喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集.pdf

书书书 （）：岩石学报 ：谢磊，田恩农，饶乐等 喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集 岩石学报，（）：，：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集谢磊田恩农，饶乐王汝成 ，南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室，南京大学地球科学与工程学院，南京 河北地质大学，河北省岩石矿物材料绿色开发重点实验室，宝石与材料学院，石家庄 河北省战略性关键矿产研究协同创新中心，石家庄 ，收稿，改回 ，（）：，：，：，（），（），（），：，；，；，（）（），（）：（）；（）；（）（，）（），（）（），；本文受国家自然科学基金项目（）、第二次青藏高原综合科学考察研究（）和中央高校基本科研业务费专项资金（）联合资助 第一作者简介：谢磊，女，年生，教授，主要从事矿物学研究，：通讯作者：王汝成，男，年生，教授，博士生导师，主要从事矿物学研究，：摘要锆 铪（）是重要的关键金属，锆石是最主要的 载体，因 相似的晶体化学特征形成了锆石 铪石完全固溶体系列，以晶体化学式中 （）原子比（）、和 为区间进行划分，包括锆石、铪质锆石、锆质铪石和铪石。而自然界形成锆铪分异从而达到铪超常富集的条件非常严苛，已报道的富铪锆石主要出现在高分异花岗岩和伟晶岩中，而铪质锆石和铪石尤其稀少，我国境内仅在阿尔泰可可托海 号脉 （）伟晶岩中发现了锆质铪石。本次研究在位于喜马拉雅造山带中部、吉隆岩体北部扎龙沟的锂电气石锂云母伟晶岩中发现了锆质铪石（最高达 ）。依据矿物产状和成分，该伟晶岩中锆石 铪石被分为四类：核部多孔的斑状 ，为锆石和铪质锆石；成分均匀且具有暗色 图像的 最为常见，生长在 外围或颗粒的核部，主要是铪质锆石；而 和 是具有铪质锆石 锆质铪石连续成分的边部，分别对应于富 （最高 ）和低 （）两类。根据它们的稀土元素特征，它们都落在典型岩浆锆石和重结晶锆石的区域。这些锆石至少经历了三个阶段的结晶过程：原生富 锆石结晶；岩浆晚期亚固相条件下流体作用之后锆石发生溶解再沉淀作用；以及助熔剂元素（等）富集和 矿物（锂电气石、锂云母）大量结晶导致锆铪强烈分异，形成铪质锆石 锆质铪石边部，与岩浆 热液过渡阶段紧密相关。同时，扎龙沟绿柱石伟晶岩和锂辉石伟晶岩中发现了铪质锆石（达 ），扎龙沟电气石白云母花岗岩和吉隆沟的花岗岩 伟晶岩只含有锆石（），这些显示了岩浆分异作用也是导致锆石中 含量的增加和 比值降低的重要因素。结合全球不同岩体中铪质锆石和锆质铪石形成过程，以及喜马拉雅不同岩体花岗岩 伟晶岩中的锆石成分，本次研究对喜马拉雅锆石 铪石系列的指示作用和超常富铪体系的研究进行了展望。关键词伟晶岩；稀有金属；锆铪分异；岩浆 热液过渡中图法分类号 ；锆 铪是稀有金属元素，具有耐高温、抗腐蚀、机械性能好等材料学特征，锆铪的有机化合物更是芯片加工的重要前驱体，因此锆 铪在国防、航空航天、核工业和超硬材料等行业具有重要作用，是重要的关键金属。锆矿床主要分为内生和外生两类，内生矿床可分为碱性花岗岩型、伟晶岩型、碱性岩型、变粒岩型，外生矿床主要为滨海沉积型、河流冲击型、风化壳和残坡积型三种（王汝成等，），锆最重要的赋存矿物是锆石，同时铪亦主要富集在锆石中。我国锆铪资源高度依赖进口澳大利亚、南非等国家的锆英砂，对外依存度长期超过 （张建文等，；尹传凯等，）。锆 铪同属于高场强元素，它们位于元素周期表同族，且在大多数矿物中具有相似的离子半径（?和?）（，），因具有相似的晶体化学性质，称为化学元素对。铪通常置换锆的位置在锆石中富集，锆、铪之间互相置换形成锆石与铪石完全固溶体系。铪石最早为合成矿物 的名称（，），后被确认为新矿物。依据矿物分类常用的二分法，根据（，）中的 的摩尔组分来区分锆石和铪石，也就是以 （）的原子比值）以 为界，小于和大于 的分别为锆石和铪石。与广泛存在的锆石不同，天然产出靠近铪石端元的矿物在自然界中仅出现一例，在莫桑比克的 富 伟晶岩的重选矿物中出现过，但产状不明（，）；该报道中也将锆石 铪石的固溶体系进一步细分，介于 为锆石，为铪质锆石，为锆质铪石，为铪石。常见的锆石一般接近锆石端元，小于，铪石端元中的 的理论含量为 。