稀有金属锂铍矿床研究中的几个关键科学问题——代序*

李晓峰 韦星林

1. 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

2. 中国科学院大学地球与行星科学学院，北京 100049

3. 江西省地质局，南昌 330046

随着社会经济和科学技术的发展，“嫦娥奔月”、“龙宫探宝”、“愚公移山”等民间神话故事已逐渐成为现实，这些奇迹的发生都离不开稀有金属的应用。战略性新兴技术产业发展对稀有金属原材料的需求激增，在全球掀起了新一轮稀有金属资源勘查和研究的高潮(Akohetal., 2015; Melcheretal., 2015; Dewaeleetal., 2016; Breiteretal., 2017, 2022; Goodenoughetal., 2018; Lamarãoetal., 2018; Siegeletal., 2018; 吴福元等, 2017, 2021; 王汝成等, 2017)。我国以稀有金属为主要原材料的战略性新兴产业增长对GDP的贡献度逐年增长。战略性新兴产业快速发展对稀有金属资源数量级式增长的需求与我国稀有金属资源的禀赋不足(储量小、分散、品位低、难分选等)的矛盾也日益突出。因此，寻找规模大、品位高、易分选的稀有金属资源刻不容缓。国际地缘政治格局的发展及其变革表明，国内矿产资源的安全供给是实现我国国民经济可持续发展、实现中华民族伟大复兴的重要物质基础。因此，加强稀有金属资源富集机制研究和勘查技术的研发，探寻和发现更多的稀有金属资源，增强稀有金属资源的战略储备，才能满足战略性新兴产业发展对稀有金属原材料的迫切需求。

自从20世纪30年代以来，国内外对于稀有金属矿床的成因一直存在着“岩浆成因”(Teuscher, 1936; Cuneyetal., 1992; Raimbaultetal., 1995; Breiteretal., 2005; Thomasetal., 2005; Jarchovsky, 2006; Nardietal., 2012; 郭承基, 1963; 刘义茂等, 1975; 王联魁等, 1987; 章锦统和夏卫华, 1988; 赵振华, 1986; 邹天人, 1985; 朱金初等, 2002)和“交代成因”(Beusetal., 1962; 胡受奚等, 1984; 夏宏远等, 1984; 袁忠信等, 1987)的争论。其焦点在于岩浆结晶分异与岩浆期后的热液流体交代过程哪个更有利于稀有金属富集成矿，即哪一个的贡献更重要？由于尚缺乏有效手段识别稀有金属富集成矿的岩浆过程和热液过程，因此，稀有金属矿床成因的这一争论仍然存在。大多数研究认为，高分异花岗岩往往富集不相容元素(包括许多稀有金属)和挥发份(F、Cl和CO2等)，稀有金属的富集成矿与花岗岩高度分异有关，具有经济价值的矿床常分布于高分异相的岩体或者伟晶岩中(Linnenetal., 2012)。因此，高分异花岗岩往往被称为稀有金属花岗岩(Rare metal granite)。研究还表明：虽然稀有金属富集成矿经历了岩浆分异、岩浆-热液转化和热液过程等三个阶段，但是大型、超大型稀有金属矿床的形成均是岩浆极端分异条件下，热液流体多次交代的结果。当前，稀有金属矿床成矿机制的研究呈现两个明显态势，其一是更加关注花岗岩分异演化过程对稀有金属元素富集成矿的控制因素，岩浆源区、岩浆分异演化，以及岩浆期后的热液过程对稀有金属富集成矿的贡献已是研究的焦点。其二是利用新技术、新方法和实验模拟精细解析稀有金属元素在岩浆-热液演化过程中的迁移、富集和沉淀的机理。关于稀有金属矿床成因尚有以下一些关键科学问题有待进一步解决：(1)与稀有金属富集成矿有关的花岗岩形成是否需要特殊的富稀有金属元素的岩浆源区？(2)稀有金属花岗岩的富集成矿是深部岩浆化学分异上升侵位的结果，还是原地结晶分异的结果？(3)大多数学者认为稀有金属成矿过程中存在着岩浆-热液的转换过程，且该模型已被广泛认可(Kontak and Kyser, 2009; Hulsboschetal., 2014; Kaeteretal., 2018; Hulsbosch, 2019; Audétat, 2019)，然而，迄今为止，实验结果尚未发现或者证实存在H2O、富挥发份和富金属的不互溶熔体的存在(London, 2015)，那么稀有金属元素从熔体相到流体相是如何实现选择性共生-分离-超常富集的？(4)熔-流体交代作用过程对稀有金属富集的影响作用如何？稀有金属花岗岩是富含H2O和挥发份的高度结晶分异的花岗岩，熔-流体交代对于稀有金属来说是再富集还是再分配？流体和花岗岩成因关系如何？

