湖南香花嶺地區(qū)花崗巖中鋰對(duì)成巖成礦的制約

覃莉茜，饒 燦，林曉青，吳潤秋，王 琪

浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，杭州 310027

鋰（Li）是一種超輕金屬元素，在巖漿中具有不相容行為，其含量升高可以降低熔體的粘度，增大熔體的結(jié)晶溫度區(qū)間（Brookins et al.,1986），導(dǎo)致巖漿得到充分結(jié)晶與演化（Mysen et al., 1981；London et al., 1993；Xiong et al., 1999）。稀有金屬（Nb、Ta、Be、Sn 等）花崗質(zhì)巖石通常具有富Li 的特征，尤其是鋰氟花崗巖和Li、Cs、Ta (LCT)型偉晶巖（朱金初等，2000，2002；祝新友等，2014；吳福元等，2017）。然而，鋰氟花崗巖常具有典型的垂直分帶現(xiàn)象，自下而上巖相演化趨勢(shì)為：黑云母花崗巖、二云母花崗巖、白云母花崗巖或淺色花崗巖、黃玉—鋰云母（或鐵鋰云母）—鈉長石花崗巖、云英巖和偉晶巖（朱金初等，2002），如江西宜春雅山花崗巖（楊澤黎，2014；李潔等，2013），法國Beauvoir Ta-Sn-Li 花崗巖（王汝成等，1991；Cuney et al., 1992; Breiter et al.,1997）；LCT 型偉晶巖也具有明顯的結(jié)構(gòu)分帶和區(qū)域分帶，如新疆阿爾泰可可托海3 號(hào)偉晶巖脈具有明顯的結(jié)構(gòu)分帶（朱金初等，2000；周起鳳等，2013），川西甲基卡偉晶巖具有明顯的區(qū)域分帶（王登紅等，2005；李建康，2006）。這些花崗質(zhì)巖石不僅富Li，同時(shí)還富含Be、Nb、Ta、Sn、W 等稀有金屬元素，是稀有金屬礦的主要載體。另外，富F 不富Li 的花崗巖未見垂直分帶現(xiàn)象，如浙江臨安大明山花崗巖（董傳萬等，2007；齊巖辛等，2016）、西準(zhǔn)噶爾克拉瑪依花崗巖體（高山林等，2006）；Nb、Y、F(NYF)型偉晶巖結(jié)構(gòu)分帶也不明顯，也不存在區(qū)域分帶（Simmons and Webber,2008），如浙江臨安河橋地區(qū)NYF 型偉晶巖（王吳夢(mèng)雨等，2019）。這些特征表明Li 可能是導(dǎo)致花崗質(zhì)巖石垂直分帶、結(jié)構(gòu)分帶和區(qū)域分帶的主要原因。湖南香花嶺地區(qū)是中國著名的稀有金屬礦區(qū)，其中癩子嶺花崗巖和尖峰嶺花崗巖為成礦母巖，均具有垂直分帶現(xiàn)象。因此，本文選擇癩子嶺和尖峰嶺花崗巖體為研究對(duì)象，對(duì)花崗巖中Li 進(jìn)行精細(xì)礦物地球化學(xué)研究，分析Li 對(duì)花崗巖垂直分帶的成巖作用，探討花崗巖結(jié)晶分異過程中Li 對(duì)稀有金屬成礦的制約。

1 香花嶺地區(qū)花崗巖及其巖相學(xué)特征

1.1 香花嶺地區(qū)的地質(zhì)背景

南嶺地區(qū)構(gòu)造上位于揚(yáng)子板塊和華夏板塊的對(duì)接帶上，由于特殊的大地構(gòu)造位置，南嶺地區(qū)經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造—巖漿活動(dòng)（王德滋和沈渭洲，2003；軒一撒等，2014），出露了加里東期、印支期和燕山期三期花崗巖，其中燕山期花崗巖體約占30%（Zhou et al., 2006）。南嶺花崗巖帶與南嶺山系的總體走向一致，呈EW 向帶狀展布（陳培榮等，2002）。香花嶺地區(qū)花崗巖位于南嶺花崗巖帶中段，距湖南省臨武縣縣城北約20 km，處于NE 向郴州—臨武深大斷裂帶和SN向耒陽—臨武斷裂帶的交匯部位（王幼明和段嘉瑞，1994；王正軍等，2018）。香花嶺地區(qū)花崗巖地表出露面積約7.5 km2，包括大小不等的侵入體21 個(gè)，一般呈小巖株或巖滴狀產(chǎn)出（趙龍輝等，2008），其中癩子嶺巖體、尖峰嶺巖體和通天廟巖體規(guī)模較大（圖1）。在構(gòu)造上，這些巖體侵位于南嶺東西向構(gòu)造帶中段北緣與耒（陽）—臨（武）南北構(gòu)造帶南端西側(cè)復(fù)合部位的通天廟背斜穹窿中，其核部為寒武系變質(zhì)砂巖，翼部為泥盆系和石炭系碳酸鹽類為主的淺海相碎屑巖（邱瑞照等，2002）。癩子嶺巖體位于該穹窿構(gòu)造的東北部，尖峰嶺巖體位于該穹窿構(gòu)造的東南部（朱金初等，2011）。

