出口管制矿种——与花岗岩类有关的铟、镓、锗、碲稀散元素成矿模式研究进展

与花岗岩、伟晶岩有关的稀散元素(铟、镓、锗、碲)成矿研究进展及展望

周剑琪^1,2，李欢^1,2

基金项目：湖南省科技创新计划项目(2021RC4055，2022RC1182)，地质过程与矿产资源国家重点实验室开放课题(GPMR202112)。

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说明：参考文献以原文为准，本推文未作详细标注。

0 引言

1 矿床分类及成矿专属性

2 稀散元素的富集规律与演化过程

2.1 铟(In)

2.1.1 岩浆与流体演化过程

2.1.2 成矿模式

2.2 镓(Ga)

2.2.1 岩浆与流体演化过程

2.2.2 成矿模式

2.3 锗(Ge)

2.3.1 岩浆演化过程

2.3.2 成矿模型

2.4 碲(Te)

2.4.1 富碲流体演化过程

2.4.2 成矿模式

3 与花岗岩、伟晶岩有关的稀散元素研究展望

3.1 稀散元素与主矿种成生关系

3.2 稀散元素的物质来源与富集迁移沉淀条件

3.3 稀散元素探测技术

4 结论

稀散金属，也被称为分散元素或分散金属，是指在地壳中丰度很低（多为10^-9数量级），且在地质体中趋于分散状态的元素，包括镓（Ga）、锗（Ge）、硒（Se）、镉（Cd）、铟（In）、碲（Te）、铼（Re）、铊（T）等8种元素。稀散金属在自然界形成单独矿物的几率极低，产地分散稀少，主要以分散状态伴生于其他元素组成的矿物中。

稀散金属是重要的战略资源，受到严格的出口管控和储备管理，在高科技工业中被广泛使用：铟被用于核反应堆、微电子、LED显示屏、天文学、电化学和核能；碲主要应用在光伏太阳能电池中，以及在各种机械中作为铜、铅和钢合金的添加剂；镓被用于集成电路、光电子器件、半导体和晶体管等固态器件，镓氢化物还具有作为储氢新材料的潜力，对中国新能源发展、碳中和有着至关重要的意义；锗则是众多高新科技领域的重要原材料，在半导体、航空航天测控、核物理探测、光纤通讯、红外光学、太阳能电池、化学催化剂、生物医学等领域都具有广泛且重要的应用。

在地球化学分类上，这些稀散元素往往表现出复合的亲合性，这也被认为是造成其在地壳中分散的原因之一。例如：铟在自然界中稳定价态为+3价，离子半径为为0.81×10^-10m，在地球化学分类中属于亲铜或亲硫元素、不相容元素，地幔熔融过程中具有中度到高度不相容性；镓在矿床中以+1价或+3价产出，离子半径分别为1.13xI0^-10m、0.62x10^-10 m，从产出状况上地球化学分类中属于亲石与亲硫元素锗在自然界中以+2价和+4价产出，其原子半径和外层电子结构都与硅相似，这也造成了其在岩浆演化中呈现亲石性，与硅在大多数情况下同步演化，分离程度很小，但其在富集沉淀时却表现为亲铜或亲硫亲铁及高度的亲有机质特性。

随着关键战略资源研究的发展，越来越多的稀散金属矿床被发现，甚至出现了稀散元素的独立矿床且部分稀散金属矿床在成因上与花岗岩和伟晶岩有密切关系。根据稀散金属的地球化学行为，本文将集中介绍与花岗岩、伟晶岩在成因上密切相关的稀散元素（铟（In）、镓（Ga）、锗（Ge）、碲（Te））矿床成矿模型及其在岩浆和成矿流体中的演化过程，对于在成因上与花岗岩、伟晶岩关系略弱的铼（Re）、铊（Tl）、硒（Se）、镉（Cd）矿床从略介绍。

虽然稀散元素在自然界形成矿物的几率极低且分布较为分散，但其在特定的矿床类型和特定的地质条件下，能够完成超常富集，这种富集与矿床类型有着较强对应关系，称之为稀散元素的成矿专属性，主要表现在某一种类型的矿床能够富集不同的稀散元素。

