锂的圈层循环与资源富集过程：从高原盐湖到造山带伟晶岩*

陈晨 闫庆贺 章荣清 李庆宽 姜禾禾 刘海洋 秦占杰 张西营 孙卫东

1. 中国科学院海洋研究所深海研究中心,青岛 266071

2. 中国地质大学,地质过程与矿产资源国家重点实验室,北京 100083

3. 云南大学地球科学学院,昆明 650500

4. 南京大学地球科学与工程学院,内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京 210023

5. 中国科学院青海盐湖研究所,青海省盐湖地质与环境重点实验室,西宁 810008

6. 中国科学院地质与地球物理研究所,岩石圈演化国家重点实验室,北京 100029

在“双碳”政策和能源结构转型背景下,电动汽车和储能产业迅猛发展,作为可充电电池的必备原材料,锂在新能源革命中的关键定位日益凸显,其资源形成过程也成为经济地质研究中新的焦点(Tarascon, 2010; Kesleretal., 2012; Bensonetal., 2017; Schulzetal., 2017; Chenetal., 2020a)。与之同时,锂资源分布较为局限,集中于南美锂三角(智利、玻利维亚、阿根廷)、澳大利亚、美国、中国等少数国家和地区(Kesleretal., 2012; Munketal., 2016; Bensonetal., 2017; Chenetal., 2020a)。正因其资源战略意义重大、地域分布有限,锂如20世纪中东的石油,正深刻地影响21世纪的地缘政治格局,改变着人类的生活方式(Tarascon, 2010)。深入研究锂的资源富集机理,推进国内锂矿的找矿勘查,开发经济环保的锂矿选冶技术,是我国当前在能源资源领域的重大需求(郑绵平和刘喜方,2007; 李建康等,2014; 王登红等,2017; 王汝成等,2017; 许志琴等,2018; 蒋少涌等,2019; 毛景文等,2019; 翟明国等,2019; 温汉捷等,2020; 刘成林等,2021; 张辉等,2021; 王核等,2022;吴福元等,2023)。

图1 全球锂矿床分布图(数据基于Chen et al., 2020a数据库补充)全球锂资源包括陆内盐湖卤水型、伟晶岩型(硬岩型)、黏土型、油田卤水型及地热卤水型锂矿床.陆内富锂盐湖卤水主要发育于新生代/中生代造山带;硬岩型锂矿主要发现于经剥蚀出露的碰撞造山带(造山带地图基于Roberts and Bally, 2012). 底图在GeoMapApp中处理而得(http：//www.geomapapp.org). 在Chen et al. (2020a) 矿床数据库的基础上,最新的分布图中更新了近年来锂矿床的找矿进展Fig.1 Distribution of global lithium deposits (data compilation based on Chen et al., 2020a)

目前,具经济价值的锂资源主要来自卤水和硬岩(伟晶岩与富锂花岗岩),前者主要为蒸发盆地内的富锂地下水,而后者代表经历极度分异的花岗质岩浆/熔流体。此外,还有少量锂资源来自于黏土、油田卤水及地热井的副产物(图1)。锂在硅酸盐地球中的丰度为1.6×10-6,作为中等不相容元素其在地壳中的平均含量～17×10-6,在海水中的含量～0.18×10-6(McDonough and Sun, 1995; Rudnick and Gao, 2003);而富锂的盐湖卤水中锂含量可达100n×10-6～1000n×10-6,在富锂伟晶岩中锂的含量可达n%级别(Kesleretal., 2012)。锂的成矿需经历元素的超常富集过程,是多地质过程耦合作用的结果。理解锂在地球各圈层的循环与富集过程,有助于揭示多成矿要素耦合之后深层的主控机制,为锂资源的扩勘增储提供理论支撑。

图2 俯冲带Li循环概念模式图 (据Chen et al., 2020a; Niu, 2021修改)Fig.2 Conceptual model of lithium cycling in subduction zones (modified after Chen et al., 2020a; Niu, 2021)

