【导读】2025年3月18日《经济地质学》期刊发表的最新研究，综述了卤水锂资源作为关键矿产资源的全球分布、特征及其成矿模型。本研究引入封闭盆地卤水锂矿形成的第七个关键要素——水文地质学。该要素强调了流域水文特征与地下含水层结构及其分布的耦合作用。同时本文将新兴卤水锂矿类型纳入最新的成矿模型，并对两个全球重要卤水锂系统案例分析进行了验证。随着技术的进步和对这些成矿系统理解的深入，锂卤水有望在全球能源转型中发挥越来越重要的作用。

在全球追求碳中和与能源转型的浪潮中，锂已成为至关重要的资源。作为电动汽车电池和储能系统的核心成分，锂的需求在过去十年中急剧增长，并预计在未来几十年持续攀升。锂资源主要分为三种类型：硬岩型（伟晶岩/透锂长石/花岗岩）、盐水型（包括封闭型盐湖、沉积盆地和地热盆地）以及沉积-火山型。其中，封闭型盐湖锂卤水（Closed-Basin Lithium Brines，简称CB锂卤水）因其经济可回收性和较低的碳与淡水足迹，成为全球锂供应的主力军。

图1 按类型分列的全球锂资源矿床位置汇编。

封闭型盐湖锂卤水的七个关键特征

盐湖锂卤水的形成和分布受七个关键特征的共同控制。1、干旱气候是其形成的必要条件，高蒸发率有助于锂在卤水中的浓缩。2，封闭型盐湖或盐壳（salar）的存在为锂的积累提供了物理空间，这种封闭盆地的特性主要受气候和构造环境的控制。3，与岩浆、地热和/或热液活动相关的证据表明，这些活动通过多种方式促进锂的富集，包括提供热量以增强源岩中锂的浸出、通过热液循环将锂从源区运移到卤水积累区，以及通过改变矿物和岩石形成富含锂的次生矿物（如黏土）。4，所有CB锂卤水都发生在构造驱动的沉降盆地中，这些盆地的不同构造驱动因素，包括伸展、转换伸展和造山加载，为锂卤水的形成提供了必要的地质环境。5，可行的锂源是CB锂卤水形成的基础，锂源可能包括高硅火山岩、富含锂的黏土矿物以及古代盐湖盐沉积物。6，时间是锂富集过程中的关键因素，大多数具有经济价值的锂卤水相对较年轻（新近纪），表明锂的浸出、运输和浓缩过程在地质时间尺度上是相对较快的。7，盆地水文（地质）学这一特征结合了水文盆地特性和地下含水层属性及其结构和分布，共同控制了锂向盆地底部的质量通量以及锂卤水沉积的规模和经济可行性。

图2 全球锂卤水资源和项目汇编。包括来自封闭盆地、沉积盆地和地热盆地的盐水，以及目前的矿场和勘探点。

沉积盆地型锂卤水的潜力

沉积盆地型锂卤水（Sedimentary Basin Lithium Brines，简称SB锂卤水）是一种新兴的锂资源类型，主要分布在北美、西伯利亚、中国和欧洲等地。SB锂卤水通常存在于深层（超过1公里）的封闭储层和含水层中，属于低温（通常低于100°C）流体，具有较高的总溶解固体（TDS，Total Dissolved Solids）和中等的锂浓度。尽管其锂浓度相对较低，但这些卤水数量巨大，并且可以作为石油和天然气生产的副产品（如“产出水”）利用。随着直接锂提取技术的发展，SB锂卤水有望成为一种重要的锂资源。例如，美国阿肯色州的Smackover组和加拿大阿尔伯塔省的Leduc组是两个研究较为深入的SB锂卤水系统，这些系统中的锂浓度分别达到148 mg/L和75 mg/L。此外，西伯利亚的沉积平台卤水中锂浓度可达40到240 mg/L，而中国四川盆地的锂浓度在西部为90 mg/L，东部为32 mg/L。这些差异反映了水来源、岩性、水岩相互作用以及区域地质条件的复杂性。