天然的铪质锆石很少见，通常仅出现在高度分异结晶作用形成的花岗岩和伟晶岩中，如我国苏州花岗岩（，）、宜春花岗岩（黄小龙等，）、加拿大 伟晶岩（，；，）等；出现锆质铪石的岩石也非常的稀少，如可可托海 号脉花岗伟晶岩（，）、科拉半岛 矿床伟晶岩的细晶岩带（，），它们被认为是过铝质的岩浆环境、高度的分异演化和强烈的流体作用的产物（，；，）。总体来说，现有研究对锆石 铪石固溶体系列和铪富集过程的认识还比较局限。本次研究在喜马拉雅吉隆岩体扎龙沟的不同类型伟晶岩中不仅发现了锆石和铪质锆石，还首次发现了喜马拉雅的锆质铪石，并对它们进行了矿物学分类、拉曼光谱分析、矿物主量和微量元素分析，又进一步与扎龙沟花岗岩和英雄沟的花岗岩 伟晶岩中的锆石以及全球的铪质锆石和锆质铪石进行对比研究，这不仅有助于全面认识岩浆中铪超常富集过程，更为系统总结喜马拉雅的锆铪稀有金属富集特征提供了重要指示。地质背景和样品采集吉隆地区位于喜马拉雅造山带中部（图 ），自北向南出露了特提斯喜马拉雅沉积岩系（）和高喜马拉雅结晶岩系（）（图 ；，），中间发育宽约 左右的韧性剪切带 藏南拆离系（）呈南北向展布。北部的特提斯喜马拉雅沉积岩系位于藏南拆离系上盘，主要由古生代 中生代砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩等沉积岩组成；南部高喜马拉雅结晶岩系由聂拉木岩群变粒岩、片麻岩以及寒武纪变质花岗岩以及少量的新生代淡色花岗岩组成，聂拉木岩群的顶部岩石发生了韧性变形（张振利等，）；藏南拆离系主要由眼球状片麻岩和淡色花岗岩所组成。吉隆岩体的淡色花岗岩主体为二云母花岗岩和少量白云母花岗岩，分谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集图 喜马拉雅淡色花岗岩分布图（，据吴福元等，）和吉隆地区地质图（，据王晓先等，）（，）（，）布于藏南拆离系顶部，显示出面理化的特征，主要侵位时间为 ；少量淡色花岗岩未发生构造变形，板状分布，侵入到藏南拆离系中，形成时代为 ；吉隆岩体还存在早期 和 的岩浆热液活动（张振利等，；，；高利娥等，；王晓先等，）。在吉隆岩体的北部扎龙沟地区，分布着大量由冰川作用和河流作用冲积形成的转石滩（，），主要包括二云母花岗岩、白云母花岗岩、伟晶岩 细晶岩等，部分伟晶岩脉有弱分带特征，因未见露头，不同岩相之间相互接触关系不明确（田恩农等，），其中富铯钠长石花岗岩形成于 （，）。此外，该转石滩可以见到千枚岩、片岩及钙质硅酸岩，是属于藏南拆离系下部肉切村群的常见岩石类型（，；，）。本次研究样品采自吉隆扎龙沟（、）转石和英雄沟（、）露头。扎龙沟采集的样品主要包括电气石白云母花岗岩、绿柱石伟晶岩、锂辉石伟晶岩、锂电气石锂云母伟晶岩。英雄沟的样品主要包括二云母花岗岩和伟晶岩（含细晶岩），二云母花岗岩侵入高喜马拉雅结晶岩系中，伟晶岩则主要以厘米 分米级脉体侵入二云母花岗岩中；细晶岩分布于伟晶岩脉边部，或单独以宽 的细脉形式侵入二云母花岗岩中（周威等，）。本次研究对扎龙沟的不同类型的花岗岩和伟晶岩样品进行了观察、对其中不同产状和成分的锆石 铪石进行了测试分析，并与英雄沟花岗岩和伟晶岩中锆石特征进行了对比分析。岩相学特征本次研究的扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩主要包括钠长石（）、石英（）、锂云母（）、钾长石（）和少量锂电气石（）组成（图 ），副矿物包括铯沸石、细晶石、锡石、锆石等。锂辉石伟晶岩中可见自形柱状锂辉石晶体（图 ）；田恩农等（）介绍了这类锂辉石伟晶岩中主要矿物包括锂辉石（）、钾长石（）、钠长石（）、石英（）、锂云母（）岩石学报 ，（）：图 吉隆扎龙沟花岗岩和伟晶岩手标本及显微照片和背散射电子（）图像（）锂电气石锂云母伟晶岩：（）野外转石上可见柱状绿色锂电气石；（）主要矿物包括钠长石、石英、锂电气石、锂云母、铯沸石等，锂电气石边部与石英交生结构；（、）显微照片（单偏光和正交偏光）可见锂云母聚集体，常见锡石共生；（）锂辉石伟晶岩手标本；（）绿柱石伟晶岩手标本；（、）电气石白云母花岗岩显微照片（单偏光和正交偏光）显示主要包含钾长石、钠长石、石英、白云母和黑电气石 锂电气石；锂云母；铯沸石；钠长石；石英；锂辉石；锡石；绿柱石；钾长石；白云母；黑电气石 ，（），（）：（）；（），；（，）（）；（）；（）；（，），；谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集以及少量的铯锂云母，副矿物包括铯沸石、锡石、锆石、细晶石等。