铟（In）在自然界中很难形成独立矿床，前人研究指出其绝大多数作为伴生矿种产出于与岩浆作用密切相关的富锡硫化物矿床和铅锌矿床，少量在沉积型铅锌矿床、铜矿床和铁锰矿床中伴生产出。统计数据显示，铟伴生于锡，且有强相关性，相对于贫锡或与锡相关性不大的矿床，铟含量极低；在产出关系上，铟主要在含锡硫化物的闪锌矿中富集伴生。 

镓（Ga）属于典型的稀散元素，现阶段只能作为伴生矿种利用。镓主要富集于沉积作用的铝土矿床及中低温热液作用下的铅锌多金属硫化物矿床；少量分布在云英岩型矿床、碱性花岗岩和花岗伟晶岩中，但该类矿床工业开采难度较大，目前只能作为镓的潜在资源。

锗（Ge）主要产出于煤层及中低温铅锌矿床中，这些铅锌矿床绝大多数在成因及时间上与岩浆作用无关，只能作为伴生资源产出；随着临沧煤层中锗的发现，锗才真正意义上作为独立矿床存在，其富集与晚期的岩浆热液活动有密切关系，在产出形态上，主要为有机质结合态。

碲（Te）主要的伴生矿床富集在与碱性岩浆活动有关的金矿床中，形成碲-金矿床，碲的富集与金矿床类型的关系目前尚不明确；近年来7多个钨矿床中发现了含碲化物的钨矿体，其与伟晶岩型及高温热液型钨矿床中的铋在成因上有着密切的联系。

稀散元素的成矿专属性，无论是在理论上还是生产实践中都被证实是成立的，特别是存在多种稀散元素以组合形式同时富集于一种矿物或一类矿物组合类型中，它们在地球化学行为中具有强相关性。其中，多数元素无论是从成矿物质来源、成矿动力，还是从赋存矿物上都与花岗岩及伟晶岩的岩浆演化有着密切的关联，因此探索稀散元素的地球化学行为，建立成矿模式对于寻找和综合利用稀散金属矿产有着重要理论指导意义。

铟位于元素周期表第五周期第ⅢA族，在超基性岩、基性岩、中性岩、花岗岩中的丰度分别为0.01× 10^-6、0.22×10^-6、n×10^-8（n∈[1，10））、0.26× 10^-6。刘英俊指出，铟的富集从超基性岩→中性岩→基性岩→花岗岩呈逐渐富集的趋势。在岩浆结晶分异过程中，铟倾向于保留在熔体中。

富铟矿床的分布特征是区域性强，主要聚集在地温梯度变化明显、与岩浆活动有关的大型构造带、造山带、板块俯冲带上盘及活动板块边缘带（见图1）。这些矿床形成与板块俯冲和碰撞作用密切相关，常伴随着双峰式火山活动和高分异高挥发分岩浆。在中国，这些矿床多分布于晚白垩世和少量晚侏罗世时期，其大地构造背景指向了板块碰撞类型岛弧及弧后裂谷的构造环境。全球范围内，富铟矿床主要分布在环太平洋成矿带西侧边缘的俯冲带，包括澳大利亚东北部，亚洲东部，南美板块东侧的玻利维亚、秘鲁，北美洲东缘的美国东部、加拿大东部，以及欧洲中部的海西和阿尔卑斯造山带。在中国，富铟矿床主要分布在扬子地块西南缘、岭南成矿带及其以南的华南块体中。

图1 世界富铟矿床分布图

关于富铟矿物中硫的来源，目前研究认为，硫主要为岩浆和沉积地层混合来源，沉积地层源区的氧逸度和硫逸度的变化控制着铟矿床形成，地层围岩来源的硫含量越高，越有利于铟的沉淀富集。    

铟在地球化学行为分类上属于亲铜元素，但在岩浆分异演化过程中，铟的表现与其他亲石金属如Ｗ、NB和Ta却极为相似，这意味着铟在花岗质岩浆结晶分异过程中相对不相容，属于不相容元素，大部分铟在岩浆结晶分异过程中倾向于保留在熔体中，其富集机制可能与锡类似。因此，富铟矿床往往与高分异花岗岩具有高度相关性。BETH等在研究中发现，在花岗岩演化过程中，Li、In、Sn、W会赋存于黑云母中，形成低富集程度的岩浆矿化，高F和P等挥发分降低了熔体结晶温度，使铟可以在岩浆矿化结晶之前在熔体中得以保留，这才使得可以在花岗岩中观察到高含量的的Li、In、Sn、Ｗ、NB和Ta。

