《Lithos》：What drives lithium enrichment in anatectic pegmatites? From ordinary granitic melts to lithium-caesium?tantalum (LCT) pegmatites: evidence from the Adamello contact aureole, Italian Alps
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锂-铯-钽（LCT）伟晶岩是锂的主要经济来源，约60%的全球锂产量来自含锂辉石伟晶岩。关于经济型富锂伟晶岩的成因存在两种主要模式：一是大型富铝花岗质侵入体的高度结晶分异作用；二是地壳岩石的低程度部分熔融（即"深熔模型"）。近年来，深熔模型对缺乏与大型花岗质侵入
锂-铯-钽（LCT）伟晶岩是锂的主要经济来源，约60%的全球锂产量来自含锂辉石伟晶岩。关于经济型富锂伟晶岩的成因存在两种主要模式：一是大型富铝花岗质侵入体的高度结晶分异作用；二是地壳岩石的低程度部分熔融（即"深熔模型"）。近年来，深熔模型对缺乏与大型花岗质侵入体时空关联、产出于高级变质地体的伟晶岩获得广泛支持。然而，地壳部分熔融过程中锂富集的机制仍存在争议。热力学模拟、部分熔融实验及天然体系分析一致表明，仅靠平均含金属地壳岩石的熔融无法产生经济矿床所需的Li、Cs、Nb、Ta和Sn富集。因此，部分研究提出富锂伟晶岩源于本身富锂的原岩（如变火成岩或火山碎屑序列）的部分熔融；另有模型提出多阶段富集过程，可能涉及重复部分熔融事件或地壳熔融与后续广泛结晶作用的组合。本研究调查了意大利北部Adamello岩基热接触晕内产出的深熔LCT伟晶岩的成因。这些小型伟晶岩脉为理解深熔LCT伟晶岩的形成提供了理想的天然实验室。本研究的意义在于两个方面：第一，野外和岩相学证据清晰展示了岩基接触晕内变质沉积岩的部分熔融，建立了混合岩与伟晶岩之间的直接成因联系；第二，伟晶岩厚度有限（约1.5 m），使得能够进行全面的全岩主量和微量元素表征，便于将岩脉与其源岩、淡色体和模拟熔体组分进行直接对比。
**【研究背景与科学问题】**
锂-铯-钽（LCT）伟晶岩是全球锂资源的主要来源，约60%的全球锂产量来自含锂辉石伟晶岩，主要产自澳大利亚和中国。关于经济型富锂伟晶岩的成因，学界存在两种主要模式：其一为大型富铝花岗质侵入体的高度结晶分异作用；其二为地壳岩石的低程度部分熔融，即"深熔模型"。近年来，深熔模型对缺乏与大型花岗质侵入体时空关联、产出于高级变质地体的伟晶岩获得广泛支持。然而，地壳部分熔融过程中锂富集的机制仍存争议。热力学模拟、部分熔融实验及天然体系分析一致表明，仅靠平均含金属地壳岩石的熔融无法产生经济矿床所需的Li、Cs、Nb、Ta和Sn富集。部分研究提出富锂伟晶岩源于本身富锂的原岩（如变火成岩或火山碎屑序列）的部分熔融；另有模型提出多阶段富集过程，可能涉及重复部分熔融事件或地壳熔融与后续广泛结晶作用的组合。在诉诸复杂多阶段过程之前，利用有充分记录的自然实例对源区成分和促进锂有效富集的深熔条件建立更严格的约束至关重要。
**【研究内容与意义】**
本研究调查了意大利北部Adamello岩基热接触晕内产出的深熔LCT伟晶岩的成因。这些小型伟晶岩脉为理解深熔LCT伟晶岩的形成提供了理想的天然实验室。研究意义在于：第一，野外和岩相学证据清晰展示了岩基接触晕内变质沉积岩的部分熔融，建立了混合岩与伟晶岩之间的直接成因联系；第二，伟晶岩厚度有限（约1.5 m），使得能够进行全面的全岩主量和微量元素表征，便于将岩脉与其源岩、淡色体和模拟熔体组分进行直接对比。
