喜马拉雅东段库曲岩体锂、铍和铌钽稀有金属矿物研究及指示意义*

周起凤 秦克章 何畅通 吴华英 刘宇超 牛向龙 莫凌超 刘小驰 赵俊兴

1.中国冶金地质总局矿产资源研究院,北京 101300 2.中国科学院矿产资源研究重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029 3.中国科学院大学地球与行星科学学院,北京 100049 4.岩石圈演化国家重点实验室,中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029

稀有金属(锂、铍、铌、钽、铯、锆、钨、锡)是非常重要的战略金属。花岗伟晶岩和花岗岩是稀有金属的主要赋存岩石。稀有金属矿物种类繁多，锂矿物主要为锂辉石、透锂长石、磷锂铝石、磷铁锂矿、锂云母、铁锂云母、锂电气石、锂霞石等；铍主要存在于绿柱石、铯绿柱石、香花石和硅铍石等矿物中；常见的铌钽矿物包括铌铁矿族矿物、烧绿石、细晶石、铀细晶石、锡锰钽矿、黑稀金矿、褐钇铌矿等。这些稀有金属矿物的产出表明体系中稀有金属的富集和饱和，其颜色、晶形、种属、化学组成以及内部结构分带，反映了结晶环境和结晶介质的性质，可指示岩浆分异程度，示踪岩浆分异演化过程(London,1986;Charoyetal.,2001;Bobosetal.,2007;Van Lichterveldeetal.,2007,2018;Grundmann and Morteani，2008；Wangetal.，2009；Uheretal.，2010;Raoetal.,2012;Merinoetal.，2013;Badaninaetal.,2015;Zhouetal.,2015,2021;Melcheretal.,2017;Kaeteretal.,2018;Xieetal.,2018b;Diasetal.,2019;Liuetal.,2020;Yinetal.,2020)。

喜马拉雅是全球著名的淡色花岗岩带。近年来，针对喜马拉雅淡色花岗岩和伟晶岩在岩石成因和稀有金属矿化等方面开展了深入研究，并取得了重要进展(吴福元等,2015;Gaoetal.,2017;Wangetal.,2017;李光明等,2017;曾令森等,2019;Liuetal.,2020;何畅通等,2020;Fanetal.,2021;高利娥等,2021;秦克章等,2021a)。在2020年第二次青藏高原综合科学考察中，秦克章研究员一行在喜马拉雅东段库曲岩体中发现了含锂辉石和绿柱石伟晶岩。这表明库曲岩体具有锂铍矿化迹象，很可能是喜马拉雅东段寻找锂铍矿化伟晶岩的重要靶区。本文将通过库曲岩体的岩相/伟晶岩结构带特征分析和稀有金属矿物(锂辉石、绿柱石和铌钽氧化物)研究，揭示矿物结晶环境与岩浆分异演化程度，探讨库曲岩体的锂矿化远景。

1 区域地质概况

喜马拉雅造山带是青藏高原的重要组成部分，由北向南依次为特提斯喜马拉雅、高喜马拉雅、低喜马拉雅和次喜马拉雅，分别以藏南拆离系、主中央逆冲断层和主边界逆冲断层为界。喜马拉雅淡色花岗岩沿两条带分布，分别是特提斯喜马拉雅淡色花岗岩带(北带)和高喜马拉雅淡色花岗岩带(南带)(Zhangetal.,2012;吴福元等,2015)。北带淡色花岗岩多位于穹窿核部，或以独立侵入体形式侵入于特提斯喜马拉雅岩系，南带淡色花岗岩以岩席、岩床、岩株形式侵入高喜马拉雅变质岩系中(吴福元等,2015)。喜马拉雅淡色花岗岩暗色矿物含量低于5%，包括黑云母花岗岩、二云母花岗岩、白云母花岗岩、电气石花岗岩和石榴石花岗岩，其中，二云母花岗岩是喜马拉雅淡色花岗岩的主体岩石类型，电气石花岗岩和石榴石花岗岩多以脉体形式赋存于二云母花岗岩中，淡色花岗岩内见花岗伟晶岩(吴福元等,2015;Wangetal.,2017)。这些淡色花岗岩具有高硅过铝或强过铝的特点，呈现高分异特征，形成于原喜玛拉雅(44～26Ma)、新喜马拉雅(26～13Ma)和后喜马拉雅(13～7Ma)三个阶段(吴福元等,2015)。目前，已在这些淡色花岗岩和花岗伟晶岩中找到了大量稀有金属矿物，其中以绿柱石、铌钽氧化物和锡石为主(Wangetal.,2017)。近期在普士拉和拉隆地区也报道了锂辉石的存在(Liuetal.,2020;付建刚等,2020)。新近又在喜马拉雅西段发现颇具规模的锂矿化伟晶岩(秦克章等，2021b;赵俊兴等，2021)。由此可见，稀有金属矿化与这些淡色花岗岩和花岗伟晶岩密切相关。

喜马拉雅东段(泽当-隆子-错那一线)由北向南产出雅拉香波穹窿、错那洞穹窿、库曲岩体和错那岩体(图1)。这些穹窿和淡色花岗岩体位于藏南拆离系以北的特提斯喜马拉雅岩系中(图1)。雅拉香波穹窿中产出绿柱石伟晶岩。错那洞是新发现的超大型钨-锡-铍矿床(李光明等,2017)，淡色花岗岩体规模大，岩石类型多样，具有高分异的特征，岩浆作用发生于34～26Ma、24～18Ma和16～14Ma(Xieetal.,2018a,2020;黄春梅等,2018;张林奎等,2019;何畅通等,2020;张志等,2020)。综上所述，喜马拉雅东段具有较好的稀有金属成矿潜力。

