研究提出的成矿模式不同于前人提出的火山及非火山成矿模式（volcanic and non-volcanic），因而具有重要的理论意义。更为重要的是，无论在华南地区还是全球范围内的其他地区，当锂异常的沉积变质岩地层叠加有与断裂相关的大规模热液活动时，都有可能形成类似类型的锂多金属矿床。![]()
图6 金银山-黄地脑锂矿床的形成过程示意图
Ore geology, mineralogy and geochemistry of a fault-controlled hydrothermal clay-Li deposit hosted by Precambrian metasedimentary rocks in south ChinaChunlong Wang, Shaoyong Jiang, Hanlie Hong, Wei Wang, Songlin Wan, Wensheng Zhang, Jin Yinhttps://doi.org/10.1016/j.gsf.2024.101992 The Jinyinshan-Huangdi′nao Li deposit (12,000 t Li2O @ 0.60%) was recently discovered in southern Hubei Province, South China. This deposit is divided into two ore sections, namely, Jinyinshan (0.24–1.32 wt.% Li2O) and Huangdi′nao (0.20–0.47 wt.% Li2O). The dominant Li-bearing phase and mechanism for Li enrichment remain unclear. Herein, a comprehensive study of ore geology, mineralogy and geochemistry is conducted. Field and petrographic investigations revealed that Li mineralization in the deposit was fault-controlled and that the altered metasedimentary rocks and hydrothermal veins with intensive Li mineralization contained high abundances of Li-rich clay minerals. Whole-rock XRD and in situ analyses of SEM-EDS, EMPA and LA-ICP-MS of clay minerals reveal that cookeite (0.99–2.80 wt.% Li2O) is the dominant Li-bearing phase, with subordinate illite (0.02–0.57 wt.% Li2O). The widespread replacement of Li-enriched illite by cookeite combined with the compositional continuum suggests that cookeite was likely formed by the hydrothermal replacement of illite at a temperature of 240–270 °C, as constrained by chlorite geothermometry (with average temperatures of 254 ± 2 °C in Jinyinshan and 259 ± 2 °C in Huangdi′nao). Since metasedimentary rocks of the Neoproterozoic Lengjiaxi Group in the deposit with variable Li anomalies host abundant Li-rich illite, Li mineralization was inferred to have occurred via hydrothermal metasomatism of these clay-rich clastic rocks. The hydrothermal fluids may have been driven by a deep magmatic heat source, as evidenced by previously reported U-Pb dating of apatite from the clay-Li ore, similar to the age of the Mufushan granitic batholith in the south, both of which are Early Cretaceous. The deep-sourced hydrothermal fluids caused the mobilization, migration and reprecipitation of Li as Li-rich clays along the fault zones. This mechanism of Li mineralization is different from existing models for clay-Li deposits worldwide, and this deposit can be classified as a new type, namely, fault-controlled hydrothermal metasomatic clay-Li deposit. Similar deposits are highly prospective both regionally and worldwide.主办/《地学前缘（英文）》编辑部
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地学前缘（英文版）（Geoscience Frontiers）是由中国地质大学（北京）与北京大学共同主办的高水平英文学术期刊，与Elsevier出版集团合作出版，采用钻石开放获取模式。期刊主要刊载地球与行星科学领域的高质量综述和原创研究成果，包括矿物学、岩石学、矿床学、地球化学、构造地质学、地球物理学、地层与古生物学、环境与工程地质、天体地质等。科睿唯安JCR2023影响因子：8.5，位于地球科学及交叉学科领域一区（第9/253）。2024年中科院期刊分区：位于地球科学大类一区（Top期刊），地球科学综合 GEOSCIENCES, MULTIDISCIPLINARY 小类一区。入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”英文领军期刊项目。入选中国科技期刊卓越行动计划重点类期刊（2019-2023）。
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