花岗伟晶岩是Ta、Nb、Li、Cs等稀有金属矿床的主要寄主岩，这些稀有金属对新技术和军事的发展至关重要。然而，花岗伟晶岩的成因仍存在争论：花岗岩结晶分异；地壳部分熔融；岩浆液态不混溶。理清花岗伟晶岩的成因对理解花岗—伟晶岩型大型稀有金属矿床的形成机制具有重要的意义。Li同位素具有一些独特的地球化学性质，目前已被应用到示踪低温和高温环境中的各种地质过程，包括岩浆结晶分异、热液蚀变、熔体-流体相互作用过程等。
四川甲基卡锂矿床含有高品位的稀有金属矿物，是中国最大的伟晶岩型锂矿床，为利用Li同位素研究花岗伟晶岩的成因提供了天然实验室。因此，针对上述科学问题，东华理工大学地球科学学院张慧娟、核资源与环境国家重点实验室田世洪研究员（通讯作者）、中国地质资源矿产研究所王登红研究员及其合作者对四川甲基卡全岩（二云母花岗岩、含矿伟晶岩和无矿伟晶岩）和矿物（含矿伟晶岩和无矿伟晶岩中的白云母）开展了详细的矿物学、元素及Li同位素地球化学研究。结果表明二云母花岗岩的δ7Li均值普遍低于含矿伟晶岩和无矿伟晶岩，二云母花岗岩的Li含量与无矿伟晶岩基本相同，但远低于含矿伟晶岩（图1）；含矿伟晶岩的Li含量均值远大于无矿伟晶岩，但其δ7Li均值却低于无矿伟晶岩（图2）；无矿伟晶岩中白云母的Li含量和δ7Li值均低于含矿伟晶岩中的白云母相应值（图3）。
图2 甲基卡含矿伟晶岩和无矿伟晶岩相关图解
图3 甲基卡含矿伟晶岩和无矿伟晶岩中白云母δ7Li-Li相关图解
结合年代学，全岩主微量等证据，取得了以下主要认识：（1）甲基卡花岗伟晶岩是二云母花岗岩结晶分异的产物，而且无矿伟晶岩先从二云母花岗岩中结晶分异出来，在岩浆结晶分异的晚期再演化为含矿伟晶岩；（2）与无矿伟晶岩相比，演化程度较高的含矿伟晶岩却具有较低的δ7Li值，这是由熔体-流体分离过程中流体的出溶和动力扩散分馏导致（图4）；（3）富Li的地层特性以及花岗岩演化晚期的结晶分异和流体出溶作用促进了Li在伟晶岩中的多期次富集，从而有助于形成甲基卡超大型锂矿床。
图4 流体出溶过程中Li同位素瑞利分馏模型
本研究首次系统地报道了四川甲基卡锂矿床二云母花岗岩、含矿伟晶岩、无矿伟晶岩以及含矿和无矿伟晶岩中白云母的Li同位素数据，探讨了Li同位素在岩浆结晶分异和流体出溶过程中的分馏行为，进而探讨了甲基卡花岗伟晶岩的成因和成矿机制。这为研究超大型锂矿床的形成机理和后续的找矿工作，提供了参考。
该成果发表于国际权威学术期刊Ore Geology Reviews（Zhang Huijuan, Tian Shihong*, Wang Denghong, Li Xianfang, Liu Tao, Zhang Yujie, Fu Xiaofang, Hao Xuefeng, Hou Kejun, Zhao Yue, Yan Qin. 2021. Lithium isotope behavior during magmatic differentiation and fluid exsolution in the Jiajika granite-pegmatite deposit, Sichuan, China. Ore Geology Reviews, 134: 104139. DOI:10.1016/j.oregeorev.2021.104139）。研究受国家重点研发计划课题（2017YFC0602705）和中国地质调查局工作项目（DD20160055）等共同资助。（文/张慧娟 田世洪）