1 锂在俯冲带的物质循环及其元素地球化学行为概述

锂在俯冲带的循环过程涉及俯冲物质的变质脱水、地幔楔的熔融、弧岩浆的壳内分异演化和弧岩石的表生风化(图2),本质上受控于锂在内-外生地质过程中的地球化学行为。对锂元素地球化学行为的了解是研究锂的圈层循环、富集与成矿的基础。

低温环境中,锂是一种可溶性元素/流体活动性元素。在表生风化过程中,硅酸盐矿物溶解使锂元素以离子形态(Li([H2O]N)+络合离子)随降水、河流迁移至低洼的盆地、湖泊,最终汇入大洋(Rudnicketal., 2004; Tengetal., 2004; Jahn and Wunder, 2009; Kowalski and Jahn, 2011)。流体中的锂通过占据晶体空穴或取代Mg,在岩石风化形成的黏土矿物中不同程度地富集,大洋沉积物通常含有30×10-6～50×10-6的锂(Plank, 2014);对于低温蚀变洋壳,其局部可富集较高含量的锂,但全岩的锂含量仍较低(～10×10-6)(Donnelly, 1980; Chanetal., 2002; Seyedalietal., 2021)。

俯冲的大洋板片携富锂的大洋黏土沉积物及受海水蚀变的洋壳进入地幔,随着俯冲板片温度压力的升高,俯冲物质将经历变质脱水作用。实验岩石学的工作表明,Li在矿物脱水分解过程中会被释放进入流体(Johnson and Plank, 2000; Kesseletal., 2005; Klimmetal., 2008)。因而学者们推测在板片俯冲过程中,Li等流体活动性元素将随脱出的流体进入地幔楔,使得地幔楔熔融产生的弧岩浆更为富锂(Ryan and Langmuir, 1987; Brenanetal., 1998b; Elliott, 2003; Chanetal., 2006; Tengetal., 2007; Plank, 2014; Tangetal., 2014)。大量研究对此设想开展了验证(Tomascaketal., 2002; Plank, 2014; Tangetal., 2014; Liuetal., 2020),在下一章我们将针对俯冲输入对弧岩浆锂的物质贡献进一步探讨与限定。

除俯冲输入的影响外,弧岩浆的锂含量还受控于地幔楔熔融及壳内岩浆演化。大量实验岩石学及天然样品的研究将锂在地幔熔融及岩浆演化过程中的分配系数限定在Dmineral/melt=～0.2 (Mahood and Hildreth, 1983; Brenanetal., 1998a; Ottolinietal., 2009; Ellisetal., 2018; Neukampfetal., 2019)。作为中等不相容元素,在地幔部分熔融过程中,Li倾向于分配至熔体相;在结晶分异过程中,Li倾向于进入残余熔体相。

2 弧岩浆中锂的物质来源

基于对锂地球化学性质的已有了解,我们可知弧岩浆的锂含量可能受控于俯冲板片锂的输入、地幔楔的熔融程度及弧岩浆的壳内分异。其中,对俯冲锂输入过程的刻画是长久以来的研究焦点和难点, Li/Y元素比值和Li同位素等地球化学工具被广泛用以约束这一过程。

钇(Y)被认为在地幔熔融过程中与Li具有相近的全岩分配行为,二者因而被视为元素“双胞胎” (Ryan and Langmuir, 1987; Plank, 2014)。板片俯冲过程中,Y在俯冲流体中是惰性的,将滞留于俯冲板片的石榴子石中, 而Li可能随俯冲流体/熔流体进入弧下地幔楔(Johnson and Plank, 2000; Kesseletal., 2005; Klimmetal., 2008)。据此推测,俯冲输入的Li越多,那么弧岩浆中理应具有更高的Li/Y比值。Plank (2014)发现弧岩浆较大洋中脊玄武岩具有显著升高的Li/Y比值,且Li/Y的比值与俯冲沉积物的Li通量具有显著的正相关性(图3),这似乎印证俯冲大洋沉积物的锂输入是弧岩浆锂富集的关键因素。然而,值得注意的是,在中高压下岩浆可饱和结晶角闪石、石榴子石(Green, 1982)。这些矿物存在时,Y倾向进入这些矿物相,可能使得Li、Y“元素双胞胎”解耦。Chenetal. (2020a)发现在加厚地壳环境下,弧岩浆的Li/Y比值在岩浆演化过程中会发生显著的分异,即便是小程度的岩浆分异,弧岩浆中的Li/Y也将显著升高,这使得在运用弧岩浆Li/Y示踪俯冲锂输入时发生偏差,产生假“俯冲信号”(Chenetal., 2020a：图2d)。

