巴基斯坦锂、铍地球化学分布特征与成矿远景区优选

Geochemical distribution of Li/Be in Pakistan: Implications for Li/Be prospecting

摘要

锂、铍金属是世界战略性关键金属资源，在新材料和信息技术等新兴产业具有不可替代的重大用途。巴基斯坦位于欧亚、印度和阿拉伯三大板块汇聚部位，拥有优越的锂、铍成矿条件，但由于地质工作程度偏低，目前锂、铍金属资源潜力不明。低密度地球化学调查是研究锂、铍元素空间分布和快速圈定成矿远景区的有效方法。本文利用巴基斯坦1∶1 000 000低密度地球化学调查成果，阐述了巴基斯坦锂、铍元素地球化学背景，结合已有锂、铍矿床成矿地质背景分析，圈定了锂、铍成矿远景区，为锂、铍稀有金属找矿勘查提供依据。巴基斯坦全境基岩出露区水系沉积物中锂含量为1.56～118.20μg/g,平均值为20.06μg/g。铍含量为0.07～7.16μg/g,平均值为1.22μg/g。根据92%累频共圈定18个锂地球化学异常和12个铍地球化学异常，并优选找矿远景区。其中，喀喇昆仑地块和喜马拉雅造山带作为伟晶岩型锂矿的找矿远景区，查盖火山岩浆弧东作为盐湖卤水型锂矿的找矿远景区，喀喇昆仑地块是寻找伟晶岩型锂、铍矿床最有利的地区。

关键词

锂和铍 / 稀有金属 / 资源潜力 / 地球化学调查 / 远景区预测 / 巴基斯坦

Key words

lithium and beryllium / rare metals / resource potential / geochemical survey / prospective areas prediction / Pakistan

0 引言

锂和铍是世界范围的战略性关键金属资源,在新材料和信息技术等新兴产业具有不可替代的重大用途^[1-2]。其中,锂作为自然界最轻的金属元素,被广泛应用于冶金工业、轻工业纺织、电子技术、医药生理、国防尖端工业、原子能工业、新型清洁优势能源等领域,被誉为“白色石油”“工业味精”“高能金属”“21世纪的能源金属”^[3-4]。随着锂电池、新能源汽车、可控核聚变等领域的快速发展,锂已成为未来国家新能源战略的重大需求。铍是电子电器、航天航空和国防科技领域等军工产业及核工业等高科技产品的关键原材料,有“超级金属”“尖端金属”“空间金属”之称,也是我国紧缺的战略性矿产资源之一^[5]。战略性新兴技术产业发展对稀有金属材料的需求激增,在全球掀起了新一轮稀有金属勘查的热潮,寻找和评价锂、铍矿产资源已成为当前国际矿床学界的研究热点^{[6⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓-14]}。

锂矿床主要有3种工业类型,包括卤水型、伟晶岩型和花岗岩型,其中卤水型锂矿床约占世界锂资源的58%,伟晶岩型和花岗岩型锂矿床提供了全球26%的锂资源^[15]。伟晶岩型矿床也是铍的重要来源之一,工业开采的绿柱石矿(高纯铍矿)主要来源于花岗伟晶岩^[16]。伟晶岩型锂、铍稀有金属矿床可分为LCT型(富集Li-Cs-Ta元素)和NYF型(富集Nb-Y-F元素组合)。LCT型以准铝质至过铝质S型花岗质成分为主要含矿围岩,主要产于造山晚期和造山后,元素组合特征为Li、Rb、Cs、Be、Sn、Ta、Nb和Ta含量>Nb含量,并富含B、P和F等挥发分元素。NYF型则以弱铝质至准铝质A型花岗质成分为主要含矿围岩,主要产于非造山期,元素组合特征为Nb含量>Ta含量、Ti、Y、稀土元素(REE)、Zr、U和Th,并富含F,相对亏损B和P^[16]。相较于NYF型伟晶岩,LCT型伟晶岩分布广泛,且在数量上远超过NYF型伟晶岩。在全球范围,伟晶岩型锂、铍矿形成时间与碰撞造山引起的超级大陆拼贴时间具有耦合关系^[17-18]。前人统计显示,全球LCT型伟晶岩的产出频率和时代分布,与Kenor(基诺)、Nuna/Columbia (努纳/哥伦比亚)、罗迪尼亚(Rodinia)、冈瓦纳(Gondwana)和潘吉亚(Pangea)等超大陆聚合事件相伴随,伟晶岩型锂矿形成于超大陆会聚造山作用的中晚期,滞后于构造变形事件。全球著名的伟晶岩型锂矿床多形成于前寒武纪,而近年研究表明,三叠纪和新近纪也是伟晶岩型锂矿的重要成矿期^[19]。印支地块与扬子陆块和塔里木-华北陆块碰撞,印度地块与欧亚大陆碰撞,分别形成了三叠纪的松潘—甘孜—西昆仑巨型伟晶岩型锂矿带和新近纪与淡色花岗岩相关的喜马拉雅花岗-伟晶岩稀有金属成矿带,而西方学者对此还没有足够的重视。

