阿勒泰造山带伟晶岩的Li-B同位素研究和意义

Rare-metal-bearing pegmatite is commonly considered as water- and flux-rich residual melt after significant fractional crystallization of peralluminous granitic melt. However, pegmatite shows large difference from granite in formation conditions, timing of emplacement and chemical compositions, suggesting a lack of genetic linkage between the two. Alternatively, pegmatite could be formed by low degree melting of meta-sedimentary rocks under water- and flux-rich and low amphibolite facies conditions. To clarify the origin of pegmatite, studies as below on the pegmatite from the Altay orogeny will be done: (1) the origin of disequilibrium crystallization, mainly through studies of melt- and fluid inclusions and P-T conditions from rim to core of pegmatite, (2) the origin of REE tetrad effect and unusual trace element ratios, and (3) the water-soluble Li-B isotopes, particularly, the origin of extremely high Li (and B) and highly enriched heavy Li (and B) features. The above research would lead to substantial progress of pegmatite origin. This would be of significance not only to granite study, but also to better understanding of low degree anatexis processes and melt characteristics under relatively low temperature (mid-crustal depths), water- and flux-rich conditions.

多数人认为伟晶岩代表铝质花岗岩高度分离结晶之后的富水(和助溶剂)残余岩浆，然而研究显示伟晶岩在形成条件、侵位年代和化学成分上都与花岗岩有很大差别。另一种可能是伟晶岩是变质沉积岩在低角闪岩相、富水和助溶剂条件下发生低程度深熔作用的结果。为了揭示伟晶岩成因之谜，本项目对阿勒泰伟晶岩进行如下研究：(1)伟晶岩特征的不平衡结晶的原因，重点通过从伟晶岩脉边部至核部熔流体包裹体的成分和温压条件研究，探讨伟晶岩分异和结晶与水/助溶剂的内在联系；(2)伟晶岩的REE四分组效应和某些异常微量元素比值的成因；(3)通过水溶性的Li-B同位素体系研究，揭示伟晶岩异常高的Li（B）和富集重Li(和B)的原因。本项目将大大推进伟晶岩的成因研究，不仅对揭示相对低温(中部地壳)条件下富流体和助溶剂的变质沉积岩发生深熔作用的机理、熔体性质和演化、中部地壳成分分异等过程提供珍贵信息，对花岗岩成因也有重要意义。

伟晶岩的成因和稀有金属成矿一直是争论的问题：花岗岩体系分离结晶之后的残余岩浆 vs.变质沉积岩直接部分熔融。本项目通过对阿勒泰造山带伟晶岩的岩石学、矿物成分、电气石B同位素、Sr-Nd-Li同位素研究，获得成果如下：.（1）伟晶岩中单矿物(电气石、磷灰石)Sr-Nd同位素成分为ISr = 0.709 ~ 0.749,eNd(t)= -5.0 ~ +0.9），不同于同期花岗岩，因此排除了伟晶岩来自花岗岩体系分离结晶的可能性。虽然与哈巴河群变质沉积岩有部分重叠，但伟晶岩更加富集放射性成因Nd和Sr同位素,表明伟晶岩形成于变质沉积岩的直接部分熔融，但源区有黏土岩(+蒸发岩)参与。该模型解释了伟晶岩岩浆的富含挥发分、低温和低程度熔体、低REE和La/Yb、低粘度和低密度等特征。（2）伟晶岩的结构和成分分带一直被认为是封闭体系下岩浆演化、分异的结果，但本项目研究表明，同一个伟晶岩脉的不同分带的Nd-Sr同位素有显著差别，表明伟晶岩成分和结构分带可能是在开放体系下，多期伟晶岩生长的结果。（3）电气石、石榴石等矿物的微量元素特征可指示伟晶岩的起源、演化、氧逸度特征等。电气石成分表明，伟晶岩原始岩浆具有低氧逸度特点，随着岩浆演化，氧逸度增加。石榴石中锰铝榴石含量变化表明伟晶岩浆在后期发生了液态不混溶，并因此导致矿化的发生。（4）与无矿化伟晶岩相比，矿化伟晶岩的Li同位素偏轻，而B同位素偏重;源区白云母比例较高是其Li同位素偏轻的主要原因，而蒸发岩比例较高可能导致矿化伟晶岩的B同位素较重。伟晶岩的稀有金属成矿主要受源区黏土岩、泥质岩的成矿元素的丰度控制。（5）提出指示伟晶岩成矿潜力的矿物学、地球化学指标，如矿化伟晶岩的蚀变围岩中出现高Li电气石、电气石硼同位素较重（＞-10‰）且V/Sc＜1、Li/Sr＞100、石英Li>50ppm等，对伟晶岩型稀有金属勘探具有重要意义。