图3 俯冲沉积物的Li通量与弧岩浆Li/Y的相关性(据Plank,2014修改)样品选取条件为其SiO2含量大致<55%Fig.3 Sedimentary lithium flux versus Li/Y in arc magmas in subduction zones (modified after Plank, 2014)

图4 弧岩浆Li同位素数据汇总(数据来自Tang et al., 2014)Fig.4 Compilation of lithium isotope in arc magmas (data compilation by Tang et al., 2014)

图5 初始弧岩浆的Li及Li/Y比值与地壳厚度关系(据Chen et al., 2020a修改)初始弧岩浆代表SiO2 在48%～52%且MgO在6%～15%范围内的岩石样品. 在图b中暗灰色符号代表更为演化的岩石(53%～57% SiO2). Li含量及Li/Y比值的误差棒为2se;地壳厚度的误差棒为一倍的标准差(1σ). 图a中的浅绿色线条及图b中的浅蓝色线条分别为MORB的平均Li含量(Gale et al., 2013)及MORB的Li/Y比值(Ryan and Langmuir, 1987). 图a中H为地壳厚度,虚线为数据的线性拟合(剔除显著受蚀变影响的Mariana弧段后)Fig.5 Li and Li/Y in primitive arc magmas versus crustal thickness (modified after Chen et al., 2020a)

图6 地壳增厚对弧岩浆Li的富集效应(据Chen et al., 2020a修改)(a)Li-SiO2： 弧岩浆被分为三个地壳厚度组,样品地壳厚度数据基于地壳均衡原理计算; 对于每个地壳厚度组,样品以每2% SiO2为统计间隔计算其Li含量平均值,误差棒为两倍的标准误(2se); 图中实线和虚线代表由不同的初始Li含量(Lio)和全岩分配系数(D)结晶分异模拟计算所得的残余熔体的成分,浅绿色线为洋中脊玄武岩(MORB)的平均Li浓度值(数据来自Gale et al., 2013), 彩色箭头代表上、中及下地壳模式组分的Li含量(数据来自Rudnick and Gao, 2003).(b)不同地壳厚度弧岩浆Li含量的相对概率曲线： 洋中脊(MOR)岩浆数据作为标准参照, 图中彩色箭头为各地壳厚度组弧岩浆的平均Li含量Fig.6 Crustal thickening effects on lithium enrichment in arc magmas (modified after Chen et al., 2020a)