巴基斯坦与我国西部地域相邻,重要跨境成矿带的地质背景可对比^[20-21]。松潘—甘孜—西昆仑巨型伟晶岩型锂矿带和新近纪与淡色花岗岩相关的喜马拉雅花岗-伟晶岩稀有金属成矿带向西延伸情况并不清楚。低密度地球化学调查是研究稀有金属元素分布,快速定位和优选找矿远景区的有效技术方法^[22-23]。2015—2019年,中国地质调查局和巴基斯坦地质调查局合作实施并完成巴基斯坦全境基岩出露区1∶1 000 000低密度地球化学调查,分析包括稀有金属元素在内的69种元素,为开展巴基斯坦锂、铍资源潜力分析奠定基础。本文利用巴基斯坦1∶1 000 000低密度地球化学调查结果,阐述了巴基斯坦锂、铍元素地球化学背景和空间分布特征,统计锂、铍元素在不同构造单元内的地球化学参数,结合已有锂、铍矿床成矿地质背景分析,圈定有利的锂、铍成矿远景区,并为境内外稀有金属成矿带资源潜力评价和区域成矿规律对比提供依据。

1 区域地质背景和矿产资源特征

1.1 巴基斯坦构造单元划分及特征

巴基斯坦位于南亚次大陆的南缘,处于欧亚板块、阿拉伯板块与印度板块三大板块的汇聚部位,中生代以来,印度板块向西向北的斜向俯冲碰撞,导致新特提斯洋消亡和随后的陆-陆碰撞,形成了现今的大地构造格局,其构造演化历史及成矿作用与新特提斯洋演化以及陆-陆碰撞过程密切相关^{[20-21,24-25]}。以大型断裂构造和蛇绿混杂岩带为边界,通常将巴基斯坦全境划分为9个一级构造单元(图1^[25-26]),自北向南包括南帕米尔地块、科希斯坦—拉达克岛弧、喀喇昆仑地块、喜马拉雅造山带、苏莱曼褶冲带、恒河前陆盆地、查盖火山岩浆弧、莫克兰复理石盆地和印度地块^[20-21,27]。主要构造单元地质特征如下。

喀喇昆仑地块:巴基斯坦最北侧的构造单元,南侧以什约克缝合带(SSZ,或称喀喇昆仑—科希斯坦缝合带、主喀喇昆仑断裂MKT)为界与科希斯坦岛弧分隔,向北与东兴都库什和南帕米尔属于同一构造单元,其东侧与我国西昆仑造山带相邻,两者被喀喇昆仑大型走滑断裂所截断(图1^[25-26])。喀喇昆仑地块呈近东西向且向北凸出的弧形展布,自北向南可进一步划分为3个部分,北喀喇昆仑带、喀喇昆仑岩基和南部前奥陶系结晶基底。北喀喇昆仑以广泛分布的石炭系黑色页岩为特征。喀喇昆仑中部发育呈线状展布的巨型岩基,时代为中侏罗世—古近纪,岩石类型包括辉长闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩和英云闪长岩,与新特提斯洋向北俯冲有关。喀喇昆仑地块南部变质杂岩主要包括前寒武系基底和北西向展布的变质岩带,包括Baltit(巴尔蒂特)群片岩、Gaherit(加黑里特)组大理岩和Chitral(齐特拉)组板岩^[20,27]。

科希斯坦—拉达克岛弧:夹持于南部印度河缝合带(MMT)和北部什约克缝合带(MKT)之间,代表完整的洋内弧序列,在地幔、下地壳和中上地壳的岩石组合均有出露,自下而上(从南向北)可划分为6个次级构造单元,分别为吉佳尔基性-超基性岩体、卡米拉角闪岩带、奇拉斯基性-超基性岩体、科希斯坦复合岩基、Jaglot(贾格洛特)群和Chalt(查尔特)群侏罗纪—白垩纪变质火山岩和变质沉积岩组合、Yasin(亚新)群火山沉积岩^[20]。

查盖火山岩浆弧:位于巴基斯坦俾路支省西部,南邻莫克兰复理石盆地,北接阿富汗地块,西以杰曼断裂(CF)为界与苏莱曼前陆盆地相接,是一条由钙碱性深成岩和火山岩组成的东西向岩浆岩带(图1^[25-26])。该区出露的最老地层是早白垩世辛贾拉尼群,主要为安山质熔岩、火山角砾岩和凝灰岩,其次为硅质页岩、泥质灰岩、页岩和砂岩,局部含少量的酸性火山岩夹层^{[28⇓⇓-31]}。