香花嶺地區(qū)斷裂十分發(fā)育，癩子嶺主要斷裂有北東—南西向（F1）和北西—南東向（F2）兩組張剪性斜向正斷層及其所派生的次級(jí)斷層；癩子嶺巖體沿F1、F2斷裂的交匯部位侵位（杜方權(quán)，1983），在平面上為NW-SE 向拉長的橢圓形，出露面積約為2.2 km2（周鳳英等，1995），其鋯石LA-ICP-MS U-Pb 年齡為154～155 Ma （朱金初等，2011），屬于燕山早期花崗巖；其東北面與泥盆系中統(tǒng)棋梓橋組（D2q）白云質(zhì)灰?guī)r、西南面與泥盆系中統(tǒng)跳馬澗組（D2t）砂巖呈侵入接觸關(guān)系，且北緩南陡（杜方權(quán)，1983）。尖峰嶺花崗巖沿F1斷裂侵入，在平面上呈近等三角形巖株展布，接觸面南緩而北東陡，出露面積約4.4 km2（朱金初等，2011；文春華等，2017），其鋯石LA-ICP-MS U-Pb年齡為（160.7±2.2）Ma（軒一撒等，2014），屬于燕山早期花崗巖；巖體周圍主要為泥盆系淺海相碳酸鹽巖，少量石炭系灰?guī)r分布于巖體東南角，西北部以寒武系變質(zhì)砂巖為主，其各系巖層常見蝕變大理巖和矽卡巖等（文春華等，2017）。癩子嶺巖體、尖峰嶺巖體的地質(zhì)與地球化學(xué)等特征非常相似，且具有典型的巖相垂直分帶。鋁飽和度指數(shù)顯示巖體下部為準(zhǔn)鋁質(zhì)—弱過鋁—過鋁花崗巖（A/CNK=0.96～1.25），巖體上部為強(qiáng)過鋁花崗巖（A/CNK=1.21～1.33），發(fā)育鐵鋰云母、鋰白云母和黃玉等富鋁礦物（黃蘊(yùn)慧等，1988；邱瑞照等，2002；朱金初等，2011）。

圖1 香花嶺地區(qū)癩子嶺和尖峰嶺地質(zhì)簡(jiǎn)圖(修改自王正軍等，2018；文春華等，2017；朱金初等，2008)Fig. 1 Geological sketch map of the Laiziling and Jianfengling granites in Xianghualing area

1.2 香花嶺地區(qū)花崗巖的巖相學(xué)特征

圖2 癩子嶺花崗巖部分樣品正交偏光鏡下照片F(xiàn)ig. 2 Microscopic photos of some samples from Laiziling granite

香花嶺地區(qū)癩子嶺和尖峰嶺花崗巖體均具有典型垂直分帶現(xiàn)象。癩子嶺巖體自下而上可分為黑云母花崗巖、二云母花崗巖、白云母花崗巖或淺色花崗巖、黃玉—鋰云母（或鐵鋰云母）—鈉長石花崗巖、云英巖和偉晶巖等巖相帶（朱金初等，2011）。其中，黑鱗云母花崗巖中（圖2a），礦物粒徑在4 mm 左右，石英呈它形粒狀，長石自形—半自形，云母主要為黑云母，含少量白云母，長石含量約35～40 vol.%，主要為堿性長石和少量斜長石；在二云母花崗巖中（圖2b），礦物粒徑約在1.5～2 mm 不等，石英呈它形粒狀，長石自形—半自形，云母主要為黑云母和白云母，長石含量約40～45 vol.%，為堿性長石；鈉長石花崗巖中（圖2c，d），礦物粒徑在2 mm 左右，長石以自形鈉長石為主，含少量鉀長石，含量約在45～50 vol.%。尖峰嶺巖體自下而上巖相帶為黑鱗云母花崗巖、二云母花崗巖、鈉長石花崗巖、石英—黃玉云英巖（文春華等，2017）。在尖峰嶺花崗巖中，黑鱗云母花崗巖相帶主要含石英、長石族礦物和黑鱗云母，礦物粒徑在5 mm 左右，長石主要為微斜長石，含少量鉀長石，長石多呈蝕變破碎結(jié)構(gòu)，其含量在35～40 vol.%；二云母花崗巖相帶中，其粒徑在1.5～2 mm 不等，石英呈它形粒狀，云母主要為黑云母和部分白云母，長石含量在40～45 vol.%，以鉀長石為主，少量微斜長石；鈉長石花崗巖相帶中，其粒徑在2～3 mm 左右，長石含量在45～50 vol.%，主要為鈉長石，呈半自形—自形，正交偏光鏡下可見聚片雙晶。云英巖帶位于尖峰嶺山頂，由乳白色石英、黃玉和少量鋰云母組成。

