高利娥 曾令森 嚴(yán)立龍 高家昊 趙令浩

中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所，北京 100037

關(guān)鍵金屬是指現(xiàn)今社會(huì)必需的、對(duì)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要的、但安全供應(yīng)存在較高風(fēng)險(xiǎn)的一類(lèi)金屬元素及其礦床的總稱(chēng)(涂光熾等, 2004; 蔣少涌等, 2020; 侯增謙等, 2020; 翟明國(guó)等, 2019)，包括三稀金屬(稀有、稀土和稀散)和稀貴金屬(鉑族金屬)(毛景文等, 2019a, b; 王登紅, 2019)。關(guān)鍵金屬作為全球高科技產(chǎn)業(yè)不可或缺的戰(zhàn)略性資源，尤其在航空航天、軍事、芯片和新能源等領(lǐng)域的重要作用，其富集和成礦機(jī)制是目前國(guó)際礦床學(xué)研究的熱點(diǎn)(毛景文等, 2019b)。隨著科技的發(fā)展，未來(lái)對(duì)關(guān)鍵金屬的需求將迅猛增長(zhǎng)。但是，關(guān)鍵金屬礦產(chǎn)是國(guó)際上最近提出的資源概念，針對(duì)此類(lèi)礦床的專(zhuān)門(mén)研究剛剛起步，認(rèn)知程度較低(侯增謙等, 2020)。

喜馬拉雅造山帶內(nèi)分布著兩條新生代淡色花崗巖帶，部分花崗巖經(jīng)歷了結(jié)晶分異作用，形成高硅花崗巖甚至偉晶巖(Wuetal., 2017; Gaoetal., 2021; 吳福元等, 2015; 劉志超等, 2020)。隨著中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地調(diào)中心李光明研究員團(tuán)隊(duì)在拿日雍錯(cuò)(也叫錯(cuò)那洞)發(fā)現(xiàn)了Be多金屬工業(yè)礦體(李光明等, 2017)，最近幾年以中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所吳福元院士和南京大學(xué)王汝成教授團(tuán)隊(duì)為代表的學(xué)者對(duì)喜馬拉雅淡色花崗巖稀有金屬的成礦作用開(kāi)展了較詳細(xì)的研究，在佩枯措、夏如、吉隆、定結(jié)、告烏、然巴、康馬、錯(cuò)那等地，發(fā)現(xiàn)了代表Be成礦的綠柱石，代表Nb-Ta成礦的鉭鐵礦、燒綠石-細(xì)晶石、鈮鐵金紅石，代表Sn成礦的錫石，代表Li成礦的鋰云母、鋰輝石等(Wangetal., 2017; Wuetal., 2020)。在拿日雍錯(cuò)花崗巖中，相對(duì)富集Bi、Cs、Li、Sn、Be、Pb、B、W、Ta等稀有金屬成礦元素(高利娥等, 2019)。已有研究認(rèn)為，藏南喜馬拉雅高分異淡色花崗巖形成過(guò)程中伴隨著稀有金屬元素的富集，很可能成為我國(guó)新的重要稀有金屬成礦帶(Wangetal., 2017; Wuetal., 2020; Gaoetal., 2021; 李光明等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017)。但在喜馬拉雅淡色花崗巖稀有金屬富集和成礦機(jī)理、影響因素等方面有待深入研究，形成新認(rèn)識(shí)，揭示成礦潛力高的勘探靶區(qū)。

本文以吉隆和亞?wèn)|地區(qū)淡色花崗巖為研究對(duì)象，通過(guò)詳細(xì)的主量元素和微量元素測(cè)定，查明這些花崗巖中關(guān)鍵金屬元素的異常情況，尤其是Sn-Cs-Tl富集情況，揭示喜馬拉雅淡色花崗巖的Sn-Cs-Tl富集行為和機(jī)制。