印度地块:主要由喜马拉雅造山带、伊斯兰堡中—新生代盆地、苏莱曼前陆盆地、恒河前陆盆地和印度基地5个次级构造单元组成。喜马拉雅造山带位于巴基斯坦北部白沙瓦—吉佳尔一带,印度河缝合带南侧,以主边界断裂(MBT)和主地幔逆冲断裂(MMT)为南、北界线,分别与伊斯兰堡中—新生代盆地和科希斯坦—拉达克岛弧相邻,包括高喜马拉雅、低喜马拉雅和特提斯喜马拉雅^[32]。喜马拉雅结晶基底主要包括结晶片岩、花岗质片麻岩、大理岩和斜长角闪岩,局部含超高压变质作用形成的榴辉岩^[33]。

1.2 区域成矿特征

巴基斯坦位于特提斯成矿域中段,区域成矿地质条件良好,矿产资源丰富,目前已发现各类矿产55种,探明矿产地1 000余处,资源潜力巨大^[21,26],其优势矿产资源包括石油、天然气、煤、铬铁矿、铜、铁、金、铅、锌、铝土矿、宝石、石膏、磷矿、重晶石、高岭土和盐岩等。根据主要矿产资源的时空分布特征,结合大地构造单元划分方案,将巴基斯坦划分为5个主要成矿区带:(1)查盖—拉斯科(Chagai—Ras Koh) 铁-铜-金成矿带,主要位于俾路支省北部,成矿作用主要与渐新世—中新世钙碱性岩浆活动有关,主要形成斑岩型铜金(钼)矿床,其次为夕卡岩型铜(铁)矿,以及热液型、火山沉积型铁多金属矿床;(2)瓦济里斯坦—贝拉铬铁矿成矿带,主要位于巴基斯坦中部,处于印度和阿拉伯板块缝合带附近,主要形成与蛇绿岩有关的豆荚状铬铁矿^[34];(3)胡兹达尔—拉斯贝拉铅锌成矿带,位于俾路支省东部,主要形成密西西比河谷型(MVT )铅锌矿床和喷流沉积型(SEDEX)铅锌、重晶石矿床^[35];(4)印度河流域砂金-能源矿产成矿带,位于旁遮普省和信德省中东部地区,主要形成砂矿型金矿和油气等能源矿产;(5)科希斯坦—喀喇昆仑稀有金属-铬铁矿成矿带,位于巴基斯坦最北部,主要形成与蛇绿岩有关的铬铁矿^[21],以及伟晶岩型锂铍等稀有金属矿化,发育宝石级的绿柱石矿^[36]。

巴基斯坦位于特提斯构造域中段,先后经历了新特提斯洋盆扩张与成矿、新特提斯洋盆消减与成矿、陆-陆碰撞等地质过程^[21,37]。不同类型矿床的产出与新特提斯洋演化和大陆碰撞过程密切相关。新特提斯洋盆扩张期间,基梅里陆块群从冈瓦纳大陆裂离,冈瓦纳大陆北缘形成了被动大陆边缘,成矿流体在对流循环中发生喷流-沉积作用,形成SEDEX 型铅锌矿^[35]。新特提斯洋盆俯冲期间,俯冲带上盘因洋壳拉伸形成一些伸展性小洋盆,在随后的挤压事件作用下就位形成SSZ 蛇绿岩。白垩纪—始新世,新特提斯洋闭合,沿着缝合带分布的蛇绿岩中产出铬铁矿^[34]。主碰撞陆-陆汇聚阶段,大规模的强烈逆冲和褶皱作用在巴基斯坦及相邻地区形成冲断带和扎格罗斯(Zagros)逆冲推覆系统等,形成大量的MVT 型铅锌矿床。晚碰撞构造转换阶段,沿碰撞缝合带或早期岩石圈不连续带发生大规模走滑活动,形成杰曼大型走滑系统和斑岩成矿系统。后碰撞地壳伸展阶段,碰撞带附近块体大多发生伸展和拆离作用,壳源或壳幔混源岩浆活动极其发育,形成斑岩型铜、金矿床^[29]。该阶段,在巴基斯坦北部还形成了大量壳源花岗质伟晶岩,为稀有金属成矿提供了有利条件。

