The main features of lithium metallogeny in geological time

Full Text

Литий — очень важный для инновационной экономики вид минерального сырья, использование которого постоянно растёт вместе с развитием ряда современных отраслей промышленности [1]. Вследствие этого усилился интерес к данному виду сырья со стороны геологоразведочных компаний и служб во многих странах, начавших намного более активно реализовывать поисково‑оценочные и разведочные проекты на ранее известных и вновь выявленных проявлениях Li на всех обитаемых континентах. Аналогичные тенденции отмечены и в количестве научных публикаций, рассматривающих литиевую проблематику на разных уровнях от отдельного месторождения до глобального анализа ([1–5] и ссылки в них). При том, что вопросы типовой принадлежности, геологического возраста, размещения важнейших месторождений мира в этих и ряде других исследований в какой-то степени затрагивались, практически не было дано стройной картины истории накопления промышленно интересных аккумуляций Li в земной коре и относительной роли каждого из известных типов месторождений в разные геологические эпохи. Отметим только диаграмму распределения ресурсов Li в пегматитовых месторождениях [6]. Однако она сделана по очень скромной выборке (20 объектов с большим шагом обобщения данных (100 млн лет)) и поэтому получилась неполной, недостаточно детализированной. Для других типов месторождений Li такой работы не проводили. Предлагаемая работа заполняет в значительной мере указанные пробелы в знаниях о металлогении Li на основе анализа более объёмной и актуальной информации.

В настоящее время к категории промышленных типов месторождений Li, т. е. тех типов, которые уже служат источником получения данного сырья или попадут в эту категорию в ближайшее время, так как находятся в стадии активного освоения, относятся только четыре типа: гранитные пегматиты, литий-фтористые (Li–F) редкометальные граниты, эпитермальные стратиформные залежи, рассолы (рапа) пересохших или сезонно пересыхающих соляных озёр — саларов [1–4]. В качестве перспективных источников Li иногда также рассматривают подземные воды нефтяных полей и геотермальные воды. Однако до сих пор ни на одном из подобных объектов работы не продвинулись дальше экспериментальных полупромышленных испытаний. Поэтому их в нашем анализе не учитывали.

Фактологической основой для проведения исследований послужили сведения из базы

данных “Крупные и суперкрупные месторождения мира” (БД КСКМ), созданной и постоянно пополняемой в ГГМ РАН. Её ВЕБ-ГИС-версия общедоступна через интернет [7]. В выборку для анализа были включены месторождения, ресурсная оценка которых (включая прошлую добычу, если она была) не менее 0,1 млн т Li₂O. При создании выборки КСКМ с твёрдофазовыми рудами был принят нижний лимит среднего содержания 0,6% Li₂O, что отвечает значению, при котором к таким объектам зафиксирован практический интерес. Для объектов гидроминерального сырья в саларах такого лимита нет, так как из-за меньших эксплуатационных затрат их отрабатывают при многократно более низких содержаниях.

Всего в выборке 71 КСКМ Li со всех обитаемых континентов. На основании данных об их возрасте они были распределены по суперконтинентальным циклам, геохронологические границы которых обоснованы авторами ранее [8].

Оказалось, что наибольшее количество КСКМ Li и их суммарных ресурсов связано с самым молодым, ещё не завершённым амазийским циклом (табл. 1). Вместе с тем именно для него установлено наименьшее среднее значение концентрации Li в первичном сырье месторождений. Такая картина с содержаниями полезного компонента в ресурсах этого цикла сохраняется даже при исключении из выборки ресурсов, находящихся в рапе саларов, чьих аналогов по понятным причинам нельзя найти среди объектов более ранних периодов. Второе место по числу КСКМ и количеству интегральных ресурсов занимает наиболее древний кенорский цикл. Его ресурсы отличаются самым высоким средним содержанием полезного компонента. Если учитывать КСКМ только с твёрдофазовыми рудами, то этот цикл — лидер почти по всем параметрам. Наименьшим чис­лом КСКМ при наибольшем значении среднего размера ресурсов выделяется родинийский цикл, а наименьшим количеством ресурсов в сумме и в среднем приходящимся на один объект — колумбийский.