图1 喜马拉雅东段区域地质简图(据Xie et al.,2018a和中国地质调查局成都地质调查中心,2019(1)中国地质调查局成都地质调查中心.2019.冈底斯-喜马拉雅成矿带地质图改绘)HCS-高喜马拉雅结晶岩系;THS-特提斯喜马拉雅沉积序列;STDS-藏南拆离系Fig.1 Geological sketch map of the East Himalaya (modified after Xie et al.,2018a)HCS-Higher Himalayan crystalline rock series;THS-Tethys Himalayan sedimentary sequence;STDS-southern Tibetan detachment system

2 库曲岩体

库曲岩体位于喜马拉雅东段南侧，主要由淡色花岗岩和花岗伟晶岩组成。围岩是古生界热拉岩组，岩性以石榴石二云石英片岩为主。淡色花岗岩包括二云母花岗岩、白云母花岗岩和电气石花岗岩。花岗伟晶岩可分为两类，即产出于花岗岩内的小体积伟晶岩相以及独立的花岗伟晶岩脉。

2.1 淡色花岗岩

库曲岩体东侧、中部和西侧均观察到二云母花岗岩(图2a)。东侧二云母花岗岩粒度大，局部可见云母定向排列(图2b)。中部二云母花岗岩发育石榴石，局部产出二云母伟晶岩相。库曲岩体中部和西侧观察到白云母花岗岩(图2i)。部分白云母花岗岩内产出体积不等的伟晶岩相，这些伟晶岩相呈囊状或脉状与白云母花岗岩呈渐变过渡接触。伟晶岩相主要为石英-长石-白云母-电气石-石榴石-绿柱石伟晶岩、块体长石等。含有伟晶岩相的白云母花岗岩的石榴石含量升高。库曲岩体的东侧和中部出露电气石花岗岩。岩体东侧的电气石花岗岩产出于花岗伟晶岩脉和二云母花岗岩的接触部位(图2b)。岩体中部电气石花岗岩出露面积大，电气石花岗岩侵入白云母花岗岩(图2h)。

2.2 花岗伟晶岩

图2 库曲岩体的淡色花岗岩与伟晶岩脉(a)库曲岩体二云母花岗岩、电气石花岗岩与伟晶岩的露头;(b)二云母花岗岩与电气石花岗岩;(c)二云母花岗岩与花岗伟晶岩;(d)似文象伟晶岩，见绿柱石;(e)似文象伟晶岩;(f)分层细晶岩与块体长石;(g)库曲岩体中部露头，白云母花岗岩内发育含石榴石伟晶岩脉、含电气石伟晶岩脉以及含绿柱石伟晶岩脉，其中含电气石伟晶岩脉切穿含石榴石伟晶岩脉;(h)电气石花岗岩侵入白云母花岗岩;(i)库曲岩体西侧的二云母花岗岩与白云母花岗岩Fig.2 The lecuogranites and pegmatite dykes of the Kuqu intrusion(a)the outcrop of the two-mica granite,tourmaline granite and pegmatite dyke in the eastern part of the Kuqu intrusion;(b)two-mica granite and tourmaline granite;(c)two-mica granite and pegmatite;(d)quartz-feldspar-muscovite associated with beryl;(e)tourmaline-quartz-feldspar-muscovite;(f)layered aplite and blocky feldspar;(g)muscovite granite with garnet-pegmatite,tourmaline-pegmatite and beryl-pegmatite in the middle part of the Kuqu intrusion,and the garnet-pegmatite dyke crosscuts the tourmaline pegmatite dyke;(h)tourmaline granite formed later than muscovite granite;(i)two-mica granite and muscovite granite in the western part of the Kuqu intrusion

图3 库曲岩体中产出稀有金属矿物的代表性岩石照片(a)似文象伟晶岩;(b)石英-钠长石-白云母伟晶岩;(c)块体长石-钠质细晶岩;(d)块体长石-电气石钠质细晶岩;(e)锂辉石-块体长石，局部见钠质细晶岩;(f)含伟晶岩相的白云母花岗岩;(g)电气石花岗岩.矿物缩写：Ab-钠长石;Kf-钾长石;Ms-白云母;Qz-石英;Brl-绿柱石;Spd-锂辉石;Tur-电气石;Grt-石榴石Fig.3 Photos of the representative rocks containing rare-element minerals in the Kuqu intrusion(a)tourmaline-K-feldspar-quartz-muscovite pegmatite;(b)quartz-albite-muscovite pegmatite;(c)block K-feldspar and aplite;(d)block K-feldspar and aplite;(e)spodumene-blocky K-feldspar with aplite;(f)muscovite granite containing pegmatite rock;(g)tourmaline granite.Ab-albite;Kf-K-feldspar;Ms-muscovite;Qz-quartz;Brl-beryl;Spd-spodumene;Tur-tourmaline;Grt-garnet

3 样品与实验分析方法

3.1 稀有金属矿物产状

库曲岩体中绿柱石较为发育，主要产出于白云母花岗岩中的伟晶岩相、电气石花岗岩和花岗伟晶岩(包括似文象伟晶岩、石英-钠长石-白云母伟晶岩、块体长石-钠质细晶岩以及块体长石-电气石钠质细晶岩)中(图3)。绿柱石呈半自形-自形(粒径100μm～1cm)与钾长石、钠长石、石英、白云母、电气石、石榴石和磷灰石等矿物共生。铌钽氧化物在似文象伟晶岩、白云母花岗岩的伟晶岩相和电气石花岗岩中零星产出，主要呈自形-半自形晶(粒径10～200μm)与钾长石、钠长石、石英、电气石、磷灰石和铁氧化物等矿物共生。锂辉石产出于花岗伟晶岩内，呈白色-绿色的自形-半自形晶(粒径)，与微斜长石、细粒钠长石-石英-石榴石等共生。本次研究的样品中似文象伟晶岩和电气石花岗岩采自库曲岩体东侧，石英-钠长石-白云母伟晶岩采自库曲岩体中部，白云母花岗岩中的伟晶岩相、块体长石-钠质细晶岩、块体长石-电气石钠质细晶岩和锂辉石-块体长石-细晶岩采自库曲岩体西侧。

