稀有金屬鋰鈹?shù)V床研究中的幾個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題
——代序*

李曉峰 韋星林

1. 中國(guó)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049

3. 江西省地質(zhì)局，南昌 330046

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，“嫦娥奔月”、“龍宮探寶”、“愚公移山”等民間神話故事已逐漸成為現(xiàn)實(shí)，這些奇跡的發(fā)生都離不開稀有金屬的應(yīng)用。戰(zhàn)略性新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)稀有金屬原材料的需求激增，在全球掀起了新一輪稀有金屬資源勘查和研究的高潮(Akohetal., 2015; Melcheretal., 2015; Dewaeleetal., 2016; Breiteretal., 2017, 2022; Goodenoughetal., 2018; Lamar?oetal., 2018; Siegeletal., 2018; 吳福元等, 2017, 2021; 王汝成等, 2017)。我國(guó)以稀有金屬為主要原材料的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)對(duì)GDP的貢獻(xiàn)度逐年增長(zhǎng)。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對(duì)稀有金屬資源數(shù)量級(jí)式增長(zhǎng)的需求與我國(guó)稀有金屬資源的稟賦不足(儲(chǔ)量小、分散、品位低、難分選等)的矛盾也日益突出。因此，尋找規(guī)模大、品位高、易分選的稀有金屬資源刻不容緩。國(guó)際地緣政治格局的發(fā)展及其變革表明，國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)資源的安全供給是實(shí)現(xiàn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，加強(qiáng)稀有金屬資源富集機(jī)制研究和勘查技術(shù)的研發(fā)，探尋和發(fā)現(xiàn)更多的稀有金屬資源，增強(qiáng)稀有金屬資源的戰(zhàn)略儲(chǔ)備，才能滿足戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)稀有金屬原材料的迫切需求。

自從20世紀(jì)30年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于稀有金屬礦床的成因一直存在著“巖漿成因”(Teuscher, 1936; Cuneyetal., 1992; Raimbaultetal., 1995; Breiteretal., 2005; Thomasetal., 2005; Jarchovsky, 2006; Nardietal., 2012; 郭承基, 1963; 劉義茂等, 1975; 王聯(lián)魁等, 1987; 章錦統(tǒng)和夏衛(wèi)華, 1988; 趙振華, 1986; 鄒天人, 1985; 朱金初等, 2002)和“交代成因”(Beusetal., 1962; 胡受奚等, 1984; 夏宏遠(yuǎn)等, 1984; 袁忠信等, 1987)的爭(zhēng)論。其焦點(diǎn)在于巖漿結(jié)晶分異與巖漿期后的熱液流體交代過程哪個(gè)更有利于稀有金屬富集成礦，即哪一個(gè)的貢獻(xiàn)更重要？由于尚缺乏有效手段識(shí)別稀有金屬富集成礦的巖漿過程和熱液過程，因此，稀有金屬礦床成因的這一爭(zhēng)論仍然存在。大多數(shù)研究認(rèn)為，高分異花崗巖往往富集不相容元素(包括許多稀有金屬)和揮發(fā)份(F、Cl和CO2等)，稀有金屬的富集成礦與花崗巖高度分異有關(guān)，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床常分布于高分異相的巖體或者偉晶巖中(Linnenetal., 2012)。因此，高分異花崗巖往往被稱為稀有金屬花崗巖(Rare metal granite)。研究還表明：雖然稀有金屬富集成礦經(jīng)歷了巖漿分異、巖漿-熱液轉(zhuǎn)化和熱液過程等三個(gè)階段，但是大型、超大型稀有金屬礦床的形成均是巖漿極端分異條件下，熱液流體多次交代的結(jié)果。當(dāng)前，稀有金屬礦床成礦機(jī)制的研究呈現(xiàn)兩個(gè)明顯態(tài)勢(shì)，其一是更加關(guān)注花崗巖分異演化過程對(duì)稀有金屬元素富集成礦的控制因素，巖漿源區(qū)、巖漿分異演化，以及巖漿期后的熱液過程對(duì)稀有金屬富集成礦的貢獻(xiàn)已是研究的焦點(diǎn)。其二是利用新技術(shù)、新方法和實(shí)驗(yàn)?zāi)M精細(xì)解析稀有金屬元素在巖漿-熱液演化過程中的遷移、富集和沉淀的機(jī)理。關(guān)于稀有金屬礦床成因尚有以下一些關(guān)鍵科學(xué)問題有待進(jìn)一步解決：(1)與稀有金屬富集成礦有關(guān)的花崗巖形成是否需要特殊的富稀有金屬元素的巖漿源區(qū)？(2)稀有金屬花崗巖的富集成礦是深部巖漿化學(xué)分異上升侵位的結(jié)果，還是原地結(jié)晶分異的結(jié)果？(3)大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為稀有金屬成礦過程中存在著巖漿-熱液的轉(zhuǎn)換過程，且該模型已被廣泛認(rèn)可(Kontak and Kyser, 2009; Hulsboschetal., 2014; Kaeteretal., 2018; Hulsbosch, 2019; Audétat, 2019)，然而，迄今為止，實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚未發(fā)現(xiàn)或者證實(shí)存在H2O、富揮發(fā)份和富金屬的不互溶熔體的存在(London, 2015)，那么稀有金屬元素從熔體相到流體相是如何實(shí)現(xiàn)選擇性共生-分離-超常富集的？(4)熔-流體交代作用過程對(duì)稀有金屬富集的影響作用如何？稀有金屬花崗巖是富含H2O和揮發(fā)份的高度結(jié)晶分異的花崗巖，熔-流體交代對(duì)于稀有金屬來(lái)說(shuō)是再富集還是再分配？流體和花崗巖成因關(guān)系如何？