2 方法技术

2.1 样品采集

中国地质调查局联合巴基斯坦地质调查局在巴基斯坦基岩出露区实施1∶1 000 000地球化学调查。样品采集密度为10 km×10 km网格规格,为了避免坐标转化,采用经度15'、纬度10'为一个采样单元格(图2)。利用1∶250 000地形图为底图布点。布点时采样点均匀分布在整个调查区域,同时采样点应控制采样网格内的最大汇水域。为更好地控制单元格中的分支水系,每个单元格分为A、B、C和D 4个采样小格,每个采样小格中超过5 km长的分支水系分别采集一件样品,每个单元格内的4件样品组合成一个分析样(图2)。采样介质为水系沉积物,采样粒级为小于10目。野外样品采集在50 m范围内多点组合采样(一般为3~4点)。样品质量过筛后大于1 kg,缩分为两份,一份350 g装聚乙烯瓶作为永久保存,另外一份220 g送实验室进行分析。野外定点以GPS和地形图相结合的方式进行,同时应用Google Earth进行野外找点。样品编号以1∶200 000图幅号+每一采样格子的样品顺序号为组合编号,顺序号遵循从左至右、由上至下的原则。重复采样在图表上预先标明,重复样编号为原样号后加字母“R”。此次工作共采集水系沉积物样品4 277件,共计组合分析样品2 547件(图3)。

2.2 样品分析

样品测试分析在湖北省地质实验测试中心完成。汇水域水系沉积物样品,筛分10目(2 mm)以下样品,研磨至200目。每件样品分析69种元素,包括Ag、As、Au、B、Ba、Be、Bi、Br、Cd、Cl、Co、Cr、Cs、Cu、F、Ga、Ge、Hg、I、In、Li、Mn、Mo、N、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Sb、Sc、Se、Sn、Sr、Ta、Te、Th、Ti、Tl、U、V、W、Zn、Zr、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、CaO、Na₂O、K₂O、C和Hf。其中,Li和Be的分析方法是采用四酸溶矿和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析^[23,38],简要流程如下: 用氢氟酸、硝酸和硫酸分解样品,用王水溶解后,移至塑料试管中定容。分取澄清溶液,用3%硝酸溶液稀释至1 000 倍后,用ICP-MS测定样品中Li和Be的含量。以50个号码为一分析批次,每个批次插入4个国家一级标准物质(GBW07228~GBW07294)来控制分析的准确度和精密度,国家一级标准物质合格率要求100%;随机抽取10%比例的样品作为重复性检验样品,重复性检验样品合格率要求90%;每一个送样批次分析完毕后,对部分特高或特低含量试样,进行异常点重复性检验,异常点检验合格率要求85%。Li的检出限为1 μg/g,报出率为100%。Be的检出限为0.05 μg/g,报出率为99.7%,Li和Be的样品重复性检验合格率均为100%。

2.3 数据处理与制图

数据处理应用GeoExpl地质勘查数据处理与分析系统(International版)^[39],将数据导入并进行网格化处理,采用网格距10 km×10 km,计算模型采用指数距离加权法,搜索半径设定为25 km。单元素地球化学图的编制采用累积频率法,以累积频率为基础划分19个量级基线制作地球化学图,累积频率分别为 0.5%、1.2%、2.0%、3.0%、4.5%、8.0%、15%、25%、40%、60%、75%、85%、92%、95.5%、97%、98%、98.8%、99.5%和100%。本文从巴基斯坦国家尺度对Li和Be异常进行宏观评价,采用累积频率92%作为异常下限,以多色阶形式表达,圈定地球化学异常,编制Li和Be地球化学异常图,开展成矿远景区预测。地球化学含量等值线累积频率分级频数及对应的地球化学背景和异常内、中和外分带频数对照关系见表1,分别以92%、97%和98.8%划分地球化学异常外、中和内带。

3 锂、铍地球化学分布特征

3.1 锂元素

表2中显示了巴基斯坦水系沉积物样品中锂元素的主要参数,包括最大值、最小值和平均值、P2.5~P95(2.5%~95%的累频值)、标准差和异常下限等。此次总共分析水系沉积物组合样品2 547件,获得巴基斯坦全国基岩出露区锂元素在水系沉积物中的含量为1.56~118.20 μg/g,平均值为20.06 μg/g,高于地壳克拉克值18 μg/g^[40]。表3中统计了巴基斯坦不同构造单元水系沉积物样品中锂元素地球化学参数,从平均值来看,锂元素平均含量最高的4个构造单元为喀喇昆仑地块、科希斯坦—拉达克岛弧、印度地块和苏莱曼褶皱带,对应的锂平均含量分别为48.61、35.94、26.18和24.31 μg/g。从巴基斯坦锂元素地球化学图(图4)来看,锂元素分布呈现明显的北高南低的特点,最明显的高值区主要集中在巴基斯坦北部喀喇昆仑地块,异常带呈NE-NW向弧形展布,与构造带展布方向一致。此外,在印度地盾和中轴带的北部有弱异常显示,异常面积较大,浓集中心不明显,可能与古老地层具有锂元素高背景有关。巴基斯坦西南部查盖火山岩浆弧锂元素含量为1.96~48.04 μg/g,平均值为19.69 μg/g,在地球化学图中呈现弱的正异常,异常面积大,无明显浓集中心,该异常与干涸盐湖沉积物有关。