前人研究认为，花岗岩中云母类矿物是In和Sn的主要载体矿物。如果岩浆结晶演化过程中暗色矿物（黑云母、角闪石）晶体出现越多，会导致岩浆分异出的热液中铟含量显著降低，形成铟矿床的潜力越低，这就意味着暗色矿物对铟的相容性在岩浆演化过程中逐渐变低。GION等通过试验模拟研究了硅酸盐熔体中铟在角闪石、黑云母与熔体之间的配分系数及配分特征，提出了铟进入黑云母和角闪石中的置换机制为MG²⁺+In³⁺+Si⁴⁺↔Fe²⁺+Ti⁴⁺+Al³⁺（黑云母），2In³⁺+2Al³⁺+（空位）↔4R²⁺+Si⁴⁺（角闪石），以及 In³⁺ +Al³⁺↔R²⁺ +Si⁴⁺（角闪石）；高挥发分降低了熔融结晶温度，Li、In、Sn、W富集于黑云母中，当热液进入时，黑云母被证明倾向于分解并释放铟，这可能是成矿流体将铟从花岗岩中抽离出来的有效途径之一。这些都佐证了铟的富集成矿可能与长英质岩浆房中镁铁质矿物结晶分异程度有关，花岗质岩浆演化过程也是铟逐渐富集的过程。

在与富铟矿床成因相关的岩体方面，统计富铟矿床后发现，几乎所有富铟矿床都产于花岗岩的内外接触带上，围绕岩体产出。在岩体类型上，与铟形成相关性最高的花岗岩通常是A型或S型花岗岩，与I型花岗岩相关性较低，但当I型花岗岩中缺乏角闪石及其他铁镁质矿物（如白岗岩）时，也会伴随着一定铟富集。随着伴生花岗岩中铁镁质矿物比例增加，从岩浆中提取铟的概率和成矿的可能性将会大大降低。

a—硫铟铜矿在闪锌矿中不完全出溶，b—闪锌矿内出溶片状硫铟铜矿，c—斑岩型锡铅锌矿石中富铟闪锌矿的分布，d—富铟闪锌矿中铟的分布，显示边缘的铟比核心更富集。Cp—黄铜矿，Sp—闪锌矿，Rq—硫铟铜矿，Py—黄铁矿。

在中国，前人在大厂的富铟矿床研究中也同样发现了这一点，大厂岩浆源区富铟，同之前研究相同，认为其不存在来自地层围岩的铟来源。在成矿期次上，认为先期形成的是含镉的铁闪锌矿，随着晚期花岗斑岩侵入，在后期接受富CU、In、Sn成矿流体的改造，利用CU⁺+In³⁺↔2Zn²⁺的置换方式，交代先期含镉的铁闪锌矿形成富Cd、CU、In的铁闪锌矿。李晓峰等同时认为，铟的超常富集，还存在另一种富集规律，即当富铟流体在流经围岩时，由于生物碎屑的吸附和大气降水流体加入的强还原作用，以及硫和铁含量相对较高的特点导致了富铟流体沉淀，并认为两种富集模式可能同时存在，但仍以元素的替换为主。

DILL等在研究阿根廷低温热液多金属矿床时提出，铟富集在闪锌矿中存在“铟窗”效应（见图3-a）），闪锌矿特殊的晶格构造，使得当闪锌矿中的镉质量分数在0.2％～0.6％时，闪锌矿中的铟出现了爆发式富集（铟质量分数高达29.9％）。在“铟窗”效应中，当闪锌矿中含有一定量的铜且富铁的闪锌矿相比于普通闪锌矿铟更为富集（见图3-b）），故认为闪锌矿中镉置换元素以铁元素为主，因此，只有当闪锌矿中含有相当比例的铁，才有利于镉进入闪锌矿的晶格中，形成“因窗”效应。这与前人在研究大厂时提出的后期成矿流体交代铁闪锌矿的模式也相吻合，进一步证明了MOURA等提出的CU+In+Fe↔3Zn置换方式的成矿机制与富铟矿床在实际产出关系上是吻合的。

