Petrogenesis of pegmatite and supernormal enrichment mechanism of lithium in Heyuan lithium deposit, southern Jiangxi Province: Constraints from zircon and apatite U-Pb dating and whole-rock geochemistry

锂在国民经济建设和国防科技领域具有重要地位, 被誉为"推动世界前进的金属"。华南是我国花岗岩型铌、钽、锂等稀有稀土金属矿产重要产地, 其中江西省伟晶岩型锂矿床主要集中分布在赣南地区, 被认为与会同岩体密切相关。然而, 伟晶岩岩石成因及其锂超常富集机制尚未得到很好理解和揭示。本文以江西省伟晶岩型锂矿床的典型代表——河源锂矿床为研究对象, 系统开展了成岩成矿年代学、地球化学及Hf-Nd同位素研究, 查明伟晶岩岩石成因, 揭示锂超常富集机制, 建立伟晶岩型锂矿床成矿模型, 解开江西省伟晶岩型锂矿床成因难题。研究获得会同复式岩体细粒碱长花岗岩和粗粒黑云母花岗岩锆石U-Pb年龄分别为408.7±2.8Ma和401.2±2.7Ma, 获得含锂辉石伟晶岩中磷灰石U-Pb年龄387±10Ma, 在误差范围内与会同复式岩体锆石U-Pb年龄基本一致, 表明锂辉石成矿作用与会同岩体具有成因联系。粗粒黑云母花岗岩表现出A型花岗岩特征: 稀土元素含量高(∑REE平均值为276.57×10^-6), 高硅(69.81%~75.31%), 适度富碱(K₂O: 3.96%~6.16%, Na₂O: 2.22%~3.25%), 具有较为明显的Eu负异常(<i>δ</i>Eu平均值0.34), 10000Ga/Al比值范围为2.98~3.76(&gt;2.6), 高场强元素Zr+Nb+Ce+Y含量范围为408.3×10^-6~544.1×10^-6(&gt;350×10^-6)。细粒碱长花岗岩则表现出过铝质高分异S型花岗岩特征: 低的TiO₂、Fe₂O₃、CaO、MgO、∑REE、Nb/Ta、Zr/Hf比值, 更高的Li、Rb、Cs和分馏效应(La/Yb)_N; 白云母矿物的存在; 且其所有样品均出现标准刚玉分子, 质量分数范围为2.87%~3.56%, 均大于1%;铝饱和指数(A/CNK)均大于1.1;Th和Y含量低, 且Th、Y与Rb呈现负相关关系。前后两者<i>ε</i>_Nd(<i>t</i>)同位素比值分别为-9.43~-9.10、-13.49~-13.35, Nd同位素组成非常均一, 能较好地反映源区的特征, 粗粒黑云母花岗岩(A型)应源自下地壳部分熔融, 细粒碱长花岗岩(S型)可能为中下地壳部分熔融的产物。会同岩体粗粒黑云母花岗岩和细粒碱长花岗岩Li含量为35.5×10^-6~103×10^-6, 变质沉积岩Li含量高达71.4×10^-6~1390×10^-6(平均值为662.36×10^-6); 伟晶岩型锂等稀有金属物质来自富锂变质沉积岩的重熔, 大规模的复式会同花岗岩体提供持久充足的热源, 以(热隆)形态上侵形成以花岗岩基为中心, 边缘为围岩(变质沉积岩)遭受高温熔融, 从而使富Li的变质沉积岩部分熔融, 形成富Li的伟晶质岩浆。从研究中获得找矿启示: 地层上变质沉积岩锂含量超常展布区为首要勘查目标, 伟晶岩型锂矿床的形成是构造、岩浆与含矿热液Li异常分布相互耦合的结果。