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伟晶岩锂同位素研究进展及其对锂成矿过程的指示

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地质学报 2024年第5期98卷 1600-1614页

作者：陈洁李建康自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室中国地质科学院矿产资源研究所北京100037 北京大学地球与空间科学院造山带与地壳演化教育部重点实验室北京100871

花岗伟晶岩是最重要的硬岩型锂资源来源,近年来前人应用锂同位素对伟晶岩成岩成矿过程开展较多的研究工作。本文在综述伟晶岩锂同位素研究进展的基础上,重点分析了伟晶岩的锂同位素在指示伟晶岩熔体源区、指示伟晶岩熔体分离、结晶和流... 详细信息

花岗伟晶岩是最重要的硬岩型锂资源来源,近年来前人应用锂同位素对伟晶岩成岩成矿过程开展较多的研究工作。本文在综述伟晶岩锂同位素研究进展的基础上,重点分析了伟晶岩的锂同位素在指示伟晶岩熔体源区、指示伟晶岩熔体分离、结晶和流体出溶中的研究思路,为揭示伟晶岩的锂成矿过程提供了启示。前人研究表明,伟晶岩熔体结晶分异和流体出溶过程均会产生较明显的锂同位素分馏:(1)结晶分异使残余伟晶岩熔体富集^(7)Li;(2)流体出溶使熔体富集^(6)Li;(3)扩散分馏使快速迁移的^(6)Li累积在熔体远端。全球伟晶岩(包括甲基卡伟晶岩)的Li含量与δ^(7)Li之间均有明显的负相关关系,甲基卡伟晶岩分异程度的增高与δ^(7)Li呈负相关关系。前人研究表明,高分异伟晶岩体系中锂同位素变轻可能是云母和锂辉石等富^(6)Li矿物的大量结晶、富^(7)Li流体出溶丢失或动力分馏作用等原因造成的。另一方面,不平衡结晶分异作用会产生显著的动力分馏,热液蚀变作用会产生强烈的低温分馏,这些过程产生的同位素分馏效应会模糊锂的来源信息,给同位素示踪带来困难。因此,伟晶岩锂同位素组成可能对于指示锂的来源作用有限,但可以较好地指示熔体结晶分异和流体出溶等地质过程,有助于揭示伟晶岩熔体-流体的演化过程,指示锂矿化机制。

关键词：锂同位素伟晶岩成矿作用结晶分异流体出溶

伟晶岩结晶动力学和热力学及稀有金属超常富集成矿机制

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地质学报 2024年第5期98卷 1489-1506页

作者：左达昇杨可魏海珍王勤蒋少涌林和丰环淳许志琴南京大学地球科学与工程学院内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室江苏南京210023 南京大学地球科学与工程学院大陆动力学研究院江苏南京210023 中国地质大学(武汉)紧缺战略矿产资源协同创新中心地质过程与矿产资源国家重点实验室资源学院湖北武汉430074

本文综述了伟晶岩结晶动力学、热力学和伟晶岩熔体稀有金属元素实现超常富集成矿的机制。结晶动力学涉及成核动力学和晶体生长动力学两个方面。低成核速率和高晶体生长速率是伟晶岩结晶动力学的重要特征,在结晶过程受到水、助溶剂以及... 详细信息

