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. 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

4. 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

5. 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).

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. Памиро-Гималайская коллизионная система6
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

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
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)
(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 млн лет.

12. ЛИТИЕВЫЕ МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКИЕ ПРОВИНЦИИ ЮЖНОЙ СИБИРИ
И ВОСТОЧНОГО КАЗАХСТАНА

13. 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.

14. 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)

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
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

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

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 subduction orogeny, 2006, p )
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.

27. Чили: cалар де Атакама
Соляное месторождение имеет мощность 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 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:

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 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, ].
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: )
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 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
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
(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
( )
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
( )
Corporación Minera de Bolivia (Comibol)
30 000 т Li2CO3
Китай
Тайцзинайэр
(Цайдам)
2 020
(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
( )
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
( )
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

35. 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.

36. Плейт-тектоника
Плюм-тектоника