绿柱石伟晶岩中主要矿物包括钠长石（）、钾长石（）、石英（）、白云母（），以及少量自形绿色绿柱石晶体（）（图 ），副矿物包括锆石、磷钇矿、铌铁矿族矿物等。电气石白云母花岗岩中主要矿物包括钠长石（）、石英（）、钾长石（）、白云母（）、电气石（）（图 ，）以及少量的石榴子石，副矿物包括锆石、磷钇矿等。英雄沟二云母花岗岩主要矿物包括石英（）、钾长石（）、钠长石（）、黑云母（）和白云母（），副矿物包括电气石，铌铁金红石、锆石、磷灰石、独居石、磷钇矿等。伟晶岩主要矿物有钾长石（）、钠长石（）、石英（）、电气石（）和白云母（）。钠长石呈半自形板状，电气石常见柱状或呈团簇状产出。副矿物包括石榴子石、磷灰石、锆石、独居石、铌铁矿族矿物、铌铁金红石和绿柱石等（周威等，）。分析方法本次研究中锆石的背散射电子（）图像拍摄和定量化学成分分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成，所用仪器为 电子探针。工作条件为：加速电压 、束流 、束斑直径 。主要元素 、的峰位测定时间是 ，其他次要元素的峰位测定时间是 ，背景测定时间为峰位时间的一半。标样包括天然矿物（磷灰石、角闪石）和合成矿物（锆石、铅玻璃）。数据由 程序进行统一校正，分析精度优于 。锆石拉曼光谱分析在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成，使用法国 公司生产的 共聚焦拉曼光谱仪，配有 的 激光器，输出功率为 。激光通过与配有 物镜的奥林巴斯显微镜相连，激光能量为 。光栅刻线密度为 线 毫米。分析前使用单晶硅的 进行峰位校准。拉曼光谱的分辨率优于 。锆石的原位微区微量元素测定在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成。采用的激光剥蚀进样系统为澳大利亚科学仪器公司 的 准分子激光器，美国 公司的 四极杆等离子体质谱仪与之联用。激光剥蚀的束斑直径为 ，能量密度为 ，频率为 。分析元素的驻留时间分别是：和 为 ，、和 为 ，为 ，其他元素均为 。锆石分析中每个样品点分析时间均为 ，其中背景信号收集 ，样品信号收集 和清洗时间 。每一轮分析包括标准玻璃 和 各 个，用来校正微量元素。锆石离线数据处理采用 程序（，），结果相对偏差优于 。吉隆锆石 铪石矿物学特征 扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩中锆石 铪石扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩中的锆石 铪石主要有两种产状，一种包裹在造岩矿物中，寄主矿物以钠长石最为常见（图 ，），另一种产状主要与锂云母相关，主要出现在锂云母内以及锂云母与其他矿物晶间（图 ），还可见与磷钇矿、钍石等矿物共生（图 ）。它们呈半自形 自形颗粒，含有一些孔洞和矿物包裹体，具有弱环带边部。结合分选出的锆石单颗粒，锆石颗粒大小为 ，锆石 铪石的产出形式主要包括：（）多孔状锆石核部，含有很多的微小的孔洞和钍石、晶质铀矿的包裹体，称为 ，它的 图像也呈现斑杂状（图 ）；（）边部 图像均匀，弱环带，无明显孔洞和包裹体（图 ，），图像暗色（图 ，），称为 ，该类锆石较为常见，且较宽；（）图像显示具有明显环带的边部，从内部向外部逐渐变亮，图像也显示出明显的环带特征，可以位于多孔核部 的边部，也可以位于成分均匀 较暗的 的边部（图 ）；根据元素分布图（图 ）发现，这些具有环带的边部明显富 ，但 含量有差异，为区别将富 的部分称为 （图 ），而贫 部分称为 （图 ，）。多孔的 含有约 （平均值约为 ）、（平均值约为 ）、（平均值约为 ）和 （平均值约为 ）（电子版附表 ）。含量变化较大，从 变化至 ，平均为 。该类锆石的 比值（质量比，下同）为 （平均值约为 ）（附表 、图 ），（）原子比，下同）为 （平均值约为 ），属于锆石和铪质锆石（附表 、图 ，）。结晶态 锆 石 可 以 观 察 到 至 少 种 拉 曼 谱 峰，、内部峰和 、外部峰（，；，）。锆石的拉曼光谱可以看到 个明显的拉曼峰位，最特征的峰在 和 ，在蜕晶化作用最敏感的 （，）也能看到相对较窄半高宽的峰，位置略向低位置偏，为约 ，但强度较前两者峰位的弱（图 ），这些特征基本显示了微弱非晶化的特征（，）。