3.2 矿物主量元素分析

矿物微区主量元素分析在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针(EPMA)实验室利用JEOL-JXA8800电子探针完成。其加速电压为15kV，电子束电流10nA，束斑直径为5μm(锂辉石和绿柱石)或1μm(铌钽氧化物)，每个元素数据采集时间20～40s。测试使用的标准样品为天然样品和人工合成氧化物，包括硬玉(Na Kα 和Si Kα)、刚玉(Al Kα)、萤石(F Kα)、铁橄榄石(Fe Kα)、镁橄榄石(Mg Kα)、钙蔷薇辉石(Ca Kα)、MnTiO3(Mn Kα)、磷灰石(P Kα)、金红石(Ti Kα)、Cr2O3(Cr Kα)、KTiOPO4(K Kα)、SrSO4(Sr Kα)、BaTiO3(Ba Kα)、RbTiOPO4(Rb Kα)、铯榴石(Cs Kα)、白钨矿(W Kα)、LiTaO3(Ta Kα)、KNbO3(Nb Kα)、锡石(Sn Kα)、ZrO2(Zr Kα)、UO2(U Kα)、ScP5O14(Sc Kα)、YAG(Y Kα)、PbS(Pb Kα)。数据采用ZAF方法(Armstrong，1989)校正。绿柱石的BeO和部分Li2O含量计算方法据(Brandetal.，2009)。锂辉石和部分绿柱石的Li2O含量根据LA-ICP-MS测试的Li含量换算获得。锂绿泥石的Li2O含量根据Na+K+Li+Rb+Cs=1计算获得。

3.3 LA-ICP-MS

矿物微区微量元素分析在中国地质科学院地质研究所矿物/包裹体微区分析实验室利用激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)完成。激光剥蚀平台采用NWR 193uc型193nm深紫外激光剥蚀进样系统，配备双体积样品池(Two Volume 2)。质谱仪采用Agilent 7900型电感耦合等离子体质谱仪。采用5个激光脉冲对每个剥蚀区域进行预剥蚀(剥蚀深度～0.3μm)，以去除样品表面可能的污染。在束斑直径30μm、剥蚀频率10Hz、能量密6J/cm2的激光条件下分析样品。通常采集20秒的气体空白，35～40秒的积分区间。数据处理采用Iolite程序(Patonetal.,2010)，以NIST 610作为校正标样，BCR-2G作为监测标样，Si作为内标元素计算锂辉石和绿柱石的微量元素含量。元素的准确度水平在推荐值的10 %以内。

4 结果

4.1 锂矿物

库曲岩体产出的锂矿物主要是锂辉石，偶见锂绿泥石填隙于锂辉石内。根据锂辉石的产状、共生矿物和粒度等将其划分为4类，分别是自形-半自形晶的粗粒锂辉石(Spd-I)、细粒锂辉石-石英镶嵌晶(Spd-II)、中细粒锂辉石-钾长石-钠长石-云母镶嵌晶(Spd-III)以及具有锂绿泥石填隙的粗粒锂辉石(Spd-IV)(图4)。库曲岩体代表性锂辉石的电子探针和LA-ICP-MS分析结果见表1和图5。锂辉石的SiO2、Al2O3和Li2O的含量范围是64.16%～65.42%、27.33～28.18%和7.66%～7.96%，FeO和Na2O的含量为0.40%～0.96%和0.14%～0.24%，MnO(<0.19%)、TiO2(<0.09%)和F(<0.09%)的含量低，Cr2O3、MgO、CaO、BaO、K2O、Cs2O和P2O5的含量多低于检出限。锂辉石的微量元素Fe、Na和Mn变化范围为2232×10-6～6630×10-6、984×10-6～1950×10-6和562×10-6～1471×10-6，Ga、Sn、Zn和Mg含量是38.1×10-6～105×10-6、8.21×10-6～188×10-6、4.45×10-6～145×10-6、bdl(低于检出限)～136×10-6，Ti、Be、B、Ge和Sc含量为bdl～39.50×10-6、0.48×10-6～5.82×10-6、6.82×10-6～259×10-6、1.90×10-6～3.70×10-6和0.77×10-6～1.66×10-6，V、Hf、Ta、W、Pb、Bi、Th、U的含量多低于检出限。锂绿泥石的电子探针分析结果 (表1)显示SiO2、Al2O3、Li2O和H2O的含量范围是35.43%～36.91%、42.41%～42.80%、2.91%～3.06%和13.85%～14.30%，FeO和F的含量为1.34%～1.75%和0.64%～0.94%，MgO(0.05%～0.14%)和CaO(0.02%～0.09%)的含量低，TiO2、Cr2O3、MnO、BaO、Na2O、K2O、Cs2O和P2O5的含量低于检出限。

