鋰同位素在稀有金屬成礦過(guò)程的分餾機(jī)制
——以川西打槍溝為例

何成麟，張博，殷聃，成欣怡，張姚

（1. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院， 四川成都 610059； 2. 四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊(duì)，四川成都 611730）

6Li和7Li作為鋰的兩種穩(wěn)定同位素，易產(chǎn)生分餾，為利用鋰同位素示蹤各種地質(zhì)過(guò)程提供可能條件。鋰同位素被廣泛用于隕石研究、殼幔作用、巖漿演化、熱液成礦過(guò)程等方面［1］。鋰元素為中等不相容元素，使其傾向于在巖漿演化的晚期富集［2］。富鋰鈹?shù)南∮薪饘倩◢弾r經(jīng)歷了廣泛的巖漿分異和熱液過(guò)程［3］。鋰在稀有金屬花崗巖的巖漿分異和熱液作用過(guò)程中含量和同位素組成變化較大［4］。因此，鋰同位素是巖漿演化和熱液作用過(guò)程物理化學(xué)條件演化的有效示蹤劑。

打槍溝鋰鈹?shù)V床位于松潘-甘孜造山帶主體的雅江被動(dòng)陸緣中央褶皺推覆帶［5］，是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的中型鋰鈹?shù)V床［6］。礦區(qū)內(nèi)出露可能與偉晶巖具同源巖漿演化關(guān)系的幾類(lèi)巖漿巖，為鋰同位素方法實(shí)驗(yàn)、研究提供了理想條件。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

打槍溝鋰鈹?shù)V礦區(qū)出露三疊系新都橋組白云母黑云千枚狀片巖、含炭質(zhì)黑云母石英千枚狀片巖。構(gòu)造單一，主要為褶皺構(gòu)造。整個(gè)礦區(qū)位于九龍向斜南端。侵入巖主要是正長(zhǎng)巖與石英閃長(zhǎng)巖，石英閃長(zhǎng)巖與三疊系圍巖的內(nèi)外接觸帶附近有含礦偉晶巖脈成群成帶貫入。01號(hào)偉晶巖脈為礦區(qū)最大含礦偉晶巖脈，走向?yàn)楸蔽?北東向，傾向?yàn)?0°～334°，傾角12°～34°，長(zhǎng)度大于450m，平均厚度為22m，最厚達(dá)44.6m，礦體延伸尚未控制。

表1 各類(lèi)型偉晶巖主要特征 /%

2 樣品分析方法

2.1 樣品特征

筆者對(duì)打槍溝與偉晶巖有關(guān)的中-酸性巖體進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣，采集測(cè)試24件樣品，其中偉晶巖樣品12件，二云母花崗巖3件，石英閃長(zhǎng)巖3件，白云母花崗巖3件，正長(zhǎng)巖3件。根據(jù)偉晶巖體主要造巖礦物的共生組合、交代強(qiáng)弱，可將礦區(qū)偉晶巖分為表1中的四類(lèi)［7］。以橋棚子為起點(diǎn)，到東部打槍溝鋰鈹?shù)V床一帶，可圈劃為3個(gè)偉晶巖帶（圖1）。Ⅰ類(lèi)型偉晶巖、二云母花崗巖樣品采于A帶，Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類(lèi)偉晶巖、石英閃長(zhǎng)巖、白云母花崗巖正長(zhǎng)巖采于C帶的礦區(qū)內(nèi)。其中Ⅲ、Ⅳ類(lèi)偉晶巖樣品為含礦偉晶巖，Ⅰ、Ⅱ類(lèi)偉晶巖不含礦。

2.2 測(cè)試方法

全巖鋰同位素分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成，分析儀器為NuPlasmaMC-ICP-MS質(zhì)譜儀。主要步驟有3個(gè)：樣品溶解、化學(xué)分離、MCICP-MS測(cè)試［8］，分析結(jié)果見(jiàn)表2。