弱环带的 含有约 （平均值约 ）、（平均值约 ）、（平均值约 ）和 （低于检测限）（平均值约 ）。该类锆石还含有少量的 （平均值约 ）和 （平均值约 ）。它们的 比值为 （平均值约为 ）（附表 、图 ），比 的略有升高，为 （平均值为 ），属 岩石学报 ，（）：图 吉隆扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩中的锆石背散射电子图像（）锆石包裹在钠长石中；（）钠长石颗粒中和晶间的锆石颗粒；（）锂云母中的锆石颗粒，与铯沸石共生；（、）钠长石和锂云母晶间的锆石颗粒；（）锆石与磷钇矿、钍石共生 锆石；铯锂云母；磷钇矿；钍石小括号中数字代表锆石的 （）原子比）和 含量 ，（）；（）；（），；（，）；（）；（）于低铪的铪质锆石（附表 、图 ，）。锆石的拉曼光谱仅能看到 个拉曼峰位，出现在 之间，且向低波数位置偏移，具有相对较宽的半高宽，而且 位置缺失明显峰位（图 ），不同 颗粒的拉曼光谱有一定差异，但都显示了部分非晶化的特征（，）。具有明显环带的 含有约 （平均值约 ）、（平均值约 ）、（平均值约 ）和 （平均值约 ）。它们的 含量明显降低，平均值谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集图 吉隆扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩中的锆石 铪石单颗粒背散射电子（）图像（、），阴极发光（）图像（、）和元素面分析（，对应颗粒 、）根据锆石 铪石的产状、结构和 图像分为四种类型：多孔状；弱环带暗 ；高 高 环带；高 低 环带 点位旁数字代表锆石 铪石的 （）原子比）（）（，），（）（，），（，），；（）约 。比值极低，为 ，平均值仅约 （附表 、图 ），而 很高，介于 之间，平均值高达 ，属于高 的铪质锆石和锆质铪石（附表 、图 ，）。锆石的拉曼光谱可以看到 个明显的峰位，的峰位向低波数仅有较小的位移，出现在约 的位置（图 ），也显示出了部分微弱非晶化的特征。同样位于边部的 与 具有相似的 、和 含量，分别约为 （平均值约 ）和 （平均值约 ），（平均值约 ）。但与 极大的差别在于较低的 含量，中的 含量约为 （平均值约 ）。类型锆石的 和 含量较低，平均值约为 和 。具有和 相似的 比值（约 ）以及 （约 ），属于高 的铪质锆石和锆质铪石（附表 、图 ）。分析结果显示 和少数 锆石具有相对较高的稀土总量（约 ），且随着 含量增高而增高（电子版附表 、图 ），明显富集重稀土元素（）贫轻稀土元素（）（图 ）。含量极低，大都低于检测限，最高为 ，（）比值较高（约 ），含量和（）比值分类图显示这些锆石都落在典型岩浆锆石范围（图 ；，；，）。扎龙沟锂辉石伟晶岩、绿柱石伟晶岩和花岗岩中锆石锂辉石伟晶岩中的锆石大都具有核边的结构，部分含有孔洞和晶质铀矿的包裹体，图像显示出中间暗黑色或较弱的环带、边部较亮和明显环带的特征（图 ）。它们含有约 （平均值约为 ）、（平均值约为 ）和 岩石学报 ，（）：图 吉隆地区花岗岩和伟晶岩中锆石 铪石成分特征（）扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩中锆石 铪石；（）扎龙沟不同类型花岗岩和伟晶岩中锆石 铪石；（）扎龙沟和英雄沟花岗岩和伟晶岩中锆石 铪石 （）；（）；（）谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集图 吉隆扎龙沟花岗岩和伟晶岩中锆石稀土元素成分（）随着 升高，稀土总量（）升高；（）锆石中重稀土（）含量明显富集；（）岩浆锆石、重结晶锆石、热液锆石分类图（，；，），研究锆石都落在岩浆锆石和重结晶锆石区域；（）锆石的球粒陨石标准化稀土元素配分曲线（标准化值据 ，）（），（）；（）（）；（），（，；，）；（）（）（，）图 吉隆扎龙沟花岗岩和伟晶岩锆石的拉曼光谱特征 ，（平均值约为 ），部分颗粒含有较高的 和 ，最高含量分别达到 和 ，含量较低，为 （平均值约为 ）（附表 ）。该类锆石的 比值为 （平均值约为 ）（附表、图 ），为 （平均值约为 ），属于锆石和铪质锆石（附表、图 ，）。