同位素通常是示踪物质来源与循环的有效工具。海水、俯冲沉积物、蚀变洋壳和蚀变的地幔橄榄岩(蛇纹岩)具有与地幔橄榄岩相异且多变的Li同位素组成(Chanetal., 1992, 2006; Boumanetal., 2004; Marschalletal., 2007; Vilsetal., 2009)。板片脱水过程中重的7Li更倾向于进入流体,这可进一步加剧俯冲输入的Li同位素的组成差异(Zacketal., 2003; Marschalletal., 2007; Tengetal., 2007; Liuetal., 2019)。如果俯冲板片对弧岩浆有锂的物质输入,那么弧岩浆中理应重现与地幔值相异的俯冲输入物的Li同位素信号。然而,系统研究发现大部分弧岩浆与大洋中脊玄武岩具有一致的Li同位素组成,并未出现俯冲输入的信号(Tomascaketal., 2002; Tomascak, 2004; 数据汇总参见Tangetal., 2014)(图4)。为了协调弧岩浆Li同位素组成与理论预期的 “出入”,学者们提出了几种可能的解释：(1)由于锂具有高的电质比,锂有着极高的扩散系数(Diffusion Coefficient)(Cunninghametal., 1983; Lundstrometal., 2005),当俯冲输入的Li同位素穿过弧下地幔时,可能与地幔橄榄岩发生了广泛的物质交换,因而抹去了俯冲输入物的Li同位素信号(Tomascaketal., 2002; Halamaetal., 2009; Dohmenetal., 2010; Liuetal., 2020);(2)另一可能是事实上许多深海沉积物平均的Li同位素组成并未与洋中脊玄武岩(Mid-Ocean Ridge Basalt,MORB)代表的地幔值存有显著差别(Plank, 2014; Tangetal., 2014);(3)除此之外,弧岩浆与MORB相近的Li的同位素组成也可能表明俯冲流体/熔流体对弧岩浆中锂的物质贡献实则非常有限(Chenetal. 2020a)。

从第一级的元素视角来说,如果俯冲输入对弧岩浆中的锂有显著的物质贡献,那么演化程度相对弱的初始弧岩浆应具有比不受俯冲影响的MORB显著富集的锂元素组成。Chenetal. (2020a)通过对全球的弧岩浆数据统计研究发现,初始弧岩浆与MORB具有相近的Li含量和Li/Y比值,这表明俯冲流体/熔流体对弧岩浆中锂的物质贡献有限(图5)。这一工作为俯冲带锂循环研究提供了基础性的数据观测,至此协调了弧岩浆中锂元素含量、锂同位素组成和Li/Y比值三者所指示的信息。

图7 不同地壳厚度环境下锂资源富集过程中对初始弧岩浆锂含量差异的“继承”效应图a、c中红色线条代表的是初始弧岩浆中锂含量为11×10-6的厚地壳大陆弧情况,绿色线条指示的为初始弧岩浆中锂含量为5.5×10-6的薄地壳大洋岛弧情况. 需注意的是,图中展示的为一理想概念模型,可以看到二者随着富集倍数的增加始终保持着2倍的锂含量的关系,但两者间锂含量的差值不断增大,由初始的5.5×10-6差值扩大至100n×10-6～1000n×10-6(对应高浓度盐湖卤水和成矿伟晶岩)Fig.7 Inheritance of lithium difference in primitive arc magmas for lithium enrichment in arc settings with various crustal thicknesses

为何俯冲输入未能给弧岩浆贡献大量的锂?我们推测可能的场景有三：(1)俯冲板片及沉积物在弧前位置已将大部分可活动锂元素释放完毕(Bentonetal., 2004; Chenetal., 2020a; Helperetal., 2023);(2)在弧下深度俯冲板片、沉积物存有对锂高度亲和的矿物,使得锂在弧下深度的活动性发生了变化;(3)基于元素周期表对角线原则锂镁具有化学相似性,俯冲板片释放的锂元素在穿过上覆地幔抵达弧岩浆熔融源区前,被富Mg的地幔橄榄岩“截留” (Tomascaketal., 2002; Liuetal., 2020)。对俯冲板片弧前产物的元素、同位素研究,对弧下深度俯冲板片、沉积物的高温高压变质模拟是限定以上假设场景的可行路径。

3 弧地壳加厚对弧岩浆锂的富集效应

地壳及岩石圈厚度可显著影响地幔楔的熔融温压及程度(Niu, 2021),使得不同厚度地壳环境中发育的弧岩浆作用具有显著区别。Chenetal. (2020a)通过对全球俯冲带各火山弧段初始弧岩浆的统计发现,初始弧岩浆中的锂含量与弧地壳厚度存有正相关性(图5a)。类似的现象在其他不相容元素中也有被观测到,这可以解释为厚的地壳/岩石圈抑制了地幔楔的熔融程度,因而增加了初始熔体中不相容元素的含量(图2) (Plank and Langmuir, 1988; Turner and Langmuir, 2015a, b; Niu, 2021)。通过地壳加厚,初始弧岩浆中的锂含量随地幔楔熔融程度的减小而升高,厚地壳大陆弧的初始弧岩浆平均锂含量为薄地壳大洋岛弧的2倍。

