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陈衍景1，薛莅治1，王孝磊2，赵中宝3，韩金生4，周可法5 2 南京大学地球科学学院 3 中国地质科学院地质研究所 4 中国地质大学(武汉)资源学院 作者简介：陈衍景，教授，博士生导师，主要从事区域矿床学研究。 锂是最轻的金属元素，化学活动性强。锂铝合金是重要的航空航天工业材料，锂化合物广泛用于冶金、轻工、石油、化工等领域，而锂电池和新能源汽车的发展则大幅度提升了锂金属的需求量。伟晶岩型锂矿床和富锂盐湖卤水是两种最重要的锂金属来源，伟晶岩型锂矿开发利用历史悠久，盐湖卤水型锂矿因开采成本低而扮演越来越重要的角色。据美国地质调查所资料，1994年世界锂金属产量为0.58万t，018年为9.5万t(表1)，呈现了快速增长趋势(图1)。据不完全统计，2019年至少为7.7万t。
图1 1994〜2019年期间世界锂年产量 (数据来源于美国地质调查所1995至2020年度颁布的《矿产品概要》)锂需求量快速增长导致伟晶岩型锂矿床勘探开发越来越受重视。本文统计了全球伟晶岩型锂矿床分布和相关数据(附表1，http：//www.geojournals.cn/dzxb/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=202110099&fbg=1)，特别收集了典型伟晶岩型锂矿的地质勘探和研究成果，总结了国外伟晶岩型锂矿地质和成因研究现状，以期为我国锂等稀有金属矿床研究和勘探提供参考。 稀有金属伟晶岩通常分为两种类型，即NYF(Nb-Y-F)型和LCT(Li-Cs-Ta)型。LCT型伟晶岩中往往具有高的Li含量，甚至达到工业开采要求，成为锂矿的重要类型之一。通常所说的伟晶岩型锂矿，就是指LCT型伟晶岩。伟晶岩锂矿的含锂矿物包括锂辉石(LiAl[Si2O6])、磷锂铝石(LiAlPO4(F，OH))、透锂长石(Li[AISiO10])、锂霞石(Li[AlSiO4])和锂云母(K(Li，Al)3[(Si，Al)4O10](F，OH)2)，其中锂辉石和锂云母为主要含锂矿物。 全球伟晶岩型锂矿资源较为丰富，在时间、空间和构造背景方面存在显著的不均一性(附表1)。在南半球，重要LCT伟晶岩锂矿床集中在非洲南部、澳洲西部和南美洲中南部，主要产于太古宙克拉通和元古宙活动带，很少产于显生宙造山带；北半球(欧亚大陆和北美大陆)北部基本没有重要矿床，其南部或中部含较多重要矿床，且主要产于显生宙和元古宙造山带，其次为太古宙克拉通地区，与南半球相反(图2)。需要说明的是，太古宙克拉通也可被视为太古宙形成的造山带。图2 全球LCT型伟晶岩型锂矿床的分布 从图3可以看出，南半球LCT伟晶岩型锂矿床主要形成于前寒武纪，其次为早古生代，基本缺乏晚古生代及以后的矿床。相反，北半球的欧亚大陆和北美大陆的伟晶岩型锂矿床则主要形成于晚古生代及其后，形成于前寒武纪者相对较少。具体说明如下(图4)： 在非洲大陆，除加纳共和国Birmian造山带的Kokobin矿床形成于2080Ma之外，其余矿床成矿时间分布在2617〜2587Ma，985〜940Ma、547〜452Mao新太古代矿床产于津巴布韦克拉通内，以Bikita和Benson矿床为代表；年龄为985〜940Ma的锂矿集中在刚果克拉通的Kilbaran造山带内；547〜452Ma的矿床则分布在埃塞俄比亚和津巴布韦克拉通东缘的莫桑比克。 澳洲LCT伟晶岩型锂矿床主要形成于太古宙，聚集在西澳Yilgarn和Pilbara地块内。Pilbara地块Pilgangoora和Wodgina锂矿形成于2900〜2800Ma，而Yilgarn地块Mount Deans、Londonderry，Cattlin Creek和Greenbushes则形成于2600〜2500Ma，构成两次LCT伟晶岩型锂矿床成矿事件。在南美洲，除阿根廷Las Cuevas矿床的白云母40Ar/39Ar年龄为383Ma，属于晚古生代之外，巴西米纳斯吉拉斯州的Parelhas、Mamoes、Capoeira锂矿床和阿根廷的LaTotora、SanSalvador等伟晶岩型锂矿床同位素年龄都在523〜450Ma属于早古生代。北美大陆LCT型伟晶岩矿床分为4期：①Laurentia克拉通形成于2670〜2639Ma，以PakeagamaLake、Fairservice、Gullwing Lake、Big Whopper、Tanco为代表；②美国西部犹他州和亚利桑那州的Brown Derby、Hardings Midnight Owl等重要伟晶岩型锂矿床形成于1460〜1347Ma，该次成矿事件是北美大陆独有的，未见于其他大陆；③北美大陆东岸395〜264Ma的LCT伟晶岩型锂矿床，以著名的Kings Mountain(国王山)和Clark Ledge、Mchone等锂矿田为代表；④北美西海岸＜100Ma的LCT伟晶岩型锂矿床，以Little Nahanni、Himalaya Mine为代表，同位素年龄为100〜90Ma。 