因边部亮 环带太窄不能进行 分析获得稀土元素，因此获得暗 核部的稀土总量约为 （附表 、图 ），富集重稀土（图 ），含量为 （平均值约 ），（）比值略低，约为 ，含量和（）比值分类图显示这些锆石都落在热液重结晶锆石的范围（图 ；，；，）。绿柱石伟晶岩中的锆石具有斑状的 图像和 图像，边部常含孔洞（图 ）。它们约含有 （平均值约为 ）、（平均值约为 ）和 （平均值约为 ）；部 岩石学报 ，（）：图 吉隆扎龙沟锂辉石伟晶岩（）、绿柱石伟晶岩（）、电气石白云母花岗岩（）中锆石的背散射电子图像和阴极发光图像点位旁数字代表锆石的 （）原子比），圆圈代表激光剥蚀（）点位，圈内数字为附表 序号 （），（）（），（）（），（）；（），分颗粒含有较高的 ，最高含量达到 ；和 含量较低，平均值分别约为 和 （附表）。该类锆石的 比值为 （平均值约为 ）（附表 、图 ），为 （平均值为 ），属于锆石和铪质锆石（附表 、图 ，）。对斑状锆石颗粒进行了 微量元素分析获得的稀土总量约为 （附表 、图 ），富集中稀土（图 ），含量为 （平均值约为 ），（）比值略低，约为 ，含量和（）比值分类图显示这些锆石落在典型岩浆锆石和热液重结晶锆石的范围（图 ；，；，）。电气石白云母花岗岩中的锆石具有弱环带，新生代锆石位于较老锆石的边部或呈单颗粒出现（图 ），含有少量的孔洞和矿物包裹体，图像暗黑色或较弱环带。它们约含有 （平 均 值 约 ）、（平均值约 ）、（平均值约 ）和 （平均值约 ）（附表）。还含有微量的 ，从 变化至 ，平均约为 ，、和 等元素值均较低。该类锆石的 比值为 （平均值约为 ）（附表 、图 ），为 （平均值约为 ），属于锆石（附表 、图 ，）。电气石白云母花岗岩中锆石可以看到 个拉曼谱峰，主要集中在 的波数位置，位置峰强度极弱（图 ）。这些锆石的稀土总量较低（约 ）（附表 、图 ），富集重稀土元素（）贫轻稀土元素（）（图 ）。含量为 ，（）比值较高（），含量和（）比值分类图显示这些锆石落在典型岩浆锆石和热液重结晶锆石的范围（图 ；，；，）。英雄沟二云母花岗岩和绿柱石伟晶岩（细晶岩）中锆石二云母花岗岩中锆石位于造岩矿物晶间，颗粒呈半自形，多与磷灰石共生。绿柱石伟晶岩（含细晶岩）中锆石为半自形。电子探针数据分析表明二云母花岗岩中锆石含有约 、和 ，比值介于 ，平均值为 （附表 、图 ；周威，）。平均值为 ，均为锆石（图 ，）。细晶岩中锆石 含量较高，为 ，平均值为 ，还含有约 ，比值较为 （平均值约为 ），平均值约为 ，略高于花岗岩中锆石 ，为锆石（图 ，）。吉隆英雄沟花岗岩和伟晶岩中 、等元素含量较低（附表 、图 ）。讨论 吉隆伟晶岩中铪质锆石和锆质铪石的形成 和 具有相似的晶体化学特征，它们在岩石中主要是进入到锆石的晶格中，并发生相互置换。如果 和 在锆石和花岗质岩浆的分配系数 和 接近，锆石的结晶并不会导致 和 之间的分异作用，球粒陨石的 比值为 （，），大陆地壳的平均 比值也为 （，），该值对应的锆石中理论 含量为谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集书书书?岩石学报 ，（）：（图 ）。已有实验证明，在过碱性熔体中，随着岩浆演化，和 的含量逐渐减低，但 比值保持恒定（，）。因此锆石中 值变化是由于锆和铪在锆石和花岗质岩浆中的含量变化所导致的。实验岩石学的结果已经证明，相对于 来说 更亲熔体，温度是影响 和 分异的重要因素，铪石的溶解度会随着温度降低而降低（，），如科拉半岛 矿床中伟晶岩的高 锆石（达 ，表 ）估算出的结晶温度仅为 （，）。前人已经发现高 锆石不仅出现在晚阶段高演化花岗岩或花岗质伟晶岩（表 ）中，还常常出现在锆石颗粒的边部，显示了形成较晚的特征。随着演化温度下降，晚阶段结晶的锆石通常具有较高的 值和较低的 比值。而另一个影响 和 分配系数的重要因素是熔体成分，（）确认了 和 在准铝质和过铝质花岗质熔体中锆石和熔体分配系数的比例（）大概是 ，过铝质熔体中显然更容易使得 进入到锆石中，而 留在残余熔体中富集，锆石的结晶过程明显降低了熔体中的 比值（，）。除此之外，后岩浆的一些过程，如流体作用、交代蚀变、蜕晶化作用等也有可能导致 含量和 比值的强烈变化（，），在富集流体的岩浆 热液过渡阶段形成的锆石明显 富集（张爱铖等，）。因此，锆石的 含量和 比值可以用来作为重要的矿物化学指标，示踪寄主岩浆的来源和结晶环境。吉隆扎龙沟最富集 的锆石 铪石固溶体系矿物是锆质铪石，达到 ，出现在锂电气石锂云母伟晶岩中，主要是在 锆石 铪质锆石颗粒的边部，且大部分的单颗粒锆石都有明显的 变化（图 ）。