導語：
如果將喜馬拉雅山看成一條由岩石崛起構成的巨龍，那麼地球上沒有哪條山脈比它更偉岸、壯麗。第二次青藏高原綜合科學考察研究發現，這條巨龍的崇山峻嶺之中蘊藏著豐富的稀有金屬資源。在中國農曆新年“龍年”到來之際，本文將帶領讀者從地質學稀有金屬的視角再次認識喜馬拉雅這條巨龍。
圖1 喜馬拉雅猶如一條巨龍蜿蜒於青藏高原南緣
一、喜馬拉雅-青藏高原造山作用的效應
縱貫在青藏高原西南邊緣，巍峨的喜馬拉雅山脈宛若一條巨龍由西向東綿延，守衛著地球“第三極”。這條優美的弧形山脈西起南迦帕爾巴特峰，東至南迦巴瓦峰，綿延約2500公里，南北縱深150-350公里，山脈主脊海拔超過6000米，是地球上海拔最高和最年輕的山脈，也造就了世界極致風光最豐富密集之處。
印度板塊與歐亞板塊的碰撞是近五億年來的地球歷史中最重要的造山事件，從煙波浩渺的原始古海到冰封雪嶺的今朝高地，青藏高原-喜馬拉雅山的形成演化不但導致了現今全球最活躍的陸內地震帶和亞洲地區的大氣環流大變遷，同時使環境生態產生了新的格局，也孕育了全球最年輕的碰撞成礦帶。
圖2 青藏高原地形圖與喜馬拉雅山脈地理分佈圖
礦產資源是支撐國家安全與社會穩定的重要基石。地球的內部就像一個巨大的熔爐，這個熔爐中的岩漿充滿了各種金屬元素。一旦這些岩漿上湧，經過複雜的化學反應和物理過程，岩漿中富集金屬的礦物就有可能在不同的深度結晶並聚集，經過億萬年的積累和沉澱，最終形成了我們所珍視的金屬礦產。青藏高原南部處於印度板塊與歐亞板塊的交匯之處，兩個板塊間的大碰撞，讓這裡成為了青藏高原地殼和地幔物質能量交換最活躍、岩漿和流體活動最強烈、斷裂網路系統最發達的地區。這些獨特且關鍵的地質條件，也讓這裡成為了大規模礦產資源出現的理想之地。在過去的20年裡，科學家們在青藏高原上發現了眾多世界級超大型礦床。例如，高原南部的岡底斯超大型銅礦帶便是其中的佼佼者，如今的岡底斯成礦帶已經崛起為我國最大的銅礦帶，銅資源量佔到全國的60%以上，對我國的銅資源供應做出了巨大貢獻。
那麼，在青藏高原還有其他金屬礦產資源嗎？它們規模又是怎樣的呢？我們在喜馬拉雅山脈的崇山峻嶺中找到了答案，那裡蘊藏著巨量的稀有金屬資源。
圖3 上圖，喜馬拉雅山脈全貌圖；下圖，喜馬拉雅山脈中段群山（圖源來自星球研究所）
二、喜馬拉雅山的稀有金屬追尋歷史
稀有金屬元素主要包括鋰、鈹、銣、銫、鈮、鉭、鋯、鉿等元素。顧名思義，這些元素的共同特點就是“稀有”，我們生活在地球最外層的大陸地殼之上，地殼中的稀有金屬元素含量非常低，我們只能尋找富集這些元素的地質體來開採、冶煉才能獲得高純度的金屬，進而加以利用。以鋰元素為例，在自然界中，它主要存在於花崗偉晶岩、花崗岩、鹽湖滷水以及特殊黏土層等地質體之中。雖然稀有金屬元素在大陸地殼中含量很低，但是它們具有許多特殊和優異的物理化學性質，在新能源、航空航天、超導體等國民經濟和國家安全中佔有舉足輕重的作用，因此，被許多國家列為戰略性礦產資源。例如，鋰是新能源和輕質合金的理想材料，被譽為21世紀可以改變世界的“白色石油”，我們現在幾乎每天都離不開的手機，其中的電池就是以鋰金屬或鋰合金材料製成的。稀有金屬同樣能形成多種大家熟悉的名貴寶石，如祖母綠、海藍寶石、碧璽就是富含有鈹、鋰等元素的礦物。在南迦帕爾巴特峰北麓的巴基斯坦希格爾Shigar河谷，人們很早就發現當地花崗偉晶岩中出產色彩絢麗的海藍寶石。為了獲得夢寐以求的稀世珍寶，尋寶人攀山越嶺，鑿山開洞來採集大自然的饋贈。
圖4 2019年巴基斯坦Shigar河谷當地村民採集被譽為“克什米爾之王 (King of Kashamir)”的海藍寶石過程，這塊花崗偉晶岩中的海藍寶石晶簇，總重200公斤，出售價值800萬美元 (圖源自Trinchillo, 2020)
在過去，我們國家的稀有金屬礦床的探查和開發利用主要集中在南嶺、川西和新疆阿爾泰地區，而青藏高原並沒有得到足夠的關注。然而，當我們檢視土壤中稀有金屬元素（如鋰、鈹、銣、銫）的地球化學異常圖時，就會發現這些元素在青藏高原南部的喜馬拉雅地區同樣存在著異常高的含量。
圖 5 中國鋰-鈹-銣-銫地球化學異常圖 （圖源自王學求等，2021）
2.1 西方人對喜馬拉雅稀有金屬礦物的發現
近代對於喜馬拉雅山的實地地質科學考察始於20世紀初，這些考察大多數源於對喜馬拉雅山高峰的攀登熱潮，1921年至1924年，英國著名探險家George Mallory帶領探險登山隊，穿過當年英帝國入侵西藏時所開闢的道路進入我國境內開展了數次考察，這些考察都以攀登珠峰為目標。1921年英國探險隊在珠峰北坡考察時，繪製了探險之路的地質地形圖，明確了珠峰地區的岩石組成，探險隊員Alexander Heron在他的地質考察報告中最早報道珠峰地區存在綠柱石，黃色-粉色的電氣石，現在看來這應該就是含鋰的電氣石。
圖6 左圖，瑞士地質學家Augusto Gansser （1910-2012），照片拍攝於1936年喜馬拉雅考察期間，右圖，1964年Gansser編輯出版的喜馬拉雅造山帶地質圖
被譽為“喜馬拉雅之父”的Augusto Gansser在上世紀六十年代劃定了喜馬拉雅山主要地質單元的界線，並將印度河-雅魯藏布江縫合帶解釋為印度和歐亞板塊之間的邊界，這樣的構造單元劃分奠