nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2686-9993-2024-47-1-90-99CCJLMJnznistu-334Research ArticleГорнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недрApplied mining and petroleum field geology, geophysics, mine surveying and subsoil geometryОсобенности концентрирования редких металлов на месторождении кальдерного типа в миоцен-четвертичной бор-литиеносной провинции Северной Америки, поиск аналоговRare metal concentration features at a caldera type deposit in the Miocene-Quaternary boron-lithium province of North America. Search for analogueshttps://orcid.org/0009-0008-6658-8923ПогребнаяД. А.PogrebnaiaD. A.

Дарья Александровна Погребная, аспирант, руководитель международных проектов

Иркутск, Москва

Daria A. Pogrebnaia, Postgraduate Student, Project Manager

Irkutsk, Moscow

dapogrebnaya@energy-craft.comhttps://orcid.org/0000-0002-0712-6568ВахромеевА. Г.VakhromeevA. G.

Андрей Гелиевич Вахромеев, доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий лабораторией, профессор

лаборатория геологии нефти и газа; Институт недропользования; кафедра нефтегазового дела

Иркутск

Andrey G. Vakhromeev, Dr. Sci. (Geol. & Mineral.), Professor,Head of the Laboratory, Professor

Oil and Gas Laboratory; Institute of Subsoil Use; Department of Oil and Gas Engineering

Irkutsk

andrey_igp@mail.ruИнститут земной коры СО РАН; ООО «Энерджи Крафт»РоссияInstitute of the Earth Crust SB RAS; LLC Energy CraftRussian FederationИнститут земной коры СО РАН; Иркутский национальный исследовательский технический университетРоссияInstitute of the Earth Crust SB RAS; Irkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation2024280420244719099Copyright © Погребная Д.А., Вахромеев А.Г., 20242024Погребная Д.А., Вахромеев А.Г.Pogrebnaia D.A., Vakhromeev A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/334

   В настоящее время повышенный интерес к добыче лития обуславливает его применение в широком спектре областей, в том числе для производства литий-ионных аккумуляторов. Наиболее распространенными типами сырьевых источников лития являются подземные рассолы, соленые озера («салары») и рудные минералы. В 2021 году было открыто первое и уникальное месторождение литиевых глин в кальдере Макдермитт (Невада, США), ресурсы которого оцениваются в 13,7 млн т карбоната лития с концентрацией лития 2231 мг/л. Уникальность данного месторождения обуславливает повышенный интерес к формированию модельных представлений о генезисе литиевых глин с целью поиска и разведки месторождений-аналогов.

   Цель данного исследования заключалась в представлении результатов обзора геологического строения и описания основных периодов развития кальдеры Макдермитт.

   Также авторами описаны потенциальные источники лития (магматические породы кислого состава и гидротермальные флюиды), пути миграции литиеносных рассолов и механизм формирования глин с повышенным содержанием лития (гекторит, иллит и смектит). Предложена обобщенная модель формирования данного типа месторождений. Особое внимание уделено роли гидротермальных флюидов как потенциальному дополнительному источнику «поставки» лития в бассейн кальдеры. Для разведки и выделения месторождений-аналогов сформированы ключевые критерии, характеризующие промышленные скопления лития этого типа. В заключение выдвинуты предположения о наличии месторождений-аналогов для месторождения Такер-Пасс в кальдере Макдермитт на территории литиевой провинции на плато Альтиплано-Пуна в одной из кальдер одноименного вулканического комплекса и на Восточной Камчатке.

   The fact that lithium has a wide range of applications in many fields including the production of lithium-ion batteries determines an increased interest in lithium mining. The most common types of lithium raw material sources are underground brines, saline lakes (“salars”), and ore minerals. In 2021, the first and unique deposit of lithium clays was discovered in the McDermitt caldera (Nevada, USA). Its resources are estimated at 13.7 million tons of lithium carbonate with the lithium concentration of 2231 mg/l. The uniqueness of this deposit raises the interest in the formation of model ideas about lithiumclay genesis to search for analogous deposits and explore them.

