隐伏锂辉石伟晶岩勘查：土壤地球化学测量与地面伽马射线测量的有效性

《Journal of Geochemical Exploration》：Exploration for buried spodumene pegmatites: The effectiveness of soil geochemical mapping and ground-based gamma ray surveying

　　

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  A层和C层土壤填图可识别与隐蔽伟晶岩相关的地球化学异常。
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  伟晶岩相关元素主要在C层富集。
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  Li和Cs可能以溶液形式沿下坡迁移，而非通过土壤移动。
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  伽马射线探测在识别埋藏的锂辉石伟晶岩方面效果较差。
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  当围岩表现出显著放射性对比时，伽马射线探测能够成功识别。

引言

花岗伟晶岩通常形成规模较小的岩体，其矿物学和结构高度多变。其中一小部分因富含稀有金属而具有经济价值。锂辉石伟晶岩即为其中一种，Li的富集程度可达>1 wt% Li₂O，主要集中在硅酸盐矿物锂辉石[LiAlSi₂O₆]中。它们通常以片状或透镜状岩体产出，最大尺度<2 km。与其他伟晶岩类似，锂辉石伟晶岩可能呈现非常粗粒的结构，但粒径在岩体之间和岩体内部的变化极大。与大多数富含稀有金属的伟晶岩显示强烈原生内部分带不同，锂辉石伟晶岩通常缺乏分带或仅有极微弱的分带，锂辉石通常在整个伟晶岩体中均有分布（?erny and Ercit, 2005）。

尽管出露良好的含锂辉石伟晶岩容易发现，但在即使有薄层土壤覆盖的情况下埋藏的伟晶岩却鲜有发现，尽管冰川搬运指示矿物作为勘探工具的有效性已被证实（McClenaghan et al., 2025）。这很可能主要是因为其体积小。除非呈水平产状且埋藏深度较浅，它们在地形剖面上通常仅表现为宽数米至数十米的"似露头"（subcrop）。本文使用"似露头"一词指被土壤或松散沉积物覆盖的基岩。地球物理方法或许能够从围岩中识别出埋藏的伟晶岩，但将锂辉石伟晶岩与未矿化伟晶岩（即不含具有潜在经济价值的稀有金属富集的伟晶岩）区分开来仍然极为困难（Trueman and ?erny, 1982; Simmons et al., 2003; Müller et al., 2025）。然而，浅埋藏锂辉石伟晶岩的异常地球化学特征可能产生可通过实用的地球化学或地球物理手段检测到的地球化学信号。除Li外，锂辉石伟晶岩通常还富集Rb、Cs、Ta、Sn、B和Be。这些地球化学富集往往延伸到围绕锂辉石伟晶岩发育的交代晕中，并可能显著扩大地表地球化学异常的分布面积（Pierangeli et al., 2025; Sirbescu et al., 2025）。然而，晕的宽度变化极大，其范围主要受岩石结构的渗透性控制，如变质片理等（Sweetapple et al., 2024）。在某些情况下，晕的延伸可达伟晶岩厚度的五倍（Errandonea-Martin et al., 2022），但在另一些情况下则可能比伟晶岩更薄，如Moylisha（Geiger et al., 2026）和美国卡罗来纳锡-锂辉石带（Swanson, 2012）。

GREENPEG是一个欧盟Horizon Europe项目，已开发出一套技术和勘探工具包，用于埋藏伟晶岩的矿产勘探（Müller et al., 2022; Müller et al., 2025）。在此，我们报告GREENPEG关于利用土壤地球化学和伽马射线探测作为锂辉石伟晶岩矿产勘探工具的研究成果，基于爱尔兰东南部Moylisha和奥地利南部Wolfsberg附近的示范站点，在这些站点锂辉石伟晶岩隐伏于薄层（通常<1 m）土壤之下。我们证明了A层和C层土壤地球化学填图均可检测到与锂辉石伟晶岩相关的地球化学异常。地面和地下伽马射线探测的成功率较低，这是因为锂辉石伟晶岩与大多数围岩之间的对比度普遍较低。然而，我们表明，在围岩表现出显著放射性对比的情况下，这些方法仍然具有应用价值。