图3 封闭盆地、沉积盆地和地热盆地卤水成因的锂卤水概念模型

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地热盆地型锂卤水的挑战与机遇

地热盆地型锂卤水（Geothermal Basin Lithium Brines，简称GB锂卤水）是另一种新兴的锂资源类型，主要分布在北欧、北美、西伯利亚和青藏高原等地。GB锂卤水通常与地热活动密切相关，具有高温（通常在100°C到380°C之间）和高盐度（TDS通常大于56 g/L）的特性。GB锂卤水的锂浓度范围较广，从低于1 mg/L到高达480 mg/L，平均为81 mg/L。目前，这些锂卤水尚未达到商业生产规模，但它们代表了一种潜在的锂资源类型，尤其是在那些已经存在地热生产基础设施的地区。GB锂卤水的资源规模和分布受到多种因素的控制，包括岩性、矿物学、地热流体的来源和分布。高氯化物浓度通常归因于蒸发海水或淡水、岩盐溶解、原始母液、混合等过程，而其他溶质则被认为主要来源于热液-岩石相互作用。锂的来源主要归因于白云母和生物云母的溶解。例如，在欧洲的上莱茵地堑地区，锂主要来源于450米厚的含云母大陆砂岩（三叠纪Buntsandstein组），并有少量来自花岗岩基底的贡献。尽管GB锂卤水具有较高的锂浓度和地热资源，但开发这些资源面临一些挑战，包括建立稳健的资源模型和从这些高温、高盐度的流体中提取锂的技术难题。

案例研究：Clayton Valley与Salar de Atacama

Clayton Valley位于美国内华达州，是北美唯一在商业生产的锂卤水矿床。这个封闭盆地面积约1,342平方公里，盐湖表面为72平方公里。Clayton Valley的锂卤水主要来自六个含水层单元，锂含量在地下沉积物中通过三种机制释放：吸附锂的释放、锂和镁的阳离子交换，以及在高温下从硅酸盐结构中可能的少量释放。研究表明，Clayton Valley的地下沉积物含有估计2440万到5800万吨的锂，这为地下卤水提供了持续的供应，使其成为全球封闭型盐湖中最大的锂积累地。

Salar de Atacama位于智利阿塔卡马沙漠，是一个大型封闭型大陆盆地，面积约3,000平方公里。该地区气候极度干燥，年均降水量约39毫米，蒸发率变化在0到2.8毫米/天之间。Salar de Atacama的锂卤水主要来源于安第斯火山弧的火山活动和区域地下水流动。该地区的地质构造包括多个断层系统，这些断层系统控制了盆地的形态和沉积物的分布。研究表明，Salar de Atacama的锂卤水可能与深层的岩浆房有关，这些岩浆房提供了区域地热梯度，有助于从高硅高锂火山灰中浸出锂和其他溶质，并可能通过断层将锂运输到地下水系统中。

图8 智利、阿根廷和玻利维亚活跃、接近生产和潜在的闭式盆地锂盐水生产盆地图

锂卤水资源的现状与未来

锂的生产自20世纪50年代以来呈指数级增长，主要用于电池、合金、玻璃和陶瓷等领域。封闭型盐湖锂卤水是全球锂资源的主要来源，主要分布在南美洲和中国。这些资源通常位于封闭的盐湖或盐壳中，具有高浓度的锂和较低的碳和淡水足迹。尽管当前的锂生产主要由硬岩型（伟晶岩）矿床主导，但封闭型盐湖锂卤水因其经济可回收性和环境优势，将继续成为全球市场的重要来源。全球锂资源的分布和生产受多种因素影响，包括气候、水资源、能源获取、社会经济条件等。例如，智利的Salar de Atacama、阿根廷的Salar del Hombre Muerto和美国的Clayton Valley是目前主要的锂生产地。这些地区通常具有干旱的气候和充足的阳光，适合通过太阳能蒸发的方式浓缩卤水以提取锂。然而，锂的生产也面临环境和社会经济方面的挑战。在干旱地区，锂的开采需要大量的淡水，这可能对当地的生态系统和社区造成影响。此外，锂的市场价格波动和供应链的复杂性也对锂资源的开发和利用提出了新的要求。为了实现可持续发展，锂的生产需要在经济、技术和环境之间找到平衡。

结语

锂卤水作为一种关键的锂资源，其开发和利用需要综合考虑资源分布、市场需求、环境影响和社会经济因素。随着技术的进步和对这些系统理解的深入，锂卤水有望在全球能源转型中发挥越来越重要的作用。封闭型盐湖锂卤水将继续是全球锂供应的主力军，而沉积盆地型和地热盆地型锂卤水作为新兴资源类型，也将逐渐崭露头角。未来，随着电动汽车和储能技术的不断发展，锂的需求将持续增长，锂卤水的勘探和开发将成为实现全球能源可持续转型的关键环节。

参考文献：Lee Ann Munk, David Boutt, Kristina Butler, Aeon Russo, Jordan Jenckes, Brendan Moran, Alexander Kirshen; Lithium Brines: Origin, Characteristics, and Global Distribution. Economic Geology 2025; doi: https://doi.org/10.5382/econgeo.5134

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