Для определения важнейших периодов накопления Li в его КСКМ и определения роли различных типов месторождений в разные эпохи данные их выборки были распределены на шкале геологического времени, сегментированной на хронокластеры по 50 млн лет (рис. 1), а полученные данные обобщены по суперконтинентальным циклам (табл. 2).

Кенорский цикл представлен исключительно КСКМ пегматитового типа. Примечательно, что самые древние из известных проявлений литиевой минерализации, с бедными рудами и малым масштабом их накопления, также принадлежат к этому типу [9, 10]. Их возрастные оценки 2,99–3,08 млрд лет (рис. 1). Пегматитовые КСКМ, представляющие экономический интерес и отвечающие предложенным здесь лимитам количества и качества сырья, появились, по-видимому, только в конце мезоархея. В аналитической выборке они представлены объектами, найденными на кратоне Пилбара—Пилгангура и Воджина.

 

Таблица 1. Распределение интегральных ресурсов КСКМ Li по суперконтинентальным циклам, млн т Li₂О

Суперконтинентальный цикл, млрд лет	N	R	Rср	C	X	x
Кенорский (> 2,25)	22	17,22	0,78	1,42	21,3	35,2
Колумбийский (1,35–2,25)	7	2,44	0,35	1,05	3,0	5,0
Родинийский (0,75–1,35)	2	7,70	3,85	1,19	9,5	15,7
Пангейский (0,19–0,75)	15	10,58	0,71	1,28	13,1	21,6
Амазийский (< 0,19)	25/9	42,94/11,04	1,72/1,23	0,15/0,96	53,1	22,5
Все циклы	71/55	80,89/48,99	1,14/0,89	0,69/1,25	100,0	100,0

Примечание. N — количество КСКМ; R — их интегральные ресурсы (прошлая добыча + запасы + прогнозные ресурсы высокой достоверности); R_ср — количество ресурсов, приходящееся на одно КСКМ; C — средневзвешенное содержание Li₂O, %, Х — доля цикла в ресурсной базе КСКМ Li в целом, %, х — то же без учёта гидроминерального сырья; в данных для амазийского цикла и итогам по всем циклам, в знаменателе приведены значения без учёта КСКМ “жидких руд” в саларах, %.

 

Неоархейские КСКМ количественно намного превосходят мезоархейские, и география их распространения гораздо шире. Наибольшее их количество выявлено в гранит-зеленокаменно- сланцевых поясах кратона Сюпериор: Танко, ­Лакорн, Джеймс-Бэй и др. Они также установлены в аналогичных по своей природе поясах на кратонах Слейв (Йеллоунайф-Болью), Йилгарн (Гринбушес, Эрл-Грей, Маунт-Марион и др.), Зимбабве (Бикита, Аркадия, Зулу), Кольском (Колмозерское, Полмостундровское).

В целом пегматитовые КСКМ кенорского цик­ла — самые многочисленные в своём типе, а также выделяются в нём наиболее высоким средним содержанием Li в рудах (табл. 2).

Колумбийский цикл также представлен только пегматитовыми КСКМ (табл. 2), возникшими в течение двух импульсов их формирования (рис. 1). Объекты в складчатых поясах Бразильского (Вольта-Гранде), Западно-Африканского (Гуламина), Украинского (Полоховское) щитов образовались в среднем палеопротерозое (2,03–2,08 млрд лет), а в Восточно-Саянском поясе (Гольцовое, Вишняковское и др.) — в позднем палеопротерозое (1,82–1,84 млрд лет). По всем параметрам ресурсы в пегматитовых КСКМ этого цик­ла уступают своим аналогам кенорского цик­ла, а по общему количеству выявленных ресурсов — и всем остальным циклам. По числу пегматитовых КСКМ колумбийский цикл превосходит только родинийский (табл. 2).

Родинийский цикл идентичен кенорскому и колумбийскому по однообразию КСКМ Li — все они пегматитовые (табл. 2; рис. 1). При этом цикл уступает всем циклам по общему числу объектов в выборке: выявлено всего два КСКМ этого периода — оба в гренвиллидах юга Центральной Африки: Маноно-Китотоло в Кибарском поясе и Камативи в активизированном в конце мезопротерозоя кристаллическом массиве Дете-Камативи. Цикл превосходит, причём значительно, все остальные циклы только по среднему количеству ресурсов, приходящемуся на один объект. Это обу­словлено тем, что выборка по циклу очень мала, а в неё входит второе среди крупнейших в мире месторождений Li Маноно-Китотоло.

