初論高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)：以阿爾金中段地區(qū)為例*

徐興旺 洪濤 李杭 牛磊 柯強(qiáng) 陳建中 劉善科 翟明國

1. 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，北京 1000292. 中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京 1000293. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 1000494. 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，廣東省地球動力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點實驗室，廣州 5102755. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室(珠海)，珠海 5190006. 新疆地礦局第三地質(zhì)大隊，庫爾勒 8410001.

鋰鈹金屬是國家戰(zhàn)略關(guān)鍵金屬資源，在新材料和信息技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)，具有不可替代的重大用途(Linnenetal., 2012; Chakhmouradianetal., 2015)。其中，鋰是動力電池與特種工程塑料的關(guān)鍵材料，鈹是電子電器、航空航天和國防領(lǐng)域等軍事工業(yè)產(chǎn)品和高科技科技產(chǎn)品的關(guān)鍵原材料。我國鋰與鈹金屬高度依賴進(jìn)口，屬于“被卡脖子”緊缺資源(翟明國等，2019)。研究鋰鈹金屬形成機(jī)制、尋找新的鋰鈹金屬資源是目前礦床地質(zhì)研究與找礦勘查的重要任務(wù)。

花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V床是鋰鈹金屬礦床的重要類型(王登紅等, 1998)。經(jīng)過近一個世紀(jì)的研究，地質(zhì)學(xué)家已基本查清此類型礦床的特征，但對鋰鈹金屬異常富集機(jī)制仍不是十分清楚。目前，關(guān)于鋰鈹金屬在源區(qū)花崗質(zhì)巖漿形成過程的富集機(jī)制，巖石學(xué)家和礦床學(xué)家都強(qiáng)調(diào)鋰鈹花崗巖-偉晶巖的母花崗巖(淡色花崗巖)源于變沉積巖的白云母熔融(Holtz and Johannes, 1991; Harrisonetal., 1997; Patio Douce and Harris, 1998; 曾令森等, 2012; Gao and Zeng，2014)，但實驗巖石學(xué)顯示白云母熔融其熔體量小(<10vol%)、熔體從巖石中提取鋰鈹?shù)男实?Gardienetal., 1995; London and Evensen, 2002)?；诤谠颇溉廴诳梢垣@得大體積熔體(可達(dá)50vol%)的實驗結(jié)果(Vielzeuf and Holloway, 1988; Gardienetal., 1995)，我們認(rèn)為變雜砂巖(黑云母片麻巖)與含黑云母的英云閃長質(zhì)片麻巖黑云母部分熔融形成的黑云母花崗質(zhì)高溫巖漿(>800℃)其結(jié)晶形成黑云母花崗巖并可分異演化為淡色花崗巖與鋰鈹花崗巖-偉晶巖、并構(gòu)成高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)，指出高溫花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)鋰鈹成礦作用是鋰鈹大規(guī)模成礦的重要系統(tǒng)。

本文在回顧花崗巖-偉晶巖鋰鈹?shù)V床研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，介紹高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)提出的緣由，并介紹阿爾金中段地區(qū)高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)研究的初步認(rèn)識。

1 花崗巖-偉晶巖鋰鈹富集機(jī)制的理論框架及其局限性

1.1 花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V是鋰鈹?shù)V床的重要類型

花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V是指由花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶分異形成的鋰鈹花崗巖與鋰鈹偉晶巖。這種鋰鈹花崗巖與鋰鈹偉晶巖在成因上為花崗巖持續(xù)分異的結(jié)果、在空間上常相伴產(chǎn)出。典型的鋰鈹花崗巖有法國的Beauvoir鈉長石花崗巖(Cuneyetal., 1992)，葡萄牙的Argemela花崗巖(Charoy and Noronha, 1996；Charoy, 1999)，愛爾蘭的Rosses花崗巖(Burkeetal., 1964; Hall and Walsh, 1971)，西班牙的Belvis de Monroy花崗巖(Merinoetal., 2013)，越南的Dong Ram鈉長石花崗巖(Hien-Dinhetal., 2017)，及我國宜春的鈉長石花崗巖(Huangetal., 2002; Wangetal., 2004; Lietal., 2015)、阿爾泰阿斯喀爾特花崗巖(王春龍等, 2015)與四川甲基卡的細(xì)?；◢弾r(劉善寶等, 2019)。其中法國的Beauvoir鈉長石花崗巖其全巖Li2O含量為1.94%，巖體強(qiáng)烈富集Be (20×10-6～300×10-6)，是一個超大型Li-Be礦床(Raimbaultetal., 1995)。這些花崗巖多伴生有鋰鈹花崗偉晶巖，并表現(xiàn)出連續(xù)的結(jié)晶分異關(guān)系。

1.2 鋰鈹花崗巖-偉晶巖研究現(xiàn)狀

圖1 地殼巖石熔融過程熔體產(chǎn)出率與溫度關(guān)系曲線(據(jù)Gardien et al., 1995 補(bǔ)充與修改) 資料來源：① Patio Douce and Harris (1998); ② Vielzeuf and Holloway (1988); ③ Gardien et al. (1995); ④Patio Douce and Johnston (1991); ⑤ Montel and Vielzeuf (1997); ⑥ Stevens et al. (1997); ⑦ Gardien et al. (1995); ⑧ Patio Douce and Beard (1995); ⑨ Rutter and Wyllie (1988); ⑩ Skjerlie and Johnston (1993)Fig.1 Curve of melting amount versus temperature during the melting of crustal rock (revised after Gardien et al., 1995)

1.3 花崗巖-偉晶巖鋰鈹富集機(jī)制的理論框架及其局限性

花崗巖-偉晶巖中鋰鈹?shù)母患殡S著花崗質(zhì)巖漿形成與演化的整個過程，包括源區(qū)過程(地殼巖石的深熔作用與花崗質(zhì)巖漿的形成和熔體從巖石中提取鋰鈹)、巖漿的結(jié)晶分異與鋰鈹花崗質(zhì)巖漿和鋰鈹偉晶巖巖漿的形成、鋰鈹偉晶巖漿的抽取、流動與結(jié)晶分異和富集成礦(Sheareretal., 1992)。