根据该样品中四类锆石的产状和成分特征，可以划分出岩浆演化的 个阶段过程：（）相对低 的 核部形成于岩浆较早的阶段，表现出多孔结构和富集钍石和晶质铀矿微粒包裹体，显示了该类锆石是经历了晚期流体的作用之后，发生了溶解 再沉淀的作用而形成的（，；，；，；，）。的 图像有亮有暗，图像也显示出花斑状，可能是重结晶的锆石与原生锆石交生在一起，从成分上主要表现为（）和 （）含量有较大的差异，低 锆石和晶质铀矿是流体作用的次生产物。即便是这些多孔的核部锆石，它们的 含量至少达到了 ，明显高于常见锆石的 含量，但这些不同亮暗区域的 含量变化不大，最高为 ，达到了较低的铪质锆石的组分。锆石的拉曼图谱的峰位和较窄的半高宽，显示出锆石结构基本有序（图 ）。（）图像暗黑色但成分相对均一的 锆石，出现在多孔锆石 的边部或作为矿物颗粒核部，是锂电气石锂云母伟晶岩中最常见的锆石类型，它们晚于多孔锆石形成，具有稍高于 但变化区间相对较小的 值（），含量区间和平均值都低于 。喜马拉雅淡色花岗岩中的锆石普遍高 ，它们可能形成于长石结晶分异之后的高度富 岩浆（，；刘志超等，），因此这类锆石不能作为定年的理想矿物（，），但 它 们 反 映 了 高 分 异 岩 浆 中 锆 石 的 典 型 特 征（，）。因此，可以推断 可能是在影响早期原生锆石形成 富集流体的熔体中继续结晶形成的锆石，含量变化不大，含量降低。同样地，在已报道的铪质锆石和锆质铪石中，低 组分的锆石的 含量明显高于高 组分的锆石（图 ）。拉曼光谱显示出 锆石具有部分无序的结构，但稀土元素的特征可以显示出它们是岩浆直接结晶的锆石的特征（图 ）。（）高 锆石（和 ）集中在颗粒边部，以一般小于 的窄边出现，少数颗粒达到 （图 ），这些边部锆石的 急剧增加，单颗粒上的 增加幅度可以达到 ，它们形成晚于 ，具有清晰环带的 图像，低 低 ，具有与 和 明显不同的形成环境。已有的研究显示，除了过铝质熔体和温度下降对 和 有作用以外，助熔元素（、和 ）对锆铪强烈分异有明显贡献，在稀有金属伟晶岩演化的晚期强烈富集热液阶段形成了 富集的锆石（，；，），另外热液活动导致残余熔体温度降低，在锆石 熔体中的分配系数随温度降低而增加，在岩浆 热液过渡阶段，锆石从富水残余熔体系统中结晶，其 含量显著高于早期的岩浆锆石（，）。在扎龙沟的锂电气石锂云母伟晶岩中，这些富 锆石主要与锂云母共生在一起，尤其是位于锂云母相关的矿物晶间，显示出铪质锆石和锆质铪石晚于锂云母结晶，锂云母是典型的富集 矿物，显示体系中存在大量的 和 。大量的助熔剂能够作为不相容元素（包括 和 ）的传输介质，的增加会提高锆石的溶解度，可以与 和 形成络合离子，而且 络合物的溶解度低于 络合物的溶解度，有利于 和 的分异作用发生（，；，）。另一方面，因为离子半径大小的缘故，比 和 竞争非桥氧的能力更强，含量的增加将降低锆石和铪石的溶解度（，），因此 体系促进了锆石中 比值的剧烈下降。在该样品中还发现了存在大量晶间富 细晶石和锡石（未发表数据），它们常结晶于晚期富流体阶段（，；，）。与 和 相反，增加使得 和 溶解度升高，体系使得 持续保留在熔体中直至富 矿物消耗 之后才能开始结晶富 矿物。该体系中岩浆成因的铌铁矿族矿物缺失，这也验证了强烈富集流体的环境形成该岩相中的特殊副矿物组合。因 的环带较窄并且成分急剧变化，分析束斑较大，其结果并不能完全与电子探针的数据一一对应，给出信息不够全面和代表性，但从该类锆石的拉曼光谱特征谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集图 吉隆扎龙沟伟晶岩与世界伟晶岩和花岗岩中铪质锆石和锆质铪石成分对比（）已报道的铪质锆石和锆质铪石的晶体化学式 和 ；（）锆石和铪石的理论值分类；（）晶体化学式 ；（）晶体化学式（），（）（，）；（）；（）（）；（）（）显示它们有序度与 接近，优于 。因此这些极端富铪的锆石 铪石可能是岩浆 热液过渡的富集流体的岩浆环境的产物。在扎龙沟锂电气石锂云母伟晶岩中铪质锆石和锆质铪石中有 含量明显较高的一组（），还有一组 相对较低的（），成分还表现出 与 呈正相关性，有耦合置换 和 的关系，但从产状上无法分辨富 和贫 的富 边部差别。因观察到与磷钇矿共生的锆石中的 并不富集，和 作为相对较早形成的锆石中也不富集 ，并且不存在富 矿物包裹体，推测初期熔体中并不富集 ，而是在后期演化过程中 逐步富集，而该样品中磷钇矿的数量不多，也可能在流体作用中发生了分解。