来自中国宜春的富含锂、钽的黄玉-锂云母花岗岩具有地球上岩石中最高的87Sr/86Sr比值：其形成年代与岩浆作用机制

本文通过Rb-Sr同位素年龄测定和Hf同位素分析，揭示江西宜春Ta-Nb-Li伟晶岩体形成于139±3 Ma的封闭系统岩浆-热液转变阶段，其高87Sr/86Sr比值及极端元素分异特征表明源自地壳熔融，为研究高分异花岗岩成矿提供新证据。

邹海波

美国阿拉巴马州奥本大学地球科学系，奥本，邮编36849

摘要

含黄玉的花岗岩是高度演化硅质岩浆的典型产物，因此常与钽（Ta）、铌（Nb）、锂（Li）、铍（Be）和锡（Sn）的矿化作用相关联。位于中国南部江西省宜春市附近的含黄玉和云母片岩花岗岩是中国最重要的钽锂矿床之一。本文报道了该花岗岩的全岩铷-锶（Rb-Sr）等时线年龄、主要氧化物成分、微量元素、铪（Hf）-锂（Li）同位素组成以及锆石的铪同位素组成，以进一步确定其年龄和岩浆成因。全岩样品的铷-锶等时线年龄为1.39±0.03亿年。最引人注目的是，这些花岗岩具有极高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（高达32.9），这可能是地球岩石中最高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值。它们富含铯（Cs）、铷（Rb）和锂（Li）以及钽（Ta）和氟（F），而钡（Ba）、锶（Sr）、欧镥（Eu）和稀土元素则明显贫乏。其特征是铌（Nb）与钽（Ta）的比值极低（0.44–0.74），锆（Zr）与铪（Hf）的比值（5.1–6.8）以及钾（K）与铷（Rb）的比值（5.7–7.6）也较低。稀土元素表现出明显的镧系元素四重效应（TE_1-3 = 1.51至1.86）。全岩铪同位素组成（ε_Hf(t) = -8.8至-7.8）和锆石铪同位素组成（ε_Hf(t) = -9.6至-8.0）表明地壳熔融过程起了主导作用。1.39亿年的铷-锶年龄代表了封闭系统岩浆-热液转变晚期的结束时间。含云母片岩花岗岩与铷-锶年龄之间的11±3百万年差异揭示了该岩体的岩浆-热液作用持续时间。宜春含黄玉和云母片岩花岗岩是分化程度最高的岩石，形成过程包括极端的岩浆分异作用和漫长的岩浆-热液转变过程。

引言

与其他类地行星相比，地球是一个分化程度更高的行星，这从地球上存在花岗岩这一事实可以得到证实。在地球上的花岗岩中，含黄玉和云母片岩花岗岩的分化程度尤为显著。这类花岗岩富含氟（F，含量可达4 wt%）和碱金属（Li、Rb、Cs）。岩浆中高含量的氟、锂、磷和硼等成分降低了液相线和固相线的温度，使石英的共晶组成向斜长石（albite）方向偏移，扩大了石英的稳定范围，并提高了高场强元素的溶解度（Keppler, 1993; London et al., 1993; Manning, 1981; Pichavant, 1987）。氟可以降低岩浆粘度并增加硅酸盐熔体中的离子扩散性（Dingwell et al., 1985; Giordano et al., 2004）。含黄玉和云母片岩花岗岩常表现出异常的地球化学分异现象（如铌（Nb）与钽（Ta）、锆（Zr）与铪（Hf）、钾（K）与铷（Rb）的分异）。这类花岗岩不仅因其独特的岩石学和地球化学特征而重要，还因为它们常常与钽（Ta）、铌（Nb）、锂（Li）、钨（W）、锡（Sn）和铍（Be）等稀有金属的矿化作用相关联（Cerny et al., 2005; Dostal and Chatterjee, 1995; Pollard, 2021; Taylor, 1992; Yu et al., 2007）。钽锂矿化或钨锡矿化的具体类型取决于分异结晶的程度、流体/熔体分配过程以及岩浆源的成分。富含钽和锂的含黄玉和云母片岩花岗岩比富含钨的花岗岩具有更高的分异程度（Chen et al., 2008; Li et al., 2015; Selway et al., 2005; Zaraisky et al., 2009）。流体/熔体分配实验表明，钽（Ta）和铌（Nb）倾向于分配到熔体相中，而钨（W）则倾向于分配到流体相中（Zhang et al., 2023; Zhu et al., 2001）。