图4 库曲岩体锂辉石产状(BSE图像和显微镜下透射光照片)(a、b)粗粒锂辉石(Spd-I)和细粒锂辉石-石英镶嵌晶(Spd-II);(c、d)中细粒锂辉石(Spd-III)-钾长石-钠长石镶嵌晶;(e)具有填隙锂绿泥石的粗粒锂辉石(Spd-IV);(f)锂辉石-钠长石-云母脉.矿物缩写：Coo-锂绿泥石Fig.4 BSE images and transmission photoes under microprobe of spodumene from the Kuqu intrusion(a,b)coarse spodumene (Spd-I)and fine-grained symplectitic reaction border composed of spodumene (Spd-II)and quartz;(c,d)middle-fine grained mosaic structure of spodumene (Spd-III)-K-feldspar-albite;(e)fractures in coarse spodumene (Spd-IV)filled by cookeite;(f)spodumene-albite-muscovite vein.Coo-cookeite

图5 不同产状锂辉石的微量元素含量对比黑圈为散点值，红圈为平均值Fig.5 Comparison of compositions of spodumenes in different occurrencesThe black and red circles represent single values and averages,respectively

表1 库曲岩体中代表性锂辉石和锂绿泥石的化学组成(EMPA和LA-ICP-MS)(主量元素:wt%；稀土和微量元素:×10-6)Table 1 The EMPA and LA-ICP-MS results of representative spodumene and cookeite from the Kuqu intrusion (major elements:wt%;trace elements:×10-6)

续表1Continued Table 1

4.2 铍矿物

BSE图像显示似文象伟晶岩、石英-钠长石-白云母伟晶岩和电气石花岗岩中的绿柱石主要为均一结构，白云母花岗岩的伟晶岩相产出均一绿柱石和具有蚀变边与不规则分带的绿柱石，块体长石-钠质细晶岩和块体长石-电气石钠质细晶岩发育不均一绿柱石，包括蚀变边结构、补丁分带和复杂不规则分带等(图6)。库曲岩体代表性绿柱石的电子探针和LA-ICP-MS分析结果见表2。绿柱石的SiO2、Al2O3、BeO(计算值)、Na2O、Cs2O、Li2O(部分为计算值)和FeO的含量变化范围分别是64.06%～66.52%、18.00%～18.85%、11.78%～13.73%、0.23%～1.36%、0.03%～2.33%、0.07%～1.19%和0.09%～0.96%，TiO2(<0.1%)、MgO(<0.10%)、MnO(<0.06%)和K2O(<0.07%)的含量较低，Rb2O、Cr2O3、CaO、BaO、P2O5和F的含量多低于检出限。绿柱石的微量元素Fe、Cs、Zn、Rb、Ga的含量范围为1130×10-6～7230×10-6、354×10-6～19590×10-6、157×10-6～682×10-6、18.9×10-6～230×10-6、17.7×10-6～35.4×10-6，Mg、K、Ti、Mn、Sc含量范围为bdl～444×10-6、bdl～780×10-6、bdl～78.4×10-6、bdl～50.2×10-6、bdl～5.56 ×10-6，V、Cr、Sn、Pb的含量多低于检出限。

表2 库曲岩体代表性绿柱石的化学组成(EMPA和LA-ICP-MS)(主量元素:wt%；稀土和微量元素:×10-6)Table 2 The EMPA and LA-ICP-MS results of representative beryls from the Kuqu intrusion (major elements:wt%;trace elements:×10-6)

续表2Continued Table 2

图6 库曲岩体绿柱石的BSE图像(a、b)似文象伟晶岩中的均一绿柱石;(c)石英-钠长石-白云母伟晶岩中的均一绿柱石;(d)块体长石-钠质细晶岩中的绿柱石，具有不规则分带;(e)块体长石-电气石钠质细晶岩中的绿柱石，具有蚀变边结构;(f)块体长石-电气石钠质细晶岩中具有补丁分带的绿柱石;(g)白云母花岗岩的伟晶岩相中产出的均一绿柱石;(h)白云母花岗岩的伟晶岩相中产出的绿柱石，具有不规则分带和蚀变边结构;(i)电气石花岗岩中的均一绿柱石Fig.6 BSE images of beryl from Kuqu intrusion(a,b)homogeneous beryl from the quartz-feldspar-muscovite pegmatite;(c)homogeneous beryl from the quartz-albite-muscovite pegmatite;(d)beryl with irregular zonation from the blocky feldspar-aplite;(e)beryl with alteration border from the blocky feldspar-tourmaline aplite;(f)beryl with patches from the blocky feldspar-tourmaline aplite;(g)homogeneous beryl from the pegmatite rock in muscovite granite;(h)irregular zoned beryl from the pegmatite rock in muscovite granite;(i)homogeneous beryl from the tourmaline granite

4.3 铌钽氧化物

库曲岩体产出的铌钽氧化物包括铌铁矿族矿物、钇铀钽烧绿石和细晶石。铌铁矿族矿物产出于似文象伟晶岩、白云母花岗岩的电气石-石英-绿柱石伟晶岩相和电气石花岗岩中，BSE图像下呈不规则分带、蚀变边结构、以及补丁分带等(图7)。钇铀钽烧绿石产出于白云母花岗岩与电气石花岗岩内。白云母花岗岩的伟晶岩相中的钇铀钽烧绿石呈自形晶与电气石、石英和钠长石共生，电气石花岗岩中的钇铀钽烧绿石呈自形晶与铁氧化物、磷灰石、钾长石和石英共生，或作为蚀变边交代铌铁矿族矿物产出(图7)。细晶石则在电气石花岗岩中以蚀变边的形式交代铌铁矿族矿物产出(图7)。