3.2 铍元素

巴基斯坦水系沉积物样品中铍元素相关参数统计见表2,各主要构造单元中水系沉积物样品铍元素相关参数统计见表3。从表2中可以看出,铍元素含量为0.07 ~7.16 μg/g,平均值为1.22 μg/g。

针对不同构造单元,有4个构造单元的铍平均含量高于总体平均值,分别为喀喇昆仑地块、科希斯坦—拉达克岛弧、喜马拉雅造山带和印度地块。按照平均值高低排序依次为喀喇昆仑地块>科希斯坦—拉达克岛弧>印度地块>喜马拉雅造山带。这4个构造单元铍含量分别为2.07~7.16、0.07~6.13、0.19~6.28和0.26~4.69 μg/g,平均值分别为3.92、2.64、2.03和1.28 μg/g。铍元素地球化学图(图5)显示,其空间分布特征与锂元素十分相似,均具有北高南低的特点,表现为高值区分布在巴基斯坦北部喀喇昆仑地块、科希斯坦—拉达克岛弧和印度地块3个主要构造单元,而低值区均分布在巴基斯坦中轴带。在查盖火山岩浆弧,铍元素以低值区为主,平均含量低于全国铍元素平均值。

4 巴基斯坦锂、铍资源潜力与远景区优选

4.1 巴基斯坦稀有金属成矿地质条件分析

研究表明,已知的锂、铍金属矿床均形成于大陆地壳,大洋地壳中没有发现锂、铍矿床。洋壳中的新鲜玄武岩、蚀变玄武岩和深海沉积物中的锂、铍含量均很低(锂含量为3~41 μg/g,铍含量为0.1~2.56 μg/g),且锂、铍金属元素在板块构造俯冲系统的化学循环中没有富集^[41⇓-43]。

大陆地壳锂、铍金属矿床根据容矿地质体来划分,主要包括花岗岩-伟晶岩型、夕卡岩型、云英岩型、火山岩型、黏土岩型和卤水型^{[44⇓⇓⇓⇓⇓-50]}。从成因角度分类,主要包括岩浆成因、岩浆热液成因、沉积成因和卤水成因。其中,花岗岩型和花岗岩-伟晶岩型锂铍矿床为岩浆成因矿床;岩浆热液成因矿床包括云英岩型锂铍矿、隐爆角砾岩型锂矿、夕卡岩型铍矿和火山岩型铍矿^[47,50];沉积成因矿床包括黏土型锂矿、碳酸盐黏土型锂矿和煤岩型锂铍矿;卤水成因矿床包括盐湖型卤水锂矿、油田卤水锂铍矿和地热水锂矿。大陆地壳不同类型的锂铍矿床在成因上具有关联性,绝大多数与花岗质岩浆及其侵入岩(花岗岩-伟晶岩)或喷出岩(流纹岩、凝灰岩)有关,是花岗质岩浆在不同演化阶段与不同方式富集成矿的结果或在结晶后被再迁移与富集的产物^[51]。目前,在巴基斯坦已发现的锂铍矿床/矿点以花岗岩型、花岗岩-伟晶岩型锂铍矿床和卤水型锂矿为主^[20]。

(1)花岗岩-伟晶岩型锂铍矿成矿条件。根据岩石成因和稀有金属成矿元素的组成特征,将稀有金属花岗岩-伟晶岩划分为LCT(富集Li-Cs-Ta)、NYF(富集Nb-Y-F)和二者混合的LCT+NYF型^[16,52]。LCT型伟晶岩富集稀有元素Li、Rb、Cs、Be、Ga、Sn、Ta含量>Nb含量和B、P、F等助熔剂,具有过铝质S型花岗岩的特征,起源于大洋沉积物的部分熔融,通常形成于伸展背景下的晚造山和造山后阶段,少数形成于同造山阶段。LCT型伟晶岩主要产于造山带的变质-火成岩腹地,是板块汇聚的结果。大多数 LCT型伟晶岩是在大陆或微大陆碰撞期间形成的,并与变质沉积岩深熔的富铝质花岗有关^[53]。巴基斯坦处在印度-欧亚大陆碰撞带的核心位置,新特提斯洋向北俯冲消减和陆-陆碰撞过程在巴基斯坦北部造山带产生了大量花岗质侵入岩(如科希斯坦巨型复合岩基和喀喇昆仑岩基),构造热液活动十分强烈,形成了数千条伟晶岩/细晶岩脉,具有良好的锂铍成矿地质条件^[36]。巴基斯坦北部喀喇昆仑构造带向西延伸连接阿富汗努里斯坦稀有金属成矿带,向东可能与我国西昆仑地区大红柳滩锂成矿带对接,形成于古特提斯洋闭合的造山碰撞晚期至后碰撞演化阶段。由一系列NE向韧脆性断裂带组成的左行走滑转换构造带,为岩浆和后期热液运移提供了通道,有利于伟晶岩热液中成矿元素的富集。区域发育大量伟晶岩脉,与三叠纪—侏罗纪中酸性岩体产出,在时间和空间上均与岩体高度耦合,成矿条件优越。