   The purpose of the article is to provide an overview of the geological structure and describe the main development periods of the McDermitt caldera.

   The authors also characterize the potential sources of lithium (felsic igneous rocks and hydrothermal fluids), migration paths of lithium-bearing brines as well as the formation mechanism of clays with a high lithium content (hectorite, illite and smectite). A generalized formation model of this type of deposits is proposed. Particular attention is paid to the role of hydrothermal fluids as a potential additional source of lithium “supply” to the caldera basin. Key criteria characteristic of industrial accumulations of lithium of this type have been formed in order to explore and identify analogous deposits. In conclusion, the authors put forward a hypothesis about the presence of deposits that are analogous to the Thacker Pass in the McDermitt caldera in the lithium province on the Altiplano-Puna plateau in one of the calderas of the Altiplano-Puna volcanic complex, and in Eastern Kamchatka.

литиевые глиныпромышленные рассолысаларыкальдералитиевые месторождениягекторитыlithium claysindustrial brinessalarscalderalithium depositshectoritesReferencesБоярко Г.Ю., Хатьков В.Ю., Ткачева Е.В. Сырьевой потенциал лития России // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022. Т. 333. № 12. C. 7–16. doi: 10.18799/24131830/2022/12/3975. EDN: HORMRU.Boyarko G.Yu., Khatkov V.Yu., Tkacheva E.V. Lithium raw potential in Russia. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2022;333(12):7-16. (In Russ.). doi: 10.18799/24131830/2022/12/3975. EDN: HORMRU.Kesler S.E., Gruber P.W., Medina P.A., Keoleian G.A., Everson M.P., Wallington T.J. Global lithium resources: relative importance of pegmatite, brine and other deposits // Ore Geology Reviews. 2012. Vol. 48. P. 55–69. doi: 10.1016/J.OREGEOREV.2012.05.006.Kesler S.E., Gruber P.W., Medina P.A., Keoleian G.A., Everson M.P., Wallington T.J. Global lithium resources: relative importance of pegmatite, brine and other deposits. Ore Geology Reviews. 2012:48;55-69. doi: 10.1016/J.OREGEOREV.2012.05.006.Романюк Т.В., Ткачев А.В. Геодинамический сценарий формирования крупнейших мировых неоген-четвертичных бор-литиеносных провинций. М.: Светоч Плюс, 2010. 304 с.Romanyuk T.V., Tkachev A.V. Geodynamic formation scenario of the world’s largest Neogene-Quaternary boron-lithium provinces. Moscow: Svetoch Plyus; 2010, 304 p. (In Russ.).Вахромеев А.Г., Литвинова И.В., Мисюркеева Н.В., Алексеев С.В., Погребная Д.А. К минерагении лития гидроминеральной провинции Сибирской платформы // Геодинамическая эволюция литосферы Центрально-Азиатского подвижного пояса (от океана к континенту) : материалы науч. конф. (г. Иркутск, 18–21 октября 2022 г.). Иркутск, 2022. Т. 20. С. 43–45. EDN: OECOKO.Vakhromeev A.G., Litvinova I.V., Misyurkeeva N.V., Alekseev S.V., Pogrebnaya D.A. On lithium minerageny of the Siberian Platform hydromineral province. In: Geodinamicheskaya evolyutsiya litosfery Tsentral’no-Aziatskogo podvizhnogo poyasa (ot okeana k kontinentu) : materialy nauch. konf. = Geodynamic evolution of the Central Asian mobile belt lithosphere (from ocean to continent): proceedings of the scientific conference. 18–21 October 2022, Irkutsk. Irkutsk; 2022, vol. 20, p. 43-45. (In Russ.). EDN: OECOKO.Вахромеев А.Г., Зелинская Е.В., Литвинова И.В., Погребная Д.