圖1 打槍溝地區(qū)巖漿巖分布圖

3 分析結(jié)果

每件樣品都測(cè)試了副樣，均呈現(xiàn)較好的重現(xiàn)性，標(biāo)準(zhǔn)偏差在要求范圍內(nèi)。從表2中可見(jiàn)，巖漿作用與熱液作用中Li含量變化均較大，在巖漿作用過(guò)程呈緩慢遞增的趨勢(shì)，在熱液作用階段呈快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)；Nb和Ta元素在鈉長(zhǎng)石-鋰輝石階段也有迅速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，Ta增長(zhǎng)的幅度更大。δ7Li值在早期巖漿演化階段變化不大，略微有變負(fù)趨勢(shì)，主要分布于-1.16‰～+1.59‰；在晚期熱液作用階段呈現(xiàn)較大的分餾，偉晶巖δ7Li值分布于-4.55‰～+12.4‰，呈現(xiàn)不少極值分布，表明在熱液作用階段，鋰同位素發(fā)生了較大程度的分餾作用見(jiàn)圖2。

表2 打槍溝鋰鈹?shù)V床中-酸性巖體鋰同位素組成和微量組成

圖2 打槍溝巖體和偉晶巖鋰同位素分布圖

4 鋰同位素的分餾機(jī)制

花崗巖類(lèi)的巖漿演化過(guò)程中，熔體相中的鋰會(huì)愈加富集［9］。本次研究表現(xiàn)，各種巖體的Li含量表現(xiàn)為正長(zhǎng)巖→石英閃長(zhǎng)巖→二云母花崗巖→白云母花崗巖→Ⅰ類(lèi)偉晶巖→Ⅱ類(lèi)偉晶巖→Ⅲ類(lèi)偉晶巖→Ⅳ類(lèi)偉晶巖，因此Li含量的富集趨勢(shì)也代表了本礦區(qū)巖漿-熱液演化的序列。從鋰同位素δ7Li值與Li含量關(guān)系來(lái)看，在巖漿演化階段，δ7Li值與Li含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而到了巖漿演化疊加熱液交代作用階段，δ7Li值與Li含量無(wú)明顯關(guān)系(圖3a)。Nb/Ta和Zr/Hf值與巖漿分異程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系［10］，為深入了解在巖漿演化過(guò)程及最后的熱液成礦階段鋰同位素體系的變化情況，分別以全巖Nb/Ta和Zr/Hf比值作為橫坐標(biāo)，δ7Li值作為縱坐標(biāo)作圖。結(jié)果表明，在巖漿結(jié)晶分異演化過(guò)程中，鋰同位素未發(fā)生明顯的分餾，而在形成偉晶巖的熔體相-流體相相互作用階段，δ7Li值出現(xiàn)較大的分布范圍，暗示在熱液作用過(guò)程7Li更傾向于進(jìn)入某些特定礦物中，因?yàn)閭ゾr的礦物不均勻分布，所以鋰同位素具有極值分布特征(圖3b,c)。

5 結(jié)論

（1）含礦偉晶巖的δ7Li為正值，穩(wěn)定且變化幅度較小；不含礦偉晶巖的δ7Li有正值也有負(fù)值，絕對(duì)值波動(dòng)較大，不穩(wěn)定無(wú)明顯規(guī)律。二者之間的鋰同位素組成具有較明顯的差異，說(shuō)明δ7Li值在一定程度上可作為該地區(qū)找礦的“示蹤劑”。

（2）Li含量的富集趨勢(shì)也代表了本礦區(qū)巖漿-熱液演化的序列。

圖3 鋰同位素δ7Li值與全巖成分變化關(guān)系

（3）從樣品同位素δ7Li值與Li含量關(guān)系來(lái)看，在巖漿演化階段，δ7Li值與Li含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而到了巖漿演化疊加熱液交代作用階段，δ7Li值與Li含量無(wú)明顯關(guān)系。

（4）巖漿演化過(guò)程中，鋰同位素未發(fā)生明顯的分餾，而在偉晶巖階段，δ7Li值則出現(xiàn)較大的分布范圍，暗示在殘余巖漿分異疊加熱液作用過(guò)程中7Li更傾向于進(jìn)入某些特定礦物中，偉晶巖的礦物不均勻分布導(dǎo)致鋰同位素呈極值分布特征。熱液交代作用為鋰同位素分餾的主控因素。