(2)卤水型锂矿成矿条件。卤水型锂矿主要形成于干旱沙漠地区的封闭盆地,分布在亚洲、北美洲和南美洲位于赤道两侧的干旱带。卤水型锂矿床是富溶解锂的地下卤水富集并形成有开采价值的锂矿床^[47]。该类型矿床形成的共同控制因素包括:(1)干旱气候条件;(2)封闭的盆地,内有盐湖或盐滩;(3)构造驱动的沉降;(4)相关的岩浆或地热活动;(5)含锂的源岩;(6)一个或多个含水层赋存卤水;(7)有足够时间来浓缩盐水^[54]。巴基斯坦西南部俾路支省是形成卤水型锂矿的有利地区,该地区极为干旱,因此蒸发速率很高,有若干个封闭盆地,包含Hamun-e-Mshkhel(穆什赫尔湖)和Hamun-e-Lora(洛拉湖)等若干个干涸盐湖,周围有新生代火山岩提供锂的来源。

4.2 巴基斯坦锂铍找矿远景区优选

4.2.1 锂找矿远景区

以锂含量为33.03 μg/g(累频92%)作为异常下限,并兼顾重要的低缓区域地球化学异常,在巴基斯坦共圈定18个锂地球化学异常(图6)。根据巴基斯坦构造单元划分(图1^[25-26])和锂元素在不同构造单元地球化学参数的统计情况,共划分4个锂异常带或地球化学省。现将重点锂异常带或地球化学省的分布和地质特征描述如下。

(1)帕米尔—喀喇昆仑地球化学省(Li01、Li02和Li03)。Li01、Li02和Li03分布在巴基斯坦北部喀喇昆仑地块中,与北部南帕米尔地块属性和物质组成相似,是巴基斯坦异常强度最大、面积最广的地球化学省,异常面积达到12 520 km²。从锂地球化学异常图(图6)可以看出,Li01、Li02和Li03分布在巴基斯坦和阿富汗交界,北部以阿富汗瓦罕走廊带与塔吉克斯坦帕米尔相隔。异常带呈NE-NW弧形展布,Li02和Li03之间由于雪山覆盖无法采样而间断,但该异常带向北和向东延伸至塔吉克斯坦境内^[55]。带内锂平均值为59.43 μg/g,最大值为83.95 μg/g。该带浓集中心高,面积大,具有多层套合模式,异常点连续分布,在所有异常中排序最优。喀喇昆仑地块以广泛分布的石炭系黑色页岩为特征,区域还发育厚层、浅海相碳酸盐岩沉积,二叠纪—晚侏罗世连续沉积,最年轻的海相沉积岩可能为晚侏罗世,之后欧亚大陆南缘发育广泛的安第斯型陆缘俯冲作用。喀喇昆仑中部发育呈线状展布的巨型岩基,时代为三叠纪—古近纪,主要集中在白垩纪,岩石类型包括辉长闪长岩、花岗闪长岩、花岗岩和英云闪长岩,与新特提斯洋向北俯冲有关。喀喇昆仑地块南部变质杂岩主要包括前寒武纪基底以及Baltit群片岩、Gaherit组大理岩和Chitral组板岩。Chitral地区发育大量伟晶岩脉,其中部分已报道发育锂矿化,如Garam Chashma(加兰查什玛)、Gobbar(戈巴尔)和Manurgol(马努尔戈尔)等(图1^[25-26])。伟晶岩脉与印支期岩浆活动密切相关,部分在Tirich Miry(提里奇·米尔)岩基附近,伟晶岩脉呈NE向展布,与区域构造线方向一致,发育板柱状锂辉石,常伴随强烈的钠长石化特征^[56]。该带西部延伸至阿富汗努里斯坦锂铍稀有金属成矿带,含锂辉石伟晶岩脉在空间上与二云母花岗岩有关,花岗岩和伟晶岩的时代是早三叠世—晚白垩世,伟晶岩脉多产于花岗岩、片麻岩和结晶片岩等变质岩中。帕米尔—喀喇昆仑地区具备良好的区域成矿地质条件,锂地球化学异常显著,具有Li-Be-Nb-Rb-Cs多元素异常叠加特征,可作为锂矿重点勘查区。