(1)花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)母患c大規(guī)模成礦涉及源區(qū)花崗質(zhì)巖漿形成過程中巖漿從源巖中提取鋰鈹與花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶分異過程中鋰鈹?shù)母患瘍蓚€重要機(jī)制。

(3)花崗質(zhì)巖漿通過結(jié)晶分異作用形成不同類型的淡色花崗巖與鋰鈹鈉長花崗巖和鋰鈹花崗偉晶巖巖漿。Jahns and Burnham(1969)對偉晶巖的成因進(jìn)行了實驗研究，指出偉晶巖巖漿是水飽和巖漿。對于初始含水0.2%的花崗質(zhì)巖漿其結(jié)晶程度達(dá)到98%時形成的殘余巖漿為水飽和巖漿——偉晶巖巖漿。也就是說，花崗偉晶巖為花崗質(zhì)巖漿高度分異結(jié)晶后的殘余巖漿(Jahns, 1955; Jahns and Tuttle, 1963; Jahns and Burnham, 1969; Simmons and Webber, 2008; London and Morgan, 2012)。London and Evensen(2002)與London(2008)認(rèn)為花崗偉晶巖巖漿鈹富集的形成經(jīng)歷了3個階段：初始花崗質(zhì)巖漿Be含量為6×10-6，巖漿結(jié)晶程度達(dá)～80%時形成二云母花崗巖與鈹初步富集的小體積熔體(Be含量～20×10-6to 30×10-6)；小體積熔體被有效的抽取，如壓濾作用(Beaetal., 1994)，然后持續(xù)結(jié)晶到～80%時形成富鈹?shù)拟c長花崗巖與富鈹?shù)臍堄嗳垠w(可達(dá)綠柱石飽和)，此殘余熔體被抽取可形成綠柱石偉晶巖。而王汝成等(2017)研究指出喜馬拉雅二云母/白云母花崗巖、電氣石花崗巖和石榴石花崗巖都發(fā)育程度不等的鈉長石花崗巖和花崗偉晶巖，即鈉長石花崗巖和花崗偉晶巖可分別從白云母花崗巖、電氣石花崗巖和石榴石花崗巖分異演化形成。近來，吳福元等(2017)、Liuetal. (2019)、Wuetal. (2020)與Xieetal. (2020)等強(qiáng)調(diào)喜馬拉雅地區(qū)的二云母花崗巖、白云母花崗巖和稀有金屬花崗偉晶巖為連續(xù)結(jié)晶分異的產(chǎn)物。

(5)熔劑B、P與F對巖漿中Li與Be富集起重要的促進(jìn)作用。熔劑B、P與F可通過與Li和Be形成氟化物(如BeF2：Fedoseyev, 1961)、硼酸鹽(如鋰的硼酸鹽：Burnham and Nekvasil, 1986；London, 1986)和磷酸鹽(如磷鋰鋁石和磷酸鈉鈹石：Charoy, 1999)等穩(wěn)定復(fù)合體并在熔體中富集。

然而，分析更多的實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的花崗巖-偉晶巖鋰鈹富集機(jī)制理論框架中的源區(qū)巖漿形成過程鋰鈹提取機(jī)制存在一定局限性，主要有：

(2)白云母熔融形成的熔體從巖石中抽取鋰鈹效率低。Londonetal. (1988)針對Macusani流紋質(zhì)黑曜巖的熔融實驗結(jié)果顯示，Li與Be在熔體/殘留體的分配系數(shù)分別為0.8與0.9，這意味著流紋巖的熔融Li與Be更多的留在殘留相。殘留相相對富Li與殘留相有黑云母形成有關(guān)(Patio Douce and Harris, 1998)，白云母脫水熔融反應(yīng)為：

Ms+Pl+Qtz=Bt+Kfs+Als+M

(i)

黑云母是Li的重要儲庫，堇青石與白云母是Be的重要儲庫(Londonetal., 1988; London, 2005, 2008)。在熔融過程殘留相中若出現(xiàn)堇青石與黑云母將導(dǎo)致Be與Li留在殘留相、在熔體中不富集Be與Li金屬(London and Evensen, 2002)。

(3)大規(guī)模鋰鈹富集與成礦需要大規(guī)模地殼巖石的部分熔融。地殼沉積巖、變沉積巖和白云母脫水熔融形成的巖漿具相似的稀有金屬含量(London and Evensen, 2002)。泥質(zhì)巖與變泥質(zhì)巖Be含量0.2×10-6～5×10-6、平均接近3×10-6(Grew, 2002)，白云母脫水熔融形成的巖漿平均的Be含量為0×10-6～5×10-6(London and Evensen, 2002)。變質(zhì)過程和深熔過程沒有Be的富集(London and Evensen, 2002)。為此，要形成大規(guī)模的稀有金屬富集與成礦，需要大規(guī)模的地殼巖石的熔融。

因此，白云母熔融形成花崗質(zhì)巖漿過程的鋰鈹提取可能不是鋰鈹大規(guī)模與高效提取機(jī)制。需要研究與尋找新的機(jī)制與動力學(xué)過程。

2 高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)概念的提出

基于實驗巖石學(xué)研究結(jié)果和我們在阿爾金中段地區(qū)的初步研究，我們提出：變雜砂巖(黑云母片麻巖)和含黑云母的英云閃長質(zhì)片麻巖其黑云母脫水熔融形成的黑云母花崗質(zhì)巖漿為高溫巖漿(>800℃)，其結(jié)晶形成黑云母花崗巖并分異與演化形成淡色花崗巖(二云母花崗巖與白云母花崗巖等)與鋰鈹花崗巖(鈉長花崗巖)-偉晶巖，構(gòu)成高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)。此系統(tǒng)是鋰鈹大規(guī)模成礦的重要系統(tǒng)，也是鋰鈹富集成礦的新機(jī)制。

