锂(Li)铍(Be)等关键稀有金属作为“战略金属",在航空航天、可充电电池等新兴技术领域占据着不可替代的地位,属于“被卡脖子"紧缺资源,亟需重点关注(翟明国等, 2019)。花岗伟晶岩型锂铍矿床作为锂铍金属最重要的矿床来源之一(王登红等, 2022; 洪涛等, 2023)提供了全球一半的锂资源和大部分的铍资源(Benson et al., 2017),但此类矿床在成矿期和成矿后常因受到岩浆热液过程影响、构造活动和变质作用扰动侵位环境以及部分稀有金属富集和活化差异等改造,呈现出复杂、多阶段和多期次的矿化特征。聚焦花岗伟晶岩型矿床的成矿机制和控矿因素一直是矿床学研究的热点。
西昆仑大红柳滩-白龙山成矿带是我国近年来新发现的重要的稀有金属伟晶岩成区带,区内花岗伟晶岩型矿床普遍存在的叠加变形对Li、Be等关键金属活化、富集成矿的影响过程及机制问题还悬而未决。
针对此,中山大学洪涛副教授研究小组对该区域内与拆离断层作用相关的花岗伟晶岩开展了系统的野外调查和研究,揭示了伟晶岩的构造控矿规律,并深入探讨了伟晶岩中富集关键金属矿物的溶解-沉淀成矿机制。获得了如下主要认识:
大红柳滩稀有金属伟晶岩带与拆离断层诱发的韧性剪切带
具有密切的时空及成因联系
在片麻岩穹隆发育过程中,具韧性变形特征的富锂辉石伟晶岩侵入了中-高温/中-低压变质岩与花岗岩类岩体;云母原位Rb-Sr定年与铌铁矿族矿物U-Pb定年表明,阿克塔斯、喀拉卡、白龙山及龙门山矿床的锂辉石伟晶岩记录了两期成矿年龄,第一期集中于晚三叠世(212~205 Ma),第二期形成于早侏罗世(195~193 Ma);共生的石英与锂辉石显微结构与SIMS进一步表明,韧性变形为伟晶岩中Li、Be的富集提供了有利条件。
图1 大红柳滩阿克塔斯-喀拉卡片麻穹窿及两期伟晶岩分布、韧性变形特征
图2 大红柳滩地区阿克塔斯、喀拉卡、白龙山、龙门山矿床含锂伟晶岩中未变形和变形云母Rb-Sr原位等时线年龄
图3 大红柳滩地区阿克塔斯、喀拉卡、白龙山、龙门山矿床含锂伟晶岩铌铁矿族矿物(CGM)的207Pb/235U vs. 206Pb/238U图解(a、c、e、g)和Tera-Wasserburg U-Pb谐和图(b、d、f、h)
图4 大红柳滩地区含锂铍伟晶岩与西昆仑造山带其他地区花岗岩和伟晶岩年龄的比较
白龙山伟晶岩矿床锡石(Cst)、铌铁族矿物(CGM)和锂电气石(Elb)矿物所中观察到的溶解-沉淀耦合机制反映了矿物相与热液流体之间的动态相互作用过程
高分辨率BSE和CL图像揭示了复杂的斑状分带模式,指示了多阶段矿物蚀变。这些模式是溶解-沉淀耦合过程的特征,原生矿物溶解的同时伴随着次生矿物的沉淀。
MICRO-XRF元素图显示CGM、Cst和Elb中出现了多种元素的不同的空间分布特征,进一步证实了矿物改造过程中的元素选择性掺入;分带和元素分布表明暗示了热液流体在伟晶岩内部元素再分配中发挥的关键作用。
这一过程不仅改变了原生矿物相,促成富集稀有金属元素的次生矿物形成,突出了流体-岩石相互作用在锂(Li)、铌(Nb)、钽(Ta)、钨(W)和锡(Sn)等具有经济价值元素在矿化中再富集中的重要性;溶解-沉淀耦合机制为定位伟晶岩内流体蚀变可能提高了稀有金属含量的高品位区提供了有价值的指标。
重点关注指示广泛流体介导蚀变和潜在矿石富集的类似分带模式和元素分布,是未来伟晶岩型稀有金属矿勘查的重要参考方向。
图5白龙山伟晶岩锂矿床CGM和Cst阴极发光(CL)和背散射(BSE)图像
图6白龙山伟晶岩锂矿床Cst与CGM共生样品LA-ICP-MS元素分布图
论文发表于矿床学领域的重要期刊Mineralium Deposita和Journal of Earth Science。本研究由国家自然科学基金(批准号42250202、92162323)、中央高校基本科研业务费(中山大学24lgqb001)、广东省自然科学基金项目(项目编号2022A1515010003)以及广东省引进人才创新创业团队“大数据-数学地球科学与地质事件"项目(2021ZT09H399)联合资助。研究过程得到了翟明国院士、王岳军教授、夏小平教授、徐兴旺研究员、高俊研究员以及Harlaux, M.的有益指导和帮助,测试分析得到了高焕香工程师的帮助。
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