(2)喜马拉雅地球化学异常带(Li04~Li10)。该异常带中含有7个锂异常,由一系列圆形小面积异常构成,包括Li04~Li10,除Li10之外,其他异常面积为500~1 000 km²,带内锂平均值为52.85 μg/g,最大值为62.77 μg/g。该异常带处于喜马拉雅造山带,地理位置位于巴基斯坦北部白沙瓦—吉佳尔一带,印度河缝合带南侧,以主边界断裂(MBT)和主地幔逆冲断裂(MMT)为南、北界线,分别与伊斯兰堡中—新生代盆地和科希斯坦—拉达克岛弧相邻,包括高喜马拉雅、低喜马拉雅和特提斯—喜马拉雅等^[32]。该单元的地质特征主要表现为由早古生代的结晶基底和具有低喜马拉雅的沉积变质盖层组成,变质相为绿片岩相-角闪岩相,并被二叠纪—新生代碱性岩侵入。在喜马拉雅带西段,锂异常以孤立浑圆状异常为主,主要与该区的碱性岩浆活动相关,具有形成碱性岩有关的REE-Nb矿床潜力^[57]。在喜马拉雅东段,以广泛出露前寒武纪变质基底,并有新生代淡色花岗岩侵入为特征,Li10异常面积广,异常浓度高,具有明显的浓集中心,该区具有和我国西藏冈底斯喜马拉雅带相似的成矿地质背景,具备一定的成矿潜力。

(3)苏莱曼地球化学异常带(Li13和Li15)。该异常带主要包含Li13和Li15异常,异常面积分别为12 406 km²和530 km²,锂异常平均值为49.66 μg/g,最大值为77.60 μg/g。该带位于巴基斯坦俾路支省,其东侧与伊斯兰堡中—新生代盆地、恒河前陆盆地相邻,其西侧与查盖火山岩浆岩带和莫克兰复理石盆地相接,其东西两侧均为南北向基底断裂所限。该区主要特征为褶皱带与山间盆地相间,出露中—新生代地层和贝拉—佐布蛇绿岩带。锂异常受构造控制明显,由于该区无花岗质岩浆活动和伟晶岩,不具有伟晶岩型锂矿成矿潜力,是否具有沉积型锂矿成矿潜力仍需进一步研究。

(4)查盖地球化学异常带(Li17和Li18)。该异常带包括Li17和Li18异常,与帕米尔—喀喇昆仑和喜马拉雅地球化学异常带相比,该异常带强度较弱,无明显分带和浓集中心,锂异常平均值为40.22 μg/g,最大值为48.04 μg/g。查盖火山岩浆弧位于巴基斯坦俾路支省西部,南邻莫克兰复理石盆地,北接阿富汗地块,西以杰曼断裂为界与苏莱曼前陆盆地相接,是一条由钙碱性深成岩和火山岩组成的东西向岩浆岩带^[20],新生代火山活动十分强烈。该地区气候干旱,蒸发速率很快,发育Hamun-e-Mshkhel和Hamun-e-Lora等若干个干涸盐湖,周围有新生代火山岩提供锂的来源,因此是形成卤水型锂矿的有利地区。

4.2.2 铍找矿远景区

以铍含量为2.05 μg/g(累频92%)作为异常下限,共圈定巴基斯坦铍元素异常12个,主要分布在巴基斯坦北部造山带中,在苏莱曼造山带,仅有个别弱的铍异常(图5)。从锂和铍地球化学异常图来看,两者在空间上有明显的重叠(图6、图7)。根据构造单元划分和铍元素在不同构造单元地球化学参数的统计情况,共划分两个铍异常带或地球化学省。

(1)帕米尔—喀喇昆仑—科希斯坦地球化学省(Be01~04、Be06和Be 07)。该异常带分布在巴基斯坦北部喀喇昆仑地块和科希斯坦岛弧北部,延伸与北部帕米尔异常带相接。Be01和Be02异常与Li01和Li02异常空间叠合,相对锂异常,铍异常沿着喀喇昆仑构造带向SE方向延伸(Be06和Be07)。该带内异常规模大,异常强度高,有显著的浓集中心。铍异常内平均值为4.70 μg/g,最大值为7.16 μg/g。喀喇昆仑构造带是巴基斯坦重要的宝玉石成矿带^[36]。在巴基斯坦北部的吉尔吉特—伯尔蒂斯坦(Gilgit—Baltistan),以盛产各类宝玉石而闻名,包括海蓝宝石、黄玉、电气石和萤石等,属于伟晶岩型,主要与喀喇昆仑角闪岩相变质带和花岗质岩基有关。含矿伟晶岩的矿物学和地球化学研究显示,形成伟晶岩的熔体高度富集Be,以及B、F和Cl等挥发分,而相对亏损Li、REE和Ta元素。因此,在喀喇昆仑西段(Be06和Be07)铍异常并未与锂异常伴生,与该区发育以海蓝宝石(绿柱石)为主的宝玉石矿有关^[36]。在该主异常带的南侧,发育一处东西展布的带状异常(Be03),该异常位于科希斯坦岛弧北部,空间上与科希斯坦岩基中淡色花岗岩或伟晶岩脉有关。野外地质调查发现,与铍矿化有关的伟晶岩脉,主要为白云母-长石伟晶岩和石英-白云母-长石-电气石伟晶岩。帕米尔—喀喇昆仑和科希斯坦岛弧是巴基斯坦铍矿找矿勘查的重要目标区,一类是与锂伴生的伟晶岩型锂铍矿床,另一类是发育以海蓝宝石为主的伟晶岩型宝玉石矿床。