欧亚大陆具有多期次的LCT伟晶岩型锂矿床：①乌克兰地盾期(35〜19Ga)在Denester-Bug(Podolia)和Azov地区形成了锂辉石和透锂长石亚类伟晶岩矿床，Perzhanskoe则属NYF与LCT复合型伟晶岩锂矿床；②Svecofennian造山期(2.1〜1.7Ga)，主要发生在乌克兰、俄罗斯、西伯利亚等克拉通边缘，在欧洲北部以芬兰Kaustinen伟晶岩型锂矿床为代表，在西伯利亚克拉通南缘东萨彦地区以Goltsovoye和Vishnyakovskoe锂矿床为代表；③Sveconorwegian造山期(1140〜850Ma)，即Baltica和Amazonia克拉通碰撞形成Rodinia超大陆的格林威尔造山期，此期形成Idefjorden、Telemark等LCT伟晶岩型锂矿床，以及Evje-Iveland等NYF型受LCT型叠加的混合型伟晶岩锂矿床；④Cadomian造山期(620〜540Ma)，在苏格兰、威尔士、英格兰、比利时、德国等地区发育含锂硬锰矿等富锂矿物的寒武纪—早奥陶世富锰铁沉积岩系，为形成伟晶岩型锂矿提供了优越条件；⑤加里东造山期(510〜380Ma)，欧亚大陆的众多前寒武纪—早古生代陆块在此期间拼贴碰撞，尤以Laurentian(苏格兰)、Avalonia(爱尔兰)和Baltica板块之间的碰撞为代表，在欧亚大陆西部形成了苏格兰Glenbucha和爱尔兰Aclare等LCT伟晶岩型锂矿床，在东部形成了图瓦地区的Tastyg、Sutlug等伟晶岩型锂矿床；⑥华力西造山期(400〜250Ma)，伴随冈瓦纳大陆与劳亚-波罗的大陆碰撞拼合，在华力西造山带形成大量稀有金属花岗岩和LCT伟晶岩型矿床，如东贝加尔地区的Zavitino和阿尔泰山的Tashelga伟晶岩型锂矿床，以及中国阿尔泰伟晶岩带；⑦地中海造山期(250〜2.5Ma)，期间发生了诸如欧洲Bohemian地块与非洲Adriatic陆块碰撞，印支地块与扬子、塔里木-华北陆块碰撞，印度与欧亚大陆碰撞，在Egean Domain和Carpathians山脉形成LCT型伟晶岩和稀有金属花岗岩，在中国形成了三叠纪的马尔康-雅江-喀喇昆仑巨型伟晶岩型锂矿带和潜力巨大的新近纪喜马拉雅花岗-伟晶岩稀有金属成矿带。由上可见，这些LCT伟晶岩型锂矿形成具有多期性，无论其产于太古宙克拉通和后期的造山带，总与重要的区域性造山事件密切关联或在时间上耦合。统计显示(图5)，全球LCT伟晶岩的出现频率以及时代分布，与超大陆聚合事件相伴随，LCT伟晶岩形成于超大陆会聚造山作用的中晚期，与构造变形相比滞后，呈现“相落后”现象。图5 花岗岩和伟晶岩锂矿年龄直方图与超大陆事件 津巴布韦克拉通是全球重要LCT伟晶岩型锂矿省之一，Bikita是其典型代表(图6)。津巴布韦克拉通南北两侧分别为Limpopo和Zambezi麻粒岩相增生变质带，增生事件发生在2700〜2600Ma期间。在2670Ma，Limpopo带向北运动，导致在Limpopo北部逆冲构造带发生变形和高达麻粒岩相变质，伴随地壳物质部分熔融，形成Chilimanii壳源花岗岩。这类花岗岩形成于2610〜2590Ma，由水平构造运动导致。其中，Bikita伟晶岩侵位年龄为2617±1Ma，而Benson伟晶岩侵位年龄为2587±4Ma。此后，发生多次基性-超基性岩墙群侵位，尤其以2575Ma的大岩墙闻名世界，它呈南北向切穿了津巴布韦克拉通。 图6 津巴布韦克拉通及Bikita伟晶岩矿田地质示意图津巴布韦克拉通发育12个伟晶岩脉群。Kwekwe伟晶岩脉群最早形成，年龄为3370Ma。Bikita、Masvingo、Harare和Kamativi地区的伟晶岩年龄主要为中新太古代和中元古代，最年轻者是Karoi地区和Mutoko地区东北部的伟晶岩，形成于寒武纪至早泥盆世(540〜400Ma)。根据伟晶岩成矿特征、围岩关系和年龄，Grubb(1985)将该地区伟晶岩分为Miami、Kamativi、Bikita等3类。津巴布韦的12个伟晶岩脉群中，只有BikitaAKamativi和Benson伟晶岩脉群存在Li、Ta、Sn、Nb和Cs矿化，属LCT型。Bikita伟晶岩脉群位于津巴布韦克拉通东南缘，北部伟晶岩南北走向，南部伟晶岩东西走向。伟晶岩主要侵入到布拉瓦亚(Bulawayan)群绿岩带，上布拉瓦亚群为变质玄武岩、绿泥石-角闪石片岩和变质闪长岩，含伟晶岩较多；下布拉瓦亚群为石英云母片岩、变质沉积岩，夹条带状或透镜状铁矿、条带状石英岩和灰岩，含伟晶岩较少。绿岩带周围是年龄＞3300Ma的Sebakwaian花岗片麻岩，以及〜2600Ma的Chikwanda和Charumbira等岩体。 Bikita伟晶岩矿发现于1909年，先后开采钽铁矿、锡石、宝石以及Be和Li，现为世界级超大型锂矿床。含锂矿物主要是透锂长石和锂云母，其次为锂辉石、磷锂铝石、锂霞石。Bikita伟晶岩脉群形成于2700〜2600Ma的造山事件中。造山作用导致地层褶皱变形、变质和部分熔融，Chilimani花岗岩体侵位和后造山伸展作用诱发NW向Gono断层和南北向Popoteke断层发育，有利于Bikita伟晶岩脉群的伟晶岩熔体贯入。Bikita伟晶岩脉群被Gono断层所分隔，断层北部为Bikita伟晶岩脉群，断层南部为Riverton伟晶岩脉群。Bikita主要伟晶岩脉厚度达30〜40m，呈30°〜45°向东倾斜。伟晶岩分带明显(图7)，边缘包括长石带和白云母带；中间带包括透锂长石带、锂辉石带、铯榴石带；内核则以含锂辉石为特征，包括透锂长石-铯榴石-锂辉石带和石英-锂云母-长石带。