扎龙沟不同类型伟晶岩中锆石 铪石的其他微量元素置换较其他岩体中的更普遍，、和 因离子半径稍大，与锆石中 置换时形成有限固溶体，扎龙沟锆质铪石中的 （）已经接近可可托海 号脉中锆质铪石的 含量（），但因为所含的其他置换元素含量较高，对应的 （）低于可可托海 号脉中的锆石（；表 ），因此锆石 铪石中微量元素的特征也指示了吉隆扎龙沟特殊的岩浆 热液环境（图 ）。吉隆伟晶岩和花岗岩中锆石成因本次研究还分析了吉隆地区其他类型花岗质岩石中锆石的特征，如扎龙沟的电气石白云母花岗岩、绿柱石伟晶岩、锂辉石伟晶岩，英雄沟的二云母花岗岩和绿柱石伟晶岩（细晶岩）。在扎龙沟绿柱石伟晶岩和锂辉石伟晶岩中也出现了铪质锆石，它们所含锆石的 区间接近，分别为 和 ，且锂辉石伟晶岩中高 锆石的含量略高。锂辉石伟晶岩的锆石产状以成分均匀的核部（图像暗，类似于 ）加上窄的铪质锆石边部（类似于 ）为特征，显示了可能高含量的 降低锆石和铪石溶解度，这是富 岩石学报 ，（）：图 喜马拉雅花岗岩和伟晶岩中锆石 铪石 成分对比数据来源：周威，；，（仅新生代锆石）；杨雷，个人交流，未发表；刘晨，；徐志豪，个人交流，未发表数据；程飞越等，；未发表数据；刘志超等，；，；蒙安平等，；，；未发表数据 ：，；，（）；，；，；，；，；，；，；，；，；铪锆石可能结晶的重要条件，该样品中也出现了少量铯沸石和细晶石等流体强烈作用形成的矿物（，；田恩农等，），反映了流体作用的叠加对富铪锆石的形成有一定促进作用；而绿柱石伟晶岩中锆石特征以花斑状结构和含有少量孔洞产出，具有局部富 的部分，结合该类岩相中稀有金属矿物主要是绿柱石、铌铁矿族矿物等岩浆产物，推测这些富铪锆石不仅与岩浆分异作用相关，可能还与晚期的流体作用相关，流体不仅降低温度，还会影响锆石和铪石的溶解度，它们与原生锆石反应，再沉淀形成了不同 含量锆石。扎龙沟白云母花岗岩所含均为锆石，主要呈富 的均匀成分或具有韵律环带的颗粒，比值范围最大（），最低（）且与伟晶岩中锆石成分重叠部分较少，这显示了花岗岩演化过程导致了 的分异，但流体作用远没有伟晶岩中强烈。一般来说，同岩浆序列的分异程度的增加，比值降低，从不同岩相中产出的锆石的 比值范围是相互重叠的（，），据此推断白云母花岗岩和绿柱石伟晶岩之间还有过渡的岩石类型，或者它们不属于同一个演化序列，这还需要其他的工作来加以验证。吉隆英雄沟的二云母花岗岩和绿柱石伟晶岩（细晶岩）具有与扎龙沟白云母花岗岩类似的锆石成分，绿柱石伟晶岩（细晶岩）中锆石 稍高于二云母花岗岩中锆石，已有的研究也显示了绿柱石伟晶岩中含有少量的铌铁矿族矿物，花岗岩和伟晶岩都受到晚期富 流体影响形成了铁锂云母 锂云母边部（周威等，），这些较低的演化程度岩石类型和相对较弱的流体作用并未导致锆铪的强烈分异。因缺乏野外露头的信息，所研究这些样品之间的关系并不明确，遗憾的是本次锆石暂未能给出系统可对比的年龄结果，但根据已了解的扎龙沟锂电气石锂云母的富铪锆石 铪石的形成过程，不同岩相中锆石 分异演化的趋势，结合寄主岩石的稀有金属富集和共生矿物的特征，可以初步了解吉隆不同岩相的演化过程，也还需要更多的证据来验证这些样品的代表性和认识的可靠性。喜马拉雅铪超常富集的意义喜马拉雅锆石的相关研究主要用来确定年代（，；黄春梅等，；高利娥等，；，；刘晨，；，等等）、讨论岩浆的分异演化过程（，；刘志超等，等等）和对成矿过程进行限制（，；程飞越等，；刘晨，谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集 ）。对喜马拉雅淡色花岗岩 伟晶岩体系的锆石 成分的统计显示，在大部分的淡色花岗岩中低于 （图 ），这些岩体中的 成分的变化趋势主要与高分异的结晶过程以及晚期流体作用相关，形成具有不同 图像特征和随着演化逐渐增加的 含量（，），这些趋势还伴随着加强的 稀有金属成矿特征（，；程飞越等，）。在这些岩体中，除了本次研究的扎龙沟伟晶岩中锆石出现了铪超常富集，还在普士拉锂辉石伟晶岩、前进沟锂电气石锂云母伟晶岩、热曲锂辉石伟晶岩、康马绿柱石伟晶岩、错那洞绿柱石伟晶岩、库曲绿柱石 锂辉石伟晶岩出现了铪富集，形成了铪质锆石，夏如 矿化的伟晶岩也接近了铪质锆石的成分，这些含有富铪矿物和表现出铪富集的岩体中都存在伴生的稀有金属成矿信息，较高的 的锆石明显都与锂成矿相关。