1 地質(zhì)背景與樣品

喜馬拉雅造山帶由特提斯喜馬拉雅帶、高喜馬拉雅結(jié)晶帶、低喜馬拉雅帶和次喜馬拉雅帶組成(圖1a)。它們之間的界限分別為藏南拆離系、主中央逆沖斷層、主邊界逆沖斷層。在喜馬拉雅造山帶內(nèi)，新生代淡色花崗巖沿著特提斯喜馬拉雅帶和高喜馬拉雅帶分布。在特提斯喜馬拉雅帶，新生代花崗巖侵入片麻巖穹窿核部。在高喜馬拉雅帶中，淡色花崗巖侵入到高喜馬拉雅結(jié)晶巖系中，或侵入藏南拆離系中，自西向東主要有Mandhata(納木那尼)、Manaslu(馬納斯魯)、Gyirong(吉隆)、Mount Qomolangma(珠穆朗瑪)、Makalu(馬卡魯)、Dinggye(定結(jié))、Dingga(定日)、Khula Kangri(庫(kù)拉崗日)和Cuona(錯(cuò)那)等巖體。

圖1 藏南喜馬拉雅造山帶地質(zhì)簡(jiǎn)圖(a)和亞?wèn)|地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖(b)YTS-雅魯藏布江縫合帶；STDS-藏南拆離系；MCT-主中央逆沖推覆帶；MBT-主邊界逆沖推覆帶；MFT-主前緣逆沖推覆帶；TH-特提斯喜馬拉雅；HH-高喜馬拉雅；LH-低喜馬拉雅；SH-次喜馬拉雅

亞?wèn)|位于高喜馬拉雅帶中部，新生代淡色花崗巖出露面積近200km2，根據(jù)鋯石U-Pb年齡可以解體為三個(gè)獨(dú)立巖體(圖1b, Liuetal., 2017)。告烏淡色花崗巖形成于23Ma，為含電氣石的淡色花崗巖，位于藏南拆離系和亞?wèn)|谷露裂谷的交接部位，以巖床的形式侵位于藏南拆離系和剪切帶上盤(pán)的特提斯喜馬拉雅沉積巖系中，整體無(wú)變形，部分表現(xiàn)出弱定性特征，為同構(gòu)造侵位或構(gòu)造活動(dòng)末期侵位巖漿。20～18Ma的頂嘎巖體和17～16Ma淡色花崗巖體，巖性為二云母花崗巖，侵入藏南拆離系和剪切帶下盤(pán)的高喜馬拉雅結(jié)晶巖系中，這兩期淡色花崗巖切穿藏南拆離系，巖漿侵位應(yīng)發(fā)生于韌性剪切活動(dòng)停止后(劉志超等, 2020)。

吉隆位于高喜馬拉雅帶西部，新生代淡色花崗巖侵位于藏南拆離系和剪切帶下盤(pán)的高喜馬拉雅結(jié)晶巖系中(圖2)。藏南拆離系由古生代花崗質(zhì)片麻巖和新生代面理化的淡色花崗巖組成，并被后期的淡色花崗巖體侵位。面理化淡色花崗巖具有明顯的同構(gòu)造性質(zhì)(圖3a-c)，主期侵位約為22～20Ma，并記錄了早期36Ma和26Ma的巖漿熱液活動(dòng)(Yangetal., 2009; 高利娥等, 2016)。后期的淡色花崗巖形成于17.7Ma，未變形，巖漿侵入到藏南拆離系中，形成時(shí)代在藏南拆離系活動(dòng)停止之后(高利娥等, 2016)。高喜馬拉雅帶內(nèi)，淡色花崗巖形成年齡為22～16Ma(高利娥等, 2016)。其中一條變形的淡色花崗巖脈, 形成于21.0～18.7Ma，記錄了早期向北的伸展作用和后期向南的逆沖縮短作用(Wangetal., 2013)。