(2)喜马拉雅地球化学异常带(Be05和Be08~10)。该异常带处于喜马拉雅造山带,地理位置位于巴基斯坦北部白沙瓦—吉佳尔一带,印度河缝合带南侧,以主边界断裂(MBT)和主地幔逆冲断裂(MMT)为南、北界线,分别与伊斯兰堡中—新生代盆地和科希斯坦—拉达克岛弧相邻。带内圈定Be05、Be08~Be10共4处异常,总体呈NE向带状延伸至喀喇昆仑异常带,见多个浓集中心(图6)。从不同构造单元铍地球化学参数统计来看,铍含量最高值为6.69 μg/g,铍异常内平均值为4.56 μg/g。该异常带呈近NE-NW向弧形展布,与喜马拉雅构造带延伸方向接近。该异常带主要与印度陆块前寒武纪基底变质岩、寒武纪花岗质岩浆岩和二叠纪—新生代碱性岩浆活动密切相关。在白沙瓦地区,已发现多处碱性岩-碳酸岩杂岩体,发育REE-Nb-Ta矿化,岩石中Be含量(最高达8.4 μg/g)也明显高于该区其他岩石类型^[57],表明该区碱性岩浆活动是引起Be地球化学异常的主要因素。Arif等通过不同岩性的地球化学对比研究,指出该地区Be的来源并非未经岩,因为区域未发育与矿化有关的伟晶岩,最可能的来源是花岗质岩浆侵位,如Malakand(马拉坎德)岩体侵位引起的岩浆热夜活动^[56]。该地区发育的Be矿化在时代和成因上可与我国藏南地区淡色花岗岩有关的稀有金属矿化对比。Malakand地区绿柱石型Be矿化与中新世岩浆活动有关,而非前寒武纪花岗片麻岩,最有力的证据是,Swat(斯瓦特)含绿柱石矿化样品中白云母⁴⁰Ar-³⁹Ar年龄为23.7 Ma^[58]。Malakand地区含绿柱石矿白云母⁴⁰Ar-³⁹Ar测龄结果为(22.8±2.2) Ma,同样表明该区稀有金属成矿时代为中新世^[56]。

5 结论

首次在巴基斯坦全境基岩出露区系统开展1∶1 000 000低密度地球化学调查工作,完成样品采集4 277件,控制面积约为36万km²,获得巴基斯坦高质量的69种元素地球化学数据。本文初步探讨了锂和铍元素区域地球化学分布特征,结合区域地质背景和成矿条件分析,取得以下主要结论。

(1)巴基斯坦全境基岩出露区锂元素在水系沉积物中的含量为1.56 ~118.20 μg/g,平均含量为20.06 μg/g,高于地壳克拉克值。铍元素在水系沉积物中的含量为0.07~7.16 μg/g,平均值为1.22 μg/g,与地壳克拉克值相当。

(2)巴基斯坦锂和铍元素分布均呈现北高南低的特点,与其构造背景和岩石类型有关,锂和铍在空间上共生关系显著,表现为两者地球化学元素分布特征高度相似。高含量的锂和铍主要分布在喀喇昆仑地块、科希斯坦—拉达克岛弧和喜马拉雅造山带。

(3)根据92%累频(锂含量为33.03 μg/g、铍含量为2.05 μg/g)共圈定18个锂地球化学异常和12个铍地球化学异常,并优选锂和铍找矿远景区,其中喀喇昆仑地块和喜马拉雅造山带作为伟晶岩型锂矿的找矿远景区,查盖火山岩浆弧东作为盐湖卤水型锂矿的找矿远景区,喀喇昆仑地块西北部奇特拉地区是寻找伟晶岩型锂铍矿的最有利地区。

样品采集由中国地质调查局境外合作团队和巴基斯坦地质调查局合作完成,在此,向中巴地球化学调查合作团队的所有成员表示感谢。另外,对评审专家提出的宝贵修改意见,在此一并感谢。

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基金资助

国家自然科学基金项目(U2244204)

国家自然科学基金项目(92262302)

国家自然科学基金项目(92055314)

国家自然科学基金项目(9226230)

国家重点研发计划重点专项(2021YFC2901802)