图3 闪锌矿和黄铜矿中铟的变化

综上所述，无论以何种方式替代，都涉及到铜，因此铜在矿物系统中的可利用程度决定了闪锌矿中铟的时空分布。进而推测，铜在富金属岩浆热液中的高可利用性可能是铟在闪锌矿中富集的主要控制因素。

镓位于元素周期表第四周期第ⅢA族，相对原子质量为69.723，是稀散元素中最为特殊的一员。它具有特殊的地球化学性质，在稀散元素中，镓的丰度最高，但其独立矿物数最少；镓既广泛分散于各类岩石中，又能在某些类型矿床中形成工业富集，因而其富集具有很强的规律性。镓有两个稳定同位素，即⁶⁹Ga和⁷¹Ga，它们在自然界中的相对丰度为⁶⁹Ga占60.5%，71Ga占39.5%。镓在岩浆演化中，凸显亲石性，在结晶过程中以类质同象的方式进入硅铝酸盐矿物中，在超基性岩类-基性岩类-中性岩类-酸性岩类的岩浆演化中镓含量依次增高。在造岩矿物中，白云母最富含镓（含镓多在10X10^-6以上），其次为长石（含镓10X10^-6∽30X10^-6），石英含镓最低。

图4 主要地球动力环境中岩浆熔体中镓质量分数

前人在研究中指出，在岩浆分异过程中，镓以羟基配合物的形式进行迁移，在高挥发分熔体中，无论母岩浆的地球化学类型如何，都会出现镓的相对富集。由于镓在高分异高挥发分的硅酸盐熔体中得到富集，因此更容易在高分异花岗岩和伟晶岩中得以富集。BREinER等在研究捷克波西米亚地块花岗岩时指出，在花岗质熔体的分异过程中，镓质量分数从16×10^-6增加到77×10^-6。刘英俊在对华南地区的富镓矿床研究中指出，镓在伟晶岩中主要赋存在白云母(含镓可达200×10^-6)和微斜长石(含镓多为30×10^-6)中，镓在花岗岩中的含量与花岗岩化作用程度成反比，与花岗岩类的云英岩化和碱质蚀变交代作用强度成正比。

镓在与花岗岩有关的矽卡岩矿床中多富集于闪锌矿中，这表现出镓在高硫逸度环境下的亲硫性，且在同一矿床不同空间位置，镓的富集情况也不尽相同。BENITES等在对秘鲁Morococha多金属矿集区进行研究时发现，闪锌矿中镓质量分数最高可达2137×10^-6；在对镓如何进入闪锌矿的替代机制及赋存状态进行研究时发现，铟和镓的分布十分相似，其含量最高的部位都位于靠近岩体且富铜的位置。含矿流体中铜的高可利用性对铟富集有着很强的控制作用，在对于镓的耦合替代与富集中，SAHLSTROM等指出，铜在其中同样起着重要的控制作用。但是，对于具体的耦合替代方式，beni-tes等认为，耦合替换主要为Cu⁺+GA³⁺↔2Zn²⁺，（Sn，Ge）⁴⁺+（GA，In）³⁺+（Cu，AG）⁺↔4Zn²⁺为次要替换形式，无论何种替换机制，都涉及到铜，因此铜在流体中的含量变化可能是控制镓在闪锌矿中富集与否的重要因素。

在富镓的花岗伟晶岩矿床中，李建忠等在对滇西腾冲小龙河大型锡稀土铷镓矿床的研究指出该类矿床与A₂亚型(造山后)花岗岩密切相关，推断其产于造山后的伸展构造环境。大量前人研究指出，镓在产出关系上与铌、钽、锂、铷有明显的相关性，刘英俊在研究中发现，某些稀有金属交代的复杂花岗伟晶岩，特别是在含锂或铌-钽-锂的花岗伟晶岩中，镓也同样有着明显的富集，其中锂辉石和白云母中常含镓70×10^-6～200×10^-6。根据矿床统计结果，镓含量在碱性伟晶岩中的含量高于花岗伟晶岩，这类岩体的矿化大都经历多阶段多期次的岩浆作用和热液蚀变作用。