**【主要技术方法】**
研究人员采用全岩主量和微量元素分析（ICP-MS）对42件样品进行了系统测试，其中23件样品的主量元素数据此前已发表；采用激光剥蚀ICP-MS（LA-ICP-MS）测定了混合岩中堇青石和黑云母的微量元素组成；对10件样品进行了Sr-Nd同位素分析（MC-ICP-MS）；采用Theriak-Domino和GeoPS软件在NKFMASH和NCKFMASHTO体系中进行相平衡模拟，计算了0.33、0.43和0.53 GPa条件下的T-XH?O视剖面图；采用批式熔融和分离熔融方程进行了微量元素模拟，以样品ML161（Li = 64 ppm）为原岩组成，评估了7、10和15 wt%熔体分数下的熔体Li浓度。
**【研究结果】**
**LCT伟晶岩脉的岩相学特征：** 伟晶岩脉显示复杂的非对称分带，从下盘到上盘可划分为A至G七个区带。主要矿物组合为石英、钾长石、斜长石、白云母和电气石，副矿物包括磷灰石、独居石、金红石、磷钇矿、萤石和锆石。核心-晶洞带（F带）为演化程度最高、最富锂的部分，由石英、钾长石、斜长石、锌尖石-铁叶云母、锂云母、锂电气石和锰铌铁矿组成。晶洞内衬有氟磷灰石、萤石、铯榴石、烧绿石和晚期方解石。伟晶岩缺乏明显的钠长石化证据，后固相热液蚀变仅限于晶洞中少量晚期方解石的形成，因此各带的全岩成分可靠地记录了其原生地球化学特征。
**全岩组成：** LCT伟晶岩为高硅岩石（SiO? = 75–86 wt%），MgO、Fe?O????和CaO含量低。K?O和Na?O含量在岩体内变化达七倍。外部带（A、B、C）具有高K?O/Na?O比值（1.24–4.13），而内部带和顶部富钠（K?O/Na?O = 0.13–0.73）。Li含量变化显著，在含锂云母和锂电气石的矿化内带达到最高值1154 ppm。外部带A和B也相对富集，Li含量分别为293和447 ppm。顶部则明显贫锂（46 ppm）。根据各带的组成和相对体积，伟晶岩的平均Li含量估计约为380 ppm。Sr浓度从矿化核心的<10 ppm升至边缘带的约40–60 ppm；Ba从核心的4.7 ppm稳步增至图形状边缘带的210 ppm。Rb平均浓度约为300 ppm，但显示显著的非线性内部变化。Cs含量多变但总体较高，在矿化核心达到440 ppm。混合岩中淡色体显示高K?O/Na?O比值（2.0–9.8），伴随低Li含量（<30 ppm）和高Ba含量（1076–2025 ppm）。热接触晕中的贫矿伟晶岩为高硅高钾质，Li含量极低。Adamello岩体内的伟晶岩具有高K?O/Na?O比值（1.7–7.6）和低Li、Cs含量（分别<20 ppm和<8 ppm），且Sr和Ba浓度高于LCT伟晶岩。
**全岩Sr-Nd同位素：** 低级变质泥岩显示高放射性??Sr/??Sr特征（0.7336–0.7374），εNd值变化范围为?8.8至?1.1。混合岩中的中色体-暗色体对和淡色体显示典型的地壳特征，具有高??Sr/??Sr比值（0.7214–0.7271）和负εNd值（?5.1至?10.7）。LCT伟晶岩外部带和内部带的Sr-Nd同位素特征（??Sr/??Sr = 0.7208–0.7265；εNd = ?9.8至?6.9）与接触晕混合岩部分熔融成因一致，落在南阿尔卑斯基底38.23 Ma年龄校正后的同位素场内，进一步支持地壳来源。相反，Adamello岩体内的贫矿伟晶岩显示明显更年轻的同位素特征，初始??Sr/??Sr比值较低（0.7067–0.7072），εNd值负得较少（?3.4至?3.3），与岩基已发表数据重叠。
**堇青石稳定性的约束：** 在0.43 GPa、700–720 °C条件下计算的H?O-F-M投影图表明，堇青石稳定性主要受原岩Mg#和H?O含量控制，高Mg#和低水活度促进其持续稳定。