2.1 開展高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦作用研究的科學(xué)基礎(chǔ)

開展黑云母脫水熔融形成的高溫花崗質(zhì)巖漿鋰鈹成礦作用研究，主要基于以下一些考慮：

(1)在中下地殼花崗巖熔體的形成一般發(fā)生在氣相缺失條件和含水礦物的脫水熔融(Skjerlie and Johnston, 1992; Gardienetal., 1995; Patio Douce and Beard, 1995)。

(2)實驗巖石學(xué)與理論模擬計算結(jié)果顯示：變雜砂巖(黑云母片麻巖)和含黑云母的英云閃長質(zhì)片麻巖黑云母脫水熔融可形成黑云母花崗質(zhì)巖漿與黑云母花崗巖(Skjerlie and Johnston, 1992; Patio Douce and Beard, 1995; Patio Douce and McCarthy, 1998; 魏春景和朱文萍, 2016)。雜砂巖是較泥質(zhì)巖分布更廣泛的沉積巖(Johnsonetal., 2008)，英云閃長巖也是地殼重要的巖石組成。黑云母花崗巖是地殼廣泛分布的花崗巖類型。

(3)黑云母是稀有金屬重要的儲庫(Franzetal., 1986; London and Evensen, 2002; Zhuetal., 2018; 王汝成等, 2019)。沉積巖中黑云母Li2O含量達(dá)2.17%，而共生的白云母Li2O含量為0.46%(Icenhower and London, 1995)。Beus (1966)研究結(jié)果顯示黑云母花崗巖中黑云母中Be含量是其共生的鉀長石、斜長石與石英中Be含量的2倍、5倍和50倍。Beaetal. (1994)對混合巖中淡色體和殘留相黑云母Be分析結(jié)果顯示Be在黑云母與熔體中的分配系數(shù)達(dá)15.5。Icenhower and London (1995)的實驗結(jié)果顯示Li在黑云母與花崗質(zhì)熔體間的分配系數(shù)為1.65。因此，白云母脫水熔融過程形成的黑云母將儲存大量的Be(存留在黑云母中)，花崗巖黑云母結(jié)晶過程也將儲存一些Li。這些黑云母并可經(jīng)過風(fēng)化與搬運(yùn)作用轉(zhuǎn)移到沉積巖中。黑云母脫水熔融可形成更多的稀有金屬。

(4)黑云母脫水熔融有高的熔體產(chǎn)出率(圖1)。例如，Vielzeuf and Holloway (1988)針對Carifio片麻巖開展的脫水熔融實驗結(jié)果顯示，在壓力為10kbar條件下，白云母在750℃以下分解與消失、形成熔體量約為10%，而黑云母800℃開始分解、862℃消失并形成熔體量達(dá)50%；Gardienetal. (1995)開展的二云母片巖脫水熔融結(jié)果顯示，在壓力為10kbar條件下，白云母在靠近750℃附近消失、形成的熔體其含量為13%～15%，而，黑云母在825℃時開始熔融、到950℃時熔體量高達(dá)60%(黑云母脫水熔融形成的熔體含量大于50%)。

(5)黑云母脫水熔融可獲鋰鈹?shù)母咝崛?。黑云母脫水熔融反?yīng)為(Vielzeuf and Montel 1994; Gardienetal., 1995; Patio Douce and Beard, 1995, 1996; Singh and Johannes, 1996)：

Bt+Pl+Qtz=Opx±Cpx±Grt+Kfs+M

(ii)

反應(yīng)式(ii)顯示殘留相礦物主要為斜方輝石、石榴子石與鉀長石，這些礦物與黑云母相比并不富集鋰鈹(Beus, 1966)。為此，進(jìn)入黑云母熔融的高溫熔融是高效提取巖石中稀有元素的有效途徑。

(6)高溫花崗質(zhì)巖漿可含有更高的鋰鈹溶解度、可以攜帶更多的鋰鈹元素(London, 2008)。例如，過鋁質(zhì)花崗質(zhì)巖漿在200MPa和800℃時BeO溶解度可達(dá)2000×10-6(Evensenetal., 1999)。

(7)高溫花崗巖更易結(jié)晶分異，促進(jìn)微量元素的富集與成礦(Chappelletal., 1998, 2004)。

值得指出的是，雖然變雜砂巖(黑云母片麻巖)黑云母脫水熔融也可形成二云母花崗巖(Holtz and Johannes, 1991; Vielzeuf and Montel, 1994; Montel and Vielzeuf, 1997; 楊曉松等, 2001)，但是其熔體成份接近二云母花崗巖的黑云母片麻巖其斜長石排號有特別的限定(An=20～22)。這意味著變雜砂巖(黑云母片麻巖)黑云母脫水熔融形成二云母花崗巖可能是小概率事件。為此，我們強(qiáng)調(diào)變雜砂巖黑云母脫水熔融形成的黑云母花崗質(zhì)巖漿在鋰鈹成礦中的作用。

另外，黑云母脫水熔融在變泥質(zhì)巖部分熔融形成淡色花崗巖過程也起重要作用。Vielzeuf and Holloway (1988)關(guān)于Carifio二云母片麻巖的實驗結(jié)果顯示僅白云母脫水熔融(8kbar與800℃條件)形成的熔體不是淡色花崗巖, 其具高FeO+MgO(3.4%)與CaO(2.0%)和低Na2O(0.2%)與K2O(2.9%)；而只有進(jìn)入黑云母脫水熔融階段形成的熔體才是二云母花崗巖。實際上，形成二云母花崗巖熔體的變泥質(zhì)巖(二云母片巖與二云母片麻巖)的熔融實驗都發(fā)生在進(jìn)入黑云母脫水部分熔融階段(Vielzeuf and Holloway, 1988; Patio Douce and Johnston, 1991; Patio Douce and McCarthy, 1998; Patio Douce and Harris, 1998)。