镓在花岗伟晶岩矿床中，自身含量很难达到独立成矿的条件，并且由于花岗伟晶岩体积不大和形态复杂的开采技术特点，只能将其作为潜在的资源储量，具有远景价值，现阶段可开采利用的工业意义不大。

锗位于元素周期表第四周期第Ⅳ簇，原子序数为32。常见化合价为+2价和+4价，相对原子质量为72.6，包括5种稳定同位素，相对丰度分别为⁷⁰Ge占20.25%、⁷²Ge占27.37%、⁷³Ge占7.67%、⁷⁴Ge占36.74%和⁷⁶Ge占7.27%，其地球化学性质复杂，有亲铁、亲硫、亲石及亲有机质等特性，导致了赋存状态和成矿条件极其复杂。

由于锗在不同地质环境条件下表现出不同地球化学特性，导致锗的质量分数变化甚微，锗倾向富集于岩浆演化分异晚期的硅酸盐矿物、高浓度挥发分条件下结晶的岩石和晚期热液中。锗并不只在特定矿床中富集，其通常以微量元素或矿物包裹体的形式赋存于不同时代的各类矿床中。在中国，工业型锗矿床以赋存在褐煤和长焰煤等煤化程度较低的煤中、耦合替代闪锌矿中微量元素的方式赋存在碳酸盐岩中的低温热液矿床为主。富锗煤矿床大体分布在中国西南缘和东北缘(见图5)，西南缘的成矿年代集中在新近纪，东北缘及远东富锗煤矿床成矿年代多集中在侏罗纪至白垩纪；低温热液成因的富锗铅锌矿床主要集中在中国西南的“川滇黔铅锌矿集区”，由于低温热液矿床复杂的成矿机理，目前对锗的物质来源、富集机制争议较大。欧洲的富锗矿床以脉型多金属矿床为主，其构造背景复杂，赋矿层位复杂多变，矿体多为填充成因，在岩浆岩、变质岩和沉积岩中均有产出，锗的富集多为后生成因，与岩浆侵入和构造形变密切相关。 

图5 世界富锗矿床分布图

由于锗和硅具有相似的原子半径和化学性质，因此，一般条件下锗的地球化学行为最明显的趋势是替代硅酸岩矿物晶格中的硅，并以类质同象形式赋存于硅酸盐矿物(如石英)中。也因为如此，锗同样很难在岩浆演化中出现明显有工业价值的富集成矿，但在实际矿床研究中，如临沧独立锗矿床，大量前人研究都把锗的主要来源指向了临沧盆地基底的富锗花岗岩，这表明在特定的岩浆演化条件下，锗还是会发生一定程度富集。

AUDĚTAT等在研究中发现，在岩浆演化分异过程中，GeO₂溶解度会随着流体密度的增加而增加；随着岩浆向更酸性方向的演化，在岩浆作用后期，岩浆体系越来越富Si和Th、U等元素，如果在锗背景值较高的条件下，有可能同时富集锗。硅酸盐矿物中锗质量分数取决于硅酸盐的特定结构，质量分数从高到低依次为岛状硅酸盐、环状硅酸盐、链状硅酸盐和架状硅酸盐。研究认为，在岩浆演化晚期结晶过程中，锗会富集在晚期富含挥发分的岩石(如伟晶岩、云英岩)及矿物中。BRETTER等也同样发现，在岩浆演化过程中，ｗ（Si）/1000ｗ（Ge)值显著下降，从320下降到62，在一些花岗伟晶岩中，锗可富集于黄玉、锂辉石、透锂长石、铯榴石、石榴子石中，这可能与Ge⁴⁺与这些矿物中的Al³⁺置换有关。针对这一问题，BREITER等认为，镓和锗以羟基配合物的形式共同进行迁移。在分异结束时，由于熔体中高挥发分的存在，镓和铝的离子半径和络合电位的差异变得更加明显，镓更趋向于保存在熔体中，而锗则倾向于保存在新结晶的石英和黄玉中。