图7 Bikita锂矿床伟晶岩脉成矿分带现象 2.2 澳洲Pilbara克拉通Wodgina伟晶岩脉群Pilbara克拉通位于澳大利亚西北部，出露范围东西长530km，南北宽230km。Pilbara克拉通发育大量古太古代一中太古代(3530〜2830Ma)岩石，花岗-绿岩带呈现“穹隆-龙骨”(dome and keel)结构，绿岩带分布在穹隆状花岗岩体中间，变形变质较弱。Pilbara克拉通分为三个地体(图8)，即西Pilbara、东Pilbara和Kurrana地体。图8 Pilbara克拉通地质图及伟晶岩型锂矿分布 Pilbara克拉通至少有120个伟晶岩型稀有金属矿床，分布在27个伟晶岩脉群中。该地是世界最大钽产地之一，钽矿开采始于20世纪初，集中在Wodgina、Strelley和Tabba伟晶岩脉群。Wodgina、Pilgangoora伟晶岩脉群含丰富的锂辉石和锂云母、铁锂云母等其他含锂矿物。Wodgina伟晶岩矿区位于被Yule花岗岩类所包围的Wodgina绿岩带内。绿岩带南北长25km，宽10km。Yule花岗岩杂岩体由至少18个花岗岩体组成，形成年龄可分为＞3400Ma，3270〜2930Ma，2945Ma，2935Ma和2850Ma，只有2850Ma花岗岩的晚阶段高分异岩浆形成了LCT型伟晶岩。Wodgina矿床重点开采3类伟晶岩：钠长石型、钠长石-锂辉石型和绿柱石型。钠长石型主要出现在矿区北部，围岩是变质科马提岩。Mount Cassiterite钠长石-锂辉石型的围岩主要为变砂质岩。绿柱石型位于Wodgina矿区南段，围岩为片岩。Mount Cassiterite钠长石-锂辉石型伟晶岩与其他两类矿石之间均由剪切带分隔。很多学者研究了Wodgina伟晶岩的结晶年龄，Jeffery(1956)曾获得白云母Rb-Sr等时线年龄为2890Ma，钾氩年龄为2420Ma，微斜长石Rb-Sr等时线年龄为2800Ma，钾氩年龄为2220Ma。Kennedy(1998)和Kinny(2000)分别获得磷灰石和钽铁矿SHRIMPU-Pb年龄为2803±115Ma和2829±11Ma。表明2850〜2800Ma期间发生了较强的后造山花岗岩、伟晶岩事件。图9 Wodgina伟晶岩田地质图 2.3 澳洲Yilgarn克拉通Londonderry矿床Yilgarn克拉通主要由花岗片麻岩和其包围的绿岩带组成，绿岩带岩性主要为基性-超基性变质岩(变质玄武岩、科马提岩)以及侵入岩(变质辉长岩)组成，含变质沉积岩。Yilgarn克拉通被Ida-Waroonga断层分为东西两部分。Yilgarn克拉通分为Narryer，South West，Youanmi，Kagoorlie，Kurnnalpi和Burtville等6个地体(terrane)。这些地体又可细分为构造区(domain)，例如，Youanmi地体至少可分为Murchison和SouthernCross两个构造区。特别指出，6个地体的后4个地体以发育绿岩带和金矿床为特征，又常合称为东金田超级地体(EasternGoldieldsSuperterrane)。 Cattlin Creek伟晶岩就位于West Yilgarn克拉通的Southern Cross构造区，而Londonderry和Mount Deans伟晶岩脉群则位于Kalgoorlie地体中。Yilgarn克拉通至少发育125处伟晶岩脉群，主要分布在South West、Youanmi和Kalgoorlie地体(图10)。Cattlin伟晶岩脉群位于Youanmi地体最南端与SouthWest地体的交界处，Londonderry和Mount Deans伟晶岩脉群产于Kalgoorlie地体南部，世界最大的伟晶岩型锂矿床Greenbushes矿床则产于South West地体西南角。图10 Yilgarn克拉通构造分区和LCT型伟晶岩分布 Coolgardie地区的Londonderry伟晶岩脉群位于Coolgardie南西25km，Perth以东550km。伟晶岩脉群位于袋鼠山(Kangaroo Hills)绿岩带内，该绿岩带长约20km，NE走向，主要由变质达低角闪岩至高角闪岩相的玄武岩、辉长岩和科马提岩组成。袋鼠山绿岩带周围存在大量片麻岩和花岗岩体，这些花岗岩体在褶皱作用之后侵位。Londonderry伟晶岩脉群面积约5km2，南北向延伸，伟晶岩脉多沿NNW向断层发育，主要围岩为变质科马提岩。绿岩带、花岗片麻岩、后碰撞花岗岩和部分伟晶岩等都被ENE向的基性岩墙切穿，岩墙Rb-Sr等时线年龄为2420±30Ma。Londonderry伟晶岩脉群包括了4个集中区(图11)，即长石采场、锂云母山、钽铁矿山和BonAmi伟晶岩。其中，长石采场是最主要的伟晶岩区。据Jacobson et al.(2007)，该区伟晶岩长达1000m，厚15〜66m，可分7〜8个带，含透锂长石带主要位于西侧，普遍热液蚀变。