本文综述了伟晶岩结晶动力学、热力学和伟晶岩熔体稀有金属元素实现超常富集成矿的机制。结晶动力学涉及成核动力学和晶体生长动力学两个方面。低成核速率和高晶体生长速率是伟晶岩结晶动力学的重要特征,在结晶过程受到水、助溶剂以及过冷条件三个因素共同制约。伟晶岩熔体的相态(超临界态)可能在伟晶岩形成和稀有金属元素超常富集中扮演重要角色。花岗伟晶岩稀有金属超常富集程度受到岩浆源区成分、岩浆结晶分异过程与熔体化学成分等因素的控制。花岗质岩浆高度分异结晶或者变质沉积岩部分熔融直接形成的成矿伟晶岩熔体均需要源岩中稀有金属元素预富集。深熔作用产生的低程度、小体积的伟晶岩熔体具有更高的稀有金属元素成矿潜力。在岩浆分异演化过程中,稀有金属元素的超常富集主要通过超临界熔体/流体、岩浆熔体作用、过冷作用实现。超临界熔体/流体发生熔体-流体不混溶作用使稀有金属元素在熔体相和流体相间再分配和富集;岩浆熔离作用使稀有金属元素选择性分配到富挥发分的熔体中,导致稀有金属元素再次富集;过冷作用降低稀有金属矿物结晶的饱和浓度,促进稀有金属矿物结晶。熔体的化学成分(如挥发分)直接影响熔体的物理、化学性质。例如,挥发分的富集能够降低熔体黏度,促进岩浆分异结晶过程。挥发分和稀有金属元素的亲和性也控制稀有金属元素在不同相熔体中的分配和富集,显著增加稀有金属元素的溶解度和迁移富集能力,有助于伟晶岩中稀有金属超常富集和成矿。

关键词：伟晶岩结晶动力学结晶热力学稀有金属元素超常富集成矿

新疆阿尔泰造山带伟晶岩型稀有金属矿床成矿作用

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地质学报 2024年第5期98卷 1452-1472页

作者：陈衍景韩金生北京大学造山带与地壳演化重点实验室北京100871 新疆维吾尔自治区人民政府国家305项目办公室新疆乌鲁木齐830000 中国地质大学(武汉)资源学院湖北武汉430074

花岗伟晶岩与稀有金属(Li、Be、Nb、Ta等)矿床关系密切。关于伟晶岩成矿模式、伟晶岩与花岗岩之间的成因关系等,已有大量研究和讨论,但仍然存在争议。新疆阿尔泰是我国著名的伟晶岩及稀有金属矿床集中区,研究资料丰富。本文系统分析了... 详细信息

花岗伟晶岩与稀有金属(Li、Be、Nb、Ta等)矿床关系密切。关于伟晶岩成矿模式、伟晶岩与花岗岩之间的成因关系等,已有大量研究和讨论,但仍然存在争议。新疆阿尔泰是我国著名的伟晶岩及稀有金属矿床集中区,研究资料丰富。本文系统分析了阿尔泰伟晶岩的地质背景与成矿地质特征,阐明阿尔泰造山带伟晶岩与花岗岩存在3种关系:(1)缺乏成因联系,伟晶岩可能为变质脱水熔融形成的独立伟晶岩;(2)可能为“兄弟关系”;(3)可能为“母子关系”,共同构成花岗岩-伟晶岩成岩成矿系统。作者提出一个包含多种成因伟晶岩的成岩成矿构造模式,可能在矿带、矿田、矿床尺度上都适用。阿尔泰造山带稀有金属伟晶岩成矿省的形成受到古生代地层的控制。阿尔泰造山带处于典型的幔坡带,为长期活跃的构造活动带,极易受到外部构造域的干扰,在晚三叠纪受到特提斯构造域的一系列陆块向北漂移并拼贴到欧亚大陆南缘的远程效应影响而发生大规模的稀有金属成矿作用,在侏罗纪,其构造活动及成岩成矿作用则受新特提斯构造域和蒙古-鄂霍茨克洋构造域地质作用的远程效应共同影响。

关键词：稀有金属伟晶岩花岗岩阿尔泰造山带伟晶岩成岩成矿构造模式远程效应

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喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集

岩石学报 2024年第5期40卷 1510-1526页

作者：谢磊田恩农饶乐王汝成南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京210023 河北地质大学河北省岩石矿物材料绿色开发重点实验室宝石与材料学院石家庄050031 河北省战略性关键矿产研究协同创新中心石家庄050031