在已发现的富锗矿床中，锗很难形成独立矿物，目前锗主要以有机质的状态赋存在煤矿床和铅锌矿床中，以类质同象赋存在闪锌矿中。

图6 锗在与煤有关矿床中的来源-迁移-富集模型

1—花岗岩，2—沉积岩，3—变质岩，4—煤层，5—锗富集，6—地幔

图7 闪锌矿中锗的重结晶作用

a—不同粒度闪锌矿中的锗矿物，以细粒重结晶闪锌矿带为标志；b—闪锌矿晶粒具有重结晶和变形双晶等特征，闪锌矿晶界处发育富锗矿物

碲在元素周期表中位于第五周期VIA族，原子序数为52，常见化合价为-2价、+4价和+6价，相对原子质量为127.6。碲在地壳中的丰度很低，地球化学行为分类上，属于亲硫元素，但在自然界中，不同的地球化学环境下，碲表现出亲氧和亲硫元素的双重属性自然界中碲由8种同位素组成：¹²⁰Te(0.09%)、¹²²Te（2.55％）、¹²³Te（0.89％）、¹²⁴Te（4.74％）、¹²⁵Te（7.07％）、¹²⁶Te（18.84％）、¹²⁸Te（31.74％）和¹³⁰Te（34.08％）。

目前，中国四川的大水沟和马家沟浅成低温热液成因的碲矿床和瑞典Kankbery火山成因块状硫化物(VMS)矿床是世界上仅有的已发现和正在开采的、碲达到工业品位指标的矿床，绝大多数工业用碲是作为铜和其他多金属硫化物电解精炼阳极泥中的副产品回收，这些矿石通常从斑岩型矿床、火山成因块状硫化物矿床(VMS)、岩浆镍-铜-铂族金属硫化物矿床和矽卡岩型矿床中被开采(见图8)。北美主要富碲矿床类型为斑岩成因的岩浆-热液型矿床，通常在俯冲带上方活动大陆边缘的斑岩侵入体中发育^。    

图8 世界富碲矿床分布图

作为一种亲地幔、地核的元素，碲具有挥发性强等特点，在地壳中极易分散，碲通过深部流体和气体进行搬运。前人在研究中发现，碲在热液迁移过程中氧化物相和气相可能同时存在。由于碲多为从地幔搬运至地壳中，因此，碲的富集可为地幔流体成矿提供良好的指示作用。碲在岩浆熔离过程中，地球化学行为表现为亲硫性，绝大多数碲与硒以类质同象形式分散地分布于硫化物晶格中。

WANG等在研究河北大白阳碲金矿床时，将成矿过程分为4个阶段，在最为重要的金-碲化物阶段，认为此时成矿热液中金与碲以[AU(HTe)］^2-的形式共同迁移；EVANS等认为，碲在流体中以[HTeO］^4-、[HTe］^-等碲氢络合物的形式进行迁移，之后成矿流体发生还原或氧化，碲进而富集沉淀。在对中国富碲矿床研究时提出，在高温氧化流体中，碲以H₂TeO₃和HTeOs形式进行运移，气体的冷凝作用和流体的沸腾作用导致的流体_PH升高、氧逸度降低是诱发碲化物沉淀和富集的主要机制。

由于在中酸性、还原性的高温流体中很难携带大量碲（溶解度在10x10^-9以下），国外部分学者在研究碲的成矿过程中提出成矿热液中碲以气相运移而非液相，因此，很难形成具有经济价值的矿体。    

碲在岩浆和热液中的溶解和迁移尚不完全清楚，尤其在岩浆岩熔体及高级变质的地质体中。加上碲元素固有的低丰度、在任何类型矿床中碲浓度的不均匀性及碲化物矿物的极细粒度，限制了预测特定类型矿床中可能出现碲资源的潜力。

在成矿物质来源方面，目前研究认识大体分为幔源岩浆来源和围岩来源。幔源岩浆来源认为，地幔上涌及壳幔相互作用将碲搬运至地表，并在有利的成矿条件下沉淀富集成矿，通过硫同位素及铅同位素判断富碲矿床可能是深部岩浆来源且与碱性岩浆作用密不可分。JENSEN等在评论碲化物与碱性岩浆作用的关联性时强调，富碲海底沉积物的重熔可能是俯冲环境中幔源碱性岩浆的关键来源。围岩来源认为，在矿体赋存于高碲浓度围岩中的矿床，高碲背景值为碲富集成矿提供物质来源，深部幔源流体流经围岩捕获碲形成富碲流体，并在适宜沉淀环境中富集成矿。

