高利娥 曾令森 嚴立龍 趙令浩 李廣旭 邸英龍 王亞瑩 王海濤

喜馬拉雅造山帶發(fā)育兩條近平行展布的新生代花崗巖帶，是地殼巖石部分熔融作用的典型產(chǎn)物，含石榴子石花崗巖和含電氣石花崗巖與二云母花崗巖伴生，并且出現(xiàn)了含綠柱石淡色花崗巖、含紅柱石淡色花崗巖、鈉長花崗巖和偉晶巖(Liuetal., 2019; Wuetal., 2020; Gaoetal., 2021)。最近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，藏南喜馬拉雅新生代高硅淡色花崗巖常富集稀有金屬元素(Nb、Ta、Sn、Be、Li等)，稀有金屬成礦潛力大，是未來礦產(chǎn)勘探的重要靶區(qū)，可能成為我國新的重要稀有金屬成礦帶(Wangetal., 2017; Wuetal., 2020; 李光明等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017; 高利娥等, 2021; 吳福元等, 2021; 秦克章等, 2021)。但在喜馬拉雅淡色花崗巖稀有金屬富集和成礦機理、影響因素、成礦背景等方面有待深入研究，形成新認識，揭示成礦潛力高的勘探靶區(qū)。吳福元等(2021)提出：未來需要盡快加強喜馬拉雅地區(qū)的稀有金屬成礦調查和研究工作，為中國稀有金屬礦產(chǎn)資源接替基地的找尋提供理論依據(jù)。

除了新生代淡色花崗巖，喜馬拉雅造山帶內分布著廣泛的早古生代花崗巖，從寒武紀持續(xù)到志留紀，廣泛分布于喜馬拉雅地體、拉薩地體、羌塘地體和滇緬馬蘇地體(Gaoetal., 2019)。礦物組成和地球化學特征表明早古生代花崗巖和新生代淡色花崗巖類似，也是地殼物質部分熔融的產(chǎn)物(Wangetal., 2012; Gaoetal., 2019)。夏如穹窿，位于北喜馬拉雅帶的中段，核部主體為早古生代的花崗片麻巖(Zhangetal., 2014; Gaoetal., 2019)，被漸新世的淡色花崗巖、偉晶花崗巖和偉晶巖侵入(Liuetal., 2016; Gaoetal., 2016)。南京大學王汝成教授團隊在夏如穹窿內發(fā)現(xiàn)了淡色花崗巖富集Nb-Ta，主要賦存在鈮錳礦、鈮鐵礦-鉭鐵礦、燒綠石-細晶石中(Wangetal., 2017；Xieetal., 2021)。Xieetal. (2021)進一步對夏如穹窿內的漸新世淡色花崗巖和偉晶巖進行了巖相學和礦物學特征的研究，分析了夏如富Nb-Ta-W淡色花崗巖的成巖成礦過程，提出Nb-Ta成礦作用發(fā)生在34～33Ma，花崗質巖漿發(fā)生了高度分離結晶作用和流體交代作用，富集Nb-Ta-W元素。本研究在已有成果的基礎上，發(fā)現(xiàn)夏如早古生代花崗質片麻巖也富集W-Sn-Nb-Ta稀有金屬元素。這些早古生代花崗巖依據(jù)全巖地球化學成分可以分為兩組。一組富集W和Sn(W=5×10-6～42×10-6，Sn=12×10-6～35×10-6)，另一組富集Nb和Ta(Nb=23×10-6～108×10-6，個別高達217×10-6，Ta=8×10-6～38×10-6，個別高達143×10-6)。前期對吉隆、亞東、薄絨新生代淡色花崗巖的研究結果表明：當花崗質巖漿演化到高硅過鋁質巖漿時，伴隨不同程度的分離結晶作用，花崗質巖漿的熔體結構會發(fā)生顯著的變化，導致高場強元素(Nb、Ta、Zr、Hf等)和關鍵金屬(Sn、W、Nb、Ta、Cs，Tl等)在花崗質熔體中溶解行為發(fā)生相應的變化，促使高硅過鋁花崗質巖漿發(fā)生關鍵金屬富集乃至最終成礦(Gaoetal., 2021; 高利娥等, 2021)。本文將從熔體結構變化的角度，探討夏如早古生代花崗片麻巖富集稀有金屬的過程，為建立喜馬拉雅造山帶稀有金屬的成礦模型提供新的思路。