锆-铪(Zr-Hf)是重要的关键金属,锆石是最主要的Zr-Hf载体,因Zr-Hf相似的晶体化学特征形成了锆石-铪石完全固溶体系列,以晶体化学式中Hf/(Zr+Hf)原子比(Hf^(#))0.9为区间进行划分,包括锆石、铪质锆石、锆质铪石和铪石。而自然界形成锆铪... 详细信息

锆-铪(Zr-Hf)是重要的关键金属,锆石是最主要的Zr-Hf载体,因Zr-Hf相似的晶体化学特征形成了锆石-铪石完全固溶体系列,以晶体化学式中Hf/(Zr+Hf)原子比(Hf^(#))0.9为区间进行划分,包括锆石、铪质锆石、锆质铪石和铪石。而自然界形成锆铪分异从而达到铪超常富集的条件非常严苛,已报道的富铪锆石主要出现在高分异花岗岩和伟晶岩中,而铪质锆石和铪石尤其稀少,我国境内仅在阿尔泰可可托海1号脉LCT(Li-Cs-Ta)伟晶岩中发现了锆质铪石。本次研究在位于喜马拉雅造山带中部、吉隆岩体北部扎龙沟的锂电气石锂云母伟晶岩中发现了锆质铪石(Hf#最高达0.67)。依据矿物产状和成分,该伟晶岩中锆石-铪石被分为四类:核部多孔的斑状Zrn-1,为锆石和铪质锆石;成分均匀且具有暗色CL图像的Zrn-2最为常见,生长在Zrn-1外围或颗粒的核部,主要是铪质锆石;而Zrn-3和Zrn-4是具有铪质锆石-锆质铪石连续成分的边部,分别对应于富Y(最高4.9%Y_(2)O_(3))和低Y(伟晶岩和锂辉石伟晶岩中发现了铪质锆石(Hf^(#)达0.27),扎龙沟电气石白云母花岗岩和吉隆沟的花岗岩-伟晶岩只含有锆石(Hf^(#)伟晶岩中的锆石成分,本次研究对喜马拉雅锆石-铪石系列的指示作用和超常富铪体系的研究进行了展望。

关键词：伟晶岩稀有金属锆铪分异岩浆-热液过渡

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云母对伟晶岩型关键金属矿床的成因和勘查指示:以东天山镜儿泉伟晶岩型Li-Be-Nb-Ta矿床为例

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岩石学报 2024年第9期40卷 2944-2962页

作者：田祥雨王瑞刘思宇孙海微陈寿波席斌斌中国地质大学(北京) 地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 新疆有色地质勘查局七○四队哈密839000 新疆有色地质勘查局七○三队伊犁835000

云母是伟晶岩的重要造岩矿物,也是伟晶岩稀有金属成矿作用的重要标志矿物。东天山造山带与举世瞩目的阿尔泰伟晶岩成矿省有很好的对比性,具有很高的伟晶岩型关键金属矿床成矿潜力。本文重点研究了东天山地区目前最大的伟晶岩矿床——镜... 详细信息

