西坞口矿床是江南隆起带安徽宁国市近年来发现的首个关键金属铷(Rb)矿床,与成矿有关的岩浆岩为花岗斑岩。矿床中发育两类铷矿体:矿体I赋存于花岗斑岩体内,矿体II产于花岗斑岩体顶部。两类矿体的矿物组合均为多硅白云母+石英。矿体I呈透镜体状产于花岗斑岩体顶部,多硅白云母含量可达70%,品位为0.25%;矿体II产于花岗斑岩体和地层接触带,品位为0.21%。前人对西坞口矿床的矿化特征、岩浆岩年代学、岩浆岩成因开展了研究,但关于铷的赋存状态及成矿机制尚不明确。本次工作分别对成矿岩体和两类矿体中的主要矿物开展了电子探针(EPMA)和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)研究,分析结果显示花岗斑岩中斜长石、钾长石和黑云母中Rb的平均含量分别为3.10×10^-6、872×10^-6和1 328×10^-6,矿体I和II中多硅白云母的Rb平均含量分别为2 544×10^-6和2 686×10^-6。多硅白云母晶体化学计算表明,铷以Rb⁺→K⁺/Na⁺置换的方式进入多硅白云母晶格,在多硅白云母中以类质同象的形式赋存。结合矿床地质特征和区域岩浆岩对比分析,本文提出西坞口矿床成矿岩浆具有较高的Rb背景值以及氟(F)含量,矿物结晶作用使得Rb在残余岩浆含量升高,岩浆向热液过渡阶段的富F特征导致原先岩浆体系的架状硅酸盐结构变成层状,进而有利于结晶出大量富Rb的多硅白云母,并富集形成铷矿体。

花岗伟晶岩型矿床是稀有金属矿床重要的类型之一。在花岗伟晶岩中,稀有金属元素Li、Be、Nb和Ta主要以独立矿物的形式存在,前人对稀有金属独立矿物在硅酸盐熔体中的溶解度及其影响因素展开了系统研究。本文综合分析了已有的实验数据,其结果表明,影响稀有金属独立矿物溶解度最为重要的2个参数是温度(T)和铝饱和指数(ASI)。因此本文建立了稀有金属独立矿物,尤其是铌锰矿和钽锰矿溶解度,与温度(T)和铝饱和指数(ASI)之间的定量关系:
lg [w(Li)/10^-6]=-0.37×[1 000/(T/K)]+4.56,R²=0.44
lg [w(BeO)/10^-6]=-4.21×[1 000/(T/K)]+6.86,R²=0.91
lg [K_sp(Nb)/(mg²·kg^-2)]=-(2.86±0.14)×ASI_(Mn+Li)-(4.95±0.31)×[1 000/(T/K)]+(4.20+0.28),R²=0.86
lg [K_sp(Ta)/(mg²·kg^-2)]=-(2.46±0.11)×ASI_(Mn+Li)-(4.86±0.30)×[1 000/(T/K)]+(4.00+0.30),R²=0.80
式中,温度T为热力学温度,ASI_(Mn+Li)(ASI=Al₂O₃/(CaO+Na₂O+K₂O+Li₂O+MnO),摩尔分数比)和T的适用范围分别为0.6~1.2和1 073~1 373 K的范围内。上述公式为估算硅酸盐熔体中稀有金属含量提供了便利,为量化花岗伟晶岩成矿模型提供了基础。
稀有金属独立矿物溶解度随温度降低和铝饱和指数的增加而急剧降低,因此,在岩浆演化过程中,由岩浆侵位、分离结晶以及流体作用等因素引起的岩浆温度降低和铝饱和指数的增加,是导致稀有金属独立矿物结晶的主要机制。

错那洞穹隆是北喜马拉雅片麻岩穹隆带(NHGD)中发现的新成员,穹隆由核-幔-边3部分组成。核部由寒武纪花岗质片麻岩组成,幔部由早古生代云母片岩和夕卡岩化大理岩组成,边部由变质沉积岩组成。在穹隆核部后期侵入有淡色花岗岩和伟晶岩脉。祥林铍锡多金属矿位于错那洞穹隆北部,矿区内发育多条南北向、北东向张性断裂。通过系统的地表工程控制,在穹隆幔部和断层破碎带内新发现了铍锡多金属工业矿体。通过错那洞穹隆北部祥林矿区的解剖,矿化类型可初步划分为夕卡岩型、锡石-石英脉型、锡石-硫化物型和花岗伟晶岩型。夕卡岩型矿体赋存在穹隆幔部的夕卡岩化大理岩内,矿化以铍、锡、钨为主,锡品位变化较大。锡石-石英脉型矿体受北东向张性断裂控制,矿化以锡、铍、钨为主,矿石品位相对较富。锡石-硫化物型矿体受大理岩内的层间滑脱构造控制,富锡,而铍、钨相对较贫。伟晶岩型矿体矿化为铍为主,伴生铷等。钻孔深部验证发现夕卡岩型矿体、锡石-硫化物型矿体、锡石-石英脉型矿体深部延伸较稳定。通过岩浆与铍锡多金属成矿作用的关系的研究,提出了祥林矿区两期次铍锡钨多金属矿成矿作用,分别与弱定向二云母花岗岩及白云母花岗岩两期次淡色花岗岩浆活动密切相关。在矿体特征研究和矿床类型总结的基础上,明确了下一步的找矿标志和方向。锡石-硫化物型铍锡多金属矿和锡石-石英脉型铍锡多金属矿铍、锡、钨品位相对较富,为今后主攻的矿床类型。

古近纪时期,华南江汉盆地的潜江凹陷和江陵凹陷发育盐湖,沉积了巨厚的蒸发岩,并形成和储藏了富锂、钾、铷、铯、溴、碘等元素的卤水资源,这些元素含量达到工业品位或综合利用品位;富锂卤水属于深层地下卤水型锂矿资源,镁锂比值低,是非常优质的锂资源。本文总结了江汉盆地大地构造特征、火成岩及古气候背景,论述了古盐湖沉积岩相特征、富锂卤水水化学、分布及储层特征、卤水中锂的来源与富集机理、卤水型锂矿成矿模式以及富锂卤水勘查与开采技术进展,提出了卤水开发利用中存在的问题和解决途径。江汉盆地富锂卤水成因包括:古盐湖锂可能主要来自高温水岩反应产生的富锂热液流体的补给;在干旱的气候下,古湖水不断蒸发浓缩,导致卤水中锂浓缩富集;在盐湖演化末期,逐渐埋藏的盐类晶间富锂卤水被转移至裂隙、砂岩及玄武岩储层中储集;在较高的地热背景值下,埋藏卤水与储层岩石可能发生水岩反应,进一步促进了卤水中锂的富集。江汉盆地深层卤水初步勘查显示,氯化锂资源量已达到大型工业规模,展示了巨大的资源潜力。此外,卤水锂开采技术已基本形成,建议进一步加强富锂卤水的绿色开发技术研究,制定相关勘查开发规范。