伟晶岩型锂铍矿床是国家紧缺的战略性金属锂铍的重要供给矿床类型。但伟晶岩成因中深熔作用产生熔体量少、萃取锂铍效率低;岩浆结晶分异能否高度富集和高效萃取锂铍也存在争议;随着富锂铍的硅酸盐熔体、熔体-热液不混溶作用的发现,岩浆不混溶作用可能也是新的成因机制。近年来,针对伟晶岩型锂铍矿床的熔体至热液阶段成矿过程的研究主要集中在:花岗伟晶岩全岩地球化学特征解析;造岩矿物(云母、石英、长石等)与矿石矿物(绿柱石等)的精细微区元素地球化学变化规律的总结;造岩矿物、矿石矿物及副矿物(石榴石等)中熔体-热液包裹体矿物学-地球化学特征解析。但伟晶岩矿床中熔体、流体包裹体类型复杂,且与矿床形成时代也没有明显关联性。

锂铍在熔体-热液相间的分配行为和分配过程,以及运移锂铍的络合物稳定性差异是深入认识锂铍超常富集机制的关键。然而,对锂铍在熔体-热液相间分配行为的研究仍然相对薄弱,针对运移锂铍的络合物的稳定性也未开展研究。我们设计了不同矿化溶液的pH值、不同钙和铝含量影响下锂铍络合物结晶锂铍的实验,发现锂铍元素在以上3种不同条件下存在明显的差异性结晶沉淀行为:(1)pH对铍络合物的稳定性控制比锂络合物更明显;(2)在pH值不变的条件下,铝的加入促进了铍的沉淀,却影响锂的沉淀;(3)钙的加入对锂沉淀的影响没有对铍沉淀的影响大。后续将从实验地球化学角度(高温高压实验模拟)剖析锂铍各自络合物的类型、稳定性受控因素,以期建立“锂、铍络合物失稳-成矿”新机制。

NYF型伟晶岩作为重要的战略性矿产资源,一直未受到广泛关注。相对于LCT型伟晶岩,NYF型伟晶岩的内部结构分带较差,极少存在区域性分带,但发育大量Nb、Y、F等矿物。铌铁矿族矿物、云母族矿物、电气石等矿物的地球化学特征能精细揭示NYF型伟晶岩的岩浆-热液演化过程,反映其演化程度。挥发分F、B、P和H₂O等不仅影响NYF型伟晶岩的结晶分异程度,对稀有稀土金属元素超常富集也起至关重要的作用。稀有稀土金属元素的富集、迁移与结晶贯穿整个NYF型伟晶岩的岩浆阶段、岩浆-热液过渡阶段以及热液阶段;高度演化的NYF型伟晶岩中,可以发生铌矿化、铍矿化、铷矿化、稀土 (Y、Ce、Sc等) 矿化以及锆-钍-铀矿化等。今后我国应将碱性岩-碱性花岗岩区域作为NYF型伟晶岩重点勘查区,加强NYF型伟晶岩的研究力度和指导找矿。

宁陕伟晶岩区分布于宁陕花岗岩基南侧的外接触带,是秦岭造山带内三大伟晶岩区之一,并分布有伟晶岩型铷-铍-铌-钽矿床。本研究利用扫描电镜和电子探针对宁陕地区的绿柱石-铌铁矿型伟晶岩进行了矿物学研究,同时对铌铁矿族矿物和晶质铀矿进行了定年工作。矿物成分和结构特征显示伟晶岩内的磷灰石和铌铁矿族矿物均可分为两类。第一类磷灰石和第二类磷灰石分别具有相对低Mn、低Cl(MnO含量为0.41%~2.27%;Cl含量为0~0.06%)和高Mn、高Cl(MnO含量为14.51%~19.12%;Cl含量为0.12%~0.16%)的特征;第一类铌铁矿族矿物在分类图上集中在铌铁矿区域,第二类铌铁矿族矿物则分散于铌铁矿和钽铁矿区域。结合矿物组成和矿物相互交代关系,本研究认为第一类磷灰石和铌铁矿族矿物为岩浆分离结晶作用的产物,而第二类磷灰石和铌铁矿族矿物的形成则均与流体活动关系密切。第一类铌铁矿族矿物的U-Pb年龄((206.3±1.5) Ma)代表伟晶岩的侵位年龄,第一类磷灰石的原位Nd同位素结果(ε_Nd值的范围为-4.3~-2.5)与宁陕岩基内晚三叠世二长花岗岩的ε_Nd值基本一致,指示了其同源性。综合两类磷灰石和铌钽铁矿族矿物的成分和结构特征,本研究认为伟晶岩内流体活动具有多阶段性,次生晶质铀矿U-Pb年龄((199.2±1.5) Ma)与岩浆铌铁矿U-Pb年龄((206.3±1.5) Ma)相接近,暗示了早阶段流体活动与岩浆演化关系密切,属于岩浆-热液过渡阶段形成的残余流体;第二类铌铁矿族矿物中局部残留的高Mn含量和第二类磷灰石中较高的Mn、Cl含量共同指示了晚阶段流体中混合了来自围岩的外来流体。