图11 Londonderry伟晶岩田地质图 锂云母山位于长石采场以北10.5km(图11)，包含两条规模较大的伟晶岩脉，厚度可达60m，分带性清楚，可细分出6个带，可与Bikita和Tanco等世界级伟晶岩锂矿相比。钽铁矿山伟晶岩在锂云母山以北，具有明显分带性，边缘带为钠长石-石英和石榴石带，外侧带为钠长石-石英带，中间带包括4个不连续的亚带，分别为石英-钠长石-微斜长石带、钠长石-石英-铁锂云母带、钠长石-石英-锂云母带和石英-微斜长石-透锂长石带。Bon Ami伟晶岩区位于长石采场北西1km，主要由石英-钠长石-微斜长石-白云母组成的平卧伟晶岩脉群构成。2.4 澳洲Yilgarn克拉通Greenbushes矿床在澳大利亚西南角，即西澳大利亚Yilgarn克拉通的西南(South West)地体，蕴含Greenbushes超大型锂辉石锂矿(图12)。这座矿山已有一百多年的开采历史，是世界最大伟晶岩型锂矿之一。Greenbushes产于以片麻岩和麻粒岩为主的太古宙高级变质带内，受一条南北向的太古宙剪切带控制o区域内侵入岩较为发育，首先是＞2.6Ga的花岗岩，然后是Greenbushes含锂伟晶岩，接着是2.43Ga贯入的基性岩脉(图13)，最后是1.1Ga左右的晚期花岗岩侵入事件。另外，伟晶岩内部分带性好，由外向内分为接触带、锂带、钾带、钠带。锂带富含锂辉石，靠近边部。这4个带的矿物成分、结构构造都比较复杂，均受不同程度的变形与破裂，尤其是钠带最明显，显示了同期或后期构造作用的影响。图12 澳大利亚Greenbushes伟晶岩型锂矿床区域地质图 图13 Greenbushes矿床地质(a)和伟晶岩分带图(b) 加拿大北部Tanco伟晶岩型锂矿床伴生有Ta、Cs、Rb、Be等，大部分矿体隐伏在Bernic Lake之下(图14)。1930年发现Tanco矿床的Sn和Be价值，1954〜1960年期间开始开采锂和铍，1984年锂产量为全球第二位，仅次于Bikita伟晶岩矿床。截至1984年，Tanco锂矿探明锂辉石储量约740万t，平均品位为2.88%Li2O；另外，3个锂云母矿段的品位为1.87％〜2.82％Li2O。图14 Tanco伟晶岩型锂矿床区域地质图 Baadsgaard et al. (1993)提出Tanco伟晶岩中铌钽铁矿U-Pb年龄为2640±7Ma，白云母和锂云母Rb-Sr等时线年龄分别为2576±17Ma和2583±4Ma。另据Camacho et al.(2012)，钽铁矿U-Pb年龄为2640〜2620Ma，最大值为2641±3Ma。因此，Gilbert et al.(2008)认为Tanco伟晶岩在2.65〜2.55Ga期间侵入到太古宙Bird River花岗-绿岩带中。 Tanco伟晶岩主要沿断层侵位，断层控制了伟晶岩脉的形状与位置。伟晶岩脉产状平缓，多为透镜状，最长达1990m，宽度1060m，厚度100m，从外向内是边缘带、细粒钠长石带、下部中间带、上部中间带、中部中间带、石英带、铯榴石带和锂云母带(图15)。锂辉石是Tanco伟晶岩最主要含锂矿物，其他含锂矿物为透锂长石、锂云母和磷锂铝石等。锂辉石主要产于上部中间带和下部中间带。上部中间带厚达24m，呈透镜状，位于伟晶岩脉中上部，主要由粗粒透锂长石、钾长石(最长达13m)、粗粒板状锂辉石、石英、钠长石组成。图15 加拿大Tanco伟晶岩型锂矿床的矿化分带 位于美国东南部横跨南北卡罗莱纳州边界线的锡-锂辉石带(TSB：Tin-Spodumene Belt)包括了侵入于片岩和角闪岩中的数百条伟晶岩脉(图16)。锡-锂辉石带处于阿巴拉契亚造山带南部，沿Kings Mountain逆冲剪切断裂发育，断裂西侧为Inner Piedmont区，东侧为Kings Mountain区。图16 美国Kings Mountain伟晶岩锂矿地质图 Kings Mountain锂矿床最早于1900年左右开采，1956年开始大规模开发，目前是北美最大、最重要的锂资源产地。矿区北部探明矿石储量约2900万t，平均品位为1.51%Li2Oo矿区南部推测矿石储量达1400万t。Kings Mountain伟晶岩型锂矿床含3类伟晶岩：①含锂辉石伟晶岩，主要矿物为锂辉石(20%)、斜长石(27%)、钾长石(14%)、石英(32%)、白云母(6%)副矿物为绿柱石、氟磷灰石、磷铁锂矿、锡石等；②不含锂辉石伟晶岩，由钾长石、钠长石、石英和绿柱石组成；③条纹长石-奥长石-石英-白云母伟晶岩。矿区主要矿体为产状近乎直立的8条含锂辉石伟晶岩脉，单脉走向长达1000m，宽至90m，深达200m。一些贫矿伟晶岩被挤压变形，甚至被角闪岩围岩包裹，说明该期伟晶岩的形成早于区域构造变形事件。剪切构造运动与含锂辉石伟晶岩脉为同期形成，矿区含矿伟晶岩未显示强变形现象，多显示微弱的剪切变形特征，指示成矿作用可能发生在构造事件晚期。此外，矿区还可见无变形特征的贫矿伟晶岩，其应形成于构造变形之后。含矿伟晶岩全岩Rb-Sr年龄为350〜340Ma，铌钽铁矿U-Pb年龄为347±2Ma两种年龄结果一致，给出了成矿事件的时间及其与区域构造事件的时间关系。Kaustinen伟晶岩位于芬兰西部，产于Pohjanmaa古元古代表壳岩带(图17)。