图7 库曲岩体铌钽氧化物的内部结构(BSE图像和显微镜反光照片)(a)似文象伟晶岩中铌铁矿族矿物，具有复杂蚀变边;(b)似文象伟晶岩内的铌铁矿族矿物，具有不规则分带;(c)白云母花岗岩的伟晶岩相中铌铁矿族矿物，具有复杂蚀变边;(d)白云母花岗岩的伟晶岩相中不均一钇铀钽烧绿石;(e)电气石花岗岩中具有复杂蚀变边结构的铌铁矿族矿物;(f)电气石花岗岩中不均一铌铁矿族矿物被细晶石和钇铀钽烧绿石交代.矿物缩写：Col-铌铁矿;Y-Hat-钇铀钽烧绿石;Mic-细晶石Fig.7 BSE images and reflection photos under microprobe of Nb-Ta oxides from the Kuqu intrusion(a)columbite-group mineral with complex alteration border from the quartz-feldspar-muscovite pegmatite;(b)irregular columbite-group mineral from the quartz-feldspar-muscovite pegmatite;(c)columbite-group mineral with complex alteration border from the pegmatite rock in the muscovite granite;(d)heterogeneous Y-hatchettolite from the pegmatite rock in the muscovite granite;(e)columbite-group mineral with complex alteration border from the tourmaline granite;(f)columbite-group mineral altered by microlite and Y-hatchettolite from the tourmaline granite.Col-columbite;Y-Hat-Y-hatchettolite;Mic-microlite

库曲岩体代表性铌钽氧化物的电子探针分析结果见表3。铌铁矿族矿物以铌铁矿为主，少数为钽铁矿(图8)。铌铁矿族矿物的Nb2O5、Ta2O5、FeO、MnO、WO3和TiO2的含量范围分别是24.58%～66.61%、11.25%～54.39%、9.01%～15.84%、2.70%～9.05%、0.05%～1.51%和0.26%～2.26%，UO2、SnO2、ZrO2、SiO2、Sc2O3、Y2O3、MgO、CaO和PbO的含量低，Na2O和F的含量低于检出限。铌铁矿族矿物的Ta/(Nb+Ta)和Mn/(Fe+Mn)值范围分别为0.15～0.57和0.15～0.42。钇铀钽烧绿石的Nb2O5、Ta2O5、Y2O3、UO2、FeO、WO3、TiO2、SnO2和MnO的含量范围分别是14.28%～24.19%、30.30%～40.09%、4.45%～10.49%、6.43%～17.33%、6.71%～9.60%、0.15%～5.72%、0.37%～2.09%、0.96%～4.98%和0.39%～2.70%，ZrO2、SiO2、Sc2O3、CaO、PbO的含量低，MgO、Na2O和F的含量低于检出限。细晶石的Ta2O5、Nb2O5、CaO、Na2O、F、WO3、TiO2、UO2、SnO2、SiO2、Sc2O3、FeO、MnO和PbO的含量分别为59.00%、8.83%、14.63%、2.32%、2.45%、0.55%、2.48%、4.50%、1.59.%、0.51%、0.20%、0.29%、0.33%和0.04%，ZrO2、Y2O3和MgO的含量低于检出限。

表3 库曲岩体代表性铌钽氧化物化学组成(EMPA)(wt%)Table 3 The EMPA results of representative Nb-Ta oxides from the Kuqu intrusion (wt%)

续表3Continued Table 3

图8 铌铁矿族矿物分类图解Fig.8 Classification of columbite-minerals

5 讨论

5.1 矿物结晶环境

5.1.1 锂辉石

在花岗伟晶岩的分异演化过程中，锂铝硅酸盐矿物主要形成于岩浆-热液阶段(熔流体阶段)(Linnenetal.,2012;Zhouetal.,2015;Yinetal.,2020)，不同的锂铝硅酸盐共生矿物组合形成的温压条件有差异(London,1984)。锂辉石具有岩浆成因和热液成因(Charoyetal.,2001;Wise and Anderson,2006;Li and Chou,2017;Liuetal.,2020)，受后期热液交代影响可形成不同的蚀变矿物组合(Bobosetal.,2007;Raoetal.,2012)。库曲岩体产出的锂辉石具有四种产状(图4)。Spd-I是粗粒自形锂辉石晶体，与块体长石共生，可能为熔体结晶的产物。Spd-II与细小蠕虫状石英以共生体的形式产出(图4a,b)。该共生体是伟晶岩中粗大锂辉石与钠长石等矿物接触时常发育的镶嵌反应边(symplectitic reaction borders)，与云母-石英镶嵌反应边类似(Rodaetal.,2007)，也属于不平衡结构，为亚固相线条件下结晶的产物(周起凤,2013)。Spd-III具有较小的粒度，与钾长石、钠长石以及云母呈他形-半自形镶嵌晶的形式产出(图4c,d)，表明熔体具有较高的晶体成核密度。Spd-III与周围粗大的Spd-I和块体长石共存(图4c)，且与其它类型锂辉石相比，具有明显低的Ti、Ga含量以及变化大的Fe含量(图5)，揭示了体系中熔体的不均一性。与Spd-I、Spd-II和Spd-III相比，Spd-IV(发育锂绿泥石的粗粒锂辉石，图4e)具有相对高的微量元素含量，如表现更高的FeO、Na2O、Ti、Sn、Ga、Zn、Mg和Mn，但具有相对低的Li含量(表1和图5)。这可能与Spd-IV中发育的填隙状锂绿泥石和少量石英相关。一般认为锂辉石经酸性流体的交代蚀变形成锂绿泥石和石英(Bobosetal.,2007)。锂绿泥石的Li2O含量为2.91%～3.06%左右，FeO含量达1.75%，水含量达13.8%(表1)，因此，Spd-IV受到酸性流体的交代使得其成分上相对富Fe贫Li。锂辉石稳定结晶的温压条件是300～500MPa和500～700℃(London,1984;Burnham and Nekvasil,1986;Li and Chou,2017)，受热液交代形成锂绿泥石和石英组合的温压条件为～240MPa和240℃(Bobosetal.,2007)，Spd-IV和填隙状锂绿泥石的产出表明体系经历了温度压力的降低。这四种产状的锂辉石的成分对比和产状分析揭示了锂铝硅酸盐矿物形成于复杂的熔流体动荡结晶环境，而这与富锂岩浆的性质(Li and Chou,2017;Fanetal.,2020)密切相关。

