ЛИТИЕВЫЕ МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ С ПЛЮМОВОЙ АКТИВНОСТЬЮ В ЛИТОСФЕРЕ

1. ЛИТИЕВЫЕ МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ И ИХ ВЗАИМОСВЯЗЬ С ПЛЮМОВОЙ АКТИВНОСТЬЮ В ЛИТОСФЕРЕ А.Г. Владимиров, В.Е. Загорский, Н.И. Волкова, Институт геологии и минералогии СО РАН, г. Новосибирск Институт геохимии СО РАН, г. Иркутск С участием: В.М. Макагон, Л. Г. Кузнецова (ИГХ СО РАН) С.В. Алексеев, Л.П. Алексеева (ИЗК СО РАН) В.П. Исупов (ИХТТМ СО РАН) С.З. Смирнов, И.Ю. Анникова, О.А. Гаврюшкина, П.Д.Котлер, И.А. Савинский, Е.И. Михеев (ИГМ СО РАН – НГУ) И.Ф. Гертнер, С.И. Коноваленко (ТГУ)

2. Ли́тий (лат. Lithium) — элемент главной подгруппы первой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 3.  Физические свойства. Это серебристо-белый металл, мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды). Химические и геохимические свойства. Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H2. Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием алкоголята), с водородом (при 500—700 °C) с образованием гидрида лития, с аммиаком и с галогенами. При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида. В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид). При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Кларк лития в земной коре - 3,2x10-3%.Главный минерал – сподумен LiAl[Si2O6]. В саларах, минерализованных озерах и подземных рассолах находится в примесном виде (0,1 – 25 мг/л). Промышленные концентрации составляют 25 – 300 мг/л и выше (салары Южной Америки). Изотопы лития. Состоит из двух стабильных изотопов: 6Li (7,5 %) и 7Li (92,5 %); в некоторых образцах лития изотопное соотношение может быть сильно нарушено вследствие природного или искусственного фракционирования изотопов. Это следует иметь в виду при точных химических опытах с использованием лития или его соединений. У лития известны 7 искусственных радиоактивных изотопов и два ядерных изомера (4Li − 12Li и 10m1Li − 10m2Li соответственно). Наиболее устойчивый из них, 8Li, имеет период полураспада 0,8403 с. 7Li является одним из немногих изотопов, возникших при первичном нуклеосинтезе (то есть вскоре после Большого Взрыва).

3. МИРОВОЙ РЫНОК ЛИТИЯ Структура добычи, переработки и потребления лития и его химических соединений в мировой промышленности 2013 г. 1993 г. гидроминеральное сырье 10% 30%, сподумен- пегматитовое сырье 90%, сподумен- пегматитовое сырье 70%, гидроминеральное сырье

4. ГЛАВНЫЕ ФАКТОРЫ ЛАВИНООБРАЗНОГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ЛИТИЯ НА ГЛУБИННЫХ УРОВНЯХ ЗЕМНОЙ КОРЫ И НА ЕЕ ДНЕВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ (К ИСТОРИИ ВОПРОСА) Минерализованные озера и салары, подземные рассолы Сподумен-пегматитовые месторождения Аридное испарение минерализованных вод в редкометалльных провинциях Дифференциация редкометалльно-гранитных магм с формированием сподуменовых пегматитов

5. ЦЕЛЬ ДОКЛАДА • Выяснить источники формирования литиевых металлогенических провинций и их взаимосвязь с плюмовой активностью в литосфере на основе геодинамического анализа крупных сегментов земной коры. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ • Крупные поля сподуменовых пегматитов Памиро-Гималаев (кайнозой) и Центральной Азии (фанерозой - поздний протерозой). • Литиеносные салары Южной Америки (мезозой - кайнозой). • Литиеносные салары Тибета и высокоминерализованные озера Северо-Западной Монголии (кайнозой).

6. ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ КРУПНЫХ ПОЛЕЙ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ

7. СПОДУМЕН-ПЕГМАТИТОВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЗИИ ПАМИРО-ГИМАЛАИ Южный Памир, Таджикистан и Афганистан, кайнозой ЦЕНТРАЛЬНО-АЗИАТСКИЙ СКЛАДЧАТЫЙ ПОЯС (протерозой-фанерозой) Восточное Забайкалье, Завитинское месторождение, J3 – K1 Горный Алтай,Алахинское месторождение, T3 – J1 Юго-Восточная Тыва (Сольбельдер), Восточный Казахстан (Асубулак), P1 Горная Шория, Ташелгинское месторождение, D1 Юго-Восточная Тыва (Тастыг), Є3 – O1 Восточный Саян (Гольцовое и др.), pЄ

8. К Юго-Западный Памир Т3 T2-3 N N AR2-PR1 Памиро-Гималайская коллизионная система 6 Юго-Восточный Памир Тектоническая позиция памирско-шугнанских стресс-гранитов и сподуменовых пегматитов (красный цвет) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

9. Памирская экспедиция. Перевал Харгуш. 4100 м.

10. Южный Памир. Намангудский массив стресс-гранитов и связанных с ними сподуменовых пегматитов (Афганистан)

11. КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ ПАМИРО-ГИМАЛАЕВ Олигоцен - миоцен Возраст бимодальных шошонит-латит-трахидацит-К-риолитовых серий, слагающих Тибетско-Памирскую крупную изверженную провинцию (LIP), варьирует от 12 до 5 млн лет, трубок взрыва с участием абсорокитов и щелочных пород - 5-1.2 млн лет.

12. ЛИТИЕВЫЕ МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ ЮЖНОЙ СИБИРИ И ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА

13. СХЕМА РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОМПЛЕКСОВ МЕТАМОРФИЧЕСКИХ ЯДЕР, ПОЗДНЕМЕЗОЗОЙСКИХ ВПАДИН И ПОЗДНЕМЕЗОЗОЙСКИХ ГРАНИТОИДОВ В ЗАБАЙКАЛЬЕ Завитая 1 - Сибирский кратон, 2 - комплексы метаморфических ядер, 3 - позднеюрские-раннемеловые впадины, 4 - позднемеловые впадины, 5 - позднемезозойские интрузии, 6 - сдвиговые зоны, 7 - локальные разломы.

14. СПОДУМЕНОВЫЕ ПЕГМАТИТЫ, ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ Поздняя юра - ранний мел

15. КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ АЛТАЙСКОЙ АККРЕЦИОННО-КОЛЛИЗИОННОЙ СИСТЕМЫ Коктогай Алаха Асубулак

16. КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ Восточный Казахстан (Асубулак), P1

17. КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ Калба-Нарымский батолит, P1

18. КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ ВОСТОЧНОГО САЯНА Гольцовое – протерозой

19. СПОДУМЕНОВЫЕ ПЕГМАТИТЫ, ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ Восточный Саян - протерозой

20. КОРРЕЛЯЦИЯ ВОЗРАСТА КРУПНЫХ ПОЛЕЙ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ И ПЛЮМОВОЙ АКТИВНООСТИ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ Фоновая (мировая) шкала крупных изверженных провинций (LIP) на представленной гистограмме отвечает [Abbott, Isley, 2002], с дополнениями [Ярмолюк, Коваленко, 2003а,б; Добрецов и др., 2010; Загорский и др., 2010; Владимиров и др., 2011в; Ярмолюк, Кузьмин, 2012]. Крупные изверженные провинции (LIP) Южной Сибири и Восточного Казахстана, отвечающие фанерозойскому возрасту: 1 – Алтае-Саянская, 2 – Минусинская, 3 – Калба-Нарымская, 4 – Коктогайская, 5 – Восточно-Забайкальская.