1 地質背景與樣品

喜馬拉雅造山帶呈E-W向弧形展布(圖1a)，自北向南依次為：特提斯喜馬拉雅帶、高喜馬拉雅結晶帶、低喜馬拉雅帶和次喜馬拉雅帶。它們之間的界限分別為藏南拆離系(STDS)、主中央逆沖斷層(MCT)、主邊界逆沖斷層(MFT)。著名的新生代淡色花崗巖，東西向延伸約兩千余千米，沿著特提斯喜馬拉雅帶和高喜馬拉雅帶平行分布。

圖1 藏南喜馬拉雅造山帶地質簡圖(a)和夏如片麻巖穹窿地質簡圖(b)

夏如片麻巖穹窿，面積約300km2，橫跨雅魯藏布江，位于喜馬拉雅片麻巖穹窿帶的西北部(圖1b)，雅魯藏布縫合線以南80km。夏如片麻巖穹窿核部由花崗片麻巖和侵入其中的淡色花崗巖脈和偉晶巖脈構成(圖2)，邊部為中級變質的變泥質巖和石墨片巖，周圍為未變質的中生代特提斯沉積巖系。這些特提斯沉積巖由砂巖、頁巖和碳酸鹽組成，通常沒有經(jīng)歷變質作用。與其他片麻巖穹窿類似，穹窿核部與未變質的特提斯沉積層為韌性拆離斷層接觸(圖1b)。在穹窿核部，零星地殘留著三疊紀砂巖?；◢徠閹r的原巖形成于480～470Ma(鋯石U-Pb年齡)(Zhangetal., 2014; Liuetal., 2016; Gaoetal., 2019)。漸新世含石榴子石和電氣石的淡色花崗巖和偉晶巖，形成于35～28Ma(Liuetal., 2016; Gaoetal., 2016; Xieetal., 2021)，為變泥質巖部分熔融的產(chǎn)物，形成于俯沖物質折返過程背景下(Gaoetal., 2016)。在巖體西北側，由南向北，對花崗片麻巖進行了系統(tǒng)的采樣(樣品T0832，29°09′56.64″N、86°09′48.54″E；樣品T0834，29°10′33.96″N、86°10′37.74″E；樣品T0836，29°11′07.09″N、86°12′08.11″E；樣品T0839，29°11′37.32″N、86°12′50.22″E)。根據(jù)礦物組成的不同，T0832系列樣品包括：花崗片麻巖T0832-GN，含石榴子石的花崗片麻巖T0832-B和含石榴子石電氣石的花崗片麻巖T0832-C。T0839系列樣品包括：花崗片麻巖T0839-LG和偉晶巖T0839-PG。T0837系列巖石為新生代淡色花崗巖，侵入到早古生代花崗片麻巖中(Gaoetal., 2016; 圖2b)。早古生代花崗片麻巖在礦物組成上相似，主要由石英、鉀長石、斜長石、白云母和電氣石組成(圖3a)。含石榴子石的花崗片麻巖T0832-B主要由石英、鉀長石、斜長石、白云母和石榴子石組成(圖3b)。含石榴子石電氣石的花崗片麻巖T0832-C主要由石英、鉀長石、斜長石、白云母、電氣石和石榴子石組成(圖3c)。偉晶巖T0839-PG主要由粗粒的石英、鉀長石、斜長石、白云母、電氣石和石榴子石組成(圖3d)。

