（通訊員 劉明亮）鋰（Li）、銣（Rb）、銫（Cs）是現(xiàn)代新能源與高端技術(shù)產(chǎn)業(yè)中極具戰(zhàn)略價值的稀有金屬。近年來研究發(fā)現(xiàn)，高溫地熱系統(tǒng)排放的地熱水中常富集這些元素，部分地熱系統(tǒng)中其濃度甚至超過工業(yè)開采品位，展現(xiàn)出可觀的資源潛力。然而，關(guān)于這類流體中鋰、銣、銫的來源機制仍存在爭議：究竟是水–巖反應主導了元素富集，還是深部巖漿流體的輸入在其中起決定性作用？這一問題不僅關(guān)系資源開發(fā)前景，也反映了地熱系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)鍵地球化學過程的深層動力學。
基于上述問題，我院水文與環(huán)境系劉明亮副教授聯(lián)合中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所孔彥龍研究員及中國地質(zhì)大學（武漢）郭清海教授，圍繞高溫地熱系統(tǒng)中Li、Rb、Cs的來源與富集機制開展了系統(tǒng)研究。研究團隊梳理并整合了全球典型巖漿-熱液高溫地熱系統(tǒng)的地熱水水化學數(shù)據(jù)（圖1），分析了Li、Rb、Cs的空間分布特征及其與熱儲溫度、鹽度和圍巖化學成分的耦合關(guān)系，進一步厘清了水–巖反應、巖漿流體輸入與構(gòu)造背景對稀有金屬富集的控制機制，構(gòu)建了多階段富集演化模型，為關(guān)鍵礦產(chǎn)資源在地熱系統(tǒng)中的成礦機制提供了理論支撐。研究取得的主要認識和結(jié)論如下：
（1）全球不同地熱帶中地熱水的Li、Rb、Cs含量具有顯著的空間分布規(guī)律。整體上，這些稀有金屬元素的豐度呈現(xiàn)出從洋中脊地熱系統(tǒng)向地中海–喜馬拉雅地熱帶逐步升高的趨勢，反映出區(qū)域構(gòu)造背景、巖漿演化程度以及水–巖反應強度等地質(zhì)地球化學因素的綜合控制作用。該分布特征不僅揭示了不同地熱帶在稀有金屬循環(huán)過程中的差異，也為今后全球范圍內(nèi)地熱流體中關(guān)鍵礦產(chǎn)資源的靶區(qū)優(yōu)選提供了地球化學判別依據(jù)。
（2）對于大部分地熱系統(tǒng)，水–巖反應是高溫地熱流體中Li、Rb、Cs的主要來源機制。然而，在部分鋰、銣、銫富集程度極高的地熱系統(tǒng)（如中國藏南、新西蘭Taupo Volcanic Zone、智利El Tatio等）中，地熱水中普遍表現(xiàn)出Cs含量高于Rb的反常特征，這一現(xiàn)象難以通過常規(guī)的水–巖反應或次生礦物吸附機制予以解釋（圖2，圖3）。結(jié)合構(gòu)造與巖漿活動背景推測，這類系統(tǒng)極有可能受到高分異巖漿流體的持續(xù)影響，從而誘發(fā)了Rb與Cs之間的分餾行為。
（3）在整合已有文獻與本研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了適用于巖漿-熱液系統(tǒng)中Li、Rb、Cs富集的四階段演化模式：俯沖帶脫水過程導致來自地殼沉積物和巖石的初始富集；地幔楔交代巖的部分熔融促進不相容元素進入熔體；巖漿在上升演化過程中發(fā)生結(jié)晶分異，致使殘余熔體中Li、Rb、Cs進一步富集；巖漿流體釋放并參與地熱水循環(huán)，疊加強烈的水–巖反應過程，從熱儲巖石中持續(xù)萃取稀有金屬元素（圖4）。該模式全面刻畫了從深部地幔–地殼作用到地表熱液活動中Li、Rb、Cs的遷移與富集路徑，為相關(guān)資源的成礦機制研究提供了理論框架。
圖1 全球范圍內(nèi)典型巖漿-熱液系統(tǒng)分布圖
圖2 全球地熱帶不同類型巖石（a）與巖漿–熱液系統(tǒng)地熱水中鋰、銣、銫的三元圖
圖3 巖漿–熱液系統(tǒng)中性-弱堿性地熱水中Cs/Rb比值與Cs濃度的關(guān)系圖
圖4 巖漿–熱液系統(tǒng)地熱水中Li、Rb、Cs富集機制模式圖
該研究成果近期發(fā)表于國際學術(shù)期刊《Earth-Science Reviews》，我院水文與環(huán)境系劉明亮副教授為論文第一作者，長江大學油氣地球化學與環(huán)境湖北省重點實驗室為第一完成單位。
論文信息：Mingliang Liu, Yanlong Kong, Qinghai Guo, 2025. Sources and enrichment mechanisms of lithium, rubidium, and cesium in waters of magmatic-hydrothermal systems. Earth-Science Reviews, 270: 105241. DOI: 10.1016/j.earscirev.2025.105241.
（審核 孟強）