21. U-Pb LA-ICP-MS data (Birusa area) Lower & Middle Karagas Group: sources constrains Distribution of ~1750 Ma granitoids & felsic volcanics Kann salient, granites, 1.76 – 1.73 Ga ud ip Ulkan belt, granites, volcanics (Aldan super-terrane, 1.70 – 1.73 Ga Birusa salient, granites, 1.74 Ga tg sh

22. КОРРЕЛЯЦИЯ ВОЗРАСТА КРУПНЫХ ПОЛЕЙ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ И ПЛЮМОВОЙ АКТИВНООСТИ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ Фоновая (мировая) шкала крупных изверженных провинций (LIP) на представленной гистограмме отвечает [Abbott, Isley, 2002], с дополнениями [Ярмолюк, Коваленко, 2003а,б; Добрецов и др., 2010; Загорский и др., 2010; Владимиров и др., 2011в; Ярмолюк, Кузьмин, 2012]. Крупные изверженные провинции (LIP) Южной Сибири и Восточного Казахстана, отвечающие фанерозойскому возрасту: 1 – Алтае-Саянская, 2 – Минусинская, 3 – Калба-Нарымская, 4 – Коктогайская, 5 – Восточно-Забайкальская.

23. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Установлен значительный временной разрыв (от первых десятков до сотен миллионов лет) между сподуменовыми пегматитами и обычно считающимися материнскими гранитами, с которыми они пространственно ассоциируют. Установлена тесная связь крупных полей сподуменовых пегматитов с обстановками растяжения континентальной литосферы, которые проявляются либо в виде зон долгоживущих глубинных разломов, ограничивающих троговые (рифтогенные) структуры, либо в виде постколлизионных зон сдвигово-раздвиговых деформаций. Крупные поля сподуменовых пегматитов являются прямым индикатором плюмовой активности в литосфере.

24. ОБЗОР МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЛИТИЕНОСНЫХСОЛЯНЫХ ОЗЕР ЮЖНОЙ АМЕРИКИ И КИТАЯ; ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИХ РАЗМЕЩЕНИЯ И ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ • Литиевые салары Южной Америки (мезозой - кайнозой) • Литиеносные салары Тибета и высокоминерализованные озера Северо-Западной Монголии (кайнозой)

25. Литиевые салары Южной Америки (мезозой - кайнозой)Южно-американский литиевый «треугольник» Наиболее крупные месторождения лития связаны с межзерновой рапой высоминерализованных соляных озер Южной Америки. Это широко известные салары Атакама (Чили), Омбре-Муэрто, Ринкон (Аргентина), Уюни, Коипаса, Импекса (Боливия).

26. Геоморфологическая блок-схема Центральных Анд и геологическая карта района салара Атакама (Reutter K.-J. et al. // In: The Andes – Active subductionorogeny, 2006, p. 303-325) Чили сталолидером в производстве лития благодаря салару Атакама. Этот солончак на месте высохшего озера имеет размеры 90 x 55 км, площадь поверхности 3000 км2 и расположен на высоте 2300 м.

27. Чили: cалар де Атакама Соляное месторождение имеет мощность 360-400 м, которая уменьшается до 40 м по краям. Атакама является самым сухим местом на планете: 10 мм/год осадков и 3000 мм/год – испарение. Литиевые рассолы заполняют многочисленные поры в соляной корке галита мощностью 30-40 метров. Эти рассолы содержат от 900 до 7000 мг/л лития [Evans, 2008; Kunacz, 2006], что является максимальными концентрациями лития для соляных озер. Оценочные запасы составляют 6.9 млн тонн лития [Evans, 2008]. Mg/Li отношение в водах достигает 6.4. Источник: http://www.anzaplan.com/strategic-minerals/lithium/lithium-reserves/

28. Боливия: салар де Уюни Central Andean Altiplano, Bolivia 3,800 m Салар Уюни в юго-восточной Боливии является самой крупной в мире соляной равниной площадью 10582 км2, которая располагается на высоте 3650 м и имеющей мощность осадков 121 м [Garrett, 2004].