Пангейский цикл отличается от всех более древних циклов появлением в ряду анализируемых объектов КСКМ в Li–F-гранитах (табл. 2; рис. 1). Этот металлогенический тип в аспектах локализации (орогенные пояса), минерального и валового химического составов, в том числе и для элементов, определяющих рудоносность, имеет большое сходство с редкометальными пегматитами [11]. Однако локальные геологические условия залегания и морфологические особенности интрузий Li–F-гранитов, а также совокупность структурно-текстурных особенностей рудоносных зон заметно отличают их от пегматитов и дают основания рассматривать эти типы раздельно.

Известно о трёх КСКМ Li данного типа, возникших в пангейском цикле: Эшассьер в Цент­рально-Французском массиве, Циновец в Богемском массиве и Алахинское в Алтайском поясе. Минералогия Li в каждом из них многофазна, но рудный потенциал каждого конкретного объекта всегда определяет какой-то один минерал: в первом — лепидолит, во втором — циннвальдит, в третьем — сподумен. В сумме эти три объекта дали только десятую часть интегральных ресурсов пангейского цикла (табл. 2). Накопление же основной доли ресурсов в нём снова предопределили пегматитовые КСКМ, наиболее значительные из которых установлены в орогенных поясах Аппалачском (Кингс-Маунтин и др.) и Сонпань-Ганьцзы (Цзяцзика и др.). Кроме того, они известны в поясах Арасуай (Кашуэйра), Иберийском (Сепеда), Алтайском (Коктогай), Тува-Монгольском (Тастыгское) и палеозоидах Альпийского (Вайнебене).

Амазийский цикл имеет свои особенности, которые затрудняют его по-настоящему объективное сравнение с остальными периодами гео­логической истории. Во‑первых, он ещё далёк от завершения, т. е. в нём не прошли все фазы становления суперконтинента и главные события данной направленности только ожидаются в очень далёком будущем [12]. Во‑вторых, сейчас доступны ресурсы Li в месторождениях, аналоги которых, если они существовали прежде, что очень вероятно, не могли сохраниться из-за своей фазовой природы — это рассолы в саларах. Такие КСКМ в нашей выборке содержат ~40% всех ресурсов и ~75% ресурсов амазийского цикла (табл. 1, 2).

Известно очень ограниченное число регионов мира, где локализуются литиеносные салары: на плато Альтиплано-Пуна (Атакама, Уюни, Омбрэ-Муэрто и др.), провинции Бассейнов и Хребтов (Силвер-Пик, Сёрлз-Лейк), на Тибетском плато в бассейне Цайдам (Дачайдань и др.) и межгорных впадинах Лхасы (Цзабуе, Дансюнцо). Всё это — геодинамически активные области с разгружающимися на поверхность минерализованными геотермальными источниками, ярко выраженным аридным климатом и тектонически обусловленным рельефом, благоприятным для образования бессточных озёр [13].

 

Рис. 1. Распределение ресурсов КСКМ Li на оси геологического времени. Числа под названиями суперконтинентальных циклов — процентные доли этих циклов в интегральных ресурсах объектов, попавших в анализируемую выборку: в числителе — от ресурсов всех объектов, в знаменателе — без учёта литиеносных рассолов в саларах. Для типов КСКМ: 1 — пегматиты, 2 — Li-фтористые редкометальные граниты, 3 — эпитермальные стратиформные залежи, 4 — салары.

