鋰同位素在偉晶巖礦床成因中的應(yīng)用

新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第四地質(zhì)大隊(duì) 新疆 阿勒泰 836500

偉晶巖礦床中出產(chǎn)的稀有金屬主要有鈾、鎢、鋯、鋰、錫等等，對科技和工業(yè)的發(fā)展起到重要的作用。其中，鋰作為新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要資源，在很多行業(yè)中都有很好的應(yīng)用。在地質(zhì)工作中，關(guān)于鋰礦的勘探開采在不斷加快腳步。不過，有關(guān)偉晶巖礦床的成因還有一定的爭議，而有關(guān)研究顯示，鋰同位素在偉晶巖巖漿源區(qū)性質(zhì)的研究方面可以提供有力的證據(jù)，在礦床成因問題的解決上發(fā)揮了重要的作用。

1 偉晶巖的成因

有關(guān)于偉晶巖的成因還有一定的爭議，具體的爭議點(diǎn)主要有:地殼部分熔融、花崗巖結(jié)晶分異和巖漿液態(tài)不混溶。大家一致認(rèn)同的是，花崗巖和偉晶巖在空間結(jié)構(gòu)上存在聯(lián)系，那么在成因上也很可能有聯(lián)系。花崗巖巖漿演化最后分異結(jié)晶后產(chǎn)生偉晶巖，由于分離結(jié)晶，使殘余熔體中稀有金屬和部分組分增加。其中出現(xiàn)的揮發(fā)性組分和助熔劑會(huì)使熔體的聚合作用和結(jié)晶溫度下降，而熔體的擴(kuò)散速度和流動(dòng)性增強(qiáng)，對形成晶體結(jié)構(gòu)有非常重要的影響。有關(guān)實(shí)驗(yàn)表明，H2O流體相中結(jié)晶的偉晶巖和花崗巖不同，偉晶巖從花崗巖的轉(zhuǎn)變就說明在結(jié)晶序列中有H2O流體飽和點(diǎn)，所以在不混溶的H2O和揮發(fā)性組分下偉晶巖形成?；◢弾r漿結(jié)晶分異產(chǎn)生偉晶巖是之前一致認(rèn)為，巖漿過冷卻到液相線溫度下時(shí)，H2O不飽和的花崗巖熔體中會(huì)結(jié)晶產(chǎn)生偉晶巖。但是，偉晶巖和花崗巖之間的關(guān)系還是不能完全明確，有關(guān)花崗巖結(jié)晶分異模式受到爭議。

有研究表明在兩者的體系中，其地球化學(xué)特征存在不連續(xù)，也有研究表明兩者之間呈現(xiàn)侵入關(guān)系，花崗巖體地球化學(xué)組成具有突變性。之后有研究發(fā)現(xiàn)，偉晶巖脈和高度變質(zhì)的變沉積巖面理基本平行，被認(rèn)為偉晶巖是直接來自變沉積巖的部分熔融。在花崗巖漿不混溶作用下，由于共軛兩相分離，使Na、K、Li分離，而Li的礦化同時(shí)被促進(jìn)，這種分離的現(xiàn)象解釋了偉晶巖中長石的分帶。對花崗巖體系富稀有金屬巖漿分異機(jī)制的研究表明，從巖漿中分離并富集稀有金屬是結(jié)晶分異作用造成，不過也還有其他機(jī)制。偉晶巖的成礦作用是地殼源區(qū)和局部演化聯(lián)合作用的結(jié)果。

2 偉晶巖體系中鋰同位素的分餾

2.1 平衡同位素分餾 鋰同位素的平衡分餾最主要受鍵能的影響，一般6Li進(jìn)入低鍵能礦物結(jié)構(gòu)中的可能性較大，而7Li更傾向于在高鍵能的流體中。偉晶巖帶的高度分異被認(rèn)為是經(jīng)過很多的晶體-熔體的分離結(jié)晶，在高度分異的偉晶巖中，石英、白云母、鋰輝石等相比較變沉積巖和花崗巖，鋰含量和鋰同位素組成都較高，這體現(xiàn)了晶體-熔體之間的鋰同位素分餾，主要在花崗巖分異的晚期。有研究表明，偉晶巖是在流體-熔體共存的狀態(tài)下結(jié)晶的，在偉晶巖帶中有流體存在，花崗巖熔體處在低溫的環(huán)境下就會(huì)溶出很多的流體，進(jìn)而使流體和熔體中結(jié)晶礦物的同位素組成出現(xiàn)不同。含水流體中的熔體處于飽和狀態(tài)時(shí)，形成電氣石，這時(shí)流體-熔體就會(huì)出現(xiàn)鋰同位素的分餾，有多數(shù)的輕鋰進(jìn)入流體。