表壳岩主要岩性为云母片岩、云母片麻岩，夹变质火山岩，分为Evijarvi和Ylivieska两部分。Kaustinen伟晶岩脉主要产在Evijarvi及其北延区域。Pohjanmaa表壳岩带西侧为Vaasa花岗杂岩，东侧为CentralFinland花岗杂岩。图17 芬兰Kaustinen伟晶岩脉群地质简图 Kaustinen地区现有10个锂辉石伟晶岩型矿床勘查项目，其中6个已成为重要的LCT伟晶岩锂矿(表1)。Kaustinen伟晶岩属于LCT型的钠长石-锂辉石亚类，伟晶岩脉在1.79Ga区域变质峰期之后侵位于低压低角闪岩相变质岩，其源岩被认为是该区的伟晶状花岗岩。Rapasaari(曾称为Rapasaaret)是Kaustinen地区最重要、最典型的LCT伟晶岩型锂矿。该矿至少包含两个锂辉石伟晶岩脉群，伟晶岩脉走向长达700m，以40°〜50°向西南倾斜，厚度1〜24m不等。围岩为云母片岩、杂砂岩和中性火山岩。云母片岩的原岩为杂砂岩，局部含有十字石透闪石和石榴石。中性火山岩是斜长石斑晶和黑云母组成，局部含有绿色的角闪石。锂辉石伟晶岩同时侵入到云母片岩和中性火山岩中，往往平行于原始层理侵位。锂辉石伟晶岩中主要矿物为锂辉石、钠长石、石英、钾长石和白云母，次要矿物包括磷灰石、铁锂云母、铌钽氧化物、电气石、萤石、石榴子石(钙铝榴石)、红柱石等。锂辉石表现为细长板状形态，浅绿色到浅灰色，0.5〜10cm长，其延伸方向垂直于围岩接触面。在围岩接触带区域，锂辉石通常发生蚀变，形成白云母等。Rapasaari锂矿床由Keliber Oy公司开采，锂矿矿石储量为345.6万t，品位为1.15%Li2O；Rapasaari锂辉石中平均锂含量为7.21%Li2O。西伯利亚克拉通及其南部造山带发育大量LCT型伟晶岩，自东向西主要分布在东贝加尔、东萨彦（Eastern Sayan）、Sangilen高地（Tuva）和阿勒泰4个地区（图18）。其中，东萨彦伟晶岩带是俄罗斯境内最典型、锂矿储量最大的伟晶岩矿田之一。东萨彦伟晶岩带位于西伯利亚克拉通西南缘（图19），长500km，含古元古代Li、Ta、Sn矿床和LCT伟晶岩型稀有金属矿床。东萨彦伟晶岩带分为南部（Urik-Iya地堑）和北部（Elash地堑）两个矿田（图19）。图19 东萨彦LCT伟晶岩型矿床区域地质图 东萨彦南部（Urik-Iya地堑）主要为锂辉石伟晶岩，形成压力多为300〜500MPa，围岩为Urik-Iya古元古代板岩和角闪岩。该区发育大量侵入杂岩，主要岩性有辉长岩、花岗岩、浅色花岗岩和伟晶岩，已有锆石U-Pb和云母Rb-Sr年龄为1858Ma和1817Ma。稀有金属伟晶岩空间上与花岗岩体密切相关，并受区域断裂构造控制。Urik-Iya地堑蕴含Goltsovoye、Urik和Belorechensk等3个重要锂矿田，彼此间距为20〜30km。 Goltsovoye锂矿田长20km，面积约30km2。锂辉石伟晶岩受断层和NW向剪切带控制，倾向SW，倾角35°〜60°oGoltsovoye矿田内发育大断裂，将矿田分为东西两个构造块体，锂辉石伟晶岩脉群沿断层排列，构成狭窄矿带。在西部块体，伟晶岩脉呈单个独立的岩脉，呈透镜状和板状，长达1500m，厚达30m。在东部块体，伟晶岩脉往往成群发育，形状多样，脉体之间相互穿插、连接、分支；整个伟晶岩脉群的累加厚度可以达到100〜140m，长达2〜2.5km。矿区采矿权面积5km2，锂辉石矿物含Li2O为6.5%〜7.7%，Ta和Cs等稀有金属元素可作为伴生矿产利用。Urik锂矿田位于Urik-Iya地堑东南部，靠近MainSayan断层，矿田长2km，宽500m。伟晶岩脉产状陡，倾向SWo锂辉石含Li2O为7.1%〜7.5%。Belorechensk锂矿位于Urik-Iya地堑西南部，包括Belorechensk和Belsk两部分，前者为含锂伟晶岩，后者则是由锂和钽-锡-锂伟晶岩脉组成。伟晶岩脉长达数百米，脉大者可独立构成工业矿体，细小者则构成脉系。伟晶岩脉内部分带明显，厚带可占据脉体体积的75%。脉体主要矿物组合为石英-锂辉石-微斜长石-钠长石，有时可见透锂长石矿化。东萨彦北部(Elash地堑)Vishnyakovskoe锂矿床还是俄罗斯最好的Ta矿，伴生Be、Sn、Rb、Cs。含矿伟晶岩脉长达2km，最厚达12m，缓倾斜，主要含锂矿物是锂辉石、透锂长石和锂云母，形成压力为200〜350MPa。伟晶岩位于Elash-Tenishet花岗岩体的西南侧，侵入古元古代角闪岩。Elash-Tenishet岩体由两期花岗岩构成，早期为黑云母-角闪花岗岩，晚期为二云母花岗岩、浅色花岗岩以及伟晶状、细晶状脉体。花岗岩类显示了后碰撞S型花岗岩地球化学特征，锆石U-Pb年龄为1869±6〜1855士5Ma。巨大的晶体和特征性的结构，使伟晶岩的形成条件和成因模式备受关注，长期存在岩浆结晶分异和热液作用及交代的争论，或者说是费尔斯曼残余岩浆说与兰蒂斯残余岩浆-汽水热液说之间的争论。关于形成伟晶岩的岩浆性质的认识，又存在水过饱和与水不饱和两种对立观点，前者以J-B模型为代表，后者以London模型为代表。