在壳内分异过程中,作为不相容元素Li将随岩浆演化程度的升高而逐渐富集。Chenetal. (2020a)发现厚地壳环境中演化的弧岩浆较薄地壳显著富集锂,这可以解释为演化的弧岩浆通过结晶分异/部分熔融继承了初始弧岩浆中锂含量的差异(图6a)。总的来说,厚地壳大陆弧的平均锂含量大致是薄地壳大洋岛弧的2倍(图6b)。图7展示的是一理想概念模型,对于初始弧岩浆中锂含量倍数相差的厚地壳大陆弧与薄地壳岛弧,在后续结晶分异、表生风化、蒸发浓缩/沉积物熔融等过程中,在相同富集倍数情况下二者的锂含量始终保持着最初的倍数关系,而两者的锂含量绝对差值将随富集倍数的增加逐渐放大。地壳加厚对最初始岩浆的富集效应通过后续富集过程的继承、放大最终产生重大的资源效应差异(图7)。

4 弧岩石风化与盐湖卤水型锂矿

盐湖卤水型锂矿是全球最为重要的锂资源类型,约占全球锂资源的四分之三(Munketal., 2016; ; Bensonetal., 2017);其主要赋存于造山带的内陆盆地(图1),但是并非所有盆地都产出锂资源,不同地质背景下的盐湖锂成矿也存有显著差异。在此,我们将简述学界对盐湖卤水型锂成矿的认识,就风化源岩差异对盐湖锂成矿的影响做初步试验性探讨。

对于盐湖卤水型锂成矿的要素,学界已有初步认识：(1)干旱的气候;(2)发育有盐湖的封闭盆地;(3)相关的火山或地热活动;(4)构造应力驱动的地表凹陷;(5)合适的富锂源岩;(6)足够的时间以浓缩卤水(陈克造, 1992; 郑绵平, 2001; Kesleretal., 2012; Bradleyetal., 2013; 郑绵平等, 2013; Munketal., 2016)。具体过程可概述为：相关构造过程驱使地表下沉,形成封闭盆地;地表流水及地下水携地表风化淋滤出的可溶性元素(如Ca、Mg、K、Na和Li)汇入盆地;在干旱的气候条件下,盆地内的盐湖经历强烈的蒸发作用,使水体中的溶质进一步浓缩形成卤水,卤水具备高的密度而下沉于盐湖底部,形成盐湖卤水型锂矿床(Bradleyetal., 2013; Munketal., 2016)(图8)。

显然,学界对盐湖卤水型锂矿的表生富集过程已建立了系统性的认识。从更为宏观的地球系统科学视角切入,盐湖卤水型锂矿床众多的成矿要素背后可能存有共通的主控因素。Chenetal. (2020a)指出在造山过程中,弧地壳的增厚可形成富锂的源岩;与此同时,地壳的增厚驱使区域海拔升高,在气候上形成雨影(Godfreyetal., 2013; Munketal., 2016),在地形上发育山间盆地;富锂源岩的风化使得成矿物质被淋滤出来,运输至山间盆地进一步浓集,进而成矿(Bradleyetal., 2013; Munketal., 2016)。简而言之,地壳的增厚促使了富锂源岩形成及诸多成矿要素间的耦合(Chenetal. 2020a)。