圖2 吉隆地區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

圖3 吉隆地區(qū)同構(gòu)造淡色花崗巖的野外特征

吉隆和亞?wèn)|地區(qū)花崗巖主要由石英、斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石、白云母、電氣石、石榴子石(圖3d)，以及少量的黑云母、條紋長(zhǎng)石、磷灰石、獨(dú)居石、鋯石等組成(圖4a-f)。條紋長(zhǎng)石呈脈狀、樹(shù)枝狀、網(wǎng)狀、蝌蚪狀等形態(tài)(圖4b)。斜長(zhǎng)石具有核邊結(jié)構(gòu)，核部含有大量的白云母包裹體，邊部干凈，核部白云母包裹體呈90°或120°沿著斜長(zhǎng)石的解理縫分布(圖4c, d)。電氣石半自形-他形柱狀，淺黃褐色為主(圖4c, e)。磷灰石呈粒狀、卵狀等形式成堆出現(xiàn)(圖4f)。手標(biāo)本上，淡色花崗巖中白云母和黑云母定向排列形成面理(圖3b, c)。未發(fā)生塑性變形，表明花崗巖冷凝后期未受強(qiáng)烈變形。亞?wèn)|地區(qū)出現(xiàn)少量的鈉長(zhǎng)花崗巖，主要由斜長(zhǎng)石、石英，以及少量的鉀長(zhǎng)石、石榴子石、磷灰石等組成(圖4g, h)。

圖4 富集關(guān)鍵金屬元素淡色花崗巖(a-f)和鈉長(zhǎng)花崗巖(g、h)的顯微照片

2 分析方法

主量及微量元素的測(cè)試在自然資源部國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行。主量元素通過(guò)XRF(X熒光光譜儀3080E)方法測(cè)試，分析精度為5%。微量元素和稀土元素(REE)通過(guò)等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS-Excell)分析，含量大于 10×10-6的元素的測(cè)試精度為5%，而小于10×10-6的元素精度為10%。個(gè)別在樣品中含量低的元素，測(cè)試誤差大于10%。31件亞?wèn)|花崗巖的全巖元素分析結(jié)果列在表1中。

表1 亞?wèn)|淡色花崗巖的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)地球化學(xué)特征

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

3 數(shù)據(jù)及結(jié)果

根據(jù)巖石組成和關(guān)鍵金屬的富集程度，本文數(shù)據(jù)分為三類(lèi)：富集關(guān)鍵金屬的淡色花崗巖，不富集關(guān)鍵金屬的淡色花崗巖和鈉長(zhǎng)花崗巖。吉隆花崗巖包括馬拉山-吉隆的所有淡色花崗巖，數(shù)據(jù)來(lái)自于Gao and Zeng (2014)和Gaoetal. (2017)。從主量元素含量來(lái)看(圖5)，大多數(shù)花崗巖具有較高的SiO2(69.5%～78.8%)，Al2O3(11.0%～17.0%)，K2O(2.3%～8.4%)，和Na2O(1.4%～6.1%)，但較低的CaO(≤2.0%)、FeO(<2.0%)、MgO、MnO、P2O5和TiO2，較高的A/CNK (>1.1) 和K2O/Na2O(≥1.0)比值。與不富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖相比，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖具有較高的Na2O(>3.4)和P2O5，但較低的CaO(<0.9%)、FeO(<1.4%)、MgO、MnO和TiO2。值得關(guān)注的是，亞?wèn)|地區(qū)的兩件鈉長(zhǎng)花崗巖的Na2O含量高達(dá)8.4%。

在微量元素特征上(圖6)，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖具有Ba和Ti顯著的負(fù)異常，Th和Sr弱負(fù)異常。相比較，鈉長(zhǎng)花崗巖還顯示了K和REE的負(fù)異常。與不富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖相比(Rb=104×10-6～386×10-6，Sr=14×10-6～320×10-6，Rb/Sr=0.6～19.0)，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖具有較高的Rb(>300×10-6)和Rb/Sr(>5.0)，較低的Sr(<70×10-6)和Ba，鈉長(zhǎng)花崗巖具有最低的Rb和Sr，即Rb=71×10-6～77×10-6，Sr=11×10-6～12×10-6，Rb/Sr=5.9～6.6(圖7)。在高場(chǎng)強(qiáng)元素含量和比值上，兩類(lèi)花崗巖差別不大，Zr=3×10-6～165×10-6，Hf=0.2×10-6～10×10-6，Nb=0.2×10-6～35×10-6，Ta=0.1×10-6～27×10-6，Zr/Hf=10.7～40.6，Nb/Ta=1.2～16.3(圖8、圖9)。相對(duì)比，鈉長(zhǎng)花崗巖具有較高的Nb和Ta(Nb=35×10-6～50×10-6，Ta=10×10-6～15×10-6)，中等含量的Zr和Hf(Zr=17×10-6～20×10-6，Hf=2×10-6)和Nb/Ta比值(3.3～3.4)，較低的Zr/Hf比值(8.6～9.5)。

