锂被誉为“白色石油”，是助力能源转型的重要“低碳能源金属矿产”之一，其形成与利用受到了国内外的广泛关注。锂辉石伟晶岩是锂的最主要资源类型之一。相比于平均大陆上地壳中的锂含量（~25 ppm），锂辉石的结晶需要其富集300倍以上。岩浆中的锂是如何达到如此高程度的富集，是众多学者对锂成矿研究的核心问题之一。
目前，对于锂辉石伟晶岩的成因，有三种主要观点，分别是变质沉积岩低程度部分熔融、花岗质岩浆的高程度结晶分异和多阶段部分熔融过程等。这些模型普遍注重于岩石的化学演化过程，但是对于锂成矿的地壳物理条件，却普遍缺少限定。根据观察事实来看，目前开采利用的锂辉石伟晶岩主要形成于太古代时期，而太古代时期地壳的成熟度相对较低，S型花岗岩相对较少，这表明变质沉积岩源区与锂成矿不是简单的正相关关系。另一方面，锂辉石伟晶岩普遍侵入于中级变质岩中，未发生变质作用的岩石通常不是锂辉石伟晶岩的围岩，而太古代时期的典型特征是具有较高的地温梯度。这些事实表明，地壳温度/地温梯度可能是影响岩浆中锂富集成矿的一个关键因素。
针对上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室胡方泱特聘副研究员和吴福元院士与亚利桑那大学Mihai N. Ducea教授、德克萨斯大学James B. Chapman副教授、成都理工大学杨雷副教授、河海大学陈国辉副研究员以及中国地质科学院矿产资源研究所郭春丽研究员等合作，对我国松潘-甘孜带内的可尔因-太阳河岩体开展了系统的岩石学和地球化学研究，并统计分析了全球主要锂成矿伟晶岩与高温变质作用的时空分布特征，探讨了花岗质岩石的锂富集过程及其与地温梯度之间的成因联系。可尔因-太阳河岩体位于松潘-甘孜带的东部（图1）。其中，可尔因岩体的周围分布有多个锂辉石伟晶岩矿床/点，包括著名的李家沟锂矿和加达锂矿等，预估锂资源量达到300万吨以上。同期的太阳河岩体紧邻可尔因岩体，但是具有与可尔因岩体显著不同的成分特征。如此时空紧密联系却成分显著差异的两个岩体为探讨锂成矿相关岩浆的早期演化及地壳物理状态提供了良好的研究对象。
图1 青藏高原（图a）与可尔因-太阳河岩体（图b）地质简图
研究表明，可尔因岩体主要以似斑状黑云母花岗岩（210-208 Ma）和中细粒二云母花岗岩（203-201 Ma）为主，两种岩性呈过渡接触关系。太阳河岩体主要为闪长岩（212-211 Ma）和花岗闪长岩（210 Ma），二者呈侵入接触关系。研究发现，可尔因似斑状花岗岩为早期堆晶相，而二云母花岗岩代表了残余熔体相（图2）。二云母花岗岩中的锆石表现出Li含量与18O值具有正相关关系（图2e），表明岩浆中的Li富集与岩浆演化过程中沉积物的加入密切相关，结合捕获锆石的年龄特征和地球化学模拟分析，研究认为围岩混染是该地区花岗质岩浆中Li富集的一个重要过程。
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图2 全岩和锆石元素和同位素特征. （a）全岩SiO2 vs. 全岩FeOT/FeOT+MgO;（b）全岩Sr vs. 全岩Ba/Sr;（c）全岩Li vs. 全岩Ta;（d）全岩K/Rb vs. 全岩Li;（e）锆石18O vs. 锆石Li;（f）锆石Zr/Hf vs. 锆石Li/全岩Li