圖2 夏如片麻巖穹窿內巖漿巖的野外特征

圖3 夏如片麻巖穹窿內花崗片麻巖的顯微照片

2 分析方法

2.1 鋯石U-Pb定年

為了進一步準確限定花崗片麻巖的形成年代，從含石榴子石電氣石的花崗片麻巖T0832-C和花崗片麻巖T0836中挑選鋯石，經(jīng)過手工挑選、制靶和拋光，然后進行陰極發(fā)光(CL)和掃描電鏡背散射(BSE)成像觀察，揭示鋯石的內部結構。陰極發(fā)光成像在中國地質科學院地質研究所北京離子探針中心進行。在中國地質科學院地質研究所大陸構造與動力學重點實驗室進行了BSE圖像和鋯石內部包裹體的觀察。通過對照陰極發(fā)光和BSE圖像，鑒別鋯石不同生長域差異特征，選取鋯石U-Pb測試點。樣品采用SHRIMP鋯石U-Pb定年，SHRIMP鋯石U-Pb同位素定年測試在北京離子探針中心進行，所用儀器為高分辨率高靈敏度離子探針SHRIMPⅡ，分析時所用標樣為TEMORA鋯石，每測定3個未知點，插入1次標樣，以便及時校正，保障測試精度。U和Th含量以鋯石標樣M257為外標進行校正。分析數(shù)據(jù)的離線處理(包括對樣品和空白信號的選擇、儀器靈敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值和年齡計算)采用軟件ICPMSDataCal完成(Liuetal., 2010)，鋯石年齡諧和圖用Isoplot 3.0程序獲得。測試結果見表1。

表1 夏如古生代花崗片麻巖鋯石 U-Pb 定年數(shù)據(jù)

2.2 全巖元素地球化學測試

全巖主量和微量元素測試在自然資源部國家地質實驗測試中心完成。全巖主量元素通過XRF(X熒光光譜儀3080E)方法測試，分析精度為5%。全巖微量元素和稀土元素(REE)通過等離子質譜儀(ICP-MS-Excell)分析，含量大于10×10-6的元素的測試精度為5%，而小于10×10-6的元素精度為10%。個別在樣品中含量低的元素，測試誤差大于10%。分析結果列在表2中。

表2 夏如古生代花崗片麻巖的主量元素(wt%)和微量元素(×10-6)地球化學特征

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

3 數(shù)據(jù)及結果

3.1 花崗片麻巖的結晶年齡

在樣品T0832-C中，大部分鋯石為自形-半自形，長柱狀，棱角清晰，鋯石顆粒的長度在100～150μm之間，長:寬比約為3:1。在陰極發(fā)光圖像上(圖4a)，大部分鋯石顯示相似的核-邊結構。鋯石邊緣部分區(qū)域遭受了后期熱液交代作用，呈現(xiàn)出似泡沫狀結構，但在鋯石邊部的某些部位還可以識別出典型的韻律生長環(huán)帶，為巖漿鋯石。為精確確定花崗片麻巖的結晶年齡，重點對生長韻律環(huán)帶的邊部進行了U-Pb測試。在邊部鋯石域中，U和Th含量較高，分別在395×10-6～993×10-6和73×10-6～214×10-6之間，Th/U比值較高，為0.12～0.34。206Pb/238U年齡分布于458～490Ma之間，在諧和圖上，相對集中分布于一致線的478.9Ma附近區(qū)域，10個測點的加權平均年齡為478.9±6.8Ma(MSWD=0.69，圖4c)，清晰的韻律振蕩環(huán)帶表明這組古生代年齡為巖漿鋯石的結晶年齡。另外兩個測點具有異常高的U含量(3770×10-6和4689×10-6)，給出的206Pb/238U年齡較低，為92.9Ma和217.8Ma，表明受到后期熱液作用的影響。

圖4 夏如片麻巖穹窿內古生代花崗片麻巖中鋯石的陰極發(fā)光照片和U-Pb定年諧和圖

在樣品T0836中，大部分鋯石為自形-半自形，長柱狀，棱角清晰，粒度在100～120μm之間。大部分鋯石顯示相似的核-邊結構，核部為均一化的灰白區(qū)域，邊部顯示典型的韻律生長環(huán)帶，為巖漿鋯石(圖4b)。為精確確定花崗片麻巖的結晶年齡，重點對韻律生長環(huán)帶的邊部進行U-Pb測試。在邊部鋯石域中，U和Th含量較高，分別在344×10-6～1124×10-6和63×10-6～172×10-6之間，Th/U比值較低，為0.09～0.22。206Pb/238U年齡分布于463.3～493.7Ma之間，在諧和圖上，相對集中分布于一致線的475.8Ma附近區(qū)域，16個測點的加權平均年齡為475.8±9.7Ma(MSWD=0.27，圖4d)，清晰的韻律振蕩環(huán)帶表明這組古生代年齡為巖漿鋯石的結晶年齡。