2.2 黑云母脫水熔融形成的黑云母花崗質(zhì)巖漿為高溫巖漿

高溫花崗巖的概念最先由Chappelletal. (1998)提出。Chappelletal. (1998, 2004)將I型花崗巖分為高溫與低溫兩種亞類，并指出：①高溫I型花崗巖形成于完全或大部分熔融的巖漿，鋯石在最初并不出現(xiàn)，因為鋯不飽和，沒有繼承鋯石，形成于深地殼基性巖或交代的地幔的部分熔融，典型巖石包括英云閃長巖到低K花崗閃長巖。低溫I型花崗巖形成于古老地殼長英質(zhì)火成巖的部分熔融，為成份變化的長英質(zhì)熔體并含晶體殘留，多含繼承鋯石。是否出現(xiàn)繼承鋯石是判別的基本標(biāo)準(zhǔn)；②低溫花崗質(zhì)巖漿形成于水不飽和、在800～850℃的白云母與黑云母的脫水熔融，而高溫花崗巖溫度高于900℃，A型花崗巖為高溫花崗巖、形成溫度約900℃；③S型花崗巖為低溫花崗巖。

圖2 花崗巖溫度分類方案Fig.2 The classification scheme of granite basing the temperature

Vernon(2007)對Lachlan Fold Belt (LFB) S型花崗巖中包體進(jìn)行了詳細(xì)研究，結(jié)果顯示LFB地區(qū)S型花崗巖中包體為捕虜體而不是殘留體，指出該地區(qū)S型花崗巖巖漿形成于高溫麻粒巖相源區(qū)，為熱(hot)花崗巖/高溫花崗巖、而不是 Chappelletal. (2004)認(rèn)為的低溫花崗巖?；趯嶒炠Y料認(rèn)為該地區(qū)S型花崗巖巖漿早期結(jié)晶溫度為950℃。

此后，Milleretal. (2003)根據(jù)花崗巖鋯石飽和溫度，提出熱(hot)和冷(cold)花崗巖的概念。其中前者的溫度大約在840℃左右，含源區(qū)殘留物較少，其形成可能與外來熱的加人有關(guān)；而后者的溫度不超過800℃(平均為766℃)，含源區(qū)殘留物較多，其形成主要與流體加入有關(guān)。熱的花崗巖形成有熱的加入，晶體少易于噴發(fā)；而冷的花崗巖富繼承物質(zhì)與晶體需要流體，不易噴發(fā)。兩種花崗巖形成溫度以800℃為界。

吳福元等(2007，2017)認(rèn)為與麻粒巖相變質(zhì)相關(guān)的、溫度800℃以上的花崗巖為高溫花崗巖。吳福元等(2015)認(rèn)為喜馬拉雅淡色花崗巖可能是從一種高溫的花崗質(zhì)巖漿演化而來的。鑒于二云母花崗巖形成溫度為750～800℃(Scailletetal., 1995; Patio Douce and Harris, 1998)，這種高溫花崗巖巖漿溫度高于800℃。魏春景(2016)指出麻粒巖相泥質(zhì)巖的高溫深融與花崗質(zhì)熔體的形成作用主要通過黑云母脫水熔融反應(yīng)實現(xiàn)。魏春景和朱文萍(2016)指出平均泥質(zhì)巖白云母脫水熔融的溫度在800℃以下，溫度800℃是劃分變質(zhì)相的重要界線。

值得注意的是，實驗巖石學(xué)結(jié)果顯示變泥質(zhì)巖與變雜砂巖中黑云母脫水熔融反應(yīng)的溫度可持續(xù)到900℃以上并可達(dá)1000℃。例如，Patio Douce and Johnston (1991)開展變泥質(zhì)巖在氣相缺失情況下的熔融實驗結(jié)果顯示，在壓力為10kbar時高Ti黑云母開始分解溫度為850℃、完全消失溫度為1000℃；Vielzeuf and Montel(1994)的實驗結(jié)果顯示雜砂巖大規(guī)模熔融溫度在950℃附近。為此，Chappelletal. (1998, 2004)認(rèn)為S型花崗巖形成溫度低于900℃、并將S型花崗巖劃為低溫花崗巖是不合適的。實際上，LFB地區(qū)更長石英質(zhì)的S型花崗巖可以沒有老的鋯石(Elburg, 1996)，但Chappelletal. (2004)認(rèn)為老鋯石通過結(jié)晶分異被移走了，而不是初始巖漿就沒有繼承鋯石。

綜上，我們認(rèn)為吳福元等(2007, 2017)關(guān)于高溫花崗巖的定義是合理的，即麻粒巖相變質(zhì)相關(guān)的、溫度800℃以上的花崗巖為高溫花崗巖。另外Smithiesetal. (2011)認(rèn)為高P與Ti的紫蘇花崗巖形成于高F與Ti黑云母的脫水熔融，形成溫度大于1000℃，為超高溫花崗巖?；诖?，我們采納以800℃與1000℃為界將花崗巖分為低溫花崗巖、高溫花崗巖與超高溫花崗巖(圖2)。基于此方案，部分涉及黑云母部分熔融的二云母片巖部分熔融形成的二云母花崗巖形成溫度高于800℃、屬于高溫花崗巖，變雜砂巖(黑云母片麻巖)黑云母脫水熔融的溫度也大于800℃(Patio Douce and Beard, 1995)、形成的黑云母花崗巖也為高溫花崗巖(圖3)。因此，高溫淡色花崗巖是淡色花崗巖的重要組成部分，黑云母花崗巖是高溫花崗巖、形成黑云母花崗巖的巖漿為高溫巖漿。以黑云母花崗巖為初始結(jié)晶端元并分異演化形成淡色花崗巖與偉晶巖的黑云母花崗巖-淡色花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)為高溫花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)；相對地，變沉積巖白云母熔融形成的淡色花崗巖與其分異演化形成的偉晶巖構(gòu)成低溫花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)。

2.3 高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)是花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)的重要組成部分

