高度演化花岗岩体系中锂(Li)和硼(B)同位素分馏机制及其对伟晶岩型锂矿床成因的指示

本研究针对高度演化花岗岩体系中Li-B同位素分馏机制的科学难题，以喜马拉雅琼结岗伟晶岩型锂矿床为研究对象，通过全岩及单矿物Li-B同位素分析，揭示了熔体-流体分离（phase separation）与多阶段岩浆分异（magmatic differentiation）对δ7Li和δ11B的系统控制，提出富流体熔体（fluid-rich melt）演化形成锂辉石伟晶岩的关键过程，为花岗岩相关稀有金属成矿理论提供了同位素地球化学新证据。

　　

锂（Li）和硼（B）作为战略性关键金属元素，在新能源和高科技产业中具有不可替代的作用。然而，关于它们在高度演化花岗岩体系中的地球化学行为，尤其是同位素分馏机制及其对伟晶岩型锂矿床成因的指示，仍存在诸多未解之谜。传统观点认为，在岩浆演化早期，Li和B主要表现为不相容或弱相容元素，其同位素分馏可以忽略不计。但随着岩浆演化程度提高，特别是在熔体-流体分离（phase separation）过程中，Li和B的同位素分馏行为变得异常复杂。这不仅涉及矿物结晶过程中的配位数差异（如Li在熔体中为四面体配位，在矿物中多为八面体配位），还受流体pH值、熔体成分及围岩相互作用的综合影响。因此，解析高度演化花岗岩体系中Li-B同位素分馏的控制因素，对理解稀有金属成矿机制具有重要科学意义。

针对这一科学问题，中国科学院的研究人员以喜马拉雅琼结岗伟晶岩型锂矿床为研究对象，系统采集了电气石白云母花岗岩、未矿化伟晶岩、细晶岩、锂辉石伟晶岩及其围岩样品，结合全岩和单矿物的Li-B同位素分析，揭示了熔体-流体分离与多阶段岩浆分异对δ⁷Li和δ¹¹B的系统控制。研究论文发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》上。

关键技术方法包括：1）全岩及单矿物（如电气石、锂辉石）的Li-B浓度测定；2）多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）分析δ⁷Li和δ¹¹B值；3）结合矿物结晶序列与配位数差异解析同位素分馏机制；4）通过围岩蚀变特征评估流体-岩石相互作用的影响。

研究结果

1. 锂同位素分馏与熔体结晶
   锂辉石伟晶岩表现出极高的Li浓度（平均>5000 ppm）和显著偏负的δ⁷Li值（较花岗岩低3‰–5‰），表明富流体熔体经历多阶段分异和流体出溶（fluid exsolution）导致⁷Li优先进入流体相。矿物结晶顺序分析显示，晚期结晶矿物的δ⁷Li值更高，印证配位数控制分馏的规律。

2. 硼同位素分馏的特殊性
   与Li不同，电气石结晶对熔体δ¹¹B值影响微弱，但流体出溶显著降低残余熔体的δ¹¹B值（降幅达10‰），反映¹¹B在流体中富集。围岩相互作用进一步导致未矿化伟晶岩δ¹¹B值升高。

3. 熔体-流体分离的成矿指示
   富流体熔体通过多阶段分异形成锂辉石伟晶岩，而贫流体熔体仅经历单阶段分异生成未矿化伟晶岩和细晶岩。全岩δ⁷Li和δ¹¹B值比单矿物数据更能可靠示踪熔体来源与演化历史。

结论与意义
该研究首次系统阐明了高度演化花岗岩体系中Li-B同位素分馏的三重控制机制：1）岩浆分异阶段矿物结晶的配位数效应；2）熔体-流体分离引起的同位素选择性分配；3）流体-围岩相互作用的叠加改造。提出富流体熔体演化是伟晶岩型锂矿床形成的关键，为稀有金属勘探提供了同位素地球化学新指标。此外，研究强调全岩同位素分析在复杂岩浆-热液系统中的优越性，对理解其他流体相关矿床（如W-Sn-Be）的成因具有普适性参考价值。