3.2 全巖元素地球化學特征

根據(jù)稀有元素的富集特征，可以將早古生代花崗片麻巖分為兩類：富集W-Sn和富集Nb-Ta的花崗片麻巖。富集W-Sn的花崗片麻巖包括：T0832-GN、T0833、T0834-LG、T0834-GN、T0835-LG、T0836、T0839-LG；富集Nb-Ta的花崗片麻巖包括T0832-B、T0832-C和T0839-PG。富集W-Sn的花崗片麻巖的部分數(shù)據(jù)來自于Gaoetal. (2019)。從主量元素含量來看(圖5)，大部分兩類古生代花崗片麻巖具有較高的SiO2(72.8%～76.3%)、Al2O3(12.0%～16.0%)、K2O(1.5%～6.8%)和Na2O(2.1%～6.4%)，但較低的CaO(≤1.2%)、FeO(<4.0%)、MgO、MnO、P2O5和TiO2，較高的A/CNK(>1.0)。值得注意的是，大部分富集W-Sn的花崗片麻巖為富K花崗巖(K2O/Na2O>1)，以及高的FeOT、P2O5和TiO2(FeOT≥0.9，P2O5≥0.09，TiO2≥0.05)，大部分富集Nb-Ta的花崗片麻巖為富Na花崗巖(K2O/Na2O<1)和低的P2O5、TiO2(FeOT≤1，P2O5≤0.07，TiO2≤0.05)(圖5e、表2)。

圖5 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖的主量元素特征

從原始地幔標準化微量元素蜘蛛網(wǎng)圖上看，富集W-Sn的花崗片麻巖具有Ba、Sr和Ti的顯著負異常，Zr也具有微弱的負異常(圖6a)。相比較，富集Nb-Ta的花崗片麻巖具有Ba和Ti顯著的負異常，K、Sr、P和Zr弱負異常(圖6b)。與富集W-Sn的花崗片麻巖(Zr=37×10-6～105×10-6、Zr/Hf=19～29、Nb<32×10-6、Ta<16×10-6，圖7、圖8)相比，富集Nb-Ta的花崗片麻巖具有較低的Zr(<51×10-6)和Zr/Hf(<20)，但較高的Nb(>23×10-6)和Ta(>8×10-6)，Nb/Ta比值一致，均小于5(圖8、圖9)。

圖6 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖的原始地幔標準化微量元素蛛網(wǎng)圖(a、b)和球粒隕石標準化稀土元素配分圖(c、d)(標準化值據(jù)Sun and McDonough, 1989)

圖7 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖中稀有金屬W-Sn-Nb-Ta的富集特征

圖8 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖的高場強元素特征

圖9 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖的Zr/Hf-Nb/Ta圖解

在球粒隕石標準化稀土元素配分圖上(圖6c, d)，富集W-Sn的花崗片麻巖顯示略微富集輕稀土(LREE)，虧損中稀土(MREE)和重稀土(HREE)，(La/Yb)N=1.1～5.1，顯著的負Eu異常(Eu/Eu*=0.14～0.49)，微弱的負Nd異常(Nd/Nd*=NdN/[(PrN2×SmN)1/3=0.73～0.91)。相比較，富集Nb-Ta的花崗片麻巖顯示略微富集中稀土(MREE)，虧損輕稀土(LREE)和重稀土(HREE)，(La/Yb)N=0.9～4.1，更加顯著的負Eu異常(Eu/Eu*=0.04～0.35)，相似的Nd負異常(Nd/Nd*=0.68～1.02)(圖10)。

在稀有金屬元素含量上，兩類花崗片麻巖明顯不同(圖7)，一組富集W和Sn(W=5×10-6～42×10-6，Sn=12×10-6～35×10-6)和Li(32×10-6～186×10-6，表2)，另一組富集Nb和Ta(Nb=23×10-6～108×10-6，個別高達217×10-6，Ta=8×10-6～38×10-6，個別高達143×10-6)，Li<30×10-6。

4 討論

從上述地球化學數(shù)據(jù)可以看出，夏如兩類早古生代花崗片麻巖具有較高的SiO2、Al2O3含量和A/CNK比值，較低的FeO、MgO、MnO和TiO2含量， 原巖為過鋁質花崗巖(圖5)。與富集W-Sn的花崗片麻巖相比，富集Nb-Ta的花崗片麻巖具有：(1)較高的Na2O，為富Na花崗巖；(2)較低的K2O、FeOT、TiO2、P2O5、Sr、Zr；(3)略微富集MREE，虧損LREE和HREE，顯著的負Eu異常和微弱的負Nd異常；和(4)較高的Nb、Ta，但較低的W、Sn(圖6-圖10)。