高溫花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)更利于鋰鈹成礦，是稀有金屬大規(guī)模成礦的系統(tǒng)。如上所述，高溫部分熔融(黑云母脫水熔融)過程將形成更大規(guī)模的高溫花崗質(zhì)巖漿并從圍巖中提取更多的鋰鈹金屬。

實際上，一些稀有金屬花崗偉晶巖高溫礦物和熔體包裹體的發(fā)育說明這些花崗偉晶巖形成的溫度較高，部分已達(dá)到高溫范疇。一些高分異花崗巖和花崗偉晶巖中含有巖漿成因金綠寶石(Jacobson, 1982)，如西班牙Belvís de Monroy淡色花崗巖體中心相細(xì)晶花崗巖與邊部相粗粒白云母花崗巖中金綠寶石呈包裹體狀出現(xiàn)在斜長石、鉀長石與白云母中(Merinoetal., 2013)，巴西Americana與Santana谷地貓眼金綠寶石的原生礦產(chǎn)于花崗偉晶巖中(Proctor, 1988)，美國東北部Maine地區(qū)的花崗偉晶巖含豐富的金綠寶石(Cook, 1999)，加拿大Manitoba地區(qū)Mavis Lake偉晶巖也發(fā)育金綠寶石(Breaksetal., 2005)，我國阿爾泰地區(qū)的可可托海3號偉晶巖脈、阿斯喀爾特1號偉晶巖脈、塔拉特307號偉晶巖脈、及四川丹巴地區(qū)花崗偉晶巖也含有金綠寶石(張如柏等, 1991；鄒天人與李慶昌, 2006；周起鳳, 2013；王春龍等, 2015)。金綠寶石合成實驗結(jié)果顯示金綠寶石形成溫度大于760℃(Gromalovaetal., 2012)，相平衡實驗結(jié)果顯示形成金綠寶石與石英共生需要高的溫度(775～850℃)與壓力(1.5～1.7kbar)(Barton, 1986)。這意味著這些高分異花崗巖巖漿或花崗偉晶巖漿的溫度大于760℃，其母巖漿溫度可能大于800℃，為高溫花崗質(zhì)巖漿。

圖3 云母花崗巖形成的P-T圖解 變泥質(zhì)巖云母脫水熔融形成淡色花崗巖的區(qū)域以石英-鈉長石-鉀長石水飽和熔融曲線為初始邊界、以平均泥質(zhì)巖黑云母脫水熔融結(jié)束(黑云母消失)曲線為結(jié)束邊界Fig.3 The P-T diagram of the formation of muscovite granite The initial boundary of the dehydration melting area of the metagraywacke to form the leucogranite is basing on the water saturation curve of quartz-albite-potassium feldspar. The end boundary is basing on the average dehydration melting of pelite (disappear of biotite)

值得指出的是，一些花崗偉晶巖熔體包裹體實驗顯示巖漿的溫度很高。如：新疆可可托海3號偉晶巖中石英、鋰輝石和電氣石中熔體包裹體的高溫加熱臺和淬火爐法熔融包裹體進(jìn)行均一法測定獲得的形成溫度范圍分別為1060～930℃(張恩世等, 1987)、900～700℃(盧煥章等, 1996; Luetal., 1997)和1249℃(周起鳳, 2013)，這意味著可可托海偉晶巖巖漿初始溫度可達(dá)900℃、局部可達(dá)1249℃。如此高溫的偉晶巖巖漿其母花崗巖一定是高溫花崗巖。

黑云母花崗巖在花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)中的作用，已被部分學(xué)者關(guān)注。如，Sheareretal.(1992)研究認(rèn)為美國Black Hills地區(qū)的電氣石花崗巖與稀有金屬偉晶巖源于黑云母花崗巖的結(jié)晶分異；Villasecaetal. (2008)指出西班牙Belvís de Monroy含金綠寶石的淡色花崗巖源于成因于雜砂巖部分熔融形成的黑云母花崗巖的分異演化；許暢等(2019)指出幕阜山復(fù)式花崗巖基南緣的長慶黑云母花崗巖與其內(nèi)部的二云母花崗巖和綠柱石偉晶巖具分異演化的關(guān)系。但是，黑云母花崗巖與淡色花崗巖和鋰鈹偉晶巖的關(guān)系沒有被足夠的重視。例如，近年來西昆侖大紅柳地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的白龍山巨型鋰偉晶巖帶其北東側(cè)的水泉溝花崗巖為黑云母花崗巖、西側(cè)的大紅柳灘花崗巖基主體為黑云母二長花崗巖。又如，阿爾泰阿斯喀爾特鈹?shù)V區(qū)發(fā)育與二云母花崗巖同期的黑云母花崗巖(鄒天人與李慶昌, 2006)。

為此，我們認(rèn)為有必要開展高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)的研究。

3 阿爾金中段高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)初步研究

阿爾金中段是鋰鈹金屬成礦研究與找礦的空白區(qū)，研究團(tuán)隊率先于2018年進(jìn)入阿爾金中段無人區(qū)開展花崗偉晶巖型稀有金屬成礦作用的科考與調(diào)查(圖4)。在新疆地勘基金的支持下，近年來(2018-2019年)新發(fā)現(xiàn)2個中-大型花崗偉晶巖型鋰鈹?shù)V(吐格曼鈹鋰礦與吐格曼北鋰鈹?shù)V)和塔什薩依金綠寶石礦，并識別與發(fā)現(xiàn)大量的黑云母花崗巖、二云母花崗巖與偉晶巖(圖5)。初步的研究結(jié)果顯示：這些淡色花崗巖與偉晶巖成因于黑云母花崗巖的分異演化并構(gòu)成高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)，已識別出3種組構(gòu)類型的系統(tǒng)(圖6)。

圖4 阿爾金地區(qū)地質(zhì)簡圖(據(jù)徐興旺等，2019) 超高壓變質(zhì)巖出露位置與年齡據(jù)張建新等(1999)、Zhang et al. (2001, 2005)、曹玉亭等(2009)、Liu et al. (2009, 2012)與朱小輝等(2014)資料Fig.4 Simplified geographic map of the midle part of Altyn Tagh (after Xu et al., 2019) Locations and ages of the high-pressure metamorphic rocks were after Zhang et al. (1999, 2001, 2005), Cao et al. (2009), Liu et al. (2009, 2012) and Zhu et al. (2014)