2 分析方法

2.1 全巖地球化學(xué)分析

全巖主量元素和微量元素分析在澳實(shí)分析檢測(cè)（廣州）有限公司完成，具體步驟如下：（1）取不同巖相巖石樣品去除風(fēng)化、蝕變部分，不包括外來包體、脈體的混入，取新鮮部分烘干，破碎至約1～2 mm 以下，縮分約250～300 g 做正樣，接著用無污染缽振動(dòng)碾磨至約200 目；（2）取部分粉末樣品用硼酸鋰-硝酸鋰熔融，并使用型號(hào)為PANalytical PW2424 的X 射線熒光光譜儀（XRF）含氟模式進(jìn)行全巖主量元素分析測(cè)定；（3）為檢驗(yàn)微量元素分析的準(zhǔn)確性，分別使用型號(hào)為Perkin Elmer Elan 9000 與Agilent VISTA 的電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-MS）進(jìn)行全巖微量元素與稀土元素的定量分析，二者大部分含量偏差在5%以內(nèi)。

2.2 礦物化學(xué)分析

礦物的化學(xué)成分測(cè)定與電子背散射圖像觀察在浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院電子探針實(shí)驗(yàn)室完成，所用的電子探針型號(hào)為島津EPMA-1720H，定量化學(xué)成分分析的工作條件為：云母加速電壓15 kV，加速電流20 nA，束斑直徑5 μm，使用標(biāo)樣為SPI 標(biāo)樣：鉀長石(KKα、SiKα)、鈉長石(NaKα)、斜長石(CaKα)、托帕石(AlKα)、鐵鋁榴石(FeKα、MgKα)、磷灰石(FKα)、Willemite(MnKα)、Rubidium Titanium Phosphate(RTP: TiKα、RbLα)、Benitoite(BaLα)，元素的特征峰測(cè)量時(shí)間為10 s，背景測(cè)量時(shí)間為10 s，所有測(cè)試數(shù)據(jù)都進(jìn)行了ZAF校正。

2.3 礦物L(fēng)A-ICP-MS微量分析

礦物微量元素的原位LA-ICP-MS 實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試工作是在浙江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室完成，分析所用儀器為Thermofisher 公司 iCAP RQ 型電感耦合等離子質(zhì)譜儀，激光剝蝕系統(tǒng)型號(hào)為Analyte HE，規(guī)格為193 nm，20 ns；測(cè)試時(shí)激光束斑直徑為50～65 μm，能量密度為10 J/cm2，剝蝕時(shí)間為40 s，剝蝕氣溶膠由氦氣送入ICP-MS 完成測(cè)試。所有檢測(cè)的同位素包括7Li、9Be、23Na、25Mg、27Al、29Si、39K、44Ca、49Ti、55Mn、57Fe、85Rb、88Sr、93Nb、118Sn、133Cs、137Ba、140Ce、181Ta、184W 等，分析過程中以美國地質(zhì)調(diào)查局研制的熔融玻璃（BHVO-2G、GOR132-G、KL2-G、SRM 612、SRM 610）作為外標(biāo)，（SRM 612、SRM 610）作為內(nèi)標(biāo)，以檢驗(yàn)元素?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量。離線數(shù)據(jù)處理采用中國地質(zhì)大學(xué)劉勇勝教授研發(fā)的ICPMS DataCal 軟件，所得主量元素含量相對(duì)變差優(yōu)于±5%，微量元素含量相對(duì)偏差優(yōu)于±10%。

3 香花嶺地區(qū)花崗巖的地球化學(xué)特征

針對(duì)香花嶺地區(qū)癩子嶺和尖峰嶺巖體的黑鱗云母花崗巖、二云母花崗巖、鈉長石花崗巖等進(jìn)行全巖主量元素和微量元素分析，其地球化學(xué)特征如下。