圖6 富集關(guān)鍵金屬元素淡色花崗巖的原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化微量元素蜘蛛網(wǎng)圖(a、c)和球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(b、d)(標(biāo)準(zhǔn)化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

圖7 淡色花崗巖的微量元素特征

圖8 淡色花崗巖的其它微量元素特征和巖漿溫度

圖9 淡色花崗巖的高場(chǎng)強(qiáng)元素特征

在稀土元素特征上(圖6)，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖顯示略微富集輕稀土和中稀土，虧損重稀土，(La/Yb)N=2.17～19.82，顯著的負(fù)Eu異常(Eu/Eu*=0.15～0.66)，微弱的負(fù)Nd異常(Nd/Nd*=NdN/[(PrN2×SmN)1/3=0.67～0.86)。鈉長(zhǎng)花崗巖具有輕稀土和中稀土虧損，重稀土略富集，負(fù)Eu異常和負(fù)Nd異常的特征(Eu/Eu*=0.56～0.80，Nd/Nd*=0.79～0.80)。

富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖含有較高的W、Sn、B、Be、Cs、Tl等關(guān)鍵金屬元素(圖10、圖11)。具體表現(xiàn)在：全部樣品富集Sn、Cs、Tl和Be元素，變化范圍為1.69×10-6～55.20×10-6、14.6×10-6～126.0×10-6、1.05×10-6～4.97×10-6和6.71×10-6～184×10-6，平均值為18.92×10-6、35.48×10-6、2.13×10-6和16.12×10-6，約是維氏花崗巖平均值的6.3倍、7.1倍、1.4倍和2.9倍；部分樣品富集W、B、Li、Bi、U和Pb，最高值可分別達(dá)9.76×10-6、1610×10-6、182×10-6、12.2×10-6、32.6×10-6和58.8×10-6，平均值分別為2.12×10-6、200.6×10-6、146.5×10-6、5.51×10-6、9.39×10-6和41.01×10-6；略虧損Nb、Ta元素，變化范圍為1.90×10-6～78.80×10-6和0.34×10-6～15.2×10-6，平均為10.93×10-6、2.47×10-6。相比較，鈉長(zhǎng)花崗巖富集Nb、Ta、Sn、Be、Cs。不富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖中這些元素的濃度大多數(shù)都低于維氏花崗巖平均值。

圖10 淡色花崗巖的關(guān)鍵金屬W (a)、Sn (b)、Nb (c)和Ta (d)與Rb/Sr的關(guān)系圖解

圖11 淡色花崗巖的關(guān)鍵金屬B (a)、Be (b)、Cs (c)和Tl (d)與Rb/Sr的關(guān)系圖解

4 討論

從上面地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以看出，富集關(guān)鍵金屬元素的淡色花崗巖具有：(1)較高的SiO2、Al2O3和A/CNK比值，為過(guò)鋁質(zhì)淡色花崗巖(圖5)；(2)較高的Rb(>300×10-6)和Rb/Sr(>5.0)，較低的Sr，高度變化的高場(chǎng)強(qiáng)元素的濃度和比值(圖7-圖9)；(3)略微富集LREE和MREE，虧損HREE，顯著的負(fù)Eu異常和微弱的負(fù)Nd異常(圖6)；和(4)富集關(guān)鍵金屬元素Sn、Cs、Tl等。與富集關(guān)鍵金屬元素的淡色花崗巖相比，鈉長(zhǎng)花崗巖具有不一致的地球化學(xué)特征, 包括(1)Na2O含量高達(dá)8.4%；(2)非常低的Rb和Sr含量(Rb<80×10-6，Sr<15×10-6)，較高的Nb和Ta含量(Nb>35×10-6，Ta>10×10-6)，Nb/Ta比值小于5，Zr/Hf比值小于10；(3)LREE和MREE虧損，HREE略富集，更加顯著的Eu和Nd負(fù)異常；和(4)富集關(guān)鍵金屬元素Nb、Ta、Sn、Be、Cs等。