4.1 富集稀有金屬花崗巖的形成過程：分離結晶作用

喜馬拉雅花崗巖和華南花崗巖的研究表明：隨著巖漿分離結晶作用的進行，當巖漿演變成高硅體系(SiO2>74.0%)，礦物組成和元素地球化學行為會發(fā)生改變，結晶富Mn石榴子石、高Hf鋯石、電氣石和富集稀有金屬元素的綠柱石、鈮鐵礦等(Glazneretal., 2008; Liuetal., 2019; 吳福元等, 2021; 郭春麗等, 2017; 高利娥等, 2012)。

夏如早古生代富集W-Sn和Nb-Ta兩類花崗片麻巖在重要主微量元素的變化趨勢和相互關系上呈現(xiàn)出不同特征(圖10)。兩類花崗巖片麻巖都具有明顯的Eu負異常，且Eu/Eu*與Sr含量呈正相關關系(圖10a)，表明這兩類花崗片麻巖都是較原始花崗質巖漿經(jīng)歷不同程度斜長石分離結晶作用的產(chǎn)物，富集Nb-Ta花崗片麻巖分離結晶程度更高。從富集W-Sn花崗片麻巖到富集Nb-Ta花崗片麻巖，Zr與A/CNK呈負相關關系(圖10b)，表明鋯石發(fā)生了分離結晶作用(Bau, 1996; Davidetal., 2000; Claiborneetal., 2006)。但是，隨著Zr/Hf比值降低，Zr和Hf含量先降低，后升高(圖8a, b)，是受到熔體結構變化的影響(高利娥等, 2021)，Zr、Hf元素的溶解度發(fā)生改變(Linnen and Keppler, 2002)。在TiO2-Ta/Nb和Ta-Ta/Nb關系圖解中(圖10c, d)，TiO2與Ta/Nb呈負相關關系，Ta與Ta/Nb呈正相關關系，表明從富集W-Sn花崗片麻巖到富集Nb-Ta花崗片麻巖經(jīng)歷了云母的分離結晶作用(Stepanovetal., 2014)。并且，兩類花崗片麻巖具有微弱的Nd負異常(圖10e, f)。在淡色花崗巖中，獨居石和磷灰石是稀土元素(LREE)的主要賦存礦物(Whittington and Treloar, 2002; Zengetal., 2005)，但∑LREE和Nd異常(Nd/Nd*)無相關關系，P2O5和Nd/Nd*也無相關關系，表明熔體沒有經(jīng)歷獨居石和磷灰石的分離結晶作用。另外，富集Nb-Ta花崗片麻巖的原巖為含有石榴子石電氣石的花崗巖，石榴子石為典型的巖漿型(未發(fā)表數(shù)據(jù))，也表明富集Nb-Ta花崗巖演化程度更高。

圖10 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖的其它微量元素特征

以上分析證明，這兩類花崗片麻巖都是經(jīng)歷了不同程度斜長石、鋯石、云母等的分離結晶作用的產(chǎn)物，富集Nb-Ta花崗片麻巖分離結晶程度更高。

4.2 夏如古生代花崗片麻巖的含礦類型

Ballouardetal. (2016)總結了花崗巖的含礦類型和地球化學特征，得出：過鋁質花崗巖可以分為不含礦花崗巖、富集Sn-W-(U)花崗巖、富集稀有金屬Ta-Cs-Li-Nb-Be-Sn-W花崗巖。并且，不含礦花崗巖中Zr/Hf=26～46，Nb/Ta=5～16；富集Sn-W-(U)花崗巖中Zr/Hf=18～46，Nb/Ta=1～5；富集稀有金屬Ta-Cs-Li-Nb-Be-Sn-W花崗巖中Zr/Hf=0～18，Nb/Ta=0～4。根據(jù)夏如古生代花崗巖中地球化學特征，可以分為兩組：一組富集W和Sn(W=5×10-6～42×10-6，Sn=12×10-6～35×10-6)，另一組富集Nb和Ta(Nb=23×10-6～108×10-6，個別高達217×10-6，Ta=8×10-6～38×10-6，個別高達143×10-6)(圖7)。這兩組花崗巖正好落入富集Sn-W-(U)花崗巖和富集稀有金屬Ta-Cs-Li-Nb-Be-Sn-W花崗巖區(qū)域內(圖9)。