3.1 全巖主量元素特征

香花嶺地區(qū)癩子嶺和尖峰嶺巖體具有高硅、過鋁、過堿和富F 的特征（表1）：（1） SiO2含量較高，癩子嶺含70.53～76.64 wt% SiO2，尖峰嶺含72.63～77.32 wt% SiO2；（2）富Al，癩子嶺的Al2O3含量在12.91～16.52 wt%之間，尖峰嶺的Al2O3含量在12.69～15.33 wt%之間；（3）富堿，花崗巖各巖相帶之間Na2O 和K2O 的含量存在較大差異，癩子嶺分別為0.04～4.66 wt% Na2O 和2.24～6.88 wt%K2O，尖峰嶺分別為0.06～4.49 wt% Na2O 和2.08～4.88 wt% K2O；（4）富F，F(xiàn) 含量受云母和黃玉影響很大，總體含量較高，癩子嶺F 含量在0.30～3.00 wt%之間，尖峰嶺在0.60～3.70 wt%之間。（5）其它元素特征，F(xiàn)eOT含量受樣品云母含量影響，癩子嶺在0.63～4.80 wt%之間，尖峰嶺在0.91～3.36 wt%之間；MgO 含量非常低，癩子嶺巖體和尖峰嶺巖體均不超過0.1 wt%。

3.2 全巖微量元素特征

香花嶺地區(qū)的花崗質(zhì)巖石具有富Li 的特征，其微量元素特征見表2。從表2 可以看出，癩子嶺和尖峰嶺巖體微量元素組成具有相似的特征，尖峰嶺巖體比癩子嶺巖體更富Li 元素，癩子嶺Li 含量在115×10-6～2576×10-6之間，尖峰嶺Li 含量在251×10-6～2730×10-6之間。在不同花崗巖帶中，Li 含量和其它微量元素呈規(guī)律變化。癩子嶺巖體中，從黑鱗云母花崗巖到二云母花崗巖到鈉長石花崗巖，Li含量分別為115×10-6～1030×10-6、750×10-6～1500×10-6、890×10-6～2576×10-6，逐漸增高；黑鱗云母花崗巖的K/Rb 比值為18.26～36.27，二云母花崗巖K/Rb 比值為17.27～22.62，鈉長石花崗巖K/Rb 比值為8.77～22.28，呈逐漸降低趨勢(shì)；Zr/Hf 比值呈降低趨勢(shì)，黑鱗云母花崗巖中Zr/Hf 比值為9.6～13.93，二云母花崗巖Zr/Hf 比值為10.00～10.21，鈉長石花崗巖Zr/Hf 比值為8.10～14.57；Nb/Ta 比值呈降低趨勢(shì)，黑鱗云母花崗巖-二云母花崗巖-鈉長石花崗巖分別為1.94～3.26，2.06～2.44，1.85～3.22，其Nb+Ta+Sn+W 分 別 為209.6×10-6～557.8×10-6，225.5×10-6～ 458.8×10-6，243.0×10-6～389.3×10-6，呈逐漸升高趨勢(shì)。尖峰嶺巖體中，黑鱗云母花崗巖的Li含量為251×10-6～730×10-6，二云母花崗巖Li含量970×10-6，鈉長石花崗巖Li含量1000×10-6～2730×10-6；黑鱗云母花崗巖、二云母花崗巖、鈉長石花崗巖的K/Rb比值分別為18.25～26.05、16.31、9.37～17.29（圖3a），Nb/Ta比值分別為2.07～2.75、1.01、1.22～1.76（圖3b），Zr/Hf比值分別為7.71～14.46、7.23、7.69～8.37（圖3c），Nb+Ta+Sn+W的含量分別為119.7×10-6～209.1×10-6、324.9×10-6、311.60×10-6～523.4×10-6（圖3d）。

表1 香花嶺地區(qū)花崗巖的主量元素分析結(jié)果(wt%)Table 1 Major elements analysis results of the Laiziling and Jianfengling granties (wt%)

表2 香花嶺地區(qū)花崗巖的微量元素分析結(jié)果(×10-6)Table 2 Trace elements analysis results of the Laiziling and Jianfengling granties (×10-6)

4 花崗巖中云母族礦物的礦物學(xué)特征

云母類礦物是花崗巖的主要造巖礦物之一，也是花崗巖中Li 的主要載體，在花崗巖演化晚期常發(fā)育鐵鋰云母和鋰云母。因此，云母族礦物的演化直接反映花崗巖的結(jié)晶分異過程和稀有金屬成礦過程。