London模型的主要依据是其在水不饱和条件下（≤3.5% H2O)实验获得了类似于伟晶岩的矿物组构(如骸晶、文象结构)、矿物分带性和纯石英核。本文不拟陷入这种无休止的争论中，而从更宏观地质的角度讨论伟晶岩矿床的形成条件。如果将太古宙克拉通理解为太古宙会聚造山带的话，那么，几乎所有LCT型伟晶岩都产于造山带腹地，而且常发育在变沉积岩和S型花岗岩出露区。世界大型LCT型伟晶岩多产于太古宙或古元古代造山带，是板块汇聚造山作用，特别是碰撞造山作用的产物。Cerny(1991a)统计指出，大多数LCT型伟晶岩是同构造或后构造阶段就位的，也就是形成于同造山或后造山阶段。意大利西海岸的Elba伟晶岩属于LCT型，含铯沸石、锂辉石和锂电气石。Elba产于Apennine造山带的伸展腹地，造山带形成于渐新世到中新世的弧-陆碰撞。Apennine造山带及其伸展腹地是一个典型的双构造带例子，两个构造带向东迁移，类似于一个构造波，先被挤压缩短，然后减压伸展。Elba伟晶岩的围岩是陆壳和洋壳部分的堆叠体，伟晶岩在时间、空间和成因上与Rb-Sr等时线年龄为69Ma的Monte Capanne花岗侵入体相关。Monte Capanne花岗岩及其派生的伟晶岩被剥蚀了〜4.5km深度，其形成与伸展作用或者俯冲板块拆离作用导致的减压熔融有关。值得说明，所有这些地质作用发生干旱气候条件下，理由是地中海区域广泛分布中新世蒸发岩。阿巴拉契亚-加里东-海西造山带包括20余个LCT型伟晶岩区，其形成于395〜264Ma之间，与Pangea超大陆汇聚碰撞作用同时。在瑞典的古元古代Sveconorwegian碰撞造山带，锂辉石伟晶岩形成在围岩变形和变质作用之后，但在造山带伸展垮塌之前。在西伯利亚，South Sangilen省奥陶纪Tastyg和Sutlug伟晶岩形成于由碰撞-后碰撞向走滑-伸展作用的转变阶段。加利福尼亚州San Diego产宝石的LCT型伟晶岩被认为形成于俯冲带上部的大陆边缘。该地大多数伟晶岩侵入到半岛复式岩基，岩基不同岩相的形成年龄变化于140〜80Ma，而Himalaya伟晶岩Ar-Ar年龄为954士03Ma。目前，关于95Ma左右的构造环境仍未确定，但存在以下可能性：①外缘弧碰撞导致地壳加厚；②西向弧内挤压导致地壳加厚；③半岛Range弧和北美板块碰撞之后的岩石圈拆沉作用。全球LCT型伟晶岩的年龄分布与普通伟晶岩、造山带花岗岩和碎屑锆石年龄分布情况相似，基本上都是碰撞造山作用和超大陆汇聚时间，更说明了LCT型伟晶岩与碰撞造山事件的内在联系。大多数LCT型伟晶岩体显示出受构造控制，特别是深度控制。在地壳浅部，伟晶岩脉常沿断层、裂隙、节理和层理等构造贯入或侵入，随后岩浆进行分离结晶固结成岩。在地壳深部，伟晶岩脉则常常沿着区域性叶理、拉伸线理发育，呈透镜状、椭圆状或者萝卜状。伟晶岩脉常在深大断裂处聚集，俄罗斯西北部Tschupa-Loukhi伟晶岩产于多个褶皱交汇的背斜部位。在Pilbara克拉通，变沉积岩区的伟晶岩以席状岩墙或网脉产出，基性和超基性岩中的伟晶岩则为不连续的脉体。Sweetapple(2000)、Sweetapple et al(2002)注意到，一些伟晶岩脉常穿切或连接不同的构造体系。以上规律，为伟晶岩脉群的勘查找矿，或者寻找新矿集区，都提供了重要参考。LCT型伟晶岩主要形成于后碰撞伸展背景下，不具有构造变形变质特征。然而，LCT型伟晶岩体分异程度受到一定程度的构造控制。Cerny(1991a)注意到，倾角较缓的伟晶岩比倾角陡的伟晶岩更容易富集Li、Cs、Ta。当然有例外，Greenbushes伟晶岩脉的产状非常陡。在垂向上，陡立伟晶岩脉的膨大部位常有最多的内部结构带，显示分异程度较高。伟晶岩与花岗质岩浆之间的成因联系已被研究证实。在加拿大阿尔伯塔的Ghost湖区，伟晶岩呈环形围绕花岗岩母岩体分布，距花岗岩体越远越富集不相容元素；在加拿大Greer湖区可以直接观察到伟晶岩与花岗岩之间的母子关系。很多情况下，伟晶岩与花岗岩之间的成因联系需要矿物学、地球化学、同位素和年代学证据支持，以确定它们在时空、物源及岩浆演化上具有相关性。一般认为LCT型伟晶岩是钙碱性花岗岩浆高分异的产物，花岗质母岩浆常常为过铝质S型花岗岩，特别是年轻的LCT型伟晶岩，主要源于过铝质花岗质熔体。然而，太古宙伟晶岩的母岩浆常为准铝质I型花岗岩，如西澳Greenbushes、津巴布韦Bikita、加拿大Tanco伟晶岩矿床。Martin et al.(2005)认为，太古宙与年轻伟晶岩母岩浆的差异可能与沉积物随时间演化相关。加拿大Greer湖区的LCT型伟晶岩是岩浆分异模型的最好实例。在亚利桑那White Picacho地区，LCT型伟晶岩清楚地贯入到变质岩围岩中，但围岩变质程度最高为十字石相，没有达到变质熔融的条件，说明形成伟晶岩的熔体不可能来自围岩的变质熔融，而是来自深部熔体的上侵、分异。实验显示，含绿柱石或者铯沸石的伟晶岩无法通过陆壳重熔作用直接形成，岩浆分异作用是必不可少的形成方式或环节。锂作为最轻的不相容元素，倾向于富集在岩浆演化的熔浆中，因此常见于岩浆演化的末端产物花岗岩或伟晶岩，甚至岩浆期后热液中。但是，London(2018)主张LCT型伟晶岩形成于岩浆作用阶段，而不是岩浆热液作用阶段，也就是说，是岩浆矿床，而非岩浆热液矿床。