4.1 富集關(guān)鍵金屬淡色花崗巖的形成過(guò)程：分離結(jié)晶作用

隨著巖漿分離結(jié)晶作用的進(jìn)行，當(dāng)巖漿演變成高硅體系，礦物組成和元素地球化學(xué)行為會(huì)發(fā)生改變，如：(1)主要造巖礦物相溶解度的改變(Ren, 2012)；(2)微量元素分配系數(shù)的變化(Shearer and Papike, 1987; Glazneretal., 2008; Gaoetal., 2021)以及稀土元素四分組效應(yīng)的出現(xiàn)(Liuetal., 2016)；(3)副礦物溶解行為的變化(Wolf and London, 1994; Bea, 1996; Linnen and Keppler, 1997, 2002; Gaoetal., 2021a, b; 郭春麗等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017)；(3)鈉長(zhǎng)花崗巖的出現(xiàn)(Liuetal., 2014; Wuetal., 2020)；和(4)結(jié)晶富Mn石榴子石、高Hf鋯石、電氣石和富集稀有金屬元素的綠柱石、鈮鐵礦等(Liuetal., 2019; 高利娥等, 2012; 劉志超等, 2020)。

圖5-圖9顯示了富集關(guān)鍵金屬元素淡色花崗巖中重要主微量元素的變化趨勢(shì)和相互關(guān)系。在花崗質(zhì)巖漿分離結(jié)晶過(guò)著中，隨著溫度的降低，斜長(zhǎng)石中的CaO含量降低(Shearer and Papike, 1987; Scailletetal., 1995; Patio Douce and Harris, 1998)。與不富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖相比，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖具有較高的Na2O(圖5b)，但較低的CaO(圖5c)和鋯飽和巖漿溫度(圖8b)，CaO含量與巖漿溫度呈正相關(guān)關(guān)系(圖7d)，并出現(xiàn)鈉長(zhǎng)花崗巖。另外，富集關(guān)鍵金屬元素花崗巖還具有較低的Sr、Ba，和顯著的Eu負(fù)異常，Eu異常與Sr含量正相關(guān)(圖7c)，以上特征表明富集關(guān)鍵金屬元素的淡色花崗巖是較原始花崗質(zhì)巖漿經(jīng)歷不同程度斜長(zhǎng)石分離結(jié)晶作用的產(chǎn)物。

Zr和Hf具有相似的地球化學(xué)性質(zhì)，巖漿演化過(guò)程中Zr/Hf比值應(yīng)保持一致。越來(lái)越多的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)表明，在巖漿演化過(guò)程中，Zr/Hf比值可發(fā)生變化(Dupuyetal., 1992; Davidetal., 2000; Linnen and Keppler, 2002)。在SiO2>74.0%的高硅花崗巖中，較低Zr/Hf 比值的形成機(jī)制有兩種：(1)鋯石的分離結(jié)晶作用(Bea, 1996; Davidetal., 2000; Claiborneetal., 2006)；(2)花崗巖熔體結(jié)構(gòu)的變化(Linnen and Keppler, 2002; 郭春麗等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017)。在鋯石中，Zr的溶解度是Hf的五倍(Linnen and Keppler, 2002)，因此鋯石的分離結(jié)晶作用可以降低花崗質(zhì)熔體的Zr/Hf比，但同時(shí)降低殘余熔體的Zr和Hf的含量。在富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖中，Zr 與A/NK呈正相關(guān)(圖8a)，表明鋯石發(fā)生了分離結(jié)晶作用。但是隨著Zr/Hf比值降低，Zr和Hf含量先降低，后升高(圖9a, b)。當(dāng)熔體的Zr/Hf比值超過(guò)20時(shí)，Zr-Zr/Hf 和 Hf-Zr/Hf系統(tǒng)關(guān)系發(fā)生了改變(Gaoetal., 2021a)。隨著巖漿分異作用的進(jìn)行，花崗質(zhì)巖漿的結(jié)構(gòu)將改變，鋯石和鉿石的溶解度發(fā)生變化，Hf的溶解度將明顯高于Zr的溶解度(Linnen and Keppler, 2002)，導(dǎo)致熔體的Zr/Hf比值降低。因此，鋯石的分離結(jié)晶作用和熔體結(jié)構(gòu)的變化共同控制了花崗巖中Zr和Hf的含量和系統(tǒng)關(guān)系。