5.1.2 绿柱石

库曲岩体中绿柱石主要为两类，包括BSE图象下均一绿柱石(似文象伟晶岩、石英-钠长石-白云母伟晶岩和电气石花岗岩)和不均一绿柱石(白云母花岗岩的伟晶岩相、块体长石-钠质细晶岩和块体长石-电气石钠质细晶岩)。不均一绿柱石主要以不规则分带、富Cs蚀变边和富Cs补丁(图6)的形式产出，显示了热液流体作用。另一方面，绿柱石替代机制可反映其形成时的环境(e.g.,Aurisicchioetal.，1988；Wangetal.，2009；Novák and Filip，2010；Uheretal.，2010;Paulyetal.,2021)。库曲岩体绿柱石的Mg与Al呈负相关，Mg+Fetot与Al呈负相关，替代机制为Na(Fe2+,Mg)□-1Al-1，属于通道-八面体替代；Na和Li呈线性正相关，Na和Cs呈正相关，替代机制为(Na,Cs)Li □-1Be-1，属于通道-四面体替代；块体长石-电气石钠质细晶岩中蚀变边和补丁绿柱石的Cs与Na呈负相关，出现了CsNa-1替代，存在通道中碱金属阳离子间的置换(图9)。库曲岩体绿柱石的替代复杂多样，与锂矿化伟晶岩绿柱石的复杂替代机制情况相似，表明结晶介质化学组成跨度大，结晶环境动荡，元素交换强烈(周起凤等,2019)。

图9 绿柱石Al-(Mg+Fe)、Na-Cs和Na-Li图解P-Brl-原生绿柱石;S-Brl-蚀变边和补丁绿柱石Fig.9 Plots of Al vs.(Mg+Fe),Na vs.Cs and Na vs.Li for beryl P-Brl-primary beryl;S-Brl-alteration border and patch of beryl crystal

5.1.3 铌铁矿族矿物

由Ta/(Nb+Ta)vs.Mn/(Fe+Mn)图解，库曲岩体的原生铌铁矿族矿物与蚀变边以及不规则分带铌铁矿族矿物发生Nb-Ta和Fe-Mn分馏，总体上呈富Ta贫Mn的趋势(图10)。

图11 铌钽矿族矿物的化学演化Fig.11 Evolution trend of the columbite-group minerals

普遍认为铌铁矿族矿物的Fe-Mn分馏与含Fe矿物(电气石、云母)和含Mn矿物(磷灰石、锰铝榴石)的结晶相关(Kaeteretal.,2018;Zhouetal.,2021)。库曲岩体发育蚀变边及不规则分带的铌铁矿族矿物向贫Mn方向演化，表明与含Fe矿物的结晶相比，体系经历了更为明显的含Mn矿物的结晶(Badaninaetal.,2015;Zhouetal.,2021)，或者是含Fe流体加入所致。由于库曲岩体发育电气石、云母和铁铝榴石等含Fe矿物，因此由明显的含Mn矿物结晶产生贫Mn趋势的可能性不大，而富Fe流体的影响可能更大。

5.2 岩相/伟晶岩结构带的演化关系

5.2.1 岩浆分异演化程度分析

5.2.2 流体活动差异

库曲岩体中似文象伟晶岩和电气石花岗岩产出均一绿柱石，白云母花岗岩的伟晶岩相产出均一和不均一绿柱石(图6)，揭示不同岩相在含Cs流体作用上表现的差异。由似文象伟晶岩、白云母花岗岩的伟晶岩相至电气石花岗岩，蚀变边和不规则分带铌铁矿族矿物表现愈加明显的Fe-Mn分馏(富Fe趋势)(图10)，在微量元素上也表现不同的演化趋势，如似文象伟晶岩富Si贫Pb，白云母的伟晶岩相富Si贫Ti弱富Sc，电气石花岗岩明显富Si、Sc贫Pb，且Ti变化范围加大(图11)，揭示了含Fe流体交代的差异，其中电气石花岗岩表现更为强烈的流体作用。另一方面，白云母花岗岩的伟晶岩相与电气石花岗岩均产出钇铀钽烧绿石，电气石花岗岩中钇铀钽烧绿石和细晶石交代不规则分带铌铁矿族矿物(图7和图10)，表明与独立伟晶岩脉(似文象伟晶岩)相比，白云母花岗岩和电气石花岗岩中存在更晚的含U流体的交代作用。锂辉石-块体长石-细晶岩中填隙状锂绿泥石的产出揭示了酸性流体的交代作用。因此，我们认为库曲岩体体系存在不同成分的流体活动。