章节摘要

区域地质

Moylisha示范站点位于南莱斯特（Leinster）锂辉石伟晶岩带内（图1a）。该NE至NNE走向的岩带沿Tullow Lowlands岩基东部边缘延伸，后者是Leinster花岗岩岩基的一部分，由五个岩基（Brindley, 1973）和众多较小的花岗岩类侵入岩体组成，年龄为奥陶纪至泥盆纪。这些主要为过铝质花岗岩侵入了早奥陶纪Maulin组的沉积变质岩和火山变质地层。花岗岩的侵位发生在

站点描述与土壤采样

在Moylisha站点，几乎没有基岩出露（?1%）（Geological Survey Ireland, 2020a）。该区域以一个缓丘为中心，已被种植为商业性云杉林，最下部缓坡上有牧场。此前记录的土壤类型被描述为浅薄、排水良好且呈酸性，pH值范围为5.2至6（Gardiner and Radford, 1980）。研究区域没有已绘制的冰碛物（Geological Survey Ireland, 2020b）（图1a）。Wolfsberg站点

结果

附录A1–A2–A3包含土壤样品主要和微量元素组成的完整列表，以及重复样品数据、检测限、采样点坐标和完整的质量控制结果，包括分析空白以及标准的认证浓度和分析浓度。Moylisha和Wolfsberg土壤（本研究）以及用于对比的基岩石岩性（Barros et al., 2022; Keyser

土壤地球化学变化的控制因素

在Moylisha和Wolfsberg两个站点，C层样品主要由相对不活动的伟晶岩相关元素主导，如Li、Cs、Ta、Nb、Sn、Be、Rb、U和Th。这些元素通常赋存于锂辉石、钽铌铁矿族矿物、锡石、锆石和磷酸盐等副矿物中。这些结果与Aclare地区的A、B和C层土壤样品的地球化学数据一致，该地位于Moylisha西南11公里处（Luecke, 1984），其基岩由锂辉石

结论

在温带潮湿气候条件下发育的厚度<1 m的原位土壤环境中，土壤地球化学填图是锂辉石伟晶岩有效的普查级勘探工具。直接覆盖在锂辉石伟晶岩之上的A层和基底C层土壤中均存在异常高的Li、Cs和Sn。垂直于预期锂辉石伟晶岩走向的测线，采样点间距约30–40 m，适合探测厚度为1–10 m的小型锂辉石伟晶岩群。

CRediT作者贡献声明

Teimoor Nazari-Dehkordi：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，可视化，软件，方法论，正式分析，数据管理。Klaus Brauch：方法论，调查，获取资金，概念化。Lawrence Carter：论文撰写——审阅与编辑，方法论，调查。Mario Hopfner：论文撰写——审阅与编辑，论文撰写——初稿，验证，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。Julian Menuge：论文撰写——审阅与

利益冲突声明

作者声明以下可能被认定为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Julian Menuge报告获得了欧盟委员会的资金支持。其他作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

致谢

我们要感谢Anicia Henne和Roger Paulen，他们对本稿件早期版本提出的详细且富有洞察力的意见使我们极大地改进了这篇论文。本研究由欧盟委员会Horizon 2020创新计划资助（协议号869274）；通过GREENPEG项目"欧洲伟晶岩绿色科技资源新型勘探工具"进行资助。本文成果部分来源于爱尔兰科学研究基金（SFI）资助的研究成果

Teimoor Nazari-Dehkordi|Klaus Brauch|Lawrence Carter|Mario Hopfner|Julian Menuge|Axel Müller|Claudia Pohl|Ralf Steiner|Ben Williamson