显然，高度富铪锆石和铪石的出现代表了喜马拉雅淡色花岗岩经历极端分异作用后，可以形成铪的高度富集并导致岩浆 热液演化阶段铪超常富集，甚至可以发生成矿作用。比较特殊的是康马伟晶岩中虽然只发现了 成矿信息（，），但锆石的 甚至高于热曲锂成矿伟晶岩中锆石 。如果依据上述讨论，是高度结晶分异作用、温度和熔体成分影响的结果，那么影响康马伟晶岩中的特殊锆石成分的因素值得关注。喜马拉雅发育有巨大的花岗岩 伟晶岩体系，锆石铪石固溶体系列和铪富集的成因研究还处于初步阶段，该研究势必能够对喜马拉雅的岩浆演化特征有更系统的认识，而吉隆地区铪质锆石和锆质铪石的出现，显示了吉隆地区广泛而强烈的流体作用，而流体成分特征和流体成因的相关研究成果将进一步引领喜马拉雅淡色花岗岩体系稀有金属研究的深入。结论喜马拉雅中部吉隆岩体的不同岩相中发现了具有成分差异显著的锆石 铪石固溶体系列，从花岗岩到绿柱石伟晶岩、锂辉石伟晶岩、再到锂电气石锂云母伟晶岩，锆石 呈增加趋势，成分从锆石变化至锆质铪石。特别是在锂电气石锂云母伟晶岩中，单颗粒上从核部到边部的 变化可以达到 。这些锆石富 特征是 分异的结果，显示了特殊的岩浆环境和形成过程，从而达到了铪的超常富集。不同岩相中 升高趋势可能是岩浆分异演化过程中铝过饱和度的增加和温度的下降对锆石 铪石溶解度的影响，而锂电气石锂云母伟晶岩中的铪质锆石 锆质铪石的连续结晶除了温度以外，还叠加了 含量强烈富集和流体作用的影响，大量的锂云母、铯沸石和细晶石与之伴生，展现了极端分异之后的典型矿物组合。吉隆的铪质锆石 锆质铪石还含有较高含量的微量元素（、和 等），但稀土成分、拉曼谱图结果和非晶体化学式元素（、等）都显示了这些锆石并没有明显蜕晶化，是典型岩浆阶段产物或受到热液影响重结晶形成，因此本次研究提出岩浆 热液过渡期是锆铪分异最强烈、铪超常富集的重要阶段。喜马拉雅淡色花岗岩 伟晶岩中的铪富集主要与稀有金属成矿岩体相关，尤其是锂成矿作用，鉴于锆 铪本身也是重要的关键金属，锆石 铪石固溶体系列是开展喜马拉雅稀有金属花岗岩研究的重要对象，它们的成分是有效的成岩成矿指示剂。谨以此文纪念希夏邦马首次登顶暨科学考察六十周年。致谢感谢吴福元院士团队在野外的缓急相济。感谢客座编辑王佳敏副研究员的辛勤付出，审稿人曹华文副教授和匿名评审人悉心评阅，提出了宝贵的意见和建议。王小林教授、胡欢副教授、徐渴鑫、段昕昊和王巧丽协助分析了部分样品和收集了资料，在此表示感谢。，：，：，（）：，：，（）：，：，：，（）：，（）：，；，（）：，（），（）：（），：，（）：，（）：，：岩石学报 ，（）：，（）：（，），（）：，（）：（），（）：（），（）：，（）：，（），（）：，：，（）：（），（）：（），（，），（）：，：，（）：，：，：，（），（）：，（）：，（）：，（）：（），：（），（）：，：，（），（）：（），（）：，：，（），（），（）：，：，（）：，（）：，（）：（）：，：，（）：，（）：（），（）：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，：，（）：谢磊等：喜马拉雅稀有金属伟晶岩的铪超常富集 ，（），（）：，（）：（），：，：，：，（）：（），（）：，：，（）：（），：，（）：，：，（），（）：，：（），（）：，（）：，（）：，（）：（），（）：（），：，（）：，（）：（），：，（）：（）：（）附中文参考文献程飞越，谢磊，陈小明 喜马拉雅夏如淡色花岗岩 伟晶岩的矿物学特征南京大学学报（自然科学），（）：高利娥，曾令森，王莉，侯可军，高家昊，尚振 喜马拉雅碰撞造山带不同类型部分熔融作用的时限及其构造动力学意义地质学报，（）：黄春梅，赵志丹，朱弟成，刘栋，黄玉，董铭淳，胡兆初，郑建平 藏南洛扎地区淡色花岗岩锆石 年龄、同位素、地球化学与岩石成因岩石学报，（）：黄小龙，王汝成，刘昌实，陈小明，张文兰，赖鸣远 江西雅山黄玉锂云母花岗岩中富磷锆石研究 矿物学报，（）：刘晨 珠峰地区淡色花岗岩稀有金属成矿特征与成矿机制博士学位论文南京：南京大学刘志超，刘小驰，俞良军，王建刚 喜马拉雅康巴淡色花岗岩的高分异成因及岩浆 热液演化特征南京大学学报（自然科学），（）：蒙安平，戴国庆，张娜，刘志超 锆石形貌与成分特征对藏南洛扎地区二云母花岗岩岩浆 热液演化过程的指示大地构造与成矿学，接受待刊田恩农，谢磊，王汝成，吴福元 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