云母是伟晶岩的重要造岩矿物,也是伟晶岩稀有金属成矿作用的重要标志矿物。东天山造山带与举世瞩目的阿尔泰伟晶岩成矿省有很好的对比性,具有很高的伟晶岩型关键金属矿床成矿潜力。本文重点研究了东天山地区目前最大的伟晶岩矿床——镜儿泉Li-Be-Nb-Ta矿床中云母对于矿床成因和找矿勘查的指示作用。镜儿泉矿化伟晶岩中的云母类型均为白云母。电子探针(EPMA)分析表明,矿区白云母具有从多硅白云母到普通白云母的变化趋势。激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)分析表明,云母的Rb、Cs含量和K/(Rb+Cs)、Nb/Ta比值能够指示伟晶岩的演化过程;K/(Rb+Cs)指标可以很好区分花岗岩和伟晶岩,Nb/Ta指标可以很好的识别伟晶岩成矿带。云母Li、Be、B、Nb、Ta含量增加能够反映伟晶岩中对应元素富集过程,且云母中Li、Fe、Mn含量的骤降能够反映锂辉石、铌钽铁矿等矿物的沉淀。云母分离结晶可能是导致高分异伟晶岩具有低Nb/Ta值,并发生Nb-Ta矿化的关键;从花岗岩到伟晶岩,云母的分离结晶降低了残余熔体中Ti含量,抑制了具有高Nb、Ta分配系数的含Ti氧化物的生成,为Nb、Ta矿化奠定了基础。云母的Nb、Ta含量变化指示伟晶岩Nb-Ta富集过程解耦,沉淀过程耦合。白云母短波红外光谱2200nm位置的Al-OH特征吸收峰具有良好的指示伟晶岩矿化的能力。镜儿泉伟晶岩成矿带中的白云母具有明显更小的Al-OH特征吸收峰位值(伟晶岩成矿带中铌钽铁矿分离结晶使与之共生的白云母Fe含量减少是导致Al-OH特征吸收波长偏小的主要原因。

关键词：伟晶岩云母短波红外岩浆演化找矿勘查东天山造山带

四川扎乌龙伟晶岩型稀有金属矿床的成矿机制及找矿标志

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岩石学报 2024年第9期40卷 2863-2877页

作者：熊欣李建康严清高中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室北京100037 昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093

扎乌龙稀有金属矿床位于松潘-甘孜造山带,属于伟晶岩型锂辉石矿床,同时伴生铍和铌钽矿化。本文总结了扎乌龙矿床地球化学和矿物学特征,初步梳理了矿床成矿模式,并指出含矿性评价与找矿标志。扎乌龙伟晶岩脉在空间上围绕白云母花岗岩分布... 详细信息

扎乌龙稀有金属矿床位于松潘-甘孜造山带,属于伟晶岩型锂辉石矿床,同时伴生铍和铌钽矿化。本文总结了扎乌龙矿床地球化学和矿物学特征,初步梳理了矿床成矿模式,并指出含矿性评价与找矿标志。扎乌龙伟晶岩脉在空间上围绕白云母花岗岩分布,具有类似的稀土元素和微量元素配分模式,但其稀土元素含量明显低于白云母花岗岩,表明伟晶岩脉为白云母花岗熔体分异演化的产物。扎乌龙白云母花岗岩岩石地球化学组分呈现高Rb/Sr和Rb/Ba、低CaO/Na_(2)O壳源特征,具有接近地壳的Sr-Nd-Hf同位素组成,表明其来源于松潘-甘孜大规模造山运动导致的西康群变泥质岩的深部重熔。矿物学和流体包裹体特征显示,扎乌龙伟晶岩脉的形成可划分为岩浆阶段和热液阶段。岩浆阶段主要结晶稀有金属矿物,如锂辉石、绿柱石和铌钽铁矿族矿物;热液阶段主要为原生矿物与流体发生再平衡,如原生锂辉石发生蚀变形成云母等矿物,原生绿柱石边部和内部缝隙产出相对富Cs_(2)O或Na_(2)O的次生绿柱石。锂矿物主要沉淀于相对封闭、高压(350MPa)的伟晶岩岩浆阶段。氢、氧同位素组成表明成矿流体主要来源于岩浆水,晚期流体来源于伟晶岩熔体的自身分异演化。扎乌龙锂辉石伟晶岩熔体分异程度属于中等,远低于高分异的新疆可可托海三号伟晶岩脉,而高于低分异的南爱尔兰Leinster伟晶岩脉。地质背景条件、围岩标志、断裂构造条件、矿物标型、物化探异常标志、遥感图像可作为扎乌龙重要找矿标志。

关键词：松潘-甘孜造山带扎乌龙矿床稀有金属伟晶岩锂辉石成矿规律

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深熔成因伟晶岩初始岩浆中稀有金属富集特征

地质学报 2024年第5期98卷 1507-1526页

作者：周晋捷吕正航刘堃唐勇张辉中国科学院地球化学研究所地球内部物质高温高压实验室贵州贵阳550081 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

