JES | 叶翔鹰等:Li同位素分析方法的进展,及其在高分异花岗岩矿床的应用

学术   2025-01-10 00:00   湖北  

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来源:地球科学学刊




近年来,随着新能源及半导体制造业的发展,稀有金属成为国家战略性基础资源。其中,Li不仅是电池的重要原材料,其同位素体系也是重要的地球化学示踪工具。Li有两种同位素:δ7Liδ6Li,同时是最轻的碱金属,且相对质量差可达17%,因此在自然界有着显著的同位素质量分馏。本文收集了全球花岗伟晶岩Li同位素数据,对近年Li同位素分析方法的发展,和Li同位素在稀有金属花岗伟晶岩矿床的应用进行了详细的综述,以期吸引更多学者开展相关领域的工作。
路易斯安那州立大学Chan教授等人在上世纪80年代的开创性工作以来(Chan and Edmond, 1988),Li同位素分析分析技术已经有了突破性发展。近年来,以热电离质谱法(TIMS, 多接收等离子体质谱仪(MC-ICP-MS)为代表的全岩Li同位素分析手段已经相对成熟,可以实现各类自然样品最高约0.1‰的分析精度。以(fs)-LA-MC-ICP-MS和二次离子探针(SIMS)为代表的原位Li同位素分析手段已经有了长足的进步,但仍被显著的基体效应所困扰。利用合适的标准参考材料进行基体匹配是解决基体效应最有效的手段,目前在石英,锆石和电气石等矿物的参考材料开发已经取得了不错的进展。
高分异花岗岩或稀有金属伟晶岩的成因是一个传统的地球科学难题。随着全球稀有金属需求的增加,以及岩浆房晶粥模型的引入,这一传统的科学问题有了新的活力(Troch et al.,2022)。由于高温条件下,Li同位素极易发生扩散分馏,所以能否有效示踪高温过程还存在一些争议。但值得注意的是,Li同位素对流体极其敏感,能够有效地识别水-岩作用,岩浆出溶作用和岩浆挥发分运移等岩浆演化过程(Ye et al.,2023)。这些岩浆过程都与高分异花岗岩的成因和成矿息息相关。因此,Li同位素能有效反演岩浆作用和热液过程中LiNaTa等稀有金属的富集过程。
未来,由于前处理过程简单且消耗样品量少等优点,SIMS原位无损Li同位素分析手段在矿床成因,岩浆演化,板块俯冲乃至行星科学等领域都有着广阔的应用前景。利用Li同位素对稀有金属矿床的认识不仅有利于全球Li资源的开发,对气候变化和新能源转型也有积极的推动作用。

1. 已发表论文中花岗岩和伟晶岩的锂同位素组成变化趋势.

参考文献:

Chan, L.-H.,Edmond, J.M., 1988. Variation of lithium isotope composition in the marine environment: A preliminary report. Geochimica et Cosmochimica Acta, 52(6): 1711-1717.

Troch, J., Huber, C., Bachmann, O., 2022. The physical and chemical evolution of magmatic fluids in near-solidus silicic magma reservoirs: Implications for the formation of pegmatites. American Mineralogist, 107(2): 190-205.

Ye, X.-Y., Li, B., Chen, X.-D., Lei, J., Lu, A.-H., Zhao, L., Li, X., Xiao, Y., Tan, D., 2023. Lithium isotopic systematics and numerical simulation for highly-fractionated granite-pegmatite system: Implications for the pegmatite-type rare-metal mineralization.Ore Geology Reviews, 163: 105722.

以上成果发表在:Ye Xiangying, Li Bin, Tan Dongbo, Liu Kecheng, Zhu Zhiyong, Siddique Hafiz Muhammad, Xiao Yilin, 2024. Lithium Isotope Analytical Methods and Implications for Rare-Metal Mineralization in Granite-Pegmatite Systems: An Overview. Journal of Earth Science, 35(6): 1878–1894. https://doi.org/10.1007/s12583-023-1972-1


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