我國華南南嶺地區(qū)是世界著名的W-Sn-Nb-Ta多金屬礦產(chǎn)地，資源豐富，開采歷史悠久。依據(jù)花崗巖的巖石學、地球化學及其礦化特征，陳駿等(2008)將南嶺地區(qū)含鎢錫鈮鉭花崗巖劃分為三個主要類型：含鎢花崗巖、含錫鎢花崗巖和含鉭鈮花崗巖。進一步指出三類含礦花崗巖具有明顯不同的演化特征，成礦作用與它們的演化密切相關，含錫鎢花崗巖分異演化程度相對較低，含鎢花崗巖分異演化較強烈，含鉭鈮花崗巖則發(fā)生了高度分異演化。通過地球化學特征對比，兩類富礦花崗片麻巖顯示了與華南富礦花崗巖相似的元素特征，(1)含W-Sn花崗巖具有較高的TiO2、K2O、LREE、HREE含量，分異演化程度較低，(2)含Nb-Ta花崗巖具有較高的Na2O，較低的TiO2、P2O5、Sr、Zr、LREE、HREE含量，顯著的負Eu異常和微弱的負Nd異常，明顯富集Nb和Ta，高度分異演化。元素地球化學相關性分析表明，夏如兩類花崗片麻巖都是經(jīng)歷了不同程度斜長石、鋯石、云母等的分離結晶作用的產(chǎn)物，富集Nb-Ta花崗片麻巖分離結晶程度更高，與華南富礦花崗巖的演化特征相似。已有研究表明，稀有金屬花崗巖是多階段演化形成的，只有經(jīng)過充分分異演化的花崗巖才能形成稀有金屬礦床 (Badaninaetal., 2004; Lenharoetal., 2003)。含礦花崗巖的分異演化是影響成礦作用的一個極為重要的因素，在花崗巖演化序列中，不同巖漿演化階段形成的花崗巖有著不同的礦化作用。華南地區(qū)，黑云母花崗巖主要與錫成礦作用有關，二云母花崗巖和白云母花崗巖主要產(chǎn)生鎢礦化或錫鎢共生礦化，鈉長石花崗巖主要與鉭鈮或錫(鎢)鉭鈮礦化有關(陳駿等, 2008)。夏如古生代花崗巖也顯示了相似的特征，富集W-Sn花崗巖為含電氣石白云母花崗巖，富集Nb-Ta花崗巖為含石榴子石電氣石白云母花崗巖和偉晶巖。所以，夏如古生代花崗巖具有和華南成礦花崗巖相似的地球化學特征和成礦過程。

以上分析表明，夏如古生代花崗片麻巖中可以分為兩組：一組為富集W-Sn花崗巖，另一組為富集Nb-Ta花崗巖，稀有金屬的富集與巖漿高度分離結晶作用密切相關。

4.3 熔體結構的改變對稀有金屬W-Sn-Nb-Ta富集的制約

巖漿熔體結構是巖漿的內在屬性，是巖漿巖巖石學的前沿課題，是巖漿熱力學研究的中心(莫宣學, 1985)。不論巖漿是原生的還是派生的，均有其特定的結構(侯增謙, 1992)。巖漿熔體結構對巖漿系統(tǒng)的熱力學性質和物理性質(如密度、粘度、表面張力、膨脹系數(shù)、電導率、熱傳導和屈服強度等)有重大影響，從而影響到巖漿的動力學過程，如：分離結晶作用、上升速度、擴散作用、液態(tài)不混溶、成核作用、晶體生長、主量元素和微量元素的分配等(莫宣學, 1985; Bottingaetal., 1983; Le Losqetal., 2021)。巖漿成分、溫度和壓力的任何變化，都伴隨著熔體結構的變化，也必然導致熔體物理化學性質的變化。所以，硅酸鹽熔體結構是了解熔體的物理、化學和熱性質的基礎, 是確定地球和類地行星的巖漿形成和演化條件所必需的資料(Mysen, 1983)。