另一方面，二云母花岗岩中的锆石Li含量可以与全岩Li含量相当（图2f），明显不符合Li在锆石中的分配系数。这反映出在岩浆演化过程中存在早期富Li的熔体，而目前所观察到的二云母花岗岩则代表了富Li熔体抽提之后的残余组分。前人工作表明该地区锂辉石伟晶岩的形成时代大多早于210 Ma，与太阳河岩体及可尔因似斑状花岗岩的结晶时代相似，明显早于可尔因二云母花岗岩的结晶年龄（图3），这间接表明可尔因二云母花岗岩可能代表了晚期的残余熔体，而富Li熔体则在早期从岩浆房中抽提出来，并演化形成锂辉石伟晶岩。综合花岗岩岩浆及伟晶岩岩浆的温压演化历史，指示富Li熔体的抽提可能发生于5-6 kbar的深度，较最终岩体侵位深度（3-4 kbar）更深（图3）。因此，可尔因二云母花岗岩的成分不能代表伟晶岩的母岩浆成分，利用该二云母花岗岩的全岩成分开展岩浆成分演化的模拟分析，可能存在问题。
图3 可尔因-太阳河岩体与锂辉石伟晶岩的年龄概率密度图、温压条件和地壳剖面示意图
对于太阳河岩体，其中闪长岩来自于岩石圈地幔部分熔融的产物。需要指出的是，部分闪长岩具有较高的Li含量（>300 ppm）（图2c），甚至高于可尔因二云母花岗岩。通过综合分析，认为闪长岩中的Li富集可能与同期伟晶岩熔体的加入有关（图2d）。与闪长岩不同，太阳河花岗闪长岩则表现出铁质花岗岩与高Ba含量的特征（图2），这与拉斑玄武质岩石高温部分熔融的产物相似。结合峨眉山大火成岩省的岩浆特征和影响范围，这些拉斑玄武质岩石可能与峨眉山大火成岩省有关。因此，太阳河岩体本身与可尔因岩体没有直接的成因联系，但是其时空分布表明该地区锂成矿伟晶岩的形成处于高地温梯度的背景。
较高的地温梯度对于花岗质岩浆中的Li富集有怎样的影响呢？一般来说，高硅花岗质岩浆具有较低的温度，若其侵入于较低温度的围岩时，其发生围岩混染的效率较低，且岩浆可能会较快的冷却到固相线温度，从而难以发生进一步分异演化。若地壳的地温梯度较高，这意味着岩浆侵入的围岩具有较高的温度，可以提高围岩混染的速率，促进岩浆中的锂富集（图4a）。另一方面，较高的地温梯度还可以延长岩浆的冷却结晶过程，使得岩浆更有可能发生高程度的结晶分异作用。热模拟结果显示，当地温梯度从正常的15°C/km升高至25°C/km时，岩浆房从750°C冷却到650°C的时间从0.5 Myr显著延长至3.5 Myr（图4b），而这一温度区间是形成伟晶岩岩浆的关键。如前所述，太古代时期是锂辉石伟晶岩形成的关键时期，同时锂辉石伟晶岩还普遍形成于超大陆汇聚后的伸展作用阶段，这均反映了相对较高的地温梯度条件可能有利于锂辉石伟晶岩的形成。通过统计全球主要锂辉石伟晶岩矿床与高T/P变质作用的时空分布特征（图5），可以看出二者之间具有较强的时空耦合关系，进一步反映了高地温梯度对锂成矿的促进作用。
图4 地球化学模拟与热模拟分析. （a）分离结晶和围岩混染过程对岩浆锂富集的影响；（b）地温梯度对岩浆结晶历史的影响
图5 全球主要伟晶岩锂矿（Li2O>0.45 Mt）与高T/P变质作用的时空分布特征
该研究通过结合典型实例研究与全球统计分析，提出高地温梯度是促进岩浆中锂富集的关键因素之一，反映了地壳的物理条件对于锂成矿作用的重要影响。该认识对于锂成矿作用研究及相关找矿勘查具有重要指导意义。
研究成果发表于国际学术期刊EPSL（Hu FY*, Mihai N. Ducea, James B. Chapman, Yang L, Chen GH, Guo CL, Wu FY. High geothermal gradients facilitating lithium mineralization: Insights from the Ke’eryin–Taiyanghe plutons, central China. Earth and Planetary Science Letters, 2025, 672: 119693. DOI: 10.1016/j.epsl.2025.119693.）。研究受中国科学院先导A项目（XDA0430101）、国家自然科学基金项目（92162210, 42488201）和博士后科学基金项目（2018M640177）等联合资助。