金屬鋰和鈹是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)所需的重要的稀有金屬，二者均被世界發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體列為關(guān)鍵金屬。它們?cè)陔娮庸I(yè)、耐火材料、陶瓷材料、核工業(yè)和空間技術(shù)等領(lǐng)域具有重要的利用價(jià)值，特別是在未來(lái)潔凈能源產(chǎn)業(yè)中具有不可低估的重要戰(zhàn)略作用，因此，金屬鋰和鈹又被稱為“空間金屬”、“潔凈能源金屬”等。近年來(lái)，我國(guó)地球科學(xué)工作者對(duì)鋰和鈹?shù)某傻V作用進(jìn)行了許多研究。在中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所吳福元院士的組織領(lǐng)導(dǎo)和部署下，第二次青藏高原科學(xué)考察綜合研究“稀有金屬資源現(xiàn)狀與遠(yuǎn)景評(píng)估”專題(2019QQKZ0802)和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)部署項(xiàng)目“關(guān)鍵礦產(chǎn)資源鋰鈹?shù)某傻V理論創(chuàng)新與實(shí)踐探索”(IGGCAS-201902)的課題組成員面向國(guó)際科學(xué)前沿以及國(guó)家對(duì)稀有金屬資源的重大需求，經(jīng)過兩年多的努力，在稀有金屬元素鋰、鈹富集成礦的機(jī)理和分析測(cè)試技術(shù)等方面取得了許多新的研究成果，主要內(nèi)容涉及喜馬拉雅地區(qū)鋰元素的超常富集機(jī)理、西昆侖-喀喇昆侖地區(qū)稀有金屬礦床的成因機(jī)制、滇西偉晶巖型稀有金屬的分布規(guī)律、中國(guó)東部火山巖型鈹?shù)V的成礦潛力、元素鈹?shù)姆治鰷y(cè)試技術(shù)，以及新類型礦床的發(fā)現(xiàn)等。為了展現(xiàn)這些研究成果，本專輯收錄了19篇相關(guān)論文，主要進(jìn)展體現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

(1)青藏高原及其鄰區(qū)稀有金屬富集機(jī)理和成礦潛力

習(xí)近平總書記在致中國(guó)科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊(duì)的賀信中指出：“青藏高原是世界屋脊、亞洲水塔，是地球第三極，是我國(guó)重要的生態(tài)安全屏障、戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備基地，是中華民族特色文化的重要保護(hù)地”。第二次青藏高原科學(xué)考察綜合研究“稀有金屬資源現(xiàn)狀與遠(yuǎn)景評(píng)估”專題組成員以淡色花崗巖分異成礦理論為指導(dǎo)，圍繞青藏高原及其鄰區(qū)三個(gè)淡色花崗巖帶(喜馬拉雅、西昆侖-喀喇昆侖和滇西)開展科學(xué)考察，探討了西昆侖晚三疊世花崗巖的成因及其與稀有金屬偉晶巖的關(guān)系(朱明田等, 2022)，利用新技術(shù)和新方法揭示了西昆侖(王核等, 2022; 陳謀等, 2022; 王威等, 2022)、川西(胡方泱等, 2022)、喜馬拉雅(劉志超和袁梓昭, 2022; 趙俊興等, 2022; 周威等, 2022)等地區(qū)鋰鈹元素富集的機(jī)制及其與花崗巖分異演化的關(guān)系，總結(jié)了滇西地區(qū)偉晶巖型稀有金屬的成礦規(guī)律，提出了未來(lái)的找礦方向(余勇等, 2022)。