對硅酸鹽熔體結構的認識，經(jīng)歷了簡單氧化物理想模式(由游離氧化物的理想混合而成)、理想離子溶液模式(由游離的陰離子和陽離子混合而成)、近程有序理論、核前群理論、聚合作用模式(Polymerization model)等幾個階段(王永強等, 1999)。目前公認的熔體結構模式是聚合作用模式：硅酸鹽熔體的基本結構單元是Si-O四面體，這些Si-O四面體通過橋氧連結成鏈狀、環(huán)狀、層狀、架狀、或島狀結構的作用，叫做聚合作用(Hess, 2014)。聚合作用的程度不同，導致了熔體結構的高度變化。

二十世紀八、九十年代，國內外一批學者對巖漿的熔體結構進行了深入的研究(Mysen, 1983; 袁萬明, 1990; 莫宣學, 1985;程小林和高山, 1986; 王永強等, 1999; 孫檣等, 2001)，認為熔體結構受其成分的制約，所以，各種巖漿的熔體結構均可用一些統(tǒng)一的參數(shù)來衡量。Mysen (1983)根據(jù)熔體結構與成分之間的關系，提出用全巖化學成分計算熔體結構的方法。在硅酸鹽熔體中，有三種氧的結構狀態(tài)，它們之間的含量比例及分布狀態(tài)，是聚合程度的基本標志。橋氧(bridging oxygen)是連結兩個Si-O四面體的氧。非橋氧(non-bridging oxygen)，是連結一個Si4+和一個非四次配位金屬陽離子的氧。自由氧(free oxygen)是指與除Si4+(或取代Si4+的四次配位陽離子)之外的金屬陽離子相結合的氧。按聚合作用模式，巖漿熔體中氧的種類和分布特征可反映巖漿的聚合程度，最常用的參數(shù)為NBO/T(每單位四面體配位陽離子所擁有的非橋氧數(shù)，Mysen, 1983; 程小林和高山, 1986)。所以，熔體中的非橋氧比例愈高，NBO/T越高，其聚合程度愈低。進而提出NBO/T值與其粘度性質具有負相關性(Bottingaetal., 1983)。另外，根據(jù)對聚合作用的貢獻，硅酸鹽熔體中的金屬陽離子可以分為成網(wǎng)離子(network formers)和變網(wǎng)離子(network modifiers)。成網(wǎng)離子在熔體結構中與氧呈四面體配位，增強聚合程度的作用。變網(wǎng)陽離子使橋氧轉化為非橋氧，起著減弱聚合程度的作用。變網(wǎng)離子/成網(wǎng)離子(M/ F)可反映各離子在巖漿中決定巖漿聚合程度的總效益。M/F值越大，巖漿聚合程度越低(侯增謙, 1992)。Le Losqetal. (2021)引入了一個深度學習框架“i-Melt”，結合了深度人工神經(jīng)網(wǎng)絡和熱力學方程，可以預測18種不同的K2O-Na2O-Al2O3-SiO2鋁硅酸鹽系統(tǒng)中熔體和玻璃的潛在和觀察到的原子結構、熱力學特性(包括熵、粘度、光學折射率、密度和拉曼信號)和動力學過程。i-Melt研究表明，當流紋巖熔體的堿/鋁比((Na+K)/Al)大于1時，堿性元素開始起作用，熔體的聚合程度減弱。并且，與富鈉熔體相比，富鉀熔體具有不同的結構和更高的粘度。結合K/(K+Na)對其他參數(shù)的影響，例如溶解度、溶液機制和揮發(fā)性元素的形態(tài)，Le Losqetal. (2021) 得出：熔體結構可能最終影響富鈉或富鉀火山系統(tǒng)的噴發(fā)動力學過程。Virgoetal. (1980)和Sharmaetal. (1988)對硅酸鹽熔體分子結構的拉曼光譜研究，發(fā)現(xiàn)隨著Al的加入，NBO/T升高，表明巖漿中Al含量對熔體結構的影響很大。所以，隨著巖漿分離結晶作用的進行，當巖漿演變成高硅過鋁質體系(SiO2>74.0%，A/CNK>1)，由于熔體結構的變化，礦物組成和元素地球化學行為同步發(fā)生改變，粘度逐漸降低，有利于花崗巖發(fā)生分離結晶作用。因此，對熔體結構的研究將有助于深入理解巖漿的性質，并解決與巖漿作用相關的地質問題。