4.1 產(chǎn)狀

在香花嶺地區(qū)花崗巖中，云母族礦物在不同花崗巖帶中具有不同的礦物學(xué)特征。總體上，云母族礦物主要與造巖礦物石英、鉀長石和鈉長石等共生，與稀有金屬礦物鎢錫鈮鉭氧化物、鈰礦物等形成礦物組合。在黑鱗云母花崗巖帶中，云母主要為黑鱗云母，其形成常晚于石英和鉀長石，黑鱗云母邊緣或裂隙常發(fā)育黑鎢礦、錫石、氟鈰礦等稀有金屬礦物；背散射圖像下，尖峰嶺黑鱗云母存在明暗變化，顯示其化學(xué)成分不均一性，暗色部分為白云母（圖4a）。二云母花崗巖帶中，云母為黑鱗云母和白云母，呈片狀分布，長一般在100～300 μm 之間，分布于石英、鉀長石生長晶間，常與錫石、鈮鎢礦物、鈮鐵礦族、氟鈰礦、氟碳鈰礦等稀有金屬礦物形成團(tuán)塊狀集合體，黑鱗云母常被后期石英和長石等交代（圖4b）。鈉長花崗巖帶中，云母以鐵鋰云母為主，含有少量白云母，晶型完好呈片狀，粒徑一般在50～350 μm 之間，鈮鐵礦族礦物、鈮鎢礦物、氟鈰礦、氟碳鈰礦、獨(dú)居石等稀有金屬礦物常分布于鐵鋰云母邊緣或裂隙中（圖4c-f）。

4.2 化學(xué)成分

圖3 全巖Li含量與其它元素含量關(guān)系圖解(部分?jǐn)?shù)據(jù)引自朱金初等，2011；王正軍，2018)Fig. 3 Diagram of the relationship between Li content and other elements contents in whole rock

圖4 癩子嶺花崗巖體中部分礦物背散射電子像Fig. 4 Back scattered-election(BSE) images of parts of minerals from the Laiziling granite

在癩子嶺和尖峰嶺巖體花崗巖中，云母族礦物具有相似的化學(xué)成分特征，且隨花崗巖巖相帶呈規(guī)律變化。黑鱗云母花崗巖帶、二云母花崗巖帶和鈉長石花崗巖帶中，云母除主要成分SiO2、FeOT、MgO 和Al2O3外，還含豐富的Li、Rb 和F等元素（表3），具體如下特征：（1） SiO2和Al2O3含量，癩子嶺花崗巖中云母的SiO2和Al2O3含分 別39.46～48.84 wt% 和19.76～22.30 wt% 之 間，尖峰嶺花崗巖中云母含40.94～53.96 wt% SiO2和18.29～22.70 wt% Al2O3；（2）FeO 和MgO 含 量，在黑鱗云母花崗巖帶、二云母花崗巖帶和鈉長石花崗巖帶中，癩子嶺的云母中FeO 含量分別為14.15～17.82 wt%、12.77～14.87 wt% 和10.18～14.63 wt%，尖峰嶺云母中FeO 含量分別為12.86～14.49 wt%、11.22～14.63 wt%和5.03～10.55 wt%，MgO 的含量均小于0.30 wt%；（3）Li 含量，花崗巖由底到頂，云母中Li2O 含量逐漸升高。由黑鱗云母花崗巖帶—二云母花崗巖帶—鈉長石花崗巖帶，癩子嶺云母中Li2O 的含量分別為1.05～1.56 wt%、1.43～1.75 wt%、1.11～1.86 wt%，尖 峰 嶺 云 母 中Li2O 的含量分別為1.50～1.80 wt%、1.82～2.22 wt%、2.16～2.83 wt%，其(Mg-Li)—(Fe(tot)+Mn+Ti-Alvi)的云母分類圖表明（圖5），癩子嶺和尖峰嶺巖體云母中Li 含量呈規(guī)律變化，向鐵鋰云母演化。此外，癩子嶺和尖峰嶺花崗巖中云母的TiO2、CaO 和BaO 含量均較低，低于0.25 wt%，少數(shù)低于檢測(cè)限。

