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为评估英国北奔宁地区地热卤水资源潜力，研究人员分析废弃矿井地表及近地表水样。通过主成分、聚类等分析，发现 Li 与多种元素的关联，拓展了锂资源地理范围，证明低成本地球化学分析可用于资源勘探。
锂（Li）作为电动汽车电池的核心材料，正面临前所未有的需求压力。当前全球 98% 的锂资源主要来自锂辉石伟晶岩矿和盐湖卤水，但前者开采能耗高、碳足迹大，后者受限于特定地质和气候条件且环境影响显著。随着 2030 年锂需求预计超过供应，开发地热卤水等非常规锂资源成为关键。然而，英国北奔宁地区深部卤水化学数据匮乏，仅依赖一个废弃钻孔，难以评估资源潜力。为此，纽卡斯尔大学的研究团队开展了近地表水体地球化学分析，旨在通过低成本手段识别深部含锂卤水的地球化学信号，拓展锂资源的地理认知范围。该研究成果发表在《Applied Geochemistry》，为全球类似区域的锂资源勘探提供了新范式。
研究人员采用了以下关键技术方法：①在 2019-2022 年间，对北奔宁地区 48 个矿井的 78 份水样（含重复采样）进行采集，涵盖地表和地下样本；②现场测定电导率、pH、温度等参数，实验室通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）、电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和离子色谱（IC）分析主要离子、微量元素和阴离子；③运用 R 语言进行主成分分析（PCA）、聚类分析和协变量分析，并构建两端元混合模型，以氯离子（Cl?）作为保守元素评估深部卤水贡献比例；④结合环境署 WIMS 数据库进行外部数据预测，验证元素关联的普适性。
3.1 锂浓度与花岗岩特征
东盖茨钻孔深部（411-995m）卤水锂浓度超 90mg/L，花岗岩岩屑锂含量 14-97.9mg/kg，其中风化层（280m）锂含量 34.1mg/kg，显示风化作用可能促进锂释放。最深样本（995m）锂含量 99.2mg/kg，暗示花岗岩是潜在锂源。
3.2 近地表水体化学特征
矿井水样平均锂浓度 24.2μg/L，低于海水（194μg/L）。坎博基尔斯矿（Cambokeels Mine）锂浓度最高达 784μg/L，且呈现季节性波动。西北区域的斯克莱斯霍尔矿（Scraithole Mine）和内斯黑德矿（Hagg’s Level）锂浓度高于区域平均，表明可能存在多通道卤水上升路径。
3.3 统计分析揭示元素关联
PCA 显示，锂与碱度、Ca、Cl、F、Na 等元素呈正相关（PC1 解释 22.5% 方差），形成 “深部卤水相关组”；Al、As、Cu 等元素构成 “近地表或矿体相关组”（PC2 解释 14.1% 方差）。聚类分析确定 Mg、F、Na 和电导率为锂的预测因子，决策树模型可通过元素阈值预测锂浓度。
3.4 混合模型与地理拓展
基于 Cl?的两端元混合模型表明，坎博基尔斯矿深部卤水贡献比例为 0.00577%，斯克莱斯霍尔矿内部（600m 处）贡献比例更高（0.00137%），验证了卤水沿断裂带混合的假设。更重要的是，在距原钻孔 15 公里的矿区发现深部卤水特征，显著扩大了北奔宁锂资源的地理范围。
3.5 数据库验证与预测
利用 WIMS 数据库中电导率、Na 等参数排序，识别出多个潜在高锂矿区，尽管受限于检测限（100μg/L），但预测结果与实测数据吻合，证明该方法可用于缺乏锂数据的历史数据库评估。
研究结论表明，近地表水体的地球化学指纹可有效反映深部地热卤水的锂富集特征。主成分分析和聚类分析识别出的元素关联（如 Li 与 Cl、Na、F 的正相关）为资源勘探提供了关键指标，而低成本的分析方法显著降低了勘探门槛。此外，研究首次在北奔宁地区确认了多个新的锂富集区，将已知资源范围扩展 15 公里，为英国乃至全球非常规锂资源开发提供了技术示范。该研究不仅解决了深部数据匮乏的瓶颈，还为地热能源与锂资源的协同开发（如利用地热井同步提取锂）提供了理论依据，对推动低碳能源转型和关键矿产安全具有重要战略意义。