曾令森和高利娥(2017)對喜馬拉雅新生代花崗巖進行了系統(tǒng)總結，得出高場強元素Zr-Hf和Nb-Ta在熔體中的溶解行為受到熔體結構的影響：當Zr/Hf=20，Zr與Zr/Hf比值從正相關關系變成負相關關系，Nb/Ta=5時，Nb與Nb/Ta相關關系也發(fā)生改變。Gaoetal. (2021)對喜馬拉雅造山帶中馬拉山穹窿和薄絨穹窿內的兩組不同時代的二云母花崗巖和含石榴子石淡色花崗巖進行系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)了同樣的現(xiàn)象：當Zr/Hf=20，Zr與Zr/Hf比值和Hf與Zr/Hf比值都從正相關關系變成負相關關系；并且，當Nb/Ta=5時，Nb與Nb/Ta比值和Ta與Nb/Ta比值的正相關性加強。并且明確提出，當花崗質熔體的Zr/Hf=20和Nb/Ta=5時，代表熔體結構的NBO/T、A/CNK、A/NK、C/NK參數(shù)發(fā)生變化。隨著Zr/Hf比值和Nb/Ta比值的降低，NBO/T和A/CNK先降低，后升高，A/NK和C/NK先快速降低，后緩慢降低。所以，高場強元素Zr-Hf，Nb-Ta這種復雜的系統(tǒng)關系不僅與分離結晶作用相關，更重要的影響因素是花崗質巖漿熔體結構的改變(Linnen and Keppler, 2002; Gaoetal., 2021; 郭春麗等, 2017; 曾令森和高利娥, 2017; 高利娥等, 2021)。夏如古生代的兩類花崗巖中Nb/Ta<5，但富集W-Sn花崗巖中Zr/Hf>20，富集Nb-Ta花崗巖中Zr/Hf<20(圖8)。當Zr/Hf=20時，花崗質熔體從富鉀質變成富鈉質，熔體結構參數(shù)NBO/T、M/F先降低后升高，A/NK先降低后保持不變(圖11)，最終引起花崗巖從富集W-Sn變成富集Nb-Ta。所以，本研究進一步得出：隨著分離結晶作用的進行，當花崗質熔體的Nb/Ta=5時，熔體結構發(fā)生實質性的變化，引起了稀有金屬元素W、Sn的富集；隨后當Zr/Hf=20時，熔體結構參數(shù)發(fā)生改變，花崗質熔體從富鉀質變成富鈉質，引起礦物及其元素溶解行為的變化，導致了花崗巖從富集W-Sn變成富集Nb-Ta。

圖11 夏如片麻巖穹窿內兩類古生代花崗片麻巖中熔體結構的變化

越來越多的研究已表明，藏南喜馬拉雅造山帶稀有金屬成礦潛力大，是未來礦產(chǎn)勘探的重要靶區(qū)，如錯那洞W-Sn-Be多金屬礦床、珠峰Li礦床等(李光明等, 2017; 吳福元等, 2021; 秦克章等, 2021)。喜馬拉雅地體、拉薩地體、羌塘地體和滇緬馬蘇地體內分布著廣泛的古生代花崗巖，從寒武紀持續(xù)到志留紀(Gaoetal., 2019)。本研究表明，不僅新生代花崗巖，古生代花崗巖也富集稀有金屬元素，所以，古生代花崗巖是未來稀有金屬礦產(chǎn)勘探的又一重要靶區(qū)。

5 結論

(1)夏如古生代花崗片麻巖可以分成兩類：富集W-Sn花崗巖，富集Nb-Ta花崗巖。

(2)全巖主、微量元素地球化學特征表明，兩類花崗片麻巖為經(jīng)歷了不同程度斜長石、鋯石、云母等的分離結晶作用的產(chǎn)物，富集Nb-Ta花崗片麻巖分離結晶程度更高。稀有金屬的富集與巖漿高度分離結晶作用密切相關。

(3)隨著巖漿的分離結晶作用，當Zr/Hf=20時，熔體結構參數(shù)發(fā)生改變，熔體結構發(fā)生實質性變化，導致了礦物及其元素溶解行為的變化，花崗巖從富集W-Sn變成富集Nb-Ta。熔體結構的改變控制著花崗巖中稀有金屬的富集。

(4)喜馬拉雅造山帶內古生代花崗巖是未來稀有金屬礦產(chǎn)勘探的又一重要靶區(qū)。

致謝感謝郭春麗研究員和馬緒宣副研究員仔細審閱稿件，提出眾多建設性修改意見。