Nb和Ta也表現(xiàn)出相似的地球化學(xué)性質(zhì)，在多數(shù)地質(zhì)作用中一般不發(fā)生明顯的分餾。最近一系列研究得出，Nb和Ta易溶于云母和富Ti礦物相中(Stepanov and Hermann, 2013; Stepanovetal., 2014; Gaoetal., 2017)。在金紅石和鈦鐵礦中DTa>DNb，而在云母中DTa

另外，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖中具有明顯的Nd負(fù)異常(圖6)。在淡色花崗巖中，稀土元素主要賦存于獨(dú)居石和磷灰石中(Whittington and Treloar, 2002; Zengetal., 2005)。富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖中，∑LREE和Nd異常正相關(guān)(圖8f)，P2O5和Nd異常(圖8e)也正相關(guān)，表明花崗巖經(jīng)歷了獨(dú)居石和磷灰石的分離結(jié)晶作用。

以上分析可以表明，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、鋯石、獨(dú)居石、磷灰石、云母等的分離結(jié)晶作用，雖然具有高的10000Ga/Al值，但落入分離結(jié)晶作用形成的S型花崗巖區(qū)域(圖12)，實(shí)質(zhì)為高分異的S型花崗巖。

圖12 淡色花崗巖的A型花崗巖判別圖(據(jù)Whalen et al., 1987)

4.2 喜馬拉雅淡色花崗巖中關(guān)鍵金屬Sn-Cs-Tl富集機(jī)制初探

三稀金屬包括稀有、稀土和稀散，是關(guān)鍵金屬的重要組成部分。稀有金屬包括鋰(Li)、鈹(Be)、銣(Rb)、銫(Cs)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鎢(W)、錫(Sn) 等。鎢錫是我國(guó)傳統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源，蔣少涌等(2020)指出我國(guó)原生鎢錫礦床有5種主要類(lèi)型：斑巖型、云英巖型、矽卡巖型、石英脈型和錫石硫化物型；3種次要類(lèi)型：蝕變花崗巖型、熱液角礫巖型和低溫?zé)嵋好}型?；◢弾r的高度分異作用對(duì)鎢錫成礦至關(guān)重要，與鎢礦化有關(guān)的巖漿巖主要為陸殼重熔型花崗巖。與錫礦床相關(guān)的巖漿巖除了高分異花崗巖外，還包括A型花崗巖等多種巖石類(lèi)型(Chenetal., 2013; 華仁民等, 2010; 蔣少涌等, 2020)。銫的地殼豐度為3×10-6，地球化學(xué)性質(zhì)與鉀和鉈相似，常以類(lèi)質(zhì)同像形式存在于富鉀礦物中，如天河石(含銣微斜長(zhǎng)石)中Cs2O可達(dá)0.1%～0.3%。銫大多呈分散態(tài)存在，含銫礦物常見(jiàn)于花崗偉晶巖中，隨著巖漿分異程度增強(qiáng)，銫含量增加，容易富集于巖漿晚期階段、堿性巖和花崗偉晶巖中，與綠柱石、鋰輝石、鋰云母、電氣石以及鈮鉭礦物共生。此外，銫還可富集在鹽湖鹵水中。所以，銫礦床可分為堿性長(zhǎng)石花崗巖(花崗偉晶巖型)和鹵水型。