中国南部以稀有金属（如钨（W）、锡（Sn）、铌（Nb）、钽（Ta）的矿化作用而闻名（He et al., 2010; Sun and Yu, 1990; Xie et al., 2019; Yu et al., 2007; Zhao et al., 2017; Zhu et al., 2001）。中国南部的大多数稀有金属花岗岩都以钨矿化为主。江西省宜春市的含黄玉和云母片岩花岗岩则具有独特的钽铌矿化特征，是一种罕见的富钽锂含黄玉和云母片岩花岗岩。关于宜春含黄玉和云母片岩花岗岩的地球化学和岩石学研究已有大量文献记载（Belkasmi et al., 2000; Huang et al., 2002; Pollard, 2021; Schwartz, 1992; Wu et al., 2018; Yin et al., 1995）。然而，该花岗岩的年龄和起源仍不确定。已有研究报道的年龄范围从1.61亿年到1.30亿年不等（Che et al., 2015; Shu et al., 2021）。对于宜春含黄玉和云母片岩花岗岩的起源，有不同的观点，包括火成演化或结晶后变质演化（Hu et al., 1984; Pollard, 2021; Schwartz, 1992; Sun and Yu, 1990; Yin et al., 1995; Zhang et al., 2025; Zhu et al., 2002b; Zou et al., 1992）。由于含黄玉和云母片岩花岗岩与锂云母花岗岩之间的边界不明确，目前尚不清楚锂云母花岗岩是侵入到含黄玉和云母片岩花岗岩中形成的，还是逐渐向上演化形成的（Pollard, 2021; Yin et al., 1995）。

在本研究中，采用铷-锶全岩等时线方法对宜春含黄玉和云母片岩花岗岩进行了年龄测定。铯同位素分析结果显示其⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值可能是地球岩石中最高的。此外，本研究的全岩和锆石铪同位素数据以及地球化学信息为了解宜春富钽含黄玉和云母片岩花岗岩的起源提供了更多线索。

材料与方法

宜春富钽含黄玉和云母片岩花岗岩（也称为414矿床）位于中国南部江西省宜春市附近。该地区属于华南加里东纪后期抬升形成的卡西亚地块（图1a）。宜春岩体附近出露的基底岩石主要是下元古代（14亿至10亿年前）的班西群（Banxi Group）、辛尼安纪（7.5亿至5.5亿年前）和寒武纪（5.7亿至5亿年前）的深海碎屑沉积物，这些沉积岩已发生变质作用形成变质砂岩

全岩铷-锶等时线年龄

由于锆石颗粒的变质作用，无法对宜春含黄玉和云母片岩花岗岩中的高铀锆石进行测年（Yang et al., 2014）。因此，本研究采用了全岩铷-锶等时线方法进行年龄测定。宜春含黄玉和云母片岩花岗岩的铷/锶比值极高且变化较大。铷-锶同位素数据见表1。ID-TIMS测得的锶浓度也列于表1中。宜春含黄玉和云母片岩花岗岩的一个显著特征是极高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值，范围为4.1至32.9

宜春富锂含黄玉和云母片岩花岗岩的年龄及锂矿化年龄

宜春地区高度分异的花岗岩中的锆石含有高铀含量，铀氧化物（UO₂）含量可达9.94 wt%（Huang et al., 2002）。由于高铀锆石的自辐照损伤，无法通过锆石的铀-铅（U-Pb）测年方法确定其年龄。高铀含量的变质锆石常常会丢失放射性铅，并可能受到常见铅元素的混入（Geisler et al., 2002; Ivanova et al., 2021; Xu et al., 2012; Yang et al., 2014）。

结论

• 宜春含黄玉和云母片岩花岗岩具有极高的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值（4.1至32.9），是地球上分化程度最高的花岗岩。
• 宜春含黄玉和云母片岩花岗岩的全岩铷-锶等时线年龄为1.39±0.03亿年，这一年龄对应于封闭系统岩浆-热液转变的晚期以及最终的锂矿化阶段。
• 宜春含黄玉和云母片岩花岗岩中高铀锆石的铪同位素组成与全岩铪同位素组成一致

未引用的参考文献

Li et al., 2018; Li et al., 2018; Zhu et al., 2002; Zhu et al., 2002.

CRediT作者贡献声明

邹海波：负责撰写、审稿与编辑、初稿撰写、资源获取、数据分析以及概念框架的构建。

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

感谢徐希生提供样品，感谢方叶申、尹琳和罗伯特·博德纳在研究初期提供的指导与讨论，感谢梁莉和邓彦莉进行的全岩铪同位素分析，感谢贾斯汀·西蒙捐赠设备，以及王玉红的支持。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号42230302）和奥本大学的支持。两位匿名审稿人及主编高建峰提供了极具建设性的评审意见，极大地促进了研究的完善。