一个令人困惑但十分重要事实是，迄今未见侵入于未变质沉积岩中的伟晶岩。该现象是单凭岩浆成因模型所无法完全解释的，反映了变质作用与伟晶岩之间的内在联系，甚至是变质熔融观点的有力依据。一般认为LCT型伟晶岩是花岗岩浆高分异的产物，也有学者认为存在独立的伟晶岩岩浆，后者为变沉积岩或变花岗岩部分熔融的直接产物。事实上，很多中高变质地体中的伟晶岩脉是变质过程中易熔组分原地-准原地部分熔融的产物，其有可能富集不相容元素Li、Cs、Ti等，值得重视研究。Zagorsky(2009)注意到伟晶岩与共生花岗岩的年龄差距可达nx10Ma。也就是说，伟晶岩是在花岗岩形成nx10Ma以后才结晶的。Zagorsky(2009)据此认为，一些伟晶岩与花岗岩之间只是空间共存，不是母子关系，而可能是兄弟关系。多数伟晶岩脉贯入到变质围岩中，一方面指示伟晶岩形成于造山晚期或峰期变质作用之后，另一方面说明变质作用对伟晶岩脉形成的贡献。LCT型伟晶岩形成温度主要为350〜550°C或425〜700°C，常产于高绿片岩相-角闪岩相(500〜650°C，200〜400MPa)的变质岩中，与混合片麻岩、混合岩、过铝质花岗岩共生，呈现“变质-变形-岩浆-成矿”四位一体现象，说明伟晶岩型锂矿成矿物理化学条件独特。伟晶岩结晶温度与围岩变质温度相似，指示伟晶岩结晶的物理化学条件稳定，有利于晶体长大；围岩变质温度甚至高于伟晶岩结晶温度，指示伟晶岩形成于同造山至后造山时期。XuZhiqin et al.(2019)讨论了变形变质作用与花岗质岩浆或伟晶岩岩浆形成的内在联系。同造山变形变质作用导致造山带地壳升温，增温引起造山带变质沉积物部分熔融而形成过铝质S型花岗岩浆或长英质熔体。根据结晶温度估算，含锂辉石-透锂长石的伟晶岩熔体可由泥质岩在较低温低压条件形成，熔体的出现改变了地壳流变学性质，促使熔体优先沿着高应变区从源区移出，形成长英质脉体或伟晶岩脉。在此过程中，锂作为最轻的不相容元素，倾向于富集在变质脱水或脱水熔融形成的流体或长英质熔体中，可以形成造山型富锂伟晶岩。事实上，具有类似地质和成因特征的造山型金矿床、钼矿床已有详细论述。喷出岩与侵入岩之间冷凝速率和结晶粒度差异较大，岩浆冷凝速率被视为控制岩石结构的主导因素，冷凝速率越慢，晶体粒度越大。据此，晶体粗大的伟晶岩被认为是物理化学条件相对稳定状态下的缓慢冷凝产物，形成伟晶结构所需要的时间长达nx10〜nx100Ma。实验表明，矿物结晶并非开始于平衡状态。只有当熔体冷却到一定程度，岩浆才开始成核和结晶，最终形成伟晶岩。也就是说，伟晶岩的结晶温度远低于液相线温度。Webber et al.(1999)和London(2008)的热模拟实验发现，稀有金属伟晶岩岩浆从侵位到结晶的整个成矿过程只需要数天到数年的时间，比传统观点要迅速很多。LCT型伟晶岩成因机制一直存在争论，争论的成因模型可总结为三种：花岗岩结晶分异模型、地壳部分熔融模型和岩浆不混溶模型。Cerny et al.(2005b)认为，结晶分异作用是LCT型伟晶岩的主要形成机制，但与地壳部分熔融、岩浆不混溶作用等并不矛盾，可能其协同作用更有利于LCT型伟晶岩形成。花岗岩结晶分异模型认为，伟晶岩代表了花岗岩岩浆分离结晶最晚期的产物，分离结晶作用导致残余熔体中Li、s、Ta等不相容元素不断富集，同时F、B、P以及H2O等挥发分也增加。挥发分能够降低花岗岩熔体固相线温度，延长结晶作用持续时间；也能够降低熔体黏度，提高熔体及其化学元素的扩散速率；不混溶的H2O能够抑制熔体中晶核形成，降低成核密度，最终形成伟晶岩的粗大晶体。Martins et al.(2012)发现部分LCT型伟晶岩分带现象不明显，Simmons et al.(1995)注意到一些伟晶岩稀土元素配分模式不同于花岗岩母岩。因此，Simmons et al.(1995)提出了地壳部分熔融模型，认为伟晶岩熔体并非花岗质岩浆结晶分异的产物，而是直接来自变质沉积岩的部分熔融，花岗岩可作为热源。花岗质岩浆在一定物理化学条件下分离为富挥发分熔体和贫挥发分熔体，富挥发分熔体富集Na，Li和碱土金属元素，相对亏损K和HREE元素。这种不混溶或熔离作用可以解释伟晶岩中的长石分带现象，F等挥发分使Na，Li等元素的运移距离更长、结晶温度更低，以及钠长石与钾长石的分带现象。岩浆或熔体中的挥发分主要是B、P、F、C1和H2O、CO2等，它们是岩浆形成过程中的助熔剂，是岩浆结晶分异和伟晶岩形成过程中的物质“传输带”或“搬运夫”对伟晶岩形成至关重要。Bradley et al.(2017)认为，伟晶岩挥发分主要来自源区部分熔融，并在熔体/岩浆结晶分异演化过程富集在残余熔体中。B主要来自电气石、云母或黏土类矿物的熔融，电气石常见于海底热液系统，可见于多种环境的黏土或者云母类矿物表面可以吸附大量的B。P主要来自磷灰石等磷酸盐类矿物的部分熔融，沉积岩的磷酸盐矿物和磷含量往往高于火成岩。一般认为F主要来自于云母类矿物分解，尤其是黑云母，其F/OH比值随着温度和Mg含量升高而升高。挥发分在重熔过程中倾向于进入熔体，因此，沉积岩低程度部分熔融可产生富含挥发分和稀有金属元素的花岗质熔体。