山西省石炭-二叠纪主采煤层煤中锂的含量分布特征与成矿前景分析

孙富民

(1.山西省地质矿产研究院 太原 030001； 2.煤与煤系气地质山西省重点实验室 太原 030001)

0 引言

锂是一种重要的战略矿产资源[1-2]，目前可开采利用的主要是卤水矿床和伟晶岩矿床[3-4]。据美国地质调查局2017年资料，截至2015年，全球探明锂储量约1 400万t。锂的消费增长势头逐年增高，未来五六十年内，全球对于锂的需求是刚性的[5-7]。近年来，在中国煤中陆续发现了高含量的伴生锂元素，尤其是在内蒙古准格尔煤田和山西宁武煤田发现了超大型煤伴生锂矿的存在[9-15]，这使得煤炭有可能成为锂资源的理想替代来源[16-17]。山西是煤炭大省，石炭-二叠纪煤储量巨大，因此，系统调查山西省石炭-二叠纪主采煤层煤中锂的含量与分布特征，对煤中锂的成矿前景分析具有重要的意义。

1 主采煤层的确定

石炭-二叠纪含煤地层在山西从北到南、自西向东广泛分布。按地质构造、地理位置及规模大小，全省划分为大同、宁武、河东、西山、霍西、沁水等六个煤田和浑源、五台、繁峙、平陆、垣曲等五个煤产地。本文研究对象为六大煤田石炭-二叠纪(太原组和山西组)主采煤层，各煤田主采煤层对比详见表1。

2 样品采集与分析测试

由于以往煤炭地质勘查工作中几乎未对锂进行过测试，所以本次工作以煤矿井下采样为主，全省均匀布点，太原组布设123个采样点、山西组布设111个采样点。井下采样严格按照《煤层煤岩采样方法》(GB/T 482-2008)进行。样品经系统缩分制备，粒度要求为200目，然后利用ICP-MS进行分析测试。太原组和山西组主采煤层各煤田煤中锂含量统计见表2。

3 综合分析研究

3.1 太原组

太原组主采煤层煤中锂含量范围为8.00×10-6～270.00×10-6，均值为58.41×10-6。其中，大同煤田煤中锂含量范围为14.12×10-6～163.29×10-6，均值为63.52×10-6，煤田内大部分为大于40×10-6的区域，煤田东部边缘从鸦儿崖乡到吴家窑镇一线零星分布有三个达推荐工业指标(120×10-6)[18]的区域；河东煤田煤中锂含量在31.75×10-6～167.67×10-6之间，均值为67.85×10-6，平面展布整体呈北高南低的趋势，煤田北部保德县孙家沟乡附近分布有三个达推荐工业指标(120×10-6)的区域；宁武煤田煤中锂含量范围为39.88×10-6～114.50×10-6，均值为89.00×10-6；西山煤田煤中锂含量范围为21.75×10-6～93.89×10-6，均值为52.59×10-6，平面分布整体呈西高东低的趋势；霍西煤田煤中锂含量范围为8.00×10-6～107.00×10-6，均值为35.79×10-6，平面分布整体呈北高、中低、南高的趋势；沁水煤田煤中锂含量范围为30.37×10-6～270.00×10-6，均值为68.82×10-6，平面分布整体呈北高、中低、南高的趋势，尤其在煤田东北端和东南端最高，东北端寿阳-阳泉一线和东南端高平-晋城一线分布有两个达推荐工业指标(120×10-6)的区域。参见表2、图1。

综上所述，山西省太原组主采煤层煤中锂含量均值58.41×10-6较中国北方煤中锂的含量均值44.00×10-6[19]高，也高于中国煤中锂的平均含量31.8×10-6[20]。六大煤田中，宁武煤田最高为87.49×10-6，霍西煤田最低为35.79×10-6，详见图2。

表1 各煤田山西组、太原组主采煤层对比表

表2 太原组、山西组主采煤层煤中锂含量统计表

图1 太原组主采煤层煤中锂含量等值线分级图Figure 1 Taiyuan Formation main mineable coal seams lithium content isopleth grading

图2 六大煤田山西、太原组主采煤层煤中锂含量折线图Figure 2 Lithium content line chart of main mineable coal seams in six major coalfield Shanxi and Taiyuan formations

3.2 山西组

山西组主采煤层煤中锂含量范围为4.20×10-6～246.00×10-6，均值为50.46×10-6。其中，大同煤田仅有一个采样点数据，代表性不强，不再叙述；河东煤田煤中锂含量在16.07×10-6～130.66×10-6之间，均值为59.59×10-6，平面展布整体呈西高东低的趋势；宁武煤田煤中锂含量范围为31.00×10-6～246.20×10-6，均值为102.38×10-6，平面展布整体呈北高南低的趋势，北部平鲁区陶村镇东部布有一个达推荐工业指标(120×10-6)的区域；西山煤田煤中锂含量范围为17.74×10-6～98.00×10-6，均值为44.68×10-6，平面分布整体呈西高东低的趋势；霍西煤田煤中锂含量范围为4.00×10-6～55.00×10-6，均值为24.00×10-6，平面分布整体呈南高北低的趋势；沁水煤田煤中锂含量范围为19.22×10-6～154.00×10-6，均值为69.20×10-6，平面分布整体呈东高西低的趋势，煤田北部寿阳县上湖镇南部和长子县色头镇东南部分布有两个达推荐工业指标120×10-6的区域。参见表2、图3。

图3 山西组主采煤层煤中锂含量等值线分级图Figure 3 Contour classification map of lithium content in main coal seams of shanxi formation

综上所述，山西组主采煤层煤中锂含量均值(50.46×10-6)较中国北方煤中锂的含量均值44.00×10-6[19]高，也高于中国煤中锂的平均含量31.8×10-6[20]。六大煤田除大同煤田外，宁武煤田最高为96.63×10-6，霍西煤田最低为24.00×10-6，详见图2。

4 结论

(1)山西省石炭-二叠纪煤中锂的含量均值高于中国北方石炭-二叠纪煤中锂的含量均值，也高于中国煤中锂的平均含量。

(2)整体上太原组主采煤层煤中锂含量高于山西组，各煤田上下两组煤变化趋势相似，从北到南整体呈现低-高-低的变化趋势，其中宁武煤田煤中锂的含量均值最高，其次为沁水煤田，霍西煤田含量最低。

(3)除宁武煤田北部外，据本次工作成果推测，沁水煤田太原组主采煤层存在两个煤伴生锂矿成矿潜力区，分别位于煤田东北端寿阳-阳泉一线和东南端高平-晋城一线。