HOLWELL等在研究岩浆镍-铜-铂族金属硫化物矿床时提出流体演化模型：在岩浆流体逐步冷却的过程中，碲与铋共同迁移，从初始的富铂族金属流体（见图10-a）中，伴随着单硫化物固溶体（mss）析出，碲留在残余的富铜流体（见图10-b）中；在进一步冷却到990°C左右时，富铜流体结晶形成中间固溶体（iss）（见图10-c），iss结晶并没有残留流体，铅、铂、金等与碲、铋以络合物的形式在铂族金属、半金属残余流体中富集；当温度降至65℃以下时，mss再结晶为磁黄铁矿（FeS）和镍黄铁矿（Fe，Ni）₉S_8，iss再结晶为黄铜矿（CUFeS₂），这些再结晶的精确温度取决于mss中硫含量，碲与铋以Pi-Te、Pb-Te、Pt-Bi包裹体的形式在所有硫化物相中存在（见图10-d）。

碲在成因上与花岗岩密切相关。研究花岗斑岩-矽卡岩型碲金矿床时，LIE等认为，热液在向上运移时，随着温度的降低，硫氢金属离子开始解体热液中H+含量增加，碲与金以[AU（HTe）］^2-的形式运输，随着硫逸度降低和碲逸度升高，碲开始沉淀，并认为此过程发生在热液作用晚期；在伟晶岩矿床中，MARQUEZ-ZAVALIA等在研究阿根廷萨尔塔ELQUemado伟晶岩时，发现了其中富含铋、含碲矿物的集合体，这种伟晶岩矿床代表了一种锂辉石亚类、稀有元素类花岗岩及伟晶岩的晚期矿化。矿物出现在一个不规则、体积较小的联合体中，主要是细粒白云母和石英，并伴有锆石、铋华、辉石，以及少量金属硫化物，硫铋碲矿通常以极小的晶粒形式被包裹在辉铋矿中，其成分为Bi_1.98Te_1.00S_1.02。推测是原生铋初始沉淀后硫逸度增加，最后阶段碲的质量分数增加或累积。

对于成矿机制方面的研究，目前主流认识是碲主要沉淀环境是高碲逸度和低硫逸度。同时需要碲、铋、金（银）的富集程度达到三四个数量级，这种极其严苛的富集沉淀条件，是形成碲矿床的主要障碍。在与花岗岩及伟晶岩有关的碲矿床研究中，华南多个伟晶岩及高温热液钨矿床相继发现含有辉铋矿和自然铋，在伟晶岩和高温热液阶段，铋、钨共生是很普遍的现象。因此，其在成因上可能与花岗岩有关钨矿床相似。碲在伟晶岩矿床中的富集大多数都是因为铋，由于碲化铋作为中间矿物存在，使得华南大量与花岗岩有关的钨矿床和伟晶岩矿床成为碲综合利用的远景区。    

随着全球经济的发展，高精尖科技及未来能源的储集与发掘对国家能源安全、国防安全、经济建设起着决定性作用。稀散元素在高科技领域有着不可替代的作用，由于稀散元素在地壳中较低的丰度、特殊的元素地球化学行为决定了其严苛的成矿环境条件。为探究稀散元素在不同岩浆-热液系统中富集迁移机制，精细刻画稀散金属富集成矿行为，明晰稀散元素富集成矿的关键因素，创新突破稀散金属勘探技术，仍需加强以下方面研究。

稀散元素的主要赋存状态是以类质同象的方式伴生在独立矿物之中。由于稀散元素中某些金属成对迁移富集，在某些特定矿床类型中综合利用潜力较大，稀散元素在传统已探明矿床中的矿化特征及富集机制将成为突破传统矿床研究思维的一个新方向，在中国传统探明矿床中，虽然稀散元素富集的报道频出，但目前大都尚未厘定其综合回收利用品位和已有的稀散元素矿产储量，以及稀散元素在主矿种中的产出状态、空间展布等基本问题，这将是下一步传统金属矿床发展的新方向，也是综合利用回收稀散元素的重要突破口。

