战略性关键金属指现今社会必需、安全供应存在高风险的稀有金属、稀土金属、稀散金属和部分其它金属。花岗岩-伟晶岩型Ta、Nb、Li矿床是我国最重要的关键金属矿床类型，其形成涉及多期次岩浆-热液活动，成矿过程复杂。云母在高演化花岗岩和伟晶岩中十分发育，其类型、结构和成分的变化可有效记录岩浆-热液作用过程。铌钽铁矿是稀有金属钽（Ta）的主要来源，以副矿物的形式广泛存在于花岗岩-伟晶岩型矿床中，其结构特征和成分演化可指示成矿元素的迁移和富集过程。
近期，中科院广州地化所矿物学与成矿学重点实验室岩浆作用与成矿学科组魏博助理研究员和邢长明副研究员分别对华北克拉通北缘赵井沟大型Ta-Nb矿床和西昆仑喀喇昆仑造山带白龙山超大型Li-Rb多金属矿床中的云母和铌钽铁矿进行了精细的矿物学研究，刻画了成矿元素在高分异花岗质岩浆分异过程中的迁移和富集过程。
赵井沟大型Ta-Nb矿床赋存在过铝质花岗岩中，铌钽铁矿是Ta的主要赋存矿物，其U-Pb定年结果为131.8±1.0Ma至134.6±2.1Ma，与华北克拉通破坏的峰期一致，表明该Ta-Nb成矿事件也是深部岩石圈减薄的浅部响应。过铝质花岗岩中云母通常充填于钠长石粒间，其BSE图像呈现出不规则的明暗部分（图1a），亮色部分为铁锂云母，而暗色部分为白云母。铁锂云母部分富集Li、Nb、Ta，而白云母部分富集Ba和Sn（图1b-f）。因此，铁锂云母结晶于高度演化的岩浆，白云母则是由晚期热液交代铁锂云母形成的。矿石中铌钽铁矿通常呈自形长板状或棱柱状，其BSE图像发育微弱的同心环带，由内而外Nb/Ta比值逐渐降低（图2a），是铌钽铁矿从岩浆中分离结晶所致。同时，铌钽铁矿的边部通常环绕钽铁矿（Ta含量可达50 wt.%以上）以及钽锡石。发育震荡环带的铌钽铁矿强烈地被富Ta的钽铁矿交代，形成杂乱的补丁结构（图2b）。因此，钽铁矿是从岩浆-热液过渡阶段富Ta和富水的硅酸盐熔体中结晶的，其形成明显晚于自形的铌钽铁矿。
白龙山超大型Li-Rb多金属矿床可划分出白龙山石英-白云母（QM）伟晶岩带、石英-钠长石-锂辉石（QAS）伟晶岩带和石英-锂辉石（QS）伟晶岩带。各伟晶岩带中白云母均发育原生和次生两种产状，其中原生白云母边缘和解理缝中局部发育锂云母（图1g）。原生白云母从QM带、QAS带到QS带具有连续降低的K/Rb比值，暗示岩浆连续演化的过程。LA-ICP-MS面扫描结果表明原始白云母具有复杂的Li、Rb、Cs、Nb、Ta环带结构（图1h），记录了伟晶岩演化过程中复杂的岩浆分异和流体/熔体交代作用，揭示了关键金属元素在岩浆和热液中的分配行为和富集过程。同时，各伟晶岩带中的铌钽铁矿均发育同心环状环带、震荡环带和斑杂状环带。即便在同一薄片中，粒间相邻的铌钽铁矿颗粒也具有截然不同的环带结构且Ta含量差异较大（图2c），而锂辉石+石英后成合晶中的铌钽铁矿无明显环带且具有极低的Ta含量（图2d）。这些特征表明各伟晶岩带中的铌钽铁矿均经历了从岩浆到热液的多阶段生长过程，记录了伟晶岩形成过程中岩浆从富Nb到富Ta以及晚期出溶流体富Nb的特征。
图1 云母的LA-ICPMS面扫描元素分布图
(a) 赵井沟过铝质花岗岩中云母在BSE图像下具有明暗不同部分，亮色为铁锂云母(Znw)，暗色为白云母(Ms)；(b-f) 云母的Ba、Sn、Li、Nb、Ta的面扫描分布；(g) 白龙山石英-锂辉石伟晶岩带中云母的BSE图像，图框中黑色为白云母，左下角亮色为锂云母(Lpd); (h-n) 云母的Li、Rb、Cs、B、Sn、Nb、Ta面扫描分布。
图2 铌钽铁矿的BSE图像
(a) 赵井沟铌钽铁矿(CGM)中铌铁矿(Col)具有微弱同心环带，边部发育钽铁矿(Tan)和钽锡石(Cst)；(b) 赵井沟铌钽铁矿局部保留明显的震荡环带，大部分被钽铁矿交代形成斑杂状结构；(c) 白龙山石英-钠长石-锂辉石伟晶岩带中铌钽铁矿被锡石包裹，铌钽铁矿具有显著的环带结构；(d) 白龙山石英-锂辉石伟晶岩带锂辉石(Spd)+石英(Qtz)后成合晶中的铌钽铁矿环带不发育。
该研究受国家重点研发计划项目（2016YFC0600103）、国家自然科学基金项目（91962217）、第二次青藏高原科考项目（2019QZKK0802）、中科院先导B项目(XDB18000000)和中科院青促会项目（2018388）联合资助，研究成果发表在Lithos上：
Wei, B.*, Wang, C.Y., Zhao, Z., Bao, H., 2020. Columbite-group minerals and mica of peraluminous granite record the magmatic-hydrothermal processes that formed the Zhaojinggou Ta Nb deposit in the North China Craton. Lithos 370-371, 105648. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105648.
Xing, C.-M.*, Wang, C.Y., Wang, H., 2020. Magmatic-hydrothermal processes recorded by muscovite andcolumbite-group minerals from the Bailongshan rare-element pegmatites in the West Kunlun-Karakorum orogenic belt, NW China. Lithos 364-365, 105507.
相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.lithos.2020.105507.
（中国科学院矿物学与成矿学重点实验室、科技与规划处供稿）
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