本文以新疆阿尔泰切木尔切克地区的混合岩和伟晶岩为例,开展区内混合岩、伟晶岩与周围的变沉积岩(二云母片岩)的野外地质、全岩地球化学以及云母类矿物化学组成研究,目的在于揭示深熔作用形成的熔体中稀有金属富集特征。研究结果显示,... 详细信息

本文以新疆阿尔泰切木尔切克地区的混合岩和伟晶岩为例,开展区内混合岩、伟晶岩与周围的变沉积岩(二云母片岩)的野外地质、全岩地球化学以及云母类矿物化学组成研究,目的在于揭示深熔作用形成的熔体中稀有金属富集特征。研究结果显示,阿尔泰切木尔切克地区的伟晶岩与混合岩中浅色体有相似的矿物组合和主要化学组成,且伟晶岩与暗色体呈互补的微量元素组成,表明切木尔切克伟晶岩为变沉积岩深熔成因。从二云母片岩到混合岩中浅色体和伟晶岩,白云母中Li、Be、Nb、Ta、Rb、Cs显示增加趋势,表明深熔作用形成浅色体及其汇聚成伟晶岩脉过程中可促进稀有金属的富集,尤其是Be和Ta,富集程度达3倍以上。低温条件下白云母脱水熔融,导致黑云母作为残留相,明显制约Li、Rb、Cs等稀有金属在熔体中的富集,但对Be的影响非常有限。结合阿尔泰伟晶岩广泛的Be成矿作用,推断阿尔泰伟晶岩很可能是深熔成因的。

关键词：稀有金属深熔作用伟晶岩混合岩阿尔泰

川西甲基卡锂矿床伟晶岩结构分带及多期岩浆成矿作用

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地质学报 2024年第5期98卷 1358-1379页

作者：朱文斌许志琴林和丰周明召朱鋆悦靳文楷罗祥龙章荣清车旭东李广伟郑碧海内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室南京大学地球科学与工程学院南京大学大陆动力学研究院江苏南京210023

LCT(lithium-cesium-tantalum)伟晶岩的分带有两种形式,一种是单个伟晶岩脉的内部结构分带,这种伟晶岩脉通常体积巨大,内部结构显示出成分分带的特征,单一脉体中不同结构带中可能发育不同的稀有金属矿化带,例如新疆可可托海3号伟晶岩脉... 详细信息

LCT(lithium-cesium-tantalum)伟晶岩的分带有两种形式,一种是单个伟晶岩脉的内部结构分带,这种伟晶岩脉通常体积巨大,内部结构显示出成分分带的特征,单一脉体中不同结构带中可能发育不同的稀有金属矿化带,例如新疆可可托海3号伟晶岩脉;另一种分带性表现为伟晶岩和成矿系统的区域分带,通常以高分异的过铝质花岗岩为中心,围绕花岗岩数以百计的伟晶岩脉显示出不同的伟晶岩类型和矿化类型,越向外围,伟晶岩的演化程度越高。区域分带内的伟晶岩单个脉体的规模不大、内部分带性差、含矿性各不相同,甲基卡锂矿就是这一类伟晶岩矿床的典型代表。对甲基卡矿区伟晶岩的野外观察发现,含Be的9号脉、含Li的133号脉和含Nb、Ta的528号脉具有相对较好的内部结构分带性,而含Li的104号脉和308号脉的内部分带性则相对较差,推测与脉体内部多期岩浆-热液活动有关。甲基卡矿区伟晶岩脉的相互穿插现象说明,矿区存在多期次的岩浆与成矿作用。科学钻探在JSD-2和JSD-3两个钻孔中均发现含锂辉石的伟晶岩脉和细晶岩脉侵入在不含矿的马颈子花岗岩中,佐证了多期岩浆与成矿事件的存在。伟晶岩中不同矿物U-Pb定年结果表明,全区伟晶岩的形成至少有两期,分别发生在213~206 Ma和199~191 Ma。依据钻孔JSD-1的研究表明,岩浆由深至浅逐步向高分异方向演化。从下向上,花岗岩与伟晶岩同步演化,花岗岩依次出现黑云母花岗岩、含白云母的黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩和钠长石花岗岩,伟晶岩依次出现微斜长石型伟晶岩、微斜长石-钠长石型伟晶岩、钠长石型伟晶岩和钠长石-锂辉石型伟晶岩。根据不同深度伟晶岩的矿化特点,矿床的垂向分带大致划分如下:0~105 m的Li-Be-Nb-Ta矿化带;0~860 m的Be-Nb-Ta矿化带;0~1730 m的第一期Nb-Ta矿化带;1730~3170 m的无矿伟晶岩带;3170~3211 m的第二期Nb-Ta矿化带。