2.2 擴(kuò)散動(dòng)力同位素分餾 鋰同位素發(fā)生擴(kuò)散動(dòng)力分餾主要是由于兩相同位素具有不同的擴(kuò)散系數(shù)，其中6Li和7Li的質(zhì)量會(huì)影響其有效擴(kuò)散系數(shù)。發(fā)生同位素?cái)U(kuò)散動(dòng)力分餾可能是在礦體與圍巖接觸部位的附近范圍，也可能在礦物內(nèi)部較小范圍內(nèi)發(fā)生。對偉晶巖和圍巖接觸帶上鋰含量及其同位素組成進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)接觸帶圍巖和偉晶巖的7Li值近似，而從接觸帶向外擴(kuò)散大概30m的范圍中，云母石英片巖和角閃巖中鋰的含量和7Li值有很大的降低，在偉晶巖侵入體的較遠(yuǎn)部分，圍巖接觸帶附近的鋰同位素組成出現(xiàn)了較為明顯的不同。從這個(gè)研究中表明，由于鋰擴(kuò)散而使偉晶巖和圍巖之間出現(xiàn)鋰同位素差異。

3 鋰同位素在偉晶巖礦床成因研究中的應(yīng)用

地殼中富集鋰的巖石之一就是偉晶巖，鋰同位素的組成是在近些年來的研究中得到解釋。關(guān)于偉晶巖中鋰同位素的研究主要是在其分餾過程中體現(xiàn)，在來源關(guān)系的研究方面涉及的還比較少。在地殼深熔和地幔分異中，鋰同位素不發(fā)生有意義的分餾，從這就說明，花崗巖石中鋰同位素組成就能夠直接了解源區(qū)的同位素構(gòu)成，所以，有關(guān)于偉晶巖和花崗巖的巖漿源區(qū)性質(zhì)的研究上，鋰同位素能夠?yàn)槠涮峁┹^有力的證據(jù)。

在有關(guān)花崗巖和偉晶巖的形成問題上，近些年來利用礦物的鋰同位素分析得到了較好的應(yīng)用。在有關(guān)檢測中得知，花崗巖-偉晶巖區(qū)域全巖和單礦物的鋰同位素構(gòu)成近似，有研究認(rèn)為，偉晶巖和花崗巖云母中輕鋰的同位素特征不受分離結(jié)晶和地殼深熔作用的影響，是變沉積巖地殼源巖特征的體現(xiàn)。另有研究表明，花崗巖中的7Li值無關(guān)乎巖漿分異程度系數(shù)，地殼深熔和花崗巖結(jié)晶不會(huì)影響其值，主要是其源巖構(gòu)成來控制。有關(guān)花崗偉晶巖的來源問題研究應(yīng)用鋰同位素相對來說還不夠成熟，從研究的實(shí)際狀況來看，偉晶巖全巖和單礦物7Li值比較地殼或花崗巖全巖及單礦物7Li值，可以說明鋰同位素在一定程度上能夠追蹤偉晶巖源區(qū)，不過偉晶巖和其源區(qū)之間存在的聯(lián)系，還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

結(jié)束語

綜上所述，可以得知，在花崗巖和偉晶巖巖漿源區(qū)性質(zhì)方面的研究，鋰同位素的應(yīng)用能夠?yàn)槠涮峁┹^有力的證據(jù)，對偉晶巖礦床稀有金屬成因的研究開發(fā)出了一種新的研究方式，為相關(guān)的研究工作起到了積極的作用，未來隨著研究的不斷深入，鋰同位素在偉晶巖礦床方面的應(yīng)用將會(huì)發(fā)揮更大的作用。