锂同位素在伟晶岩矿床成因中的应用

2021-01-28

探索科学(学术版) 2020年8期

新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第四地质大队新疆阿勒泰 836500

伟晶岩矿床中出产的稀有金属主要有铀、钨、锆、锂、锡等等，对科技和工业的发展起到重要的作用。其中，锂作为新兴产业发展中的重要资源，在很多行业中都有很好的应用。在地质工作中，关于锂矿的勘探开采在不断加快脚步。不过，有关伟晶岩矿床的成因还有一定的争议，而有关研究显示，锂同位素在伟晶岩岩浆源区性质的研究方面可以提供有力的证据，在矿床成因问题的解决上发挥了重要的作用。

1 伟晶岩的成因

有关于伟晶岩的成因还有一定的争议，具体的争议点主要有:地壳部分熔融、花岗岩结晶分异和岩浆液态不混溶。大家一致认同的是，花岗岩和伟晶岩在空间结构上存在联系，那么在成因上也很可能有联系。花岗岩岩浆演化最后分异结晶后产生伟晶岩，由于分离结晶，使残余熔体中稀有金属和部分组分增加。其中出现的挥发性组分和助熔剂会使熔体的聚合作用和结晶温度下降，而熔体的扩散速度和流动性增强，对形成晶体结构有非常重要的影响。有关实验表明，H2O流体相中结晶的伟晶岩和花岗岩不同，伟晶岩从花岗岩的转变就说明在结晶序列中有H2O流体饱和点，所以在不混溶的H2O和挥发性组分下伟晶岩形成。花岗岩浆结晶分异产生伟晶岩是之前一致认为，岩浆过冷却到液相线温度下时，H2O不饱和的花岗岩熔体中会结晶产生伟晶岩。但是，伟晶岩和花岗岩之间的关系还是不能完全明确，有关花岗岩结晶分异模式受到争议。

有研究表明在两者的体系中，其地球化学特征存在不连续，也有研究表明两者之间呈现侵入关系，花岗岩体地球化学组成具有突变性。之后有研究发现，伟晶岩脉和高度变质的变沉积岩面理基本平行，被认为伟晶岩是直接来自变沉积岩的部分熔融。在花岗岩浆不混溶作用下，由于共轭两相分离，使Na、K、Li分离，而Li的矿化同时被促进，这种分离的现象解释了伟晶岩中长石的分带。对花岗岩体系富稀有金属岩浆分异机制的研究表明，从岩浆中分离并富集稀有金属是结晶分异作用造成，不过也还有其他机制。伟晶岩的成矿作用是地壳源区和局部演化联合作用的结果。

2 伟晶岩体系中锂同位素的分馏

2.1 平衡同位素分馏锂同位素的平衡分馏最主要受键能的影响，一般6Li进入低键能矿物结构中的可能性较大，而7Li更倾向于在高键能的流体中。伟晶岩带的高度分异被认为是经过很多的晶体-熔体的分离结晶，在高度分异的伟晶岩中，石英、白云母、锂辉石等相比较变沉积岩和花岗岩，锂含量和锂同位素组成都较高，这体现了晶体-熔体之间的锂同位素分馏，主要在花岗岩分异的晚期。有研究表明，伟晶岩是在流体-熔体共存的状态下结晶的，在伟晶岩带中有流体存在，花岗岩熔体处在低温的环境下就会溶出很多的流体，进而使流体和熔体中结晶矿物的同位素组成出现不同。含水流体中的熔体处于饱和状态时，形成电气石，这时流体-熔体就会出现锂同位素的分馏，有多数的轻锂进入流体。

2.2 扩散动力同位素分馏锂同位素发生扩散动力分馏主要是由于两相同位素具有不同的扩散系数，其中6Li和7Li的质量会影响其有效扩散系数。发生同位素扩散动力分馏可能是在矿体与围岩接触部位的附近范围，也可能在矿物内部较小范围内发生。对伟晶岩和围岩接触带上锂含量及其同位素组成进行研究，发现接触带围岩和伟晶岩的7Li值近似，而从接触带向外扩散大概30m的范围中，云母石英片岩和角闪岩中锂的含量和7Li值有很大的降低，在伟晶岩侵入体的较远部分，围岩接触带附近的锂同位素组成出现了较为明显的不同。从这个研究中表明，由于锂扩散而使伟晶岩和围岩之间出现锂同位素差异。

3 锂同位素在伟晶岩矿床成因研究中的应用

地壳中富集锂的岩石之一就是伟晶岩，锂同位素的组成是在近些年来的研究中得到解释。关于伟晶岩中锂同位素的研究主要是在其分馏过程中体现，在来源关系的研究方面涉及的还比较少。在地壳深熔和地幔分异中，锂同位素不发生有意义的分馏，从这就说明，花岗岩石中锂同位素组成就能够直接了解源区的同位素构成，所以，有关于伟晶岩和花岗岩的岩浆源区性质的研究上，锂同位素能够为其提供较有力的证据。

在有关花岗岩和伟晶岩的形成问题上，近些年来利用矿物的锂同位素分析得到了较好的应用。在有关检测中得知，花岗岩-伟晶岩区域全岩和单矿物的锂同位素构成近似，有研究认为，伟晶岩和花岗岩云母中轻锂的同位素特征不受分离结晶和地壳深熔作用的影响，是变沉积岩地壳源岩特征的体现。另有研究表明，花岗岩中的7Li值无关乎岩浆分异程度系数，地壳深熔和花岗岩结晶不会影响其值，主要是其源岩构成来控制。有关花岗伟晶岩的来源问题研究应用锂同位素相对来说还不够成熟，从研究的实际状况来看，伟晶岩全岩和单矿物7Li值比较地壳或花岗岩全岩及单矿物7Li值，可以说明锂同位素在一定程度上能够追踪伟晶岩源区，不过伟晶岩和其源区之间存在的联系，还需要进一步进行研究。