А. Модель вторичного концентрирования литиеносных рассолов в кипящих флюидных системах магматогенноосадочных бассейнов гидроминеральной провинции Сибирской платформы // Геотермальная вулканология, гидрогеология, геология нефти и газа (Geothermal Volcanology Workshop 2023) : материалы Всерос. науч. конф. с междунар. участием (г. Петропавловск-Камчатский, 4–9 сентября 2023 г.). Петропавловск-Камчатский, 2023. С. 11–12.Vakhromeev A.G., Zelinskaya E.V., Litvinova I.V., Pogrebnaya D.A. Model of lithium-bearing brine secondary concentration in the boiling fluid systems of magmatic-sedimentary basins of the Siberian platform hydromineral province. In: Geotermal’naya vulkanologiya, gidrogeologiya, geologiya nefti i gaza (Geothermal Volcanology Workshop 2023) : materialy Vseros. nauch. konf. s mezhdunar. uchastiem = Geothermal Volcanology, Hydrogeology, Oil & Gas Geology (Geothermal Volcanology Workshop 2023) : proceedings of the All-Russian scientific conference with the international participation. 4–9 September 2023, Petropavlovsk-Kamchatsky. Petropavlovsk-Kamchatsky; 2023, p. 11-12. (In Russ.).Tabelin C.B., Dallas J.A., Casanova S., Pelech T., Bournival G., Saydam S., et al. Towards a low-carbon society : a review of lithium resource availability, challenges and innovations in mining, extraction and recycling, and future perspectives // Minerals Engineering. 2021. Vol. 163. P. 106743. doi: 10.1016/j.mineng.2020.106743.Tabelin C.B., Dallas J.A., Casanova S., Pelech T., Bournival G., Saydam S., et al. Towards a low-carbon society : a review of lithium resource availability, challenges and innovations in mining, extraction and recycling, and future perspectives. Minerals Engineering. 2021;163:106743. doi: 10.1016/j.mineng.2020.106743.Castor S.B., Henry C.D. Lithium-rich claystone in the McDermitt Caldera, Nevada, USA: geologic, mineralogical, and geochemical characteristics and possible origin // Minerals. 2020. Vol. 10. Iss. 1. P. 68. doi: 10.3390/min10010068.Castor S.B., Henry C.D. Lithium-rich claystone in the McDermitt Caldera, Nevada, USA: geologic, mineralogical, and geochemical characteristics and possible origin. Minerals. 2020;10(1):68. doi: 10.3390/min10010068.DiPietro J.A. Geology and landscape evolution. General principles applied to the United States. Elsevier, 2018. 580 p.DiPietro J.A. Geology and landscape evolution. General principles applied to the United States. Elsevier; 2018, 580 p.Henry C.D., Castor S.B., Starkel W., Ellis B.S., Wolff J.A., Laravie J.A., et al. Geology and evolution of the McDermitt caldera, northern Nevada and southeastern Oregon, western USA // Geosphere. 2017. Vol. 13. Iss. 4. doi: 10.1130/GES01454.1.Henry C.D., Castor S.B., Starkel W., Ellis B.S., Wolff J.A., Laravie J.A., et al. Geology and evolution of the McDermitt caldera, northern Nevada and southeastern Oregon, western USA. Geosphere. 2017;13(4). doi: 10.1130/GES01454.1.Benson T.R., Matthew A.C., Dilles J.H. Hydrothermal enrichment of lithium in intracaldera illite-bearing claystones // Science Advances. 2023. Vol. 9. Iss. 35. P. 1–10. doi: 10.1126/sciadv.adh8183.Benson T.R., Matthew A.C., Dilles J.H. Hydrothermal enrichment of lithium in intracaldera illite-bearing claystones. Science Advances. 2023;9(35):1-10. doi: 10.1126/sciadv.adh8183.Benson T.R., Coble M.A., Rytuba J.J., Mahood G.A. Lithium enrichment in intracontinental rhyolite magmas leads to Li deposits in caldera basins // Nature Communications. 2017. Vol. 8. P. 270. doi: 10.1038/s41467-017-00234-y.Benson T.R., Coble M.A., Rytuba J.J., Mahood G.A. Lithium enrichment in intracontinental rhyolite magmas leads to Li deposits in caldera basins. Nature Communications. 