4.3 微量元素

云母族礦物的LA-ICP-MS 微量分析結(jié)果表明，癩子嶺和尖峰嶺巖體中云母的微量元素存在明顯差異，具體微量元素特征為：（1） Li 含量，由黑鱗云母花崗巖帶—二云母花崗巖帶—鈉長石花崗巖帶，癩子嶺云母的Li 含量分別為4880×10-6～6892×10-6、6954×10-6～8012×10-6、6661×10-6～8620×10-6，而尖峰嶺巖體中云母Li 含量分別為6990×10-6～8968×10-6、8753×10-6～10300×10-6、10059×10-6～13131×10-6；（2） Be 含 量（圖6a）。癩子嶺花崗巖中云母的Be 元素含量分別14×10-6～28×10-6（黑鱗云母花崗巖）、19×10-6～36×10-6（二云母花崗巖）、17×10-6～42×10-6（鈉長石花崗巖）；尖峰嶺巖體云母中的Be 含量從黑鱗云母花崗巖帶—二云母花崗巖帶—鈉長石花崗巖帶分別為18×10-6～49×10-6、22×10-6～63×10-6、27×10-6～133×10-6；（3）Nb、Ta、Sn等成礦元素含量（圖6b，c，d），從黑鱗云母花崗巖到二云母花崗巖到鈉長石花崗巖，癩子嶺云母中的Nb元素分別為48×10-6～266×10-6、62×10-6～220×10-6、19×10-6～211×10-6，Ta元素分別為19×10-6～67×10-6、23×10-6～66×10-6、10×10-6～65×10-6，Sn元素分別為52×10-6～237×10-6、31×10-6～145×10-6、29×10-6～232×10-6；尖峰嶺巖體中，云母由黑鱗云母花崗巖（45×10-6～230×10-6Nb、29×10-6～51×10-6Ta、47×10-6～121×10-6Sn）到二云母花崗巖（29×10-6～114×10-6Nb、14×10-6～45×10-6Ta、14×10-6～46×10-6Sn）到鈉長石花崗巖（14×10-6～116×10-6Nb、9×10-6～38×10-6Ta、34×10-6～97×10-6Sn），呈逐漸降低趨勢(shì)。（4）K/Rb和Nb/Ta比值（圖6e, f），從黑鱗云母花崗巖帶—二云母花崗巖帶—鈉長石花崗巖帶，癩子嶺巖體云母的K/Rb比值分別為10.42～16.78、9.11～14.51、8.69～12.75，Nb/Ta比值分別為1.76～6.93、1.23～5.31、1.23～4.56；尖峰嶺云母的K/Rb比值分別為10.08～13.16、9.15～10.85、5.01～14.56，Nb/Ta比值分別為3.09～5.31、0.98～4.84、0.52～4.82。

表3 香花嶺地區(qū)花崗巖中云母的電子探針化學(xué)成分分析結(jié)果(wt%)Table. 3 Electron-microprobe analyses of micas in the Laiziling and Jianfengling granites(wt%)

圖5 尖峰嶺和癩子嶺花崗巖中云母分類投圖Fig. 5 Classification diagram for mica from the Laiziling and Jianfengling granites (modified after Tischendorf et al., 1997)

5 討論

5.1 鋰對(duì)花崗巖結(jié)晶分異的制約

花崗質(zhì)巖漿中隨著Li 含量升高，其粘度隨之降低，結(jié)晶溫度區(qū)間增大（Brookins et al., 1986），從而導(dǎo)致巖漿得到充分結(jié)晶與演化（Mysen et al.,1981；London et al., 1993；Xiong et al., 1999）。在降低熔體粘度作用上，Li 與OH-基團(tuán)的解聚作用相同，是控制花崗質(zhì)巖漿演化的重要組分（London,2008）；然而，當(dāng)熔體中H2O 和F 很低時(shí)，Li 也可以大大降低熔體的低粘度（Bartels et al., 2015）；H2O 和F 的解聚作用可以降低熔體的粘度，但不足以達(dá)到如此低的粘度（Bartels et al., 2011）；事實(shí)上，花崗質(zhì)熔體中加入適量的F、H2O、B、P時(shí)，熔體粘度遠(yuǎn)高于實(shí)際測(cè)量的熔體粘度，其差異源于Li 含量的不同。因此，在花崗質(zhì)熔體中，Li 可能是降低粘度的關(guān)鍵因素（Bartels et al.,2011）。在增大結(jié)晶溫度區(qū)間方面，Li 含量升高可導(dǎo)致降低花崗巖的過冷卻度，促進(jìn)了長石和石英快速生長；實(shí)驗(yàn)表明長石晶體在含Li 花崗巖體系中的生長速率遠(yuǎn)大于無Li 體系（Victoria et al.,2014）。花崗質(zhì)巖石的熔體包裹體研究發(fā)現(xiàn)熔體包裹體富Li，其均一溫度僅為350℃（Sirbescu and Nabelek, 2003），這表明Li 對(duì)花崗質(zhì)巖漿結(jié)晶溫度具有重要影響。癩子嶺黑鱗云母花崗巖中熔融包裹體均一溫度在780～860℃之間，從底部花崗巖向上，花崗巖的結(jié)晶溫度逐漸降低（周鳳英等，1995）。尖峰嶺花崗巖的底部與頂部的結(jié)晶溫度相差340℃，其中黑鱗云母崗巖中熔融包裹體的均一溫度為740℃，鈉長石花崗巖中熔融—流體包裹體的均一溫度為380～400℃（邱瑞照等，1998）。因此，花崗質(zhì)體系中，Li 含量升高導(dǎo)致熔體的結(jié)晶溫度降低和粘度降低，造成了花崗質(zhì)巖石結(jié)晶滯后，使得巖漿得到充分結(jié)晶和分異，從而形成了花崗巖的垂直分帶。在全巖微量化學(xué)特征上，癩子嶺和尖峰嶺花崗巖均具有富Li 的特征，尖峰嶺巖體比癩子嶺巖體更富Li，也可能是尖峰嶺花崗巖結(jié)晶溫差最大的原因。另外，花崗質(zhì)巖漿得到充分結(jié)晶分異也促進(jìn)其它元素的分餾，如Zr/Hf、Nb/Ta、K/Rb 比值呈規(guī)律變化（Miller et al., 1982；Irber, 1999；Dostal and Chatterjee, 2000; Zaraisky et al., 2009；Ballouard et al., 2016）。癩子嶺和尖峰嶺巖體自底部向上，Li 含量逐漸升高，其Zr/Hf、Nb/Ta 和K/Rb 比值逐漸降低趨勢(shì)（圖3），表明Zr、Hf、Nb、Ta、Rb 等稀有金屬元素得到充分分餾。