具体而言,我国青藏高原、南美安第斯高原和北美盆岭区是世界三大富锂盐湖聚集区(图1)。不同于南美安第斯高原,青藏高原处于大洋俯冲之后的陆-陆碰撞阶段(Yin and Harrison, 2000)。青藏高原自北向南依次由柴达木-昆仑、松潘-甘孜-可可西里、羌塘地体、拉萨地体拼贴而成(Deweyetal., 1988; Yin and Harrison, 2000),众多盐湖散布其中,水化学特征各异(Zheng and Liu, 2009; Lietal., 2019)(图9)。这为高原盐湖成矿研究提供了丰富的素材。

如前所述,盐湖成矿主要受控于地形、气候和源岩。除柴达木盆地,青藏高原海拔多在4000～5000m区间,气候寒冷干燥,地形、气候特征相似(郑绵平等,2013; 刘成林等, 2021)。值得注意的是,青藏高原不同地体间有着不同的构造演化历史。其中,拉萨地体主体为冈底斯大陆弧岩浆作用形成的岩基,而拉萨地体以北的高原地体为印度板块和欧亚板块碰撞之后被动隆升的产物(Yin and Harrison, 2000; Dingetal., 2022)。不同地体基岩成分的差异可能是致使各地体盐湖水化学组成迥异的重要原因。如图7a所示,基岩成分的差异可传递至后续的水岩反应、水体浓缩等水化学过程。对这一概念模型的验证需要对大区域尺度的水化学研究;需要对水岩反应过程中元素的地球化学行为清晰的认知,在此基础上开发指示源岩特征的水化学参数。岩石学、高温地球化学与水文学、低温地学化学的交叉可能是盐湖矿床研究重要的切入点与增长点。

图9 青藏地区的高原盐湖分布图(数据基于Li et al., 2019数据库补充)地理空间上,青藏高原盐湖由北向南散落在柴达木-昆仑、松潘-甘孜-可可西里、羌塘地体和拉萨地体;成分上,这些盐湖水化学组成特征迥异Fig.9 Distribution of salt lakes in Qinghai-Xizang Plateau (data compilation based on Li et al., 2019)

5 弧岩石风化与伟晶岩型锂矿

硬岩型锂矿是另一重要锂资源类型,其资源产量占全球一半左右,具有全球分布广泛,生产周期短、对市场价格反应灵敏的特点。除我国华南地区,硬岩型锂矿多来自于伟晶岩,但并非所有伟晶岩都能形成锂矿。在产出地质背景上,伟晶岩型锂矿多分布于碰撞造山带(图1);在成矿时代上,其成矿峰期与超大陆聚合期耦合(Bradleyetal., 2012, 2017; Tangetal., 2023)。显然,研究锂在碰撞造山过程中的元素循环将深化对伟晶岩锂成矿及其成矿差异的理解。同样,在此我们将简要概述伟晶岩成岩成矿过程,重点探讨富锂弧岩石的风化产物熔融对伟晶岩锂成矿的潜在影响。

图10 S型花岗岩与弧岩浆锂含量对比图可以看到,作为LCT伟晶岩成矿母岩的S型花岗岩,其锂含量要显著高于俯冲带的弧岩浆(木吉S型花岗岩数据来自Zhu et al., 2023;朱明田等,2022;甲基卡S型花岗岩来自Dai et al., 2019;全球弧岩浆数据来自 Chen et al., 2020a)Fig.10 Lithium contents in S-type granites versus arc rocks

图11 伟晶岩与S型花岗岩的空间耦合关系(据 Xu et al., 2023b修改)Fig.11 Spatial relationship between pegmatite and S-type granite (modified after Xu et al., 2023b)

图12 西昆仑木吉伟晶岩型锂矿成矿母岩锆石的CL图像(来自笔者未发表资料)LCT伟晶岩成矿母岩为S型花岗岩,多发育有具核-边结构的锆石,锆石核部多保留了碎屑锆石破碎、磨圆的形貌学特征; 锆石核可为沉积物的来源提供直接的物质记录Fig.12 Cathode luminescence image showing the core-rim structure of zircons in parental S-type granite for Muji pegmatites in the Western Kunlun (unpublished images)