对于Mg#介于0.25–0.50的组成，亚固相条件下黑云母与石榴石和堇青石共存。在低H?O活度下，堇青石稳定性延伸至非常富铁的系统（Mg# ≈ 0.20）。整体相图关系表明，堇青石稳定性主要受原岩Mg#和H?O含量控制，升高Mg#和降低水活度促进其持续存在。熔体产量关键取决于体系中H?O的可用性。基于此观察，低Mg#亚固相样品ML161用于扩展NCKFMASHTO体系的相平衡模拟，约束了无堇青石条带状变泥质岩形成的最有利条件。
**相平衡模拟：** 在0.33 GPa条件下，固相线温度随水含量从0.2增至0.5 wt% H?O而从约830 °C降至670 °C，并在约0.5 wt% H?O以上保持不变。熔体产量与温度和含水量正相关。例如，在700 °C恒温下，水含量从0.65增至1.3 wt% H?O可使熔体丰度从2增至10 wt%。白云母稳定性限于亚固相条件和>0.5 wt% H?O。在0.33 GPa下，白云母在650 °C以下反应消失；在更高压力下，白云母分解约在670 °C，与熔融开始同时发生。黑云母在亚固相条件下稳定，在超固相条件下其稳定性取决于压力，在720 °C（0.33 GPa）、760 °C（0.43 GPa）和790 °C（0.53 GPa）被完全消耗。堇青石稳定性强烈受压力和水含量影响，在较低压力和水含量<0.5 wt%时于亚固相条件下稳定，构成高达15 vol%的矿物组合。在所有研究条件下，模拟熔体均为高硅（SiO? > 72 wt%）、过铝质（A/CNK = 1.12–1.25）、富钾（K?O > 5 wt%）和低钙（CaO < 0.5 wt%）。熔体具有高K?O/Na?O比值（1.6–3.4），落在花岗岩区。
**微量元素模拟：** 假设Li在堇青石和黑云母中均为不相容（模型1），模拟熔体Li浓度在整个温度范围内基本恒定。在0.43 GPa和7 wt%熔体分数下，分离熔融产生约240 ppm的Li浓度。在堇青石中Li中等相容的假设下，熔体Li浓度主要取决于堇青石稳定性，模型2和模型3均预测在约750 °C时Li急剧下降30–35%，与堇青石的出现一致。模型3（Li在黑云母中弱不相容，D(Li)bt/melt = 0.55；在堇青石中相容，D(Li)crd/melt = 1.1）在735–758 °C区间内Li浓度从约320 ppm降至约218 ppm。模拟熔体的Rb行为与Li相反，在750 °C以上从约350 ppm急增至550 ppm，与大部分黑云母的消耗一致。Ba和Sr含量很低，与残余体中钾长石的高丰度一致。
**【讨论与结论】**
研究人员讨论了Li在黑云母和堇青石中的分配行为。已发表的堇青石Li分配系数差异显著：Bea et al. (1994)记录了混合岩中堇青石的强Li相容性，而Evensen and London (2003)和Horányi et al. (2025)的实验研究报告了显著较低的分配系数（D(Li)crd/melt ≈ 0.2–0.4）。本研究中，模型3（Li在黑云母中弱不相容，D(Li)bt/melt = 0.55；在堇青石中相容，D(Li)crd/melt = 1.1）获得了模拟熔体组成与LCT伟晶岩组成的最佳拟合。这些系数与含堇青石球状混合岩相对于无堇青石混合岩系统更富Li的化学证据一致，也与接触晕中贫Li淡色体和富Li伟晶岩的产出一致。堇青石-黑云母数据表明堇青石中Li含量始终为共存黑云母的1.5–3倍，本研究数据与此一致，堇青石中Li含量约为黑云母的两倍。