圖5 阿爾金中段吐格曼地區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)徐興旺等,2019修正)Fig.5 Geological map of the Tugeman area in the midle part of Altyn Tagh (modified after Xu et al., 2019)

圖6 阿爾金中段高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)組構(gòu)類型剖面模式圖Fig.6 Patterns of high temperature Li-Be granitic pegmatite metallogenic system of the middle part of Altyn-Tagh

圖7 吐格曼層狀巖體遙感影像(a)與露頭照片(b-d)Fig.7 Remote sensing geological map (a) and outcrops (b-d) of the layered Tugeman granite

3.1 三種組構(gòu)類型特征簡介

3.1.1 組構(gòu)A：高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)

吐格曼層狀花崗巖(A1) 巖體產(chǎn)出于中元古界復(fù)理石建造中(圖5)，出露面積約30km2；巖體層狀構(gòu)造發(fā)育(圖7a)，包括不同礦物組成花崗巖的巖性層及其內(nèi)部礦物分帶而顯示的層狀構(gòu)造(圖7b-d)；巖體巖石類型多樣，有黑云母花崗巖、二云母花崗巖、白云母花崗巖和電氣石石榴子石鈉長花崗巖；層狀黑云母二長花崗巖分布于巖體的外側(cè)與邊緣，而其它巖性層構(gòu)成的淡色層狀花崗巖體是巖體的主體；層狀淡色花崗巖中發(fā)育從二云母花崗巖、白云母和鈉長花崗巖的連續(xù)結(jié)晶分異與演化的多個韻律組合。部分地段可見從黑云母花崗巖到二云母花崗巖和白云母花崗巖疊置分布現(xiàn)象(圖7)。初步的鋯石U-Pb測年與Ti含量溫度估算結(jié)果顯示，巖體形成于～900Ma(未發(fā)表數(shù)據(jù))，黑云母花崗巖、二云母花崗巖與白云母花崗巖鋯石結(jié)晶溫度的平均值分別為828℃、792℃和739℃(圖8)。目前沒有發(fā)現(xiàn)與吐格曼層狀巖體同期的花崗偉晶巖，可能已被剝蝕。

圖8 吐格曼層狀花崗巖鋯石結(jié)晶溫度直方圖Fig.8 Histograms of crystallization temperatures of zircons of layered granites from Tugeman area

圖9 阿亞格巖體邊部二云母花崗巖-鈉長花崗巖-花崗偉晶巖與圍巖接觸關(guān)系 Bt-黑云母; Grt-石榴子石; Kf-鉀長石; Pl-斜長石; Q-石英Fig.9 Contact relationship between two-mica granite, albite granite, granitic pegmatite and host wallrock Bt-biotite; Grt-garnet; Kf-K-feldspar; Pl-plagioclase; Q-quartz

阿亞格高溫花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)(A2) 以新識別的阿亞格黑云母花崗巖為中心，二云母花崗巖與鈉長花崗巖位于黑云母花崗巖的頂部與外側(cè)(圖9a)，以發(fā)育電氣石為特征的花崗偉晶巖從淡色花崗巖中進(jìn)入圍巖(圖9b)，花崗巖與偉晶巖明顯截切片麻巖。偉晶巖中未見鋰鈹?shù)V物，可能系統(tǒng)中的鋰鈹偉晶巖已被剝蝕。阿亞格黑云母花崗巖含少量的石榴子石、電氣石與榍石，這可能意味著其原巖為變沉積巖。值得指出的是，在阿亞格巖體的南側(cè)接觸帶發(fā)育一套透輝石角閃巖相-麻粒巖相的變質(zhì)巖，其中發(fā)育沿片麻理發(fā)育的黑云母花崗巖層或條帶(圖9a)，麻粒巖中也可見一些垂直地層與花崗巖層的網(wǎng)脈狀淺色體(圖9d)。變質(zhì)巖中的黑云母顆粒細(xì)小，具與阿亞格黑云母花崗巖相似的礦物組成，包括含石榴子石、電氣石與榍石(圖9c, e)，但含相對多的榍石。這可能意味著麻粒巖中的黑云母花崗巖可能是黑云母脫水熔融形成的初始熔體。

托巴二云母花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng) 研究區(qū)新發(fā)現(xiàn)的吐格曼鈹鋰礦、吐格曼北鋰鈹?shù)V和瓦石峽南鋰礦在空間分布上以托巴二云母花崗巖為中心向北東與向西分帶分布(徐興旺等，2019)，這3個礦床的形成可能與托巴二云母花崗巖有關(guān)或與其同期的花崗巖有關(guān)，并構(gòu)成一個完成的成礦系統(tǒng)。初步的測年結(jié)果顯示，吐格曼鈹鋰礦與吐格曼北鋰鈹?shù)V的成礦年齡為468～460Ma,與研究區(qū)南部的薩拉姆黑云母花崗巖相近，由此推測托巴二云母花崗巖和其周邊的鋰鈹偉晶巖礦物也與黑云母花崗巖有關(guān)。

圖10 吐格曼鈹鋰礦區(qū)遙感地質(zhì)圖(a)和偉晶巖露頭照片(b、c)(據(jù)徐興旺等，2019修正)Fig.10 Remote sensing geological map (a) and outcrops of pegmatite (b, c) of Tugman Li-Be deposit (after Xu et al., 2019)

