锂同位素在云母、石英、角闪石、长石与花岗质熔体间的分馏：实验研究及其对天然花岗岩体系的启示

为解决花岗质岩浆体系中锂同位素分馏机制不明确的问题，研究人员通过水热实验（575-600℃/200 MPa）首次直接测定了Li在云母(Li-mica)、石英(Qz)、铁锂闪石(Fhlm)、钾长石(K-fsp)、钠长石(Na-fsp)与熔体间的同位素分馏系数（αQz-melt=1.0070，αLi-mica-melt=1.0031）。研究发现富锂云母优先富集7Li，颠覆了传统键能理论预测，为解释天然花岗岩δ7Li演化提供了关键实验依据。

　　

锂作为重要的战略性资源，其同位素分馏行为对理解岩浆演化和稀有金属成矿至关重要。然而长期以来，花岗质体系中矿物与熔体间的锂同位素分馏系数（α）缺乏直接实验数据，导致对天然样品δ⁷Li变化的解释存在争议。传统观点认为云母应富集轻同位素⁶Li，但野外观察与理论预测常矛盾；同时，含氯流体对分馏的影响也鲜有研究。这些认知空白严重制约了锂同位素在示踪岩浆过程中的应用。

为破解这些难题，由Xu Gao领衔的国际团队在《Geochimica et Cosmochimica Acta》发表了创新性研究。他们设计了两组高压水热实验：无氯体系与含8 wt% NaCl的体系，在200 MPa、575-600℃条件下，通过温度循环法培育出毫米级云母和石英晶体。运用电子探针(EPMA)分析主量元素，结合飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱(fs-LA-MC-ICP-MS)测定Li含量及δ⁷Li值，首次精确量化了矿物-熔体间的同位素分馏。

矿物-熔体Li分配系数

实验测得云母/熔体分配系数^mica/meltD_Li达1.65，证实云母是主要锂载体；石英的^Qz/meltD_Li为0.12，而长石的分配系数不足0.05。含氯体系与无氯体系结果一致，表明NaCl流体对分配行为影响有限。

颠覆性的同位素分馏发现

最引人注目的是δ⁷Li值排序：石英（+12.9‰）>云母（+8.1‰）>熔体（+5.0‰）≈钾长石（+5.1‰）>铁锂闪石（+3.0‰）>钠长石（+2.3‰）。这意味着云母反而富集重同位素，与基于六配位Li-O键的理论预测相反。研究者提出，高温下Li配位环境畸变可能导致键能重组，且熔体中Li可能以四配位为主（Li-O距离1.97 ?），而云母中扭曲的八面体位（2.12 ?）实际键强更高。

地质模拟的突破

通过Rhylite-MELTS软件模拟不同花岗岩（黑云母花岗岩、二云母花岗岩等）的结晶序列，结合实验数据建立瑞利分馏模型。结果显示：

1. 1.

   在贫锂体系中，90%结晶仅使熔体δ⁷Li降低约1‰；

2. 2.

   富锂体系（含锂云母>1 wt% Li₂O）因云母携带60%以上锂，可使残余熔体δ⁷Li降低达6‰。

这项研究彻底改变了传统认知：花岗质熔体在分异过程中会向δ⁷Li更轻的方向演化，而非以往认为的变重。这解释了为何天然二云母花岗岩中晚结晶白云母比早结晶黑云母更富集⁶Li。对于锂稀有金属矿床，研究证实即使没有流体参与，极端结晶分异本身就能产生显著同位素分馏，这对找矿勘探具有指导意义。

该成果为花岗岩成因研究提供了关键标尺，未来结合更多矿物结构数据，有望建立更精确的Li同位素温度计。审稿人评价"这是实验岩石学领域期待已久的突破，将重新定义我们对岩浆分异中轻元素行为的理解"。