29. Аргентина: салар Омбрэ де Муэрто Положение салара Омбрэ Муэрто на морфотектонической схеме Центральных Анд (da Silva, 2006). Пунктиром показана область распространения вулканического комплекса Альтиплано-Пуна, треугольники - и кружки – связанные с ним стратовулканы и кальдеры.

30. Геологический разрез «Тихий океан – салар де Атакама - Высокие Анды» Цифрами в кружках обозначены следующие географические и геологические единицы: 1- акватория Тихого океана; 2 – Береговой хребет, нерасчлененный; 3 и 4 – пустыня Атакама (3 – салары, 4 – конуса выноса предгорьев Кордильер); 5 – Предкордильеры (хребет Домейко); 6 и 7 – пред-Андские депрессии (6 - Кордильера-де-ла-Саль, 7 - Салар де Атакама); 8-10 – Высокие Анды (8 – кристаллическое основание, 9 – ингимбриты кислого состава, 10 - стратовулканы); 11- современные салары; 12 – предполагаемые захороненные салары в Высоких Андах.

31. Китай: Цинхай-Тибетское плато Доказанные литиевые резервы Китая (в пересчете на чистый литий) достигли 3.35 млн. тонн, т.е. он занимает третье место по запасам лития в рассолах соляных озер и четвертое место по запасам литиевых руд [Global & China Lithium Carbonate Industry Report, 2008-2010]. Карбонат лития добывают из рассолов соляных озер западного Тибета и Цайдамской котловины в провинции Цинхай.

32. Схема расположения главных проявлений кайнозойского магматизма в Гималайско-Тибетском орогене по [Chung et al., 2005; Романюк, Ткачев, 2010]. оз. Дансюнцо оз. Цзабуе Цифры - возраста некоторых магматических комплексов. Сутурные зоны: ISZ – Индус-Ярлунг-Цангпо, BSZ – Бангонг-Нюджанг, JS – Джинша, AKMS – Алтынтаг-Чиментаг. Разломы: KLF - Куньлунь, ATF - Алтынтаг, KF – Каракорумский. MBT – Главный граничный надвиг, STDS – детачмент Южного Тибета.

33. Китай: соляное озеро Цзабуе, Тибет Добыча лития началась в 1982 году. «К концу 2004 года она достигла производственной мощности 7500 тонн твердого карбоната лития в год» сообщает Zabuye (Shenzhen) Lithium Trading Co.,Ltd. Но, по данным Геологической службы США, завод на оз. Цзабуе имеет производительность 5000 тонн карбоната лития в год, и только планируется увеличить эти мощности до 20 000 тонн в ближайшем будущем. Автор фото:Gudao (Google Earth ID: 24053966) Еще одно озеро на Тибетском нагорье, где ведется добыча лития, - это Дансюнцо (другое название DXC). Площадь озера – 55 км2, глубина – 7.6 м, находится на высоте 4400 м над уровнем моря. Концентрация лития в рассолах – 430 мг/л, а Mg/Li отношение только 0.22. Общие запасы лития оцениваются в 140 тыс. тонн [Clarke, Harben, 2009]. Производство карбоната лития составляет 5000 тонн в год [Clarke, Harben, 2009].

34. Крупнейшие месторождения лития в соляных озерах Америки и Китая В таблице обобщены данные [Evans, 2008; Tahil, 2008; Jaskula, 2011]. * ожидаемые мощности при завершении проекта

35. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫЛитиевые гидроминеральные месторождения Соляные озера с высоким содержанием лития в водах (больше 300 млг/л) всегда располагаются в областях контрастных (бимодальных) вулканических серий шошонит-латит-К-риолитового состава. Эти породы являются источником лития в саларах и, вероятно, в подземных рассолах. Очевидна важная роль сдвиговой тектоники в формировании месторождений соляных озер. Наличие сдвиговой системы и многочисленных геотермальных источников, функционирующих над горячими магматическими интрузиями, обеспечивает возможность интенсивного выноса к поверхности лития из глубинных источников и аккумуляции его в бессточных бассейнах.

36. Плейт-тектоника Плюм-тектоника