华南地块煤系富锂黏土中近地表锂同位素分馏与富集机制研究

针对低温沉积黏土型锂矿床的成因及锂同位素分馏机制不明的问题，研究人员以中国四川盆地晚三叠世煤系富锂黏土为对象，通过原位锂分布成像与同位素分析（MC-ICP-MS/SCEP），揭示了黏土矿物（绿泥石为主）中离子交换态与结构束缚态锂的迁移-富集过程，提出酸性地下水与原生黏土的水岩反应驱动锂富集（Δ7Li达+15.4‰），为浅成锂资源勘探提供理论依据。

　　

锂作为新能源时代的“白色石油”，其矿床成因机制一直是资源领域的研究热点。目前全球锂资源主要来自盐湖卤水、花岗伟晶岩和沉积黏土型矿床，其中黏土型锂矿因形成于近地表低温环境而备受关注。然而，这类矿床中锂的富集过程与同位素分馏机制长期存在争议——究竟是火山碎屑的风化主导，还是地下水循环的改造更关键？中国四川盆地晚三叠世煤系中发现的锂异常富集现象（Li含量达520 ppm），为破解这一谜题提供了天然实验室。

中国地质大学（北京）王荣杰、代世峰团队联合澳大利亚学者，在《International Journal of Coal Geology》发表研究，首次通过原位微区锂分布成像结合多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）和连续化学提取（SCEP）技术，解析了煤系黏土中离子交换态与结构束缚态锂的迁移路径。研究人员采集了四川盆地东北部草堂煤矿高锂（K1煤层）和低锂（K3煤层）的12个煤样及4个泥岩样，采用电子探针微区分析（EMPA）定位锂载体矿物，并通过Sr-Nd同位素示踪物质来源。

地质背景揭示物质双来源
晚三叠世华南地块处于碰撞-俯冲构造背景，锆石年龄（～213 Ma）与高Sr/Ba比值（1.24–3.86）表明研究区同时接受酸性火山碎屑（长英质凝灰岩）和陆源碎屑（富锂花岗岩风化产物）输入。气候模型显示当时大气CO₂浓度升高，加速了原生矿物的化学风化。

矿物相变驱动锂再分配
原位成像显示锂主要赋存于裂隙充填的蠕虫状绿泥石（Δ⁷Li +8.2‰），而块状伊利石集合体和钠云母含锂量较低。关键发现是：酸性地下水在泥炭埋藏阶段与原生黏土（高岭石、伊利石）发生反应，促使其蚀变为绿泥石和钠云母，此过程伴随显著的锂同位素分馏（δ⁷Li差值达+15.4‰）。离子交换态锂的δ⁷Li值（+1.2‰至+9.5‰）始终低于结构束缚态（+3.9‰至+16.9‰），证实⁶Li优先进入黏土层间。

双阶段富集成矿模型
研究提出创新性成矿机制：第一阶段，火山灰和陆源碎屑提供初始锂源；第二阶段，有机质分解产生的酸性流体活化锂，通过水岩反应将锂固定在次生绿泥石中。该模型得到Sr-Nd同位素支持：ε_Nd(t)值（-10.2至-8.3）反映物质来自古老地壳，而⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（0.710–0.715）指示流体混合特征。

这项研究不仅阐明了煤系黏土锂矿的“源-运-储”全过程，更建立了低温条件下锂同位素分馏的示踪标志。其科学价值在于：首次揭示离子交换态锂与结构束缚态锂的协同富集机制，为黏土型锂矿的“矿物相变控矿”理论提供直接证据；实践意义则体现在指导我国华南煤系伴生锂资源的勘探开发——通过识别绿泥石化蚀变带与δ⁷Li异常区，可快速定位锂富集靶区。未来研究可进一步解析有机质-黏土矿物相互作用对锂赋存状态的调控机制。