李曉峰 韋星林

1. 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029

2. 中國科學(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

隨著社會經(jīng)濟和科學(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，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)。我國以稀有金屬為主要原材料的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增長對GDP的貢獻度逐年增長。戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展對稀有金屬資源數(shù)量級式增長的需求與我國稀有金屬資源的稟賦不足(儲量小、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。國際地緣政治格局的發(fā)展及其變革表明，國內(nèi)礦產(chǎn)資源的安全供給是實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，加強稀有金屬資源富集機制研究和勘查技術(shù)的研發(fā)，探尋和發(fā)現(xiàn)更多的稀有金屬資源，增強稀有金屬資源的戰(zhàn)略儲備，才能滿足戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對稀有金屬原材料的迫切需求。

自從20世紀30年代以來，國內(nèi)外對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; 夏宏遠等, 1984; 袁忠信等, 1987)的爭論。其焦點在于巖漿結(jié)晶分異與巖漿期后的熱液流體交代過程哪個更有利于稀有金屬富集成礦，即哪一個的貢獻更重要？由于尚缺乏有效手段識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論仍然存在。大多數(shù)研究認為，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)濟價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制的研究呈現(xiàn)兩個明顯態(tài)勢，其一是更加關(guān)注花崗巖分異演化過程對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稀有金屬富集成礦的貢獻已是研究的焦點。其二是利用新技術(shù)、新方法和實驗?zāi)M精細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可(Kontak and Kyser, 2009; Hulsboschetal., 2014; Kaeteretal., 2018; Hulsbosch, 2019; Audétat, 2019)，然而，迄今為止，實驗結(jié)果尚未發(fā)現(xiàn)或者證實存在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-流體交代對于稀有金屬來說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)達經(jīng)濟體列為關(guān)鍵金屬。它們在電子工業(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值，特別是在未來潔凈能源產(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，我國地球科學(xué)工作者對鋰和鈹?shù)某傻V作用進行了許多研究。在中國科學(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)狀與遠景評估”專題(2019QQKZ0802)和中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點部署項目“關(guān)鍵礦產(chǎn)資源鋰鈹?shù)某傻V理論創(chuàng)新與實踐探索”(IGGCAS-201902)的課題組成員面向國際科學(xué)前沿以及國家對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、鈹富集成礦的機理和分析測試技術(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理、西昆侖-喀喇昆侖地區(qū)稀有金屬礦床的成因機制、滇西偉晶巖型稀有金屬的分布規(guī)律、中國東部火山巖型鈹?shù)V的成礦潛力、元素鈹?shù)姆治鰷y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，主要進展體現(xiàn)在以下五個方面：

(1)青藏高原及其鄰區(qū)稀有金屬富集機理和成礦潛力

習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊的賀信中指出：“青藏高原是世界屋脊、亞洲水塔，是地球第三極，是我國重要的生態(tài)安全屏障、戰(zhàn)略資源儲備基地，是中華民族特色文化的重要保護地”。第二次青藏高原科學(xué)考察綜合研究“稀有金屬資源現(xiàn)狀與遠景評估”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，而其主要資源量來自美國Spor Mountain火山巖型鈹?shù)V(李曉峰等, 2021, 2022a, b)。我國東部發(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)價值的找礦線索。李曉峰等(2022b)提出中國東部具有火山巖型鈹?shù)V的成礦潛力和找礦前景，把中國東部火山巖型鈹?shù)V稱為“構(gòu)造轉(zhuǎn)折型”鈹?shù)V床。饒燦等(2022)對關(guān)鍵金屬鈹?shù)某傻V機制和找礦前景進行了述評。陳振宇等(2022)首次報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的富集機制取得重要認識

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的富集機理和賦存狀態(tài)尚不清楚。針對這些科學(xué)問題，崔燚等(2022)報道了滇中下二疊統(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)。李光來等(2022)報道了江西相山火山巖區(qū)風(fēng)化殼型REE礦床的成因機制，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)取得重要進展

鋰和鈹均屬于超輕元素，礦物中元素鋰和鈹?shù)臏蚀_分析測試是個難點。張文蘭等(2022)針對(含)鈹?shù)V物中鈹元素分析測試的難點，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物中鈹元素含量測試的有效方法，為鈹元素的富集機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)的最新進展，研發(fā)了利用礦物自動分析系統(tǒng)(AMICS)如何識別和判別含鈹?shù)牡V物。

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