2017;8:270. doi: 10.1038/s41467-017-00234-y.Ingraffia J.T., Ressel M.W., Benson T.R. Thacker Pass lithium clay deposit, McDermitt caldera, north-central Nevada: Devitrification of McDermitt Tuff as the main lithium source // Geological Society of Nevada Special Publication. 2020. P. 395–410.Ingraffia J.T., Ressel M.W., Benson T.R. Thacker Pass lithium clay deposit, McDermitt caldera, north-central Nevada: devitrification of McDermitt tuff as the main lithium source. Geological Society of Nevada Special Publication. 2020;395-410.Gallup D.L. Geochemistry of geothermal fluids and well scales, and potential for mineral recovery // Ore Geology Reviews. 1998. Vol. 12. Iss. 4. P. 225–236. doi: 10.1016/S0169-1368(98)00004-3.Gallup D.L. Geochemistry of geothermal fluids and well scales, and potential for mineral recovery. Ore Geology Reviews. 1998;12(4):225-236. doi: 10.1016/S0169-1368(98)00004-3.Топчиева О.М., Петровский В.А., Сухарев А.Е. Условия образования минеральных включений в гидротермальных метасоматитах г. Двугорбой, Южная Камчатка // Вестник Пермского университета. Геология. 2018. Т. 17. № 1. C. 1–10. doi: 10.17072/psu.geol.17.1.1. EDN: LAUVYD.Topchieva O.M., Petrovsky V.A., Sukharev A.E. The conditions for the formation of mineral inclusions in hydrothermal metasomatites of the Dvugorbaya mountain, Southern Kamchatka. Vestnik Permskogo universiteta. Geologiya = Bulletin of Perm University. Geology. 2018;17(1):1-10. (In Russ.). doi: 10.17072/psu.geol.17.1.1. EDN: LAUVYD.Кирюхин А.В. Магматический фракинг и гидротермальные системы под активными вулканами // Геотермальная вулканология, гидрогеология, геология нефти и газа (Geothermal Volcanology Workshop 2020) : материалы Всерос. науч. конф. с междунар. участием (г. Петропавловск-Камчатский, 3–8 сентября 2020 г.). Петропавловск-Камчатский, 2020. C. 27–31. EDN: MWRRKH.Kiryukhin A.V. Magmatic fracking and hydrothermal systems beneath active volcanoes. In: Geotermal’naya vulkanologiya, gidrogeologiya, geologiya nefti i gaza (Geothermal Volcanology Workshop 2020) : materialy Vseros. nauch. konf. s mezhdunar. Uchastiem = Geothermal Volcanology, Hydrogeology, Oil&Gas Geology (Geothermal Volcanology Workshop 2020) : materials of the All-Russian scientific conference with international participation. 3–8 September 2020, Petropavlovsk-Kamchatsky. Petropavlovsk-Kamchatsky; 2020, p. 27-31. (In Russ.). EDN: MWRRKH.Леднева В.П., Лурье М.Л. Некоторые особенности триасового магматизма Тунгусской синеклизы // Проблемы вулканогенно-осадочного литогенеза : сб. статей / под ред. Г.С. Дзоценидзе, И.В. Соколова, И.В. Хворовой. М.: Наука, 1974. С. 47–51.Ledneva V.P., Lurie M.L. Some features of Triassic magmatism of the Tunguska syneclise. In: Dzotsenidze G.S., Sokolov I.V., Khvorova I.V. (eds). Problemy vulkanogenno-osadochnogo litogeneza = Problems of volcanogenic-sedimentary lithogenesis. Moscow: Nauka; 1974, p. 47-51. (In Russ.).Рычагов С.Н. Гигантские газо-гидротермальные системы и их роль в формировании пародоминирующих геотермальных месторождений и рудной минерализации // Вулканология и сейсмология. 2014. № 2. C. 3–28. doi: 10.7868/S0203030614020060. EDN: SAIXYV.Rychagov S.N. Giant gas-rich hydrothermal systems and their role in the generation of vapor-dominated geothermal fields and ore mineralization. Vulkanologiya i seismologiya = Volcanology and seismology. 2014;2:3-8. (In Russ.). doi: 10.7868/S0203030614020060. EDN: SAIXYV.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.