 

Таблица 2. Распределение по суперконтинентальным циклам интегральных ресурсов КСКМ Li разных типов

Цикл	Металлогенические типы КСКМ Li
	пегматиты					литий-фтористые граниты					эпитермальные залежи					салары
	N	R	Rср	C	x´	N	R	Rср	C	x´	N	R	Rср	C	x´	N	R	Rср	C	x´
Кенорский	22	17,22	0,78	1,42	100,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Колумбийский	7	2,44	0,35	1,05	100,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Родинийский	2	7,70	3,85	1,19	100,0	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Пангейский	12	9,50	0,79	1,39	89,8	3	1,08	0,36	0,77	10,2	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Амазийский	4	3,28	0,82	1,35	7,6	2	1,28	0,64	0,67	3,0	3	6,49	2,16	0,90	15,1	16	31,90	1,99	0,12	74,3
Все циклы	47	40,14	0,83	1,34	49,0	5	2,36	0,47	0,71	3,0	3	6,49	2,16	0,90	8,1	16	31,90	1,99	0,12	40,0

Примечание. x´ — доля ресурсов данного типа КСКМ в суммарных ресурсах соответствующего суперконтинентального цикла; остальные обозначения в табл. 1.

 

Другой тип КСКМ Li, тоже присущий только амазийскому циклу и формирующий в нём вторую по величине ресурсной базы выборку, — эпитермальный стратиформный тип (табл. 2; рис. 1). В мире оценены только три подобных объекта: два гекторитовых в провинции Бассейнов и Хребтов (Кингс-Вэлли, Лавентана-Эльсаус) и один ядаритовый на Балканах (Ядар).

Пегматитовые КСКМ Li в амазийском цикле также известны, но только в двух поясах: Забайкальском (Завитинское) и Гиндукушском (Парун и др.). Среди всех циклов именно в амазийском доля КСКМ данного типа в ресурсном потенциале минимальна (табл. 2). Отчасти это связано с гораздо большим типовым разнообразием КСКМ Li в нём, а отчасти — с очевидной его незавершённостью. Редкометальные пегматиты, в том числе и литиеносные, образуются в кол- лапсирующих коллизионных орогенах [11]. Такие орогены наиболее интенсивно формируются на кульминационной стадии объединения ранее разрозненных сиалических блоков в гиганский суперконтинент [14]. Для будущего суперконтинента Амазия этот самый активный период образования коллизионных поясов ещё только в далёкой перспективе [12]. Возможно, что в этой же области аргументов следует искать объяснение и минимальному количеству пегматитовых КСКМ Li в родинийском цикле: степень дробления континентальной коры на всём его протяжении была минимальной, а потому и количество коллизионных орогенов, спаявших ­Родинию, было столь же аномально малым [15]. Соответственно и вероятность формирования пегматитовых КСКМ пропорционально ниже.

Наименьший вклад в ресурсный потенциал КСКМ Li в амазийском цикле внесли Li–F‑граниты (табл. 2). Хотя их проявления в мезозое–кайнозое многочисленны и географически распространены очень широко, только два из них отвечают количественным лимитам, установленным в данном исследовании: Ичунь — разрабатываемое крупнейшее в мире месторождение лепидолитовых руд в Южно-Китайском поясе и Кестёр — только предварительно оценённое как литиевый объект, но потенциально — крупнейшее месторождение амблигонитовых (c лепидолитом) руд в Верхоянском поясе.

Таким образом, проведённый анализ глобально распределённых объектов, в которых заключены практически все промышленно значимые или потенциально интересные в этом аспекте ресурсы Li, показал, что они возникли в разные геологические эпохи в интервале от позднего мезоархея до голоцена. Размещение этих ресурсов на шкале геологического времени имеет ярко выраженный дискретный характер. При этом в кенорский, колумбийский, родинийский циклы формировались только пегматитовые месторождения Li. В пангейском цикле основные ресурсы также связаны с пегматитовыми КСКМ, но часть локализована в Li–F-гранитах. В незавершённом амазийском цикле главную роль в ресурсной базе играют салары, а оставшуюся четверть ресурсов обеспечивают эпитермальные залежи, пегматиты и Li–F-граниты.

Исследования выполнены при финансовой поддержке проектов № 0140–2019–0005 государственных работ ГГМ РАН (создание базы данных и ГИС) и № 0140–2019–0005 по программе № 48 ФНИ Президиума РАН (анализ и синтез информации).

About the authors

А. V. Tkachev

Vernadsky State Geological Museum of Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: a.tkachev@sgm.ru
Russian Federation, Moscow

D. V. Rundqvist

Vernadsky State Geological Museum of Russian Academy of Sciences

Email: avtkachev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

N. A. Vishnevskaya

Vernadsky State Geological Museum of Russian Academy of Sciences

Email: avtkachev@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files