(2)火山巖型鈹?shù)V成礦潛力和找礦前景

火山巖型鈹(鈾)礦提供了全球每年80%以上鈹?shù)墓?yīng)量，而其主要資源量來(lái)自美國(guó)Spor Mountain火山巖型鈹?shù)V(李曉峰等, 2021, 2022a, b)。我國(guó)東部發(fā)育大量的中生代火山巖，該地區(qū)是否具備火山巖鈹?shù)V的成礦條件，能否找到類似Spor Mountain的火山巖型鈹(鈾)礦床？經(jīng)過課題組成員的聯(lián)合野外考察和研究，發(fā)現(xiàn)了一批具有重要科學(xué)價(jià)值的找礦線索。李曉峰等(2022b)提出中國(guó)東部具有火山巖型鈹?shù)V的成礦潛力和找礦前景，把中國(guó)東部火山巖型鈹?shù)V稱為“構(gòu)造轉(zhuǎn)折型”鈹?shù)V床。饒燦等(2022)對(duì)關(guān)鍵金屬鈹?shù)某傻V機(jī)制和找礦前景進(jìn)行了述評(píng)。陳振宇等(2022)首次報(bào)道了大興安嶺南緣冀北豐寧地區(qū)發(fā)現(xiàn)的火山巖型鈹?shù)V，為在大興安嶺地區(qū)及其鄰區(qū)尋找這類礦床提供了良好范例。吳浩然等(2022)報(bào)道了大興安嶺南段新發(fā)現(xiàn)的那斯嘎吐云英巖型鈹?shù)V的地質(zhì)特征，提出了該地區(qū)的找礦方向。

(3)風(fēng)化殼型元素Li-REE的富集機(jī)制取得重要認(rèn)識(shí)

風(fēng)化殼型稀有金屬礦床是稀有金屬重要的成礦類型，但是風(fēng)化殼中稀有金屬Li和REE的富集機(jī)理和賦存狀態(tài)尚不清楚。針對(duì)這些科學(xué)問題，崔燚等(2022)報(bào)道了滇中下二疊統(tǒng)倒石頭組富鋰黏土巖中鋰的賦存狀態(tài)及富集機(jī)制等最新研究成果，為風(fēng)化殼型稀有金屬的綜合利用提供了礦物學(xué)方面的證據(jù)。李光來(lái)等(2022)報(bào)道了江西相山火山巖區(qū)風(fēng)化殼型REE礦床的成因機(jī)制，為火山巖地區(qū)REE礦床的找礦勘查提供了科學(xué)依據(jù)。

(4)元素鋰、鈹?shù)脑环治黾夹g(shù)取得重要進(jìn)展

鋰和鈹均屬于超輕元素，礦物中元素鋰和鈹?shù)臏?zhǔn)確分析測(cè)試是個(gè)難點(diǎn)。張文蘭等(2022)針對(duì)(含)鈹?shù)V物中鈹元素分析測(cè)試的難點(diǎn)，建立了配置LDE3H分光晶體的日本JEOL電子探針定量分析金綠寶石、硅鈹石、硼鈹石和鋅日光榴石等含鈹?shù)V物中鈹元素含量測(cè)試的有效方法，為鈹元素的富集機(jī)理研究和找礦勘查技術(shù)研發(fā)提供了技術(shù)支撐。胡歡等(2022)評(píng)述了鈹元素原位分析技術(shù)(包括電子探針、LA-ICP-MS、SIMS、LIBS)的最新進(jìn)展，研發(fā)了利用礦物自動(dòng)分析系統(tǒng)(AMICS)如何識(shí)別和判別含鈹?shù)牡V物。

致謝本專輯的出版得到了中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所翟明國(guó)院士和編輯部俞良軍博士，以及課題組成員的大力支持，在此表示誠(chéng)摯的感謝！