嘎波伟晶岩型锂矿位于西藏喜马拉雅成矿带东段的库拉岗日穹窿东北端,是最近新发现的稀有金属矿床。含矿伟晶岩主要赋存在库拉岗日穹窿滑脱系的大理岩中,成矿元素以锂为主,共生铍铌钽等稀有金属。本文对锂辉石伟晶岩脉中铌铁矿族矿物开展了详细的矿物学、背散射电子成像和能谱元素面扫描分析。岩相学研究表明锂辉石伟晶岩中铌铁矿族矿物内部结构十分复杂,主要包括正向条带结构、反向条带结构、韵律环带结构和复杂结构4种类型。铌铁矿族矿物的内部结构和成分特征,有效记录了锂辉石伟晶岩形成演化的3个阶段:第一阶段,对应于正岩浆阶段的末期,形成铌铁矿族矿物核部,成分相对均一,没有环带的晶体,以富Nb和Fe为特征;第二阶段,对应岩浆-热液过渡阶段的早期,形成铌铁矿族矿物的正向条带结构、反向条带结构和韵律环带结构,以Nb、Ta、Fe、Mn元素含量周期性变化为特征;第三阶段,对应于岩浆-热液过渡阶段的晚期,该阶段形成铌铁矿族矿物的复杂结构,以大量富Ta和富Mn流体交代为特征。研究结果表明,铌铁矿族矿物内部结构对揭示锂辉石伟晶岩的形成过程与岩浆-热液演化过程具有很好的指示意义。

铌、钽作为稀有金属,其熔点高、密度大、耐高温、超导性等优异性能使其在人类社会多个领域具有不可替代性,也是近20年及未来全球都极为重视的战略资源。了解铌钽在不同岩浆系统中的分异富集及不同类型铌钽矿床的成矿机制是至关重要的。前人已有研究认为影响铌钽分异富集的主要因素有岩浆系统的碱性程度、熔体中水的含量、熔体温度,以及主要含铌、钽的矿物(铌钽铁矿、黑云母、多硅白云母等)的分离结晶和部分熔融过程中的结晶与熔融。此外,高浓度的助熔剂(F,Li,Be,P,H₂O)对铌钽分异富集也有不可忽视的作用。前人研究发现一些铌钽矿床表现出岩浆结晶分异成矿作用特征,但在铌钽矿化发育区域,常伴有强烈的钠长石化和锂云母化等交代作用现象,因此单一的岩浆结晶分异作用或热液交代作用都不能全面地解释复杂的铌钽成矿作用。铌钽分异富集成矿过程中,结晶分异和热液交代作用占比如何,哪个阶段更加富集铌和钽,这些问题有待进一步解决。此外,由于其高铀低普通铅的特性,铌铁矿族矿物也被广泛应用于LA-ICP-MS U-Pb定年,常用标样为Coltan139,其激光分辨率有待进一步提高以解决铌钽矿物复杂化学分带的激光原位定年问题。铌钽矿物Lu-Hf同位素工作开展较少,未来需继续开展同位素工作以示踪物源并指示铌钽分异富集成矿机制。

随着全球经济的发展,世界对稀有金属的需求量越来越大,伟晶岩型稀有金属矿床因其数量多、成矿潜力大而走进了人们的视野。锆石作为伟晶岩中重要的副矿物,是研究伟晶岩型矿床成矿物质来源、流体性质、流体演化过程和稀有金属富集机制的重要对象。本文综述了伟晶岩中锆石研究的最新进展并探讨了其对稀有金属成矿的启示。研究发现伟晶岩锆石具有多种成因且多遭受热液改造,导致其具有复杂的年龄谱系,伟晶岩稀有金属成矿与老锆石存在关联性。锆石微量元素既可以指示伟晶岩锆石的稀有金属矿化,也可以反演岩浆演化过程及揭示成矿流体性质。稀土元素四分组效应是一种特殊的稀土配分模式,这种模式在伟晶岩锆石中同样存在,指示了熔体与流体之间的演化过程。伟晶岩锆石中的Hf-O同位素组成变化很大,Hf同位素可以很好地对伟晶岩源区进行示踪,O同位素是良好的示踪剂。伟晶岩锆石有着丰富的包裹体,利用流体包裹体测温以及成分分析解决岩浆演化阶段时间划分、使用高铀锆石追踪富U流体的来源以及利用锆石Li、Zr同位素特征来揭示成矿过程等将是后续伟晶岩中锆石研究的重点方向。