关键词：甲基卡内部分带区域分带伟晶岩成矿作用

东秦岭伟晶岩型高纯石英矿地球化学、锆石U-Pb及Hf同位素研究:对高纯石英找矿方向的探讨

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中国地质 2024年第1期51卷 42-56页

作者：赵海波王红杰张勇马驰朱黎宽中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心青海西宁810000 中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所河南郑州450006 自然资源部高纯石英资源开发利用工程技术创新中心河南郑州450006 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 东华理工大学核资源与环境国家重点实验室江西南昌330013 东华理工大学地质调查研究院江西南昌330013

[研究目的]高纯石英是战略性新兴产业的关键基础材料,是世界稀缺的战略性矿产资源。目前美国以Spruce-Pine花岗伟晶岩作为原料生产的4N8及以上高端石英砂产品几乎垄断国际市场。东秦岭4N级伟晶岩型高纯石英矿点的发现为研究高纯石英形... 详细信息

[研究目的]高纯石英是战略性新兴产业的关键基础材料,是世界稀缺的战略性矿产资源。目前美国以Spruce-Pine花岗伟晶岩作为原料生产的4N8及以上高端石英砂产品几乎垄断国际市场。东秦岭4N级伟晶岩型高纯石英矿点的发现为研究高纯石英形成机制、实现找矿突破和建立成矿模型提供了难得的机遇。[研究方法]通过对东秦岭新发现的伟晶岩型高纯石英矿点开展野外调查,并与美国Spruce-Pine高纯石英矿床伟晶岩开展岩石地球化学、锆石U-Pb同位素年代学和Hf同位素等方面的对比研究。[研究结果]东秦岭10号高纯石英矿形成于早泥盆世,锆石U-Pb年龄为(406.8±0.8)Ma,稍早于美国Spruce-Pine的高纯石英花岗伟晶岩形成时代。东秦岭高纯石英矿点伟晶岩与美国Spruce-Pine高纯石英矿床伟晶岩形成温度均为600℃左右。东秦岭高纯石英矿点伟晶岩与美国Spruce-Pine高纯石英矿床伟晶岩具有相似的岩石地球化学特征,表现I型花岗岩和高分异演化特征,源区物质来源既有下地壳,也有幔源物质。仅通过对东秦岭高纯石英矿点伟晶岩和灰池子花岗岩体空间关系、形成时代和岩石地球化学特征,是不足以完全反演源区特征及成岩成矿过程,对于东秦岭高纯石英矿点伟晶岩和灰池子花岗岩体是否存在同源演化仍需要进一步研究。[结论]东秦岭与美国Spruce-Pine高纯石英矿床在花岗岩类型、岩浆特征和形成温度等方面具有相似性,为进一步揭示高纯石英成矿地质背景和实现找矿突破提供理论依据。

关键词：岩石地球化学锆石U-Pb Hf同位素高纯石英伟晶岩矿产勘查工程东秦岭