伟晶岩结晶动力学和热力学及稀有金属超常富集成矿机制

本文综述了伟晶岩结晶动力学、热力学和伟晶岩熔体稀有金属元素实现超常富集成矿的机制。结晶动力学涉及成核动力学和晶体生长动力学两个方面。低成核速率和高晶体生长速率是伟晶岩结晶动力学的重要特征,在结晶过程受到水、助溶剂以及过冷条件三个因素共同制约。伟晶岩熔体的相态(超临界态)可能在伟晶岩形成和稀有金属元素超常富集中扮演重要角色。花岗伟晶岩稀有金属超常富集程度受到岩浆源区成分、岩浆结晶分异过程与熔体化学成分等因素的控制。花岗质岩浆高度分异结晶或者变质沉积岩部分熔融直接形成的成矿伟晶岩熔体均需要源岩中稀有金属元素预富集。深熔作用产生的低程度、小体积的伟晶岩熔体具有更高的稀有金属元素成矿潜力。在岩浆分异演化过程中,稀有金属元素的超常富集主要通过超临界熔体/流体、岩浆熔体作用、过冷作用实现。超临界熔体/流体发生熔体-流体不混溶作用使稀有金属元素在熔体相和流体相间再分配和富集;岩浆熔离作用使稀有金属元素选择性分配到富挥发分的熔体中,导致稀有金属元素再次富集;过冷作用降低稀有金属矿物结晶的饱和浓度,促进稀有金属矿物结晶。熔体的化学成分(如挥发分)直接影响熔体的物理、化学性质。例如,挥发分的富集能够降低熔体黏度,促进岩浆分异结晶过程。挥发分和稀有金属元素的亲和性也控制稀有金属元素在不同相熔体中的分配和富集,显著增加稀有金属元素的溶解度和迁移富集能力,有助于伟晶岩中稀有金属超常富集和成矿。

川西甲基卡伟晶岩型锂矿科学钻探(JSD-1)岩芯Li-B-Fe-Nd同位素对稀有金属成矿作用的指示意义

甲基卡伟晶岩型锂矿位于青藏高原东部松潘-甘孜地体东南部,是我国最大的硬岩型锂矿,其成岩成矿机制至今仍有争议。为了深入认识甲基卡伟晶岩型锂矿床稀有金属超常富集的关键岩浆热液过程,研究团队基于甲基卡一号钻孔(JSD-1)岩芯开展全孔Li-B-Fe-Nd同位素地球化学研究。伟晶岩和二云母花岗岩较低的Nb/Ta、Zr/Hf值以及Li-Nd同位素表明甲基卡伟晶岩可能来源于马颈子二云母花岗岩深成岩体的岩浆结晶分异。JSD-1岩芯花岗岩和伟晶岩中电气石的硼同位素(δ^(11)B)在-9.5‰~-7.1‰之间,与世界上90%的花岗岩和伟晶岩中δ^(11)B变化范围一致。JSD-1岩芯电气石δ^(11)B与全岩Li含量的实验和模型模拟结果表明花岗质岩浆演化过程遵循平衡结晶模型,花岗质岩浆极端结晶分异不能达到熔体中锂辉石过饱和。JSD-1岩芯全岩的Fe同位素(δ^(56)Fe)变化范围为-0.12‰~0.38‰。δ^(56)Fe的显著变化反映了黑云母分离结晶、热液蚀变(电气石化)以及石榴子石堆晶等多阶段岩浆-热液过程的共同结果。全孔Li-B-Fe-Nd同位素综合表明,伴随着广泛流体出溶的岩浆结晶分异过程控制了Li的逐步富集。由于岩浆上升的减压作用,花岗岩岩席穹隆的形成有利于晚期花岗岩岩浆的大量流体出溶,使得浅部形成锂辉石为主的矿体。