稀散金屬一般指在地殼中豐度很低(多為10-9級(jí))，分布極為分散的元素，包括鎵(Ga)、鍺(Ge)、硒(Se)、鎘(Cd)、銦(In)、碲(Te)、錸(Re)、鉈(Tl)8種元素。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)資料表明，盡管中國(guó)鎵、鍺、硒、鎘和銦的資源儲(chǔ)量在全球第一，但是，稀散金屬礦床的成礦成因等方面研究程度相對(duì)較低(謝桂青等, 2020)。鉈的地殼豐度很低(0.45×10-6)，地殼巖石中的w(Tl)和w(Pb)正相關(guān)，鉈主要呈類(lèi)質(zhì)同象替代鉀、銣進(jìn)入云母和鉀長(zhǎng)石(Raderetal., 2018)。一直以來(lái)鉈主要作為伴生組分從銅礦床和鉛鋅硫化物礦床中作為綜合利用對(duì)象而被回收(溫漢捷等, 2020)。目前為止鉈成礦的研究相對(duì)比較薄弱，溫漢捷等(2020)大致劃分出兩個(gè)具有工業(yè)意義的礦床類(lèi)型, 即低溫?zé)嵋盒豌B礦床和塊狀硫化物型含鉈礦床。熱液型鉈礦床一般和金、汞等礦化關(guān)系密切，鉈的超常富集主要出現(xiàn)在成礦熱液演化較晚階段，最大的特點(diǎn)是能夠形成鉈的獨(dú)立礦床(陳代演和鄒振西, 2000)。硫化物型含鉈礦床中鉈以類(lèi)質(zhì)同象進(jìn)入黃鐵礦晶格,不產(chǎn)出鉈獨(dú)立礦物(Murao and Itoh, 1992)，如中國(guó)安徽和縣香泉發(fā)現(xiàn)鉈礦。

關(guān)鍵金屬元素通常含量極低，在常具有“稀、細(xì)、伴”的特征，獨(dú)立礦物不易被直接觀察，并且，地球化學(xué)行為較為復(fù)雜，礦化類(lèi)型和成礦機(jī)制多樣，認(rèn)知難度大(侯增謙等, 2020)。毛景文等(2019a)初步把關(guān)鍵礦產(chǎn)分為8種成因類(lèi)型，即：(1)與花崗巖-偉晶巖有關(guān)的W、Sn、Nb、Ta、Li、Rb、Cs、Be礦床；(2)與碳酸巖-堿性巖有關(guān)的REE、Nb、U礦床；(3)與鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖有關(guān)的Ni、Co、Cr、Pt族元素礦床；(4)低溫?zé)嵋盒蚑l、Te礦床；(5)多種類(lèi)型熱液礦床中的伴生組分，包括Re、Ge、In、Cd、Tl、Te、Se、Sc、Ga等；(6)表生沉積型礦床；(7)與表生鹽湖有關(guān)的Li、Rb、Cs礦床；(8)與表生風(fēng)化作用有關(guān)的稀土礦床。

地球化學(xué)數(shù)據(jù)表明，本文中富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖富集Sn、Cs、Tl等元素。這些花崗巖經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、鋯石、獨(dú)居石、磷灰石、云母等的分離結(jié)晶作用，為高分異的S型花崗巖。根據(jù)目前關(guān)鍵礦產(chǎn)的成因類(lèi)型劃分，喜馬拉雅淡色花崗巖屬于與花崗巖-偉晶巖有關(guān)的W、Sn、Nb、Ta、Li、Rb、Cs、Be礦床。實(shí)驗(yàn)研究表明，REE、F、Li、Rb、Cs、Be、Sn和W在分離結(jié)晶過(guò)程中更傾向于進(jìn)入熔體中(Keppler and Wyllie, 1991; Linnen, 1998)。隨著分離結(jié)晶作用的增強(qiáng)，花崗巖中的鉀長(zhǎng)石向微斜長(zhǎng)石甚至天河石(即富Rb鉀長(zhǎng)石)演化，斜長(zhǎng)石含量減少且逐漸向富Na端元演化，最后形成鈉長(zhǎng)花崗巖(Wuetal., 2003a, b)。本文中富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖中K-Rb-Cs-Tl具有很好的正相關(guān)性(圖13)，表明Cs和Tl主要呈類(lèi)質(zhì)同象替代鉀、銣進(jìn)入云母。同時(shí)，鎢錫的富集與花崗巖的高度分異演化密切相關(guān)。上述分析表明，隨著巖漿分異程度增強(qiáng)，Sn、Cs、Tl、Be、W、B、Li、Bi、U、Pb等關(guān)鍵金屬元素在殘余熔體中富集，Cs和Tl呈類(lèi)質(zhì)同象替代鉀、銣進(jìn)入云母。