对于富锂沉积物的成因,我们在此提出一可能的场景：如前所述,在造山过程中地壳的增厚会形成富锂的弧岩浆(Chenetal., 2020a);与之同时,地表随之隆升,地貌上坡率的升高使得地壳的剥蚀风化作用加强(Leeetal., 2015; Jiang and Lee, 2017),可能形成大量的富锂沉积物。弧岩石的风化剥蚀将形成含大量碎屑锆石的沉积物;在后期沉积物的变质熔融过程中,这些碎屑锆石若残留下来将忠实地记录富锂沉积岩的物源信息。富锂伟晶岩的成矿母岩中发育核-边结构的锆石为这一假说提供了可行的验证路径。

6 俯冲带锂循环与多类型锂矿床成因关联全景概述

最后,我们以期以一段内容囊括上述主体,梳理俯冲带锂循环、盐湖卤水型锂矿、伟晶岩型锂矿三者间的内在关联：

如模式图所绘(图2),相较于洋中脊玄武岩,弧岩浆更为富锂,这可能主要通过俯冲板片直接贡献、地幔楔的熔融及岩浆的壳内结晶分异作用来实现。具体而言,初始弧岩浆具有与洋中脊玄武岩相近的Li含量与Li/Y比值,说明俯冲输入对弧岩浆中锂的物质贡献有限。对于厚地壳的大陆弧,其地幔楔熔融程度更小,使得初始弧岩浆具有更高含量的锂;在壳内分异过程中,弧岩浆通过结晶分异/部分熔融进一步富集锂,这一过程中初始弧岩浆锂的富集差异得以继承和放大。就盐湖锂成矿,成熟的大陆弧通常相伴发育有净蒸发型的山间盆地;厚地壳大陆弧形成的富锂岩石或通过表生风化,或以高温水岩反应将锂运至这些盆地,进一步蒸发浓集、成矿。就LCT伟晶岩,大陆弧造山形成富锂弧岩石的同时,地形坡率的升高使得大陆弧剥蚀风化作用加强,形成富锂沉积物,这些富锂沉积物的熔融具有形成富锂伟晶岩的巨大潜力。可见对于成矿盐湖与伟晶岩,富锂的地壳是二者最为根本的物源,造山作用是促使其多成矿要素耦合的主控触发机制。

7 总结与展望

锂是21世纪的能源金属,对锂资源的开发储备战略意义重大。深入研究、理解各类型锂矿床的形成机理将为锂资源的扩勘拓储提供理论支撑。从地球系统科学视角切入,以锂的元素循环为线索有望揭示锂矿床多成矿要素间的耦合机制、乃至破解各类型锂矿床间的内在关联。本文通过对锂元素在俯冲带循环过程及各循环环节中地球化学行为的总结,得到以下主要认识：

(1)大陆地壳中的锂主要来自地幔熔融本身,俯冲输入的贡献有限;

(2)弧地壳增厚过程是形成富锂地壳物质的重要机制,富集效应具有继承性;

(3)富锂地壳物质的形成及其剥蚀风化可能是高原盐湖、造山带LCT伟晶岩锂成矿的关键因素之一;

(4)弧岩浆中俯冲输入锂缺失的原因、源岩特性与盐湖卤水的多样性、富锂弧岩石的风化剥蚀与伟晶型锂矿爆发式成矿的内在关联,是值得深入探索的方向。

致谢赵俊兴老师、刘小驰老师为专辑的组织付出了诸多心力,为笔者提供了宝贵的阶段性工作总结机会;文稿的完善得益于刘志超副教授与另一匿名审稿人对本文细致的审阅;牛贺才老师、刘成林老师、滕方振老师、丁兴老师、李扬老师、郭鹏远老师、曹程老师、邓晨、张鞠琳等提供了多角度的专业洞见;俞良军副主编对文本进行了悉心的编辑与把控;薛颖瑜老师为图件8提供了基础矢量图件;刘梦帆和潘奕玮协助搜集完善了锂矿床数据库;在此一并致谢。