其中吐格曼鈹鋰礦為花崗偉晶巖型鈹鋰礦，產(chǎn)出于吐格曼層狀花崗巖中(圖4)。礦區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)偉晶巖脈43條，其中長度大于100m的有24條，最長的脈體tγρ1長度大于1300m；脈體寬1～7m?；◢弬ゾr呈較規(guī)則的陡傾脈帶產(chǎn)出，礦區(qū)東北部與西南部的脈帶其脈體呈近東西向展布，而中南部的脈帶呈北東向展布。出露較好的中南部脈帶部分脈體呈樹枝狀與雁列式展布(圖10a)。礦區(qū)花崗偉晶巖脈其礦物組成類型主要有電氣石微斜長石偉晶巖、石英微斜長石偉晶巖、電氣石綠柱石微斜長石偉晶巖、微斜長石偉晶巖、白云母電氣石微斜長石偉晶巖和石英偉晶巖。一些較長和較寬的偉晶巖脈在側(cè)向、縱向與垂向都表現(xiàn)出一定的分帶特征(圖10b)。吐格曼礦區(qū)稀有金屬花崗偉晶以富含綠柱石與微斜長石為特征，綠柱石晶體較大者其長柱長達(dá)20cm，綠柱石多發(fā)育在鉀長石英帶，位于鉀長石與石英之間(圖10c)。礦區(qū)偉晶巖中綠柱石的產(chǎn)狀與共生礦物組合與典型的含綠柱石花崗偉晶巖的特征相似(London，2005；London and Kontak，2012)。偉晶巖BeO品位0.04%～1.78%、Li2O品位0.26%～3.66%、伴生Cs、Nb、Ta。初步估算鈹鋰金屬資源量已達(dá)中型礦床規(guī)模。偉晶巖中熱液鋯石LA測年結(jié)果顯示成礦年齡為460Ma(徐興旺等，2019)。

吐格曼鈹鋰礦與吐格曼北鋰鈹?shù)V為加里東期(468～460Ma)的鋰鈹偉晶巖區(qū)。偉晶巖年齡與礦區(qū)南部黑云母花崗巖年齡(約為470Ma)相近，這可能意味著吐格曼鈹鋰礦與吐格曼北鋰鈹?shù)V的形成與470Ma的黑云母花崗巖有關(guān)。

3.1.2 組構(gòu)B：高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)

組構(gòu)B以由塔什薩依黑云母花崗巖及與其伴生的鋰鈹花崗巖-偉晶巖組成的系統(tǒng)(圖11)為代表。塔什薩依系統(tǒng)的特征包括：黑云母花崗巖糜棱巖化(圖12a)；白云母花崗巖巖墻與金綠寶石鈉長花崗巖巖墻具從黑云母花崗巖中穿出進(jìn)入地層的特征，部分鈉長花崗巖富含磷灰石(含量局部可達(dá)5vol%)；鋰鈹?shù)V物除綠柱石和鋰輝石外，以發(fā)育金綠寶石為特征；金綠寶石發(fā)育在鈉長花崗巖與偉晶巖中(圖12b，c)，綠柱石與鋰輝石發(fā)育在偉晶巖(圖12e，f)；不同類型的偉晶巖圍繞塔什薩依黑云母花崗巖規(guī)律性分布，金綠寶石偉晶巖脈位于黑云母巖體中或其附近，而綠柱石偉晶巖與鋰輝石偉晶巖依次遠(yuǎn)離(圖11)；偉晶巖中金綠寶石與石榴子石和夕線石共生(圖12c，d)，部分金綠寶石與夕線石被白云母包裹和石英中含有夕線石骸晶(圖12d)；及綠柱石偉晶巖與鋰輝石偉晶巖中含有電氣石，即電氣石與綠柱石和鋰輝石共生(圖12e，f)。從白云母花崗巖和金綠寶石鈉長花崗巖與黑云母花崗巖的空間關(guān)系推斷黑云母花崗巖分異演化形成的二云母花崗巖與白云母花崗巖可能呈核幔狀位于黑云母花崗巖中(圖6-組構(gòu)B)。黑云母花崗巖糜棱巖化的特征可能意味著組構(gòu)B形成于剪切構(gòu)造背景。

圖11 塔什薩依金綠寶石礦地質(zhì)圖Fig.11 Geological map of the Tashisayi chrysoberyl deposit

圖12 塔什薩依花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)典型巖石礦石的標(biāo)本與顯微照片F(xiàn)ig.12 Specimens’ images and micrographs of typical rocks and ores in the Tashisayi granite pegmatite deposit

圖13 岔路口黑云母花崗巖及其伴生的花崗偉晶巖的野外露頭(a、b)和顯微照片(c) Mus-白云母; Tur-電氣石Fig.13 Outcrops’ images of Chalukou biotite granite and its associated granitic pegmatite (a,b) and micrograph of two-mica granitic pegmatite (c) Mus-muscovite; Tur-tourmaline

目前，已發(fā)現(xiàn)含金綠寶石鈉長花崗巖脈1條、含金綠寶石偉晶巖脈13條、綠柱石偉晶巖脈4條、鋰輝石偉晶巖脈2條(圖11)。部分偉晶巖中金綠寶石的含量可達(dá)5vol%，塔什薩依金綠寶石礦有望成為我國首個金綠寶石礦床。

3.1.3 組構(gòu)C：片麻狀黑云母花崗巖-二云母花崗質(zhì)偉晶巖系統(tǒng)

組構(gòu)C片麻狀黑云母花崗巖-二云母花崗質(zhì)偉晶巖系統(tǒng)以岔路口片麻狀黑云母花崗巖及與其伴生的二云母花崗質(zhì)偉晶巖為代表。岔路口黑云母花崗巖呈長條狀、平行區(qū)域片麻理構(gòu)造產(chǎn)出(圖5)，片麻狀構(gòu)造發(fā)育(圖13a)，伴生的偉晶巖為二云母花崗偉晶巖、多順片麻理發(fā)育于圍巖片麻巖中(圖13b，c)。偉晶巖中流動構(gòu)造發(fā)育，常見粗粒相與細(xì)?；蚣?xì)晶相共生現(xiàn)象，偉晶巖含黑云母、少見石榴子石，未見鋰鈹?shù)V物。細(xì)晶淡色花崗巖少見，偉晶巖大規(guī)模分布。黑云母花崗巖片麻狀構(gòu)造的發(fā)育與偉晶巖沿片麻理分布的特征意味著組構(gòu)C可能形成于強(qiáng)擠壓與剪切構(gòu)造背景。二云母花崗質(zhì)偉晶巖的發(fā)育意味著花崗偉晶巖可以形成于花崗質(zhì)巖漿分異與演化程度不高的階段，這種低分異花崗偉晶巖不成礦。

