科研进展

广州地化所、深地科学卓越创新中心揭示冷却速率对伟晶岩脉成矿(Li)潜力的影响

  
伟晶岩常常以岩脉群的形式出现在花岗质岩体的顶部带,被认为是花岗质岩体分异的最终产物。形成伟晶岩的熔体脱离其母岩体或者源区后,能够迁移数公里远的距离。同时,自然界中部分伟晶岩也可能是富含成矿物质的沉积岩直接熔融形成。锂(Li)是一种重要的战略金属,相比于地壳中低的Li丰度,部分伟晶岩中Li含量高达百分级。在富Li伟晶岩的研究中,一个非常重要的前沿科学问题是Li为何能在伟晶岩中超常富集。因此,识别影响伟晶岩中Li富集程度的因素对理解其成因十分关键。
针对这一重要科学问题,中国科学院广州地球化学研究所同位素地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心博士后周金胜、王强研究员、徐义刚院士及其合作者对新发现的西昆仑白龙山超大型伟晶岩锂矿及共生岩石进行了年代学、岩石学、矿物学、热模拟和Li同位素分析。对两件伟晶岩的铌钽矿U-Pb定年显示伟晶岩的侵位年龄为212~214 Ma。贫锂辉石的伟晶岩脉(δ7Li = +2.0‰~+4.9 ‰)具有比含锂辉石的脉体(δ7Li = -1.9‰~+0.8 ‰)更高的δ7Li值。通过对结晶分异、流体出溶和侵位后扩散过程中的Li同位素模拟(图1a-c),表明含锂辉石伟晶岩脉体轻的Li同位素组成可能由流体出溶或者短时间的扩散分馏引起,而贫锂辉石伟晶岩脉体重的Li同位素组成则由长时间的扩散分馏导致。结合热模拟的结果(图1d),本研究发现即使是初始富Li的伟晶岩脉,其侵位后如果冷却缓慢,脉体中的Li将会通过颗粒边界扩散作用迁移弥散到周围的地层中,这将急剧降低伟晶岩脉中的Li含量(图1a),从而破坏其成矿潜力。换言之,快速冷却是形成富Li伟晶岩的必要条件之一(图1e)。这一新的发现与伟晶岩矿床中常见的矿化分带现象一致,即富Li的伟晶岩脉往往远离伟晶岩区(远端伟晶岩)的热场中心(即母岩体),而靠近母岩体的区域通常为不含Li的伟晶岩脉(近端伟晶岩),因为近端伟晶岩脉的围岩具有更高的温度,导致伟晶岩脉侵位后冷却缓慢(图1d),不利于成矿。

图1 (a)伟晶岩脉侵位后Li的扩散丢失;(b-c)伟晶岩脉侵位后的Li同位素分馏;(d)远端和近端伟晶岩脉的冷却过程;(e)伟晶岩脉冷却速率与Li含量和Li同位素的关系
该研究主要受中科院先导(A)项目、国家自然科学基金和第二次青藏科考联合资助,研究成果近期发表国际主流地球化学期刊《Chemical Geology》上。
论文信息:Zhou, J. S., Wang, Q., Xu, Y. G., Cempírek, J., Wang, H., Ma, J. L., Wei, G., Huang, T., Zhu, G., Zhang, L., 2021. Geochronology, petrology, and lithium isotope geochemistry of the Bailongshan granite-pegmatite system, northern Tibet: Implications for the ore-forming potential of pegmatites. Chemical Geology, 584, 120484.
论文链接:https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2021.120484