但是，对于这种低程度部分熔融与混合岩化产生的淡色体之间的成分差别，以及这种熔体如何抽提并汇聚起来，尚无详细研究。不难理解，部分熔融程度越低，熔体抽提汇聚难度越大。Shearer et al.(1992)研究表明，相同条件下，部分熔融程度为30％的熔体抽提率是部分熔融程度为2%的熔体抽提率的6500倍；但H2O含量增加会造成熔体粘度变低，这种抽提率的差距就会变小。造成熔体H2O等挥发分含量增加的因素是，部分熔融程度较低，固相线区域自由水析出，长石等无水矿物结晶迫使挥发分集中于残余熔体，挥发分出溶促进硅质熔体中的H2O不混溶。此外，与其他类型岩浆相比，伟晶岩熔体在结晶过程中保持H2O等挥发分的能力较强，挥发分的“搬运夫”功能有利于形成粗大晶体，并使伟晶岩具有成分上的分带性。S型花岗岩与LCT型伟晶岩关系密切。原岩泥质岩在沉积时就吸附富集了Li、Rb、Cs、Be等元素；在变质过程中形成富含云母类矿物的片岩或片麻岩，而云母类又是Li、Rb、Cs、Be等元素的主要载体矿物。当片岩或片麻岩发生部分熔融时，云母类矿物分解，其易熔组分倾向于进入长英质熔体或花岗质岩浆，使熔体富集Li、Rb、Cs、Ta等元素。I型花岗岩常与俯冲作用相关，主要源自俯冲洋壳变质脱水熔融或富集地幔楔部分熔融，其稀有金属含量明显低于S型花岗岩几个数量级，需要经历极高程度的分异演化才能形成少量富集稀有金属的花岗岩。LCT型伟晶岩中的稀有金属和熔体主要来自于被改造的地壳岩石。Manitoba的古元古代Wekusko湖伟晶岩脉群和太古宙Cat湖-Winnipeg河伟晶岩群是理解稀有金属富集原因和过程的很好实例。Wekusko湖区地壳为直接来自亏损地幔的新生火山-沉积序列，而Cat湖-Winnipeg河区则是经历了多期次造山作用的较为成熟的地壳，因此Wekusko湖伟晶岩群的Li、Rb、Cs、Be、P、F、Sn、Nb和Ta含量低于Cat湖-Winnipeg河伟晶岩群。无论熔体源区如何，高程度结晶分异是形成LCT型伟晶岩及稀有金属矿物的有利因素。同时，LCT型伟晶岩具有相似的含锂矿物形成顺序(图20)，也有力地证明了结晶分异是造成稀有金属富集的重要机制。London(2005)以亚碱性黑曜岩元素含量作为参考标准进行计算，结果表明，要使花岗岩中的微量元素达到饱和，Be需要富集23倍，Li需要富集163倍，Cs则需要富集7833倍。Tanco铯沸石伟晶岩Cs平均丰度为2800X10-6，而初始黑曜岩Cs含量仅为6X10-6，岩浆需要分异结晶99.9%之后，残余熔体方可达到如此高的Cs含量。显然，充分的结晶分异是必要的，甚至尚需压滤和快速扩散作用、流体作用。此外，岩浆液态分离或者熔体-流体的分离也是稀有金属富集成矿的重要机制，西昆仑白龙山贫锂和富锂伟晶岩可能分别由贫H2O富硅酸盐熔体和富H2O贫硅酸盐熔体(超临界流体)所形成。已知LCT型伟晶岩距离母岩浆最远可达10km，这使人怀疑伟晶岩由岩浆结晶分异形成的可能性。热模拟显示(设地温梯度〜20℃)，大概需要10000a，围岩才能变热变软，使伟晶岩迁移如此远的距离。其实，大多数伟晶岩脉沿断裂构造侵位。例如，西澳Greenbushes和相关伟晶岩脉沿Donnybrook-Bridgetown剪切带就位，该剪切带规模可与San Andreas断层系统相比。图20 稀有金属伟晶岩的矿物晶出顺序 （1）LCT伟晶岩型锂矿床主要产于克拉通和造山带，空间上呈现局部集中分布的特点。如果将克拉通视为早前寒武纪造山带，那么，所有伟晶岩型锂矿床产于造山带中。（2）LCT伟晶岩型锂矿床的同位素年龄从太古宙变化到新生代，时间跨度大，但呈现出显著的阶段性爆发特征。LCT伟晶岩爆发性成矿事件往往发生在会聚造山作用晚期，特别是后碰撞伸展环境，总体与超大陆聚合事件相伴。（3）LCT伟晶岩型锂矿床成因存在争论，主流观点认为花岗质岩浆高度结晶分异作用可导致LCT伟晶岩形成，少数学者认为地壳岩石部分熔融可直接形成伟晶岩岩浆。伟晶岩多产于片岩-片麻岩等变质岩区，与混合片麻岩、混合岩、过铝质花岗岩共生，呈现“变质-变形-岩浆-成矿”四位一体现象。（4）LCT伟晶岩岩浆或熔体富含挥发分B、P、F、Cl和H2O、CO2等，其是岩浆形成过程中的助熔剂，是岩浆结晶分异和伟晶岩形成过程中的物质“传输带”或“搬运夫”。伟晶岩挥发分主要来自源区部分熔融，在熔体/岩浆结晶分异演化过程富集在残余熔体中，并使稀有金属富集在残余熔体中。致谢：本文是国家自然科学基金项目(编号41630313，U1803242，U1906207，42173068)的一部分。笔者得到许志琴院士的热情鼓励和指导，中国科学院地学部“锂金属战略调研组”专家们和“真锂在手”朋友们提供了重要信息和资料，写作过程得到张辉、吴昌志、赖勇教授的帮助，两名审稿人提出了宝贵的修改意见，特此致谢！引用本文：陈衍景，薛莅治，王孝磊，赵中宝，韩金生，周可法. 2021. 世界伟晶岩型锂矿床地质研究进展.地质学报，95(10)：2971〜2995，doi：10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2021282.
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