新的全岩Sr-Nd同位素数据证实Adamello岩基接触晕中LCT伟晶岩源于二叠纪碎屑序列的部分熔融。混合岩原岩为低CaO变杂砂岩，具有高K?O/Na?O比值（>4）和中等Li浓度（30–70 ppm）。研究区存在两种共存的混合岩类型：含堇青石球状混合岩和无堇青石条带状混合岩，其形成受体系水含量和熔融温度控制，高H?O活度和较低温度有利于无堇青石组合的形成。堇青石中Li的相容性严重限制了含堇青石体系熔体中的Li富集，与全球残余体数据一致，表明低压含堇青石残余体中Li未亏损。因此，Adamello接触晕中LCT伟晶岩的形成必然与无堇青石条带状混合岩有关，而非球状混合岩。水含量是熔体Li浓度的另一关键控制因素：增加的水可用性增强熔体生产率，优先消耗斜长石而非黑云母，从而稀释熔体中的Li。本研究提示，在低压和相对富铝碎屑沉积物条件下，富Li熔体形成的T-XH?O条件限于水含量低于约2 wt%和温度低于750 °C。这些条件将给定源区可产生的富Li熔体最大量限制在约15 wt%，并产生Li浓度高达原岩五倍的熔体。全球沉积物和火山岩的Li含量汇编表明，两种岩石类型的平均Li含量为74 ppm，约90%的条目Li ≤ 100 ppm。这些数据表明，在有利条件下，普通地壳岩性的部分熔融可产生Li含量高达约500 ppm的熔体。本研究数据支持近期提出的观点，即稀有金属花岗岩和伟晶岩中更高的Li浓度需要额外过程，要么是富Li源区的部分熔融，要么是岩浆或流体介导的Li富集机制，且这两种过程并不互斥，可以联合作用。
全岩主量和微量元素模拟广泛再现了LCT伟晶岩的一级地球化学特征，捕捉到其Li和Rb的中等富集及Sr和Ba的亏损。模拟熔体与伟晶岩平均组成之间的唯一显著差异在于K?O/Na?O值。尽管内部化学变化显著，伟晶岩的平均组成具有K?O/Na?O ≤ 1，跨越An-Ab-Or图上的奥长花岗岩-花岗岩边界。研究的LCT伟晶岩缺乏晚期富Na交代作用的结构证据，表明其低K?O/Na?O比值是原生岩浆特征。这一特征与全球许多LCT伟晶岩和稀有金属花岗岩一致，与变质沉积物和含黑云母正片麻岩实验熔体的明显花岗质组成形成对比。研究人员检验了源区分离结晶假说，模拟结果表明，虽然钾长石堆积体的形成可以潜在地解释伟晶岩的K?O/Na?O比值（约15 wt%堆积体），但无法解释其Sr和Ba特征——10 wt%堆积体的结晶可有效地将这些元素从熔体中剥离，使其浓度降至10 ppm以下，与伟晶岩Ba和Sr平均组成（分别为46和33 ppm）形成鲜明对比。因此，模型提示Adamello接触晕中熔体提取过程中的分离结晶并非形成富Li伟晶岩的可行机制。对于相对典型深熔熔体的钠富集，研究人员 tentatively 将其归因于部分熔融过程中氟的影响，该机制已知可使 haplogranite 体系最低点向钠长石组分偏移。然而，氟在部分熔融过程中的行为及其对黑云母中Li分配的影响仍存争议。
**结论部分翻译：** Adamello岩基热接触晕中混合岩与深熔伟晶岩的空间关联为代表研究LCT伟晶岩成因的杰出天然实验室。所研究的伟晶岩具有良好约束的源区，且其相对年轻的年龄和有限的分布范围排除了多次熔融事件或地壳尺度结晶分异的可能性，从而为深熔过程中富Li熔体的形成提供了宝贵视角。相平衡和微量元素模拟支持Li在堇青石中的中等相容性，强调了其在低压高级变质环境中的关键作用——在该环境中，该相的稳定性限制了深熔熔体中的Li富集。在低压条件下，少量（<15 wt%）富Li深熔熔体形成于水含量低于约2 wt%和温度低于750 °C的体系中。在这些条件下，堇青石不稳定，熔体Li浓度可达原岩的五倍。模拟熔体广泛匹配LCT伟晶岩的平均组成，产生中等富Li的花岗质熔体。数据表明，经济型Li矿床需要富Li源区或额外岩浆过程，而在晶洞型LCT伟晶岩中，高Li核心可能通过中等富集熔体的内部差异演化形成，强调了小尺度分离结晶的重要性。
