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)

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).

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

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

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ 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).

ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ КРУПНЫХ ПОЛЕЙ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ

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

Памиро-Гималайская коллизионная система 6 AR2-PR1 T2-3 Юго-Западный Памир К Т3 N 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

Памирская экспедиция. Перевал Харгуш. 4100 м.

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

КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ ПАМИРО-ГИМАЛАЕВ Олигоцен - миоцен Афганистан, Пакистан, Индия, Таджикистан Памир-Гиндукуш- Гималайская провинция; синорогенический коллапс и внутриконтинентальный рифтогенез Афганистан, Гиндукуш Лейкограниты 24± 0.5 (U-Pb) Hildebrand et al., 1998 Южный Тибет, массив Гамбаранжун 22.2± 0.2 (U-Pb) 20.3-19.3 (Ar-Ar) Dezes et al., 1999 Robyr et al., 2002; 2006 Deeken et al., 2011 Центральные Гималаи, массив Манаслу 22.9± 0.6 (U-Pb) 19.3±0.3 (U-Pb) Copeland et al., 1990 Harrison et al., 1999 Guillot., 1994 Южный Тибет, массив Коуву 14.5±0.3 (U-Pb) 14.3±0.3 (U-Pb) 13.3± 0.2 (Ar-Ar) 11.6± 0.3 (Ar-Ar) Lee et al., 2004; 2006 Zhang et al., 2004 Таджикистан, Памирско-Шугнанский батолит 18± 10 (U-Pb) 18± 7 (Rb-Sr) 15± 5 (Ar-Ar) Владимиров, 1992 Vladimirov et al., 1998; Владимиров и др., 2011 в Памир, Намангуд Сподуменовые пегматиты 8.1 – 7.0 (треки в апатитах) 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.

ЛИТИЕВЫЕ МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ ЮЖНОЙ СИБИРИ И ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА

И ПОЗДНЕМЕЗОЗОЙСКИХ ГРАНИТОИДОВ В ЗАБАЙКАЛЬЕ 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.

СПОДУМЕНОВЫЕ ПЕГМАТИТЫ, ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ Поздняя юра - ранний мел Восточное Забайкалье, Россия Восточно-Забайкальская провинция; внутриконтинентальный рифтогенез кордильерского типа Завитинское Граниты: биотитовые (Налгикенский массив) двуслюдяные Мусковитовые 169± 3.0 (U-Pb) 147± 3.1 (U-Pb) 140± 3.0 (U-Pb) Загорский и др., 2011 Безрудные пегматиты 139.6 ± 3.1 (U-Pb) Сподуменовые пегматиты 129.6 ±2.7 (U-Pb)

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

КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ Восточный Казахстан (Асубулак), P1

КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ Калба-Нарымский батолит, P1

КРУПНЫЕ ПОЛЯ СПОДУМЕНОВЫХ ПЕГМАТИТОВ ВОСТОЧНОГО САЯНА Гольцовое – протерозой

СПОДУМЕНОВЫЕ ПЕГМАТИТЫ, ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ОБСТАНОВКИ ИХ ФОРМИРОВАНИЯ Восточный Саян - протерозой Восточный Саян Восточно-Саянская провинция; синорогенический коллапс и внутриконтинентальный рифтогенез Гольцовое Гранитоиды саянского комплекса: Барбитайский массив Далдарминский массив 1858±20 (U-Pb) 1817±59 (Rb-Sr) Левицкий и др., 2002; Макагон, 2007 Сподуменовые пегматиты 1692±86 (Rb-Sr) Макагон, 2007, 2011 Вишняковское Сподумен-петалитовые пегматиты Экзоконтактовые слюдиты 1486±110 (Rb-Sr) 1475±30 (Rb-Sr) Макагон и др., 2000

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.

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 tg Birusa salient, granites, 1.74 Ga Ulkan belt, granites, volcanics (Aldan super-terrane, 1.70 – 1.73 Ga sh

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.

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.

ОБЗОР МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЛИТИЕНОСНЫХ СОЛЯНЫХ 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)

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).

Геоморфологическая блок-схема Центральных Анд и геологическая карта района салара Атакама (Reutter K.-J. et al. // In: The Andes – Active subduction orogeny, 2006, p. 303-325) Чили стало лидером 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.

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/

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].

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.

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.

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.

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.

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].

Крупнейшие месторождения лития в соляных озерах Америки и Китая Страна Месторождение Запасы Li (тыс. тонн) Концентрация Li, мг/л (в среднем) Добывающая компания/ Инвестор Производственные мощности (т/год) Производство в 2007г . (в пересчете на Li2CO3) Производство в 2009 г . Статус Аргентина Ринкон 1118- 1 400 200-2400 (330) Sentient’s Rincon Lithium Ltd. 10 000 т Li2CO3 4 000 т LiOH 3 000 т LiCl 17 000 т разработка Омбрэ Муэрто 850 190-900 (520-620) FMC/Minera Altiplano SA. 12 000 т Li2CO3 5 500 т LiCl 17 500 т 7 000 т Li2CO3 действующее Оларос 156 (700) Orocobre Ltd. 15 000 т Li2CO3 Боливия Уюни 5 500- 10200 80-1150 (320-532) Corporación Minera de Bolivia (Comibol) 30 000 т Li2CO3 Китай Тайцзинайэр (Цайдам) 2 020 160-638 (300) CITIC/ CITIC Guoan Lithium Sci.&Tech.Co. 35 000 т Li2CO3 5 000 т 4 100 т Li2CO3 Дунтай Qinghai Salt Lake Industry Group Co., Ltd. 3 000 т Li2CO3 (20 000* т) пилотный проект Цзабуе (Тибет) 1 530 896-1527 (680-700) ZBY Lithium Hi-Tech. Co.Ltd. 5 000 т Li2CO3 (20 000* т) Чаэрхань (Цинхай) Qinghai Salt Lake Lanke Lithium Industry Co.,Ltd 400 т Li2CO3 Дансюнцо 181 (430) Sterling Group Ventures/ Mining High-Sci.&Tech.Co.Ltd. 3 000 т Li2CO3 (20 000* т) 3 000 т Чили Атакама 6 300 1000-7000 (1400-1500) Chemtalle Foote/ Sdad Chilena de Litio 30 000 т 31 000 т Li2CO3 SQM SA 40 000* т 27 800 т 42 000 т Li2CO3 6 000 т LiCl США Силвер Пик, Невада 300 (200) Rockwood Specialities/ Chemalle Foote В таблице обобщены данные [Evans, 2008; Tahil, 2008; Jaskula, 2011]. * ожидаемые мощности при завершении проекта

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Литиевые 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.

Плейт-тектоника Плюм-тектоника