3.2 加里東期高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)形成的構(gòu)造背景

阿爾金中段地區(qū)是原特提斯構(gòu)造的重要組成部分(張建新等, 2001；覃小鋒等, 2007；楊文強(qiáng)等, 2012；董順利等, 2013；康磊等, 2013；王立社等, 2016；吳才來等, 2016)，也是我國重要的鐵鉛鋅多金屬成礦帶(陳柏林等, 2009, 2017；喬耿彪等, 2014；王巖等, 2016；陳柏林與孟令通，2018；張輝善等, 2018)。近年來，在阿爾金東段余石山地區(qū)發(fā)現(xiàn)與堿性巖有關(guān)的鈮鉭稀有金屬礦床(余君鵬等, 2012；楊再朝等, 2014)。

阿爾金中段地區(qū)沿江尕勒薩依-清水泉-英格利薩依-巴什瓦克一帶發(fā)育一個超高壓變質(zhì)帶(圖4)，榴輝巖峰值變質(zhì)時間為500～490Ma、退變質(zhì)時間為475～450Ma(劉良等, 1999；張建新等，1999；Zhangetal., 2001, 2005; Liuetal., 2009, 2012;曹玉亭等, 2009;朱小輝等，2014)，這意味著阿爾金中段是一個原特提斯碰撞帶。新發(fā)現(xiàn)的吐格曼與吐格曼北花崗偉晶巖型鋰鈹?shù)V床的形成時代為470～460Ma(徐興旺等，2019；李杭等，2020)，初步的研究顯示與成礦有關(guān)的黑云母花崗巖年齡為480～470Ma，這意味著阿爾金中段鋰鈹花崗偉晶巖及其母花崗巖(黑云母花崗巖)形成于碰撞階段，這與世界上花崗偉晶巖和淡色花崗巖多形成于碰撞或后碰撞構(gòu)造背景是一致的(Harrisetal., 1986；Pitcher，1997；Barbarin，1999；吳福元等，2015；Maetal., 2017)。也就是說，阿爾金中段地區(qū)是一個原特提斯階段的碰撞帶與鋰鈹成礦帶。阿爾金中段地區(qū)碰撞階段黑云母花崗巖大規(guī)模發(fā)育與一些礦床的發(fā)現(xiàn)(圖5)顯示阿爾金中段花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V床成礦條件好、找礦潛力大。

4 結(jié)語

白云母熔融過程形成花崗質(zhì)巖漿其熔體量小(<10vol%)、熔體從巖石中提取鋰鈹?shù)男实?，白云母熔融形成花崗質(zhì)巖漿過程鋰鈹金屬富集機(jī)制可能不是花崗質(zhì)巖漿獲取鋰鈹?shù)闹饕獧C(jī)制。黑云母脫水熔融過程殘留相沒有富含鋰鈹?shù)V物的形成，新形成的花崗質(zhì)巖漿可以高效地從源巖中獲取鋰鈹金屬，是一種新的鋰鈹富集機(jī)制。變雜砂巖(黑云母片麻巖)與含黑云母的英云閃長質(zhì)片麻巖黑云母部分熔融形成的黑云母花崗質(zhì)高溫巖漿(>800℃)其結(jié)晶形成黑云母花崗巖并可分異演化為淡色花崗巖與鋰鈹花崗巖-偉晶巖、并構(gòu)成高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)，是花崗巖-偉晶巖型鋰鈹?shù)V床形成的重要成礦系統(tǒng)。

阿爾金中段鋰鈹成礦系統(tǒng)為典型的高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)，有3種組構(gòu)類型：1)組構(gòu)A以黑云母花崗巖、淡色花崗巖與不同類型偉晶巖在空間上表現(xiàn)出垂向上依次疊置為特征,從黑云母花崗巖到二云母花崗巖、白云母花崗巖與鈉長花崗巖、及從近巖體的電氣石帶到依次遠(yuǎn)離巖體的綠柱石帶、鋰輝石帶和鋰云母帶。組構(gòu)A鋰鈹偉晶巖的分帶與傳統(tǒng)的淡色花崗巖-偉晶巖系統(tǒng)中鋰鈹偉晶巖的分帶相似。2)組構(gòu)B由從外到里依次為糜棱巖化黑云母花崗巖、二云母花崗巖與白云母花崗巖的環(huán)狀巖體與從環(huán)狀巖體中穿出、并向外演化為金綠寶石偉晶巖、綠柱石偉晶巖和鋰輝石偉晶巖帶構(gòu)成。3)組構(gòu)C由片麻狀黑云母花崗巖和與其伴生的、順圍巖片麻理發(fā)育的二云母花崗質(zhì)偉晶巖構(gòu)成。這些特征顯示構(gòu)造動力作用影響與控制巖漿的結(jié)晶分異方式、金綠寶石可形成于高溫花崗巖-偉晶巖鋰鈹成礦系統(tǒng)、及形成于花崗質(zhì)巖漿分異與演化低程度階段的低分異花崗偉晶巖不成礦。

致謝研究過程得到了吳福元、王汝成、秦克章、楊進(jìn)輝、楊志明、范宏瑞、郭敬輝、李曉峰、姜能、郭光軍、錢青、任留東、張建新、張輝與王核等專家的建議與啟示；阿爾金中段地區(qū)稀有金屬成礦作用的野外地質(zhì)調(diào)查與考察過程得到新疆地礦局第三地質(zhì)大隊石福品、劉興忠、楊智全、劉建兵、張筍與宋俊華等的支持與幫助；審稿人給出了有益的建議與意見。在此向他們深表謝意。