圖13 淡色花崗巖的K-Rb-Cs-Tl 的關(guān)系圖解

喜馬拉雅造山帶被認(rèn)為是稀有金屬成礦的有利地區(qū)，錯(cuò)那洞發(fā)現(xiàn)了較大規(guī)模的鎢錫鈹?shù)V床(李光明等, 2017)。在錯(cuò)那洞穹窿內(nèi)，花崗質(zhì)巖漿發(fā)生高度的分離結(jié)晶作用(高利娥等, 2017, 2019)，使熔體中Be、W、Sn以及揮發(fā)分富集，一方面，在偉晶巖中形成綠柱石；另一方面，從巖漿中出溶的成礦熱液侵入碳酸鹽巖，發(fā)生水巖反應(yīng)，沉淀出Be、W、Sn等稀有金屬元素(何暢通等, 2020)。所以，錯(cuò)那洞稀有金屬的成礦類(lèi)型包括兩類(lèi)：(1)巖漿偉晶巖型；和(2)熱液矽卡巖型。在巖漿分離結(jié)晶過(guò)程中，由于稀有金屬元素在硅酸鹽礦物和熔體之間的分配系數(shù)小于1，有利于稀有金屬元素在熔體中富集，并為后期熱液矽卡巖型礦化創(chuàng)造有利條件(Evensen and London, 2002)。因此，喜馬拉雅造山帶不僅是稀有金屬成礦的有利地區(qū)，而且可以富集其它關(guān)鍵金屬元素，巖漿結(jié)晶分離作用是最重要的成因機(jī)制。

4.3 關(guān)鍵金屬富集的動(dòng)力學(xué)背景

從地質(zhì)圖上看(圖1、圖2)，這些富集關(guān)鍵金屬元素的淡色花崗巖都侵位于藏南拆離系內(nèi)，吉隆淡色花崗巖形成于20～22Ma(高利娥等, 2016)，亞?wèn)|淡色花崗巖形成于23Ma(Liuetal., 2017)，為同構(gòu)造侵位花崗巖(Yangetal., 2009; 劉志超等, 2020)。Wuetal. (2020)提出，喜馬拉雅地殼厚度為70km，藏南拆離系侵角為17.3±0.3°，當(dāng)巖漿沿著藏南拆離系上升，需要運(yùn)移150～200km。如此長(zhǎng)距離的移動(dòng)，促使了巖漿的廣泛分離結(jié)晶作用。研究表明，變形作用會(huì)驅(qū)動(dòng)壓濾效應(yīng)，促使巖漿分異(Beaetal., 2005)。因此，侵位過(guò)程中，富集關(guān)鍵金屬元素的淡色花崗巖受到藏南拆離系的韌性剪切影響，促使巖漿發(fā)生廣泛的結(jié)晶分異作用，以及后期的關(guān)鍵金屬元素富集。

5 結(jié)論

(1)吉隆和亞?wèn)|淡色花崗巖可以分成三類(lèi)：富集關(guān)鍵金屬的淡色花崗巖、不富集關(guān)鍵金屬的淡色花崗巖和鈉長(zhǎng)花崗巖。

(2)全巖主微量元素地球化學(xué)特征表明，富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖經(jīng)歷了斜長(zhǎng)石、鋯石、獨(dú)居石、磷灰石、云母等的分離結(jié)晶作用，屬于高分異的S型花崗巖。

(3)富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖含有較高的Sn、Cs、Tl、Be、W、B、Li、Bi等關(guān)鍵金屬元素，屬于與花崗巖-偉晶巖有關(guān)的礦床。

(4)關(guān)鍵金屬元素的富集與花崗巖的高度分異演化密切相關(guān)，隨著巖漿分異程度增強(qiáng)，Sn、Cs、Tl、Be、W、B、Li、Bi、U、Pb等關(guān)鍵金屬元素在熔體中富集，Cs和Tl呈類(lèi)質(zhì)同象替代鉀、銣進(jìn)入云母。

(5)富集關(guān)鍵金屬元素的花崗巖侵位于藏南拆離系內(nèi)，為同構(gòu)造侵位花崗巖。藏南拆離系的活動(dòng)促使了巖漿的廣泛分離結(jié)晶作用，以及后期的關(guān)鍵金屬元素富集。