由上，绿柱石和铌铁矿族矿物显示白云母花岗岩的伟晶岩相岩浆分异演化程度高于似文象伟晶岩，白云母花岗岩的伟晶岩相中蚀变边铌铁矿族矿物的Ta/(Nb+Ta)和Mn/(Fe+Mn)值与似文象伟晶岩的原生铌铁矿族矿物明显不同(图10)，这表明似文象伟晶岩(库曲岩体东侧独立伟晶岩脉)岩浆可能不是来自白云母花岗岩分异演化的伟晶岩岩浆。另一方面，绿柱石和原生铌铁矿族矿物显示电气石花岗岩岩浆分异演化程度低于白云母花岗岩的伟晶岩相，但铌钽氧化物的结构和化学组成特征显示电气石花岗岩经历的含Fe流体的交代作用更为强烈，且电气石花岗岩侵入白云母花岗岩(图2h)。因此，与白云母花岗岩对比，电气石花岗岩很可能是另一期次岩浆活动的产物。尽管独立伟晶岩脉(似文象伟晶岩)、白云母花岗岩的伟晶岩相和电气石花岗岩均产出绿柱石和铌铁矿族矿物，但三者在岩浆分异程度、经历的演化过程、以及流体活动方面是有差异的，很可能是不同期次或近同期不同批次岩浆活动的产物。库曲岩体中其它含稀有金属矿物的伟晶岩结构带，如石英-钠长石-白云母伟晶岩、块体长石-钠质细晶岩、块体长石-电气石钠质细晶岩以及锂辉石-块体长石-细晶岩在分异演化程度和流体活动方面的差异，也揭示了库曲岩体中伟晶岩的复杂性。考虑到喜马拉雅东段多期花岗质岩浆活动(黄春梅等,2018;张林奎等,2019;Xieetal.,2020；何畅通等,2020;张志等,2020;秦克章等，2021a;赵俊兴等，2021)，这些产出稀有金属矿物的岩相/伟晶岩结构带之间的成因联系，亟需开展进一步研究工作予以区分。

5.3 岩浆分异演化程度的潜在指示标志

通过与已有分异演化程度指示标志对比，来探讨岩浆分异演化程度的潜在指示标志。库曲岩体绿柱石的Rb含量与Na、Li和Cs含量总体上呈正相关，与Na/Cs值呈负相关，Zn含量总体上与Fe含量呈正相关，与Na/Cs值呈弱正相关(图12)。即随岩浆分异演化程度的升高，绿柱石的Rb含量升高，Zn含量降低。铌铁矿族矿物的Sc2O3和SiO2含量与Ta/(Nb+Ta)值呈正相关、PbO含量与Ta/(Nb+Ta)值呈负相关，表明随着岩浆向富Ta方向演化，铌铁矿族矿物的Sc、Si含量升高，Pb含量降低。值得注意的是，块体长石-电气石钠质细晶岩内绿柱石富Cs蚀变边中Rb含量与Na呈正相关，与Cs呈负相关(图12)。在具有较高Cs含量的绿柱石中，Rb会被Cs替代，使得Rb含量降低，这与随岩浆分异演化程度升高Rb含量也升高的趋势不符。另外，由于Ta/(Nb+Ta)值除了受结晶分异影响，也会受过冷却引起的过饱和控制，因此，Si、Sc和Pb含量与Ta/(Nb+Ta)值具有相关性，但是否主要受结晶分异作用控制有待进一步探讨。因此，尽管在库曲岩体中这些元素含量与已有指示标志存在相关性，但作为潜在指示标志仍需要开展更多的研究工作。

图12 绿柱石Na2O-Rb、Li-Rb、Cs-Rb、Na/Cs-Rb、Fe-Zn和Na/Cs-Zn图解P-Brl-原生绿柱石;S-Brl-蚀变边和补丁绿柱石Fig.12 Plots of Na2O vs.Rb,Li vs.Rb,Cs vs.Rb,Na/Cs vs.Rb,Fe vs.Zn,and Na/Cs vs.Zn for berylP-Brl-primary beryl;S-Brl-alteration border and patch of beryl crystal

5.4 锂矿化远景

锂辉石是富锂花岗伟晶岩的特征矿物之一，也是伟晶岩型稀有金属矿床最重要的锂矿石矿物。锂辉石的结晶需要花岗质熔体中Li含量达到～6968×10-6(Manetaetal.,2015)。富锂伟晶岩Li含量平均达2323×10-6(Stewart,1978)。富锂伟晶岩岩浆具有富锂、水和挥发分的特征，是一种高度分异演化的高硅过铝质硅酸盐岩浆(李建康等,2006;Li and Chou,2017;秦克章等,2019;Fanetal.,2020；Yinetal.,2020)。本文通过分析岩浆分异演化程度及其它因素，来探讨库曲岩体的锂矿化迹象和锂的成矿潜力。

目前，我们观察到的锂矿化有利因素包括：(1)存在锂辉石。锂辉石的产出直接表明库曲岩体存在能够结晶锂辉石的富锂伟晶岩岩浆。(2)较高的岩浆分异演化程度。块体长石-电气石钠质细晶岩中部分绿柱石蚀变边的Na2O和Cs2O含量落入可可托海3号脉V-VII带(主要锂矿化结构带)原生绿柱石的范围内(图13a)(Wangetal.,2009;Zhouetal.,2015)。类似地，块体长石-电气石钠质细晶岩和块体长石-钠质细晶岩中部分绿柱石的FeO和Cs2O含量落入东秦岭官坡锂矿化伟晶岩绿柱石的范围内(图13b)(周起凤等,2019)。块体长石-电气石钠质细晶岩中绿柱石蚀变边的Cs2O含量高于普士拉锂辉石伟晶岩产出的绿柱石(Liuetal.,2020)。因此，形成这两个伟晶岩结构带的岩浆可能达到了形成锂辉石或锂矿化结构带所需的分异演化程度。(3)多期(批)次花岗质岩浆活动。富锂岩浆的形成需要较高的岩浆分异演化程度，根据瑞利分馏模拟计算普通岩浆需要经历多个分异循环完成>99%结晶作用方可达到形成富锂岩浆的条件(London,2017)。我们在野外观察到二云母花岗岩与白云母花岗岩截然的接触界线、电气石花岗岩侵入白云母花岗岩、以及石榴石伟晶岩切穿电气石伟晶岩等现象(图2g-i)，锂辉石、绿柱石和铌钽氧化物研究也揭示了岩相/伟晶岩结构带的演化关系，这些均表明库曲岩体很可能存在不同期次/近同期不同批次的花岗质岩浆活动(包括花岗岩和伟晶岩)，而这些多期(批)次花岗质岩浆活动有利于形成富锂岩浆(秦克章等,2019,2021a)。(4)复杂的流体活动。锂绿泥石、绿柱石和铌钽氧化物的产状和化学组成揭示了不同性质和组成的流体活动，也揭示了体系富水的特征。(5)喜马拉雅东段库曲岩体处于锂丰度较高的区域(王学求等,2020)，预示存在锂矿化的潜力。综上，这些有利的因素表明库曲岩体是喜马拉雅东段进一步找锂的有利地段。