目前，对于稀散元素矿床中元素富集、演化过程、矿床构造环境、深部地球动力学背景之间的联系、矿体储集部位与构造环境的关系等关键问题还有待进一步研究及成体系的总结。例如：稀散元素在耦合替换赋存的过程中，耦合替换机制不同，可能存在多种替换机制并存，厘清这些替换机制十分重要。稀散元素在构造变形动态重结晶的条件下，不同元素迁移再分配行为的约束也存在较大差异，如何从定性到定量地探究其迁移过程也将是下一步精细刻画稀散元素富集成矿行为的重要方向；将宏观和显微构造观测与微量元素化学填图耦合，可能是未来了解稀散元素自然赋存状态的关键，这对于研究稀散元素的选择性超异常富集现象及建立成矿模型有巨大的帮助。

稀散元素的地球化学性质导致其成矿难，成矿预测和地质勘探更难。在研究其分布规律和富集机制的基础上，利用不同探测技术从多维度寻找成矿远景区、评价成矿潜力、刻画矿床模型等。例如：利用地球物理勘测技术（重力异常、磁性矿物的各向异性和辐射测量等方法）来勾勒侵入岩的形状和深度，预测相关勘探靶区；如何利用多元地质数据，对不同矿床类型的成矿弱信息进行提取识别；建立稀散元素富集成矿的指示性标志认知体系及类似矿床的特殊地球化学指纹等，还有待进一步研究和总结。

1）稀散元素（铟、镓、锗、碲）无论是从成矿物质来源、成矿动力，还是从赋存矿物上都与花岗岩、伟晶岩的岩浆演化有着密切的关联，这些岩浆岩具有较强的成矿专属性，因此摸索探寻成矿元素的地球化学行为、建立成矿模式对于寻找和综合利用稀散元素矿产有着重要的经济价值和战略意义。

2）铟大多为岩浆来源，富铟矿床往往与高分异的花岗岩有着高度相关性。花岗岩中云母类矿物是铟的主要载体矿物。铟和锡在流体迁移过程中具有较强正相关性，当体系中缺少铌、钽等元素时，铟更容易进入闪锌矿。铟的氯络离子可能是铟的主要迁移方式。铜在富金属岩浆热液中的高可利用性可能是铟在闪锌矿中富集的主要控制因素。

3）镓在岩浆演化中具有亲石性，以类质同象的方式进入硅铝酸盐矿物中。镓在伟晶岩内主要赋存在白云母和微斜长石中，镓在花岗岩中的含量与云英岩化和碱质蚀变交代作用的演化程度成正比。镓在矽卡岩矿床中多富集于闪锌矿中，这表现出镓在高硫逸度环境下的亲铜性，铜在流体中的含量变化可能是控制镓在闪锌矿中富集与否的重要因素。

4）锗的地球化学行为最明显的趋势是替代硅酸盐矿物晶格中的硅，并以类质同象形式赋存于硅酸盐矿物中。锗的主要赋存形式为以有机质的状态赋存在煤矿床和铅锌矿床中，以类质同象赋存在闪锌矿中。

5）碲在岩浆熔离过程中，地球化学行为表现为亲硫性，绝大多数的碲与硒以类质同象的形式分散地分布于硫化物晶格中。碲主要以H₂TeO₃和HTeO₃形式存在，气体的冷凝作用和流体的沸腾作用导致流体pH升高、氧逸度降低，是诱发碲化物沉淀和富集的主要机制。多个含碲化物钨矿床相继被发现，表明其在成因上可能与花岗岩有关钨矿床相似。

展望未来，稀散元素矿床的研究主要可能在稀散元素与主矿种成生关系、稀散元素迁移富集成矿行为过程的精细刻画，以及稀散元素富集矿床的探测等方面取得突破，以期为稀散元素的进一步开发利用提供新的资料。

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原文来源：周剑琪，李欢.与花岗岩、伟晶岩有关的稀散元素(铟、镓、锗、碲)成矿研究进展及展望[J].黄金，2024，45(7)：60-73.

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