圖6 香花嶺地區(qū)尖峰嶺和癩子嶺花崗巖云母中Li含量與其它元素關(guān)系投圖Fig. 6 Diagram of Li contents and other elements in mica from the Laiziling and Jianfengling granites in the Xianghualing area

在花崗巖中，云母族礦物是Li 主要載體。因此，云母族礦物的演化能夠反映花崗巖的巖漿結(jié)晶過程，而鋰云母是高分異花崗巖礦物學(xué)標(biāo)志之一（吳福元等，2017）?；◢徺|(zhì)巖石的結(jié)晶分異作用會(huì)導(dǎo)致云母中的Li 含量升高，云母由鎂質(zhì)黑云母、鎂鐵質(zhì)黑云母、鐵質(zhì)黑云母，向鋰鐵云母和鋰云母演化（王汝成等，2019）。高分異的花崗巖中均發(fā)育鋰云母，如中國江西宜春雅山花崗巖（李潔等，2013；Li et al., 2015），法國Beauvior 花崗巖從（Cuney et al., 1992）。癩子嶺和尖峰嶺花崗巖均由黑鱗云母向鐵鋰云母演化，少量為富Li 多硅白云母，即云母族礦物具有向富Li 演化的特征（圖5）。在全巖微量成分Li 上，尖峰嶺花崗巖比癩子嶺花崗巖中Li 要高，在尖峰嶺花崗巖中發(fā)育少量鋰云母（文春華等，2017）。而云母族礦物演化差異也表明尖峰嶺巖體巖漿演化程度總體比癩子嶺巖體高（邱瑞照和周肅，1998）。

另外，云母族礦物的微量特征在一定程度上也反映花崗巖的演化程度，尤其是K/Rb、Nb/Ta比值可反映花崗質(zhì)巖石的演化趨勢(shì)和分異演化程度（Stepanov et al., 2014; Wise et al., 1995）。隨著花崗巖的結(jié)晶分異，云母族礦物中K/Rb 與Nb/Ta比值呈逐漸降低趨勢(shì)。從黑鱗云母花崗巖—二云母花崗巖—鈉長石花崗巖，癩子嶺和尖峰嶺巖體中的云母的Li 含量逐漸升高，K/Rb 與Nb/Ta 比值逐漸降低（圖6），即Li 含量與K/Rb 與Nb/Ta 比值呈負(fù)相關(guān)。這整體上反映了隨著Li 含量升高，花崗巖得到充分結(jié)晶分異，云母族礦物向富Li 演化，其K/Rb、Nb/Ta 比值降低的變化特征。

5.2 鋰對(duì)花崗巖中稀有金屬成礦的影響

在花崗質(zhì)巖漿演化過程中，Li 是影響熔體中非橋氧數(shù)（NBO）的重要因素，而Nb、Ta 等稀有金屬元素在鋁硅酸鹽熔體中的溶解度主要取決于非橋氧數(shù)（Lichtervelde et al., 2010）。Li+的離子半徑小于Na+和K+，與氧（O）形成的離子鍵鍵能更大，在熔花崗質(zhì)體中Li+將置換其它堿金屬元素，使堿金屬離子成為“變網(wǎng)離子”，從而導(dǎo)致熔體發(fā)生解聚作用，非橋氧數(shù)增加（Linnen, 1998）。在花崗質(zhì)巖漿—熱液過程中，Ta 和Nb 傾向保留在熔體中（Chevychelov et al., 2005），鈮鉭礦物通常在巖漿階段早期結(jié)晶。然而，花崗質(zhì)巖漿中，Li 的含量升高導(dǎo)致熔體性質(zhì)發(fā)生顯著變化，增大了Nb、Ta 等稀有金屬在花崗質(zhì)熔體中的溶解度（Bartels et al., 2011）。在一些花崗巖或偉晶巖中，鈮鉭礦物尤其是鉭礦物可能出現(xiàn)在巖漿—熱液過渡階段析出（Rao et al., 2009）。因此，Li 對(duì)花崗質(zhì)巖石中稀有金屬元素成礦有重要的影響。