图13 绿柱石Na2O-Cs2O和FeO-Cs2O图解(a)的灰色区域来自可可托海V-VII带原生绿柱石(Wang et al.,2009;Zhou et al.,2015);(b)的灰色区域来自东秦岭锂矿化伟晶岩绿柱石(周起凤等,2019)Fig.13 Plots of Na2O vs.Cs2O and FeO vs.Cs2O for beryl(a)the grey region is based on the data of primary beryls from zones V-VII of the Koktokay No.3 pegmatite (Wang et al.,2009;Zhou et al.,2015);(b)the grey region is based on the data of beryl from the Li-mineralized pegmatites in the East Qinling (Zhou et al.,2019)

在库曲岩体发现含锂辉石伟晶岩的同时，也存在一些需要关注的现象：(1)锂辉石的锂含量略低。不同颜色的锂辉石锂含量不同，绿色锂辉石具有相对高的锂含量(邹天人和李庆昌,2006;周起凤,2013)。库曲岩体锂辉石呈淡绿色，然而，与可可托海3号脉(VI带锂辉石平均Li2O=8.12%,周起凤,2013)相比，库曲岩体锂辉石锂含量略低(Li2O=7.66%～7.96%,表1)。锂辉石的Li2O含量能够反映结晶介质的锂含量，在大量锂辉石结晶后，熔体消耗的锂高于硅酸盐矿物结晶所缓冲给熔体的锂，使得晚结晶的锂辉石锂含量降低。由于样品较少，本次研究的库曲岩体锂辉石Li2O含量是否代表了库曲岩体岩浆演化中锂含量的峰值尚不清楚，需要开展更多的工作。(2)库曲岩体的铌铁矿族矿物是铌铁矿-钽铁矿，而锂矿化伟晶岩的铌铁矿族矿物多以铌锰矿-钽锰矿为主，产出重钽铁矿(Zhangetal.,2004;Kaeteretal.,2018;Zhouetal.,2018,2021)。尽管喜马拉雅普士拉锂辉石伟晶岩中铌铁矿族矿物Ta/(Nb+Ta)值和Mn/(Fe+Mn)值(0.05～0.62和0.45～0.70,Liuetal.,2020)高于库曲岩体，但与锂矿化伟晶岩相比，明显贫锰和钽。普士拉伟晶岩中的锂辉石呈浅绿色，其锂含量也低于可可托海3号脉的锂辉石。因此，这些现象是否是喜马拉雅伟晶岩的锂矿化特点，亟待发现更多的含锂辉石伟晶岩来丰富总结，并开展相关研究工作探讨其成因。

6 结论

(1)喜马拉雅东段库曲淡色花岗岩和伟晶岩岩体的稀有金属矿物包括锂辉石、锂绿泥石、绿柱石、铌铁矿-钽铁矿、钇铀钽烧绿石和细晶石，赋存于伟晶岩结构带(似文象伟晶岩、石英-钠长石-白云母伟晶岩、块体长石-钠质细晶岩、块体长石-电气石钠质细晶岩、锂辉石-块体长石-细晶岩)、白云母花岗岩的伟晶岩相和电气石花岗岩内。

(2)稀有金属矿物研究显示独立伟晶岩脉(似文象伟晶岩)、白云母花岗岩的伟晶岩相和电气石花岗岩在岩浆分异程度、经历的演化过程、以及流体活动方面存在差异，来自不同期次的岩浆活动。库曲岩体发育多期(批)次花岗质岩浆活动。

(3)库曲岩体绿柱石的Rb含量和Zn含量、以及铌铁矿族矿物的Sc2O3、SiO2和PbO含量，分别与已有岩浆分异演化程度指示标志存在相关性，作为潜在指示标志仍需开展更多的研究工作。

(4)综合考虑含锂辉石伟晶岩的产出、岩浆分异演化程度、多期花岗质岩浆活动、复杂的流体作用以及处于锂丰度高值区等因素，库曲岩体将是喜马拉雅东段找锂的重要有利区段。

致谢中国科学院青藏高原研究所李金祥研究员在笔者第一次进入西藏开展野外工作时给予了帮助和支持，多年来与笔者探讨伟晶岩研究的相关问题也使笔者受益良多；中国地质科学院矿产资源研究所陈振宇研究员和中国地质科学院地质研究所于超工程师在电子探针分析和LA-ICP-MS测试中提供了帮助；李晓春特聘研究员和胡方泱副研究员悉心审阅，提出了宝贵的意见和建议。在此一并表示衷心的感谢。