金属锂和铍是战略性新兴产业所需的重要的稀有金属，二者均被世界发达经济体列为关键金属。它们在电子工业、耐火材料、陶瓷材料、核工业和空间技术等领域具有重要的利用价值，特别是在未来洁净能源产业中具有不可低估的重要战略作用，因此，金属锂和铍又被称为“空间金属”、“洁净能源金属”等。近年来，我国地球科学工作者对锂和铍的成矿作用进行了许多研究。在中国科学院地质与地球物理研究所吴福元院士的组织领导和部署下，第二次青藏高原科学考察综合研究“稀有金属资源现状与远景评估”专题(2019QQKZ0802)和中国科学院地质与地球物理研究所重点部署项目“关键矿产资源锂铍的成矿理论创新与实践探索”(IGGCAS-201902)的课题组成员面向国际科学前沿以及国家对稀有金属资源的重大需求，经过两年多的努力，在稀有金属元素锂、铍富集成矿的机理和分析测试技术等方面取得了许多新的研究成果，主要内容涉及喜马拉雅地区锂元素的超常富集机理、西昆仑-喀喇昆仑地区稀有金属矿床的成因机制、滇西伟晶岩型稀有金属的分布规律、中国东部火山岩型铍矿的成矿潜力、元素铍的分析测试技术，以及新类型矿床的发现等。为了展现这些研究成果，本专辑收录了19篇相关论文，主要进展体现在以下五个方面：

(1)青藏高原及其邻区稀有金属富集机理和成矿潜力

习近平总书记在致中国科学院青藏高原综合科学考察研究队的贺信中指出：“青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔，是地球第三极，是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地，是中华民族特色文化的重要保护地”。第二次青藏高原科学考察综合研究“稀有金属资源现状与远景评估”专题组成员以淡色花岗岩分异成矿理论为指导，围绕青藏高原及其邻区三个淡色花岗岩带(喜马拉雅、西昆仑-喀喇昆仑和滇西)开展科学考察，探讨了西昆仑晚三叠世花岗岩的成因及其与稀有金属伟晶岩的关系(朱明田等, 2022)，利用新技术和新方法揭示了西昆仑(王核等, 2022; 陈谋等, 2022; 王威等, 2022)、川西(胡方泱等, 2022)、喜马拉雅(刘志超和袁梓昭, 2022; 赵俊兴等, 2022; 周威等, 2022)等地区锂铍元素富集的机制及其与花岗岩分异演化的关系，总结了滇西地区伟晶岩型稀有金属的成矿规律，提出了未来的找矿方向(余勇等, 2022)。

(2)火山岩型铍矿成矿潜力和找矿前景

火山岩型铍(铀)矿提供了全球每年80%以上铍的供应量，而其主要资源量来自美国Spor Mountain火山岩型铍矿(李晓峰等, 2021, 2022a, b)。我国东部发育大量的中生代火山岩，该地区是否具备火山岩铍矿的成矿条件，能否找到类似Spor Mountain的火山岩型铍(铀)矿床？经过课题组成员的联合野外考察和研究，发现了一批具有重要科学价值的找矿线索。李晓峰等(2022b)提出中国东部具有火山岩型铍矿的成矿潜力和找矿前景，把中国东部火山岩型铍矿称为“构造转折型”铍矿床。饶灿等(2022)对关键金属铍的成矿机制和找矿前景进行了述评。陈振宇等(2022)首次报道了大兴安岭南缘冀北丰宁地区发现的火山岩型铍矿，为在大兴安岭地区及其邻区寻找这类矿床提供了良好范例。吴浩然等(2022)报道了大兴安岭南段新发现的那斯嘎吐云英岩型铍矿的地质特征，提出了该地区的找矿方向。

(3)风化壳型元素Li-REE的富集机制取得重要认识

风化壳型稀有金属矿床是稀有金属重要的成矿类型，但是风化壳中稀有金属Li和REE的富集机理和赋存状态尚不清楚。针对这些科学问题，崔燚等(2022)报道了滇中下二叠统倒石头组富锂黏土岩中锂的赋存状态及富集机制等最新研究成果，为风化壳型稀有金属的综合利用提供了矿物学方面的证据。李光来等(2022)报道了江西相山火山岩区风化壳型REE矿床的成因机制，为火山岩地区REE矿床的找矿勘查提供了科学依据。

(4)元素锂、铍的原位分析技术取得重要进展

锂和铍均属于超轻元素，矿物中元素锂和铍的准确分析测试是个难点。张文兰等(2022)针对(含)铍矿物中铍元素分析测试的难点，建立了配置LDE3H分光晶体的日本JEOL电子探针定量分析金绿宝石、硅铍石、硼铍石和锌日光榴石等含铍矿物中铍元素含量测试的有效方法，为铍元素的富集机理研究和找矿勘查技术研发提供了技术支撑。胡欢等(2022)评述了铍元素原位分析技术(包括电子探针、LA-ICP-MS、SIMS、LIBS)的最新进展，研发了利用矿物自动分析系统(AMICS)如何识别和判别含铍的矿物。

致谢本专辑的出版得到了中国科学院地质与地球物理研究所翟明国院士和编辑部俞良军博士，以及课题组成员的大力支持，在此表示诚挚的感谢！