在全巖微量Li 含量上，癩子嶺Li 含量在115×10-6～2576×10-6之 間， 尖 峰 嶺Li 含 量 在251×10-6～2730×10-6之間，且Li 含量從黑鱗云母花崗巖到鈉長石花崗巖逐漸升高，稀有金屬礦化逐漸增強(qiáng)（圖3），即Li 與稀有金屬礦化存在正相關(guān)關(guān)系。在癩子嶺巖體中，隨著花崗巖的結(jié)晶分異，鈮鐵礦族礦物由鈮鐵礦逐漸向鈮錳礦演化；鈮鐵礦族礦物中W 的含量隨著花崗巖垂直分帶而上升，鈮鎢礦物逐漸增多；從黑鱗云母花崗巖到二云母花崗巖再到鈉長石花崗巖，黑鎢礦中Nb2O5+Ta2O5的含量逐漸升高。尖峰嶺鎢錫鈮鉭氧化物變化規(guī)律與癩子嶺相似，但尖峰嶺巖體更富Li，癩子嶺巖體屬于無礦巖體，而尖峰嶺巖體上部發(fā)育有鈮鉭礦體（黃蘊(yùn)慧等，1988）。因此，Li 含量的差異可能是造成相似巖體差異礦化的主要原因之一。

云母族礦物是用于指示稀有金屬礦物礦化的重要指標(biāo)之一（王汝成等，2019）。在花崗巖體結(jié)晶分異過程中，Li、Rb、F 等元素含量逐漸增高，三八面體云母中相應(yīng)元素含量也相應(yīng)增高（Breiter et al., 2017）。在云母族礦物中，存在Li+Alvi?Fe2++Mg，Li++(Nb5++Ta5+) ?Ti4++Mg2+（李 潔和黃小龍，2013；邱瑞照和周肅，1998）。癩子嶺和尖峰嶺巖體云母向鐵鋰云母演化，云母中稀有金屬的微量元素呈規(guī)律變化（圖6）。相對(duì)于電價(jià)高的Nb、Ta、Sn 等元素，Be 和Rb 更容易進(jìn)入云母的晶格中，因此，從黑鱗云母花崗巖至鈉長石花崗巖，云母中Be 和Rb 含量逐漸升高，而Nb、Ta、Sn 的含量逐漸降低，這也反映熔體中Li 升高，增大了Nb、Ta、Sn 等的溶解度，降低它們?cè)谠颇钢蟹峙湎禂?shù)，因而在熔體中Nb、Ta、Sn 等逐漸富集，最終形成鈮鉭礦物和錫礦物。而這些稀有金屬礦物常與鐵鋰云母形成礦物組合（圖4）。另外，癩子嶺和尖峰嶺巖體云母中W 與Li 之間無相關(guān)性可能受熱液流體的影響（李潔和黃小龍，2013）。

6 結(jié)論

（1）香花嶺地區(qū)癩子嶺和尖峰嶺花崗巖自下而上，其巖相呈規(guī)律演化。全巖微量分析表明，癩子嶺和尖峰嶺花崗巖具有富Li 的特征，且自巖體而上，Li 含量呈升高趨勢(shì)。在巖漿結(jié)晶分異過程中，Li 含量升高使熔體粘度大幅度降低，增大了結(jié)晶溫度區(qū)間，導(dǎo)致花崗質(zhì)巖漿充分結(jié)晶分異，從而導(dǎo)致花崗巖的垂直分帶。

（2） 香花嶺地區(qū)癩子嶺和尖峰嶺花崗巖中，從黑鱗云母花崗巖到鈉長石花崗巖，Li 含量逐漸升高，促進(jìn)Ta、Nb、Sn、W 等稀有金屬元素得到分餾，逐漸富集和成礦，Li 與稀有金屬具有協(xié)同成礦作用。

（3）在花崗巖巖漿結(jié)晶分異過程中，云母族礦物呈向富Li 演化的趨勢(shì)，從早階段的黑鱗云母，到演化晚期發(fā)育鐵鋰云母（少量鋰云母）；隨著Li進(jìn)入云母晶格，Nb、Ta 等稀有金屬元素逐漸析出，致使云母族礦物中Li 與Nb、Ta、Sn 的含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，晚期云母中Ta、Nb 等含量低。

（4）花崗質(zhì)巖漿—熱液過程中，Li 對(duì)其成巖成礦具有重要的影響。雖然H2O、F 等對(duì)花崗質(zhì)巖漿的性質(zhì)有較大影響，但不足于致使花崗質(zhì)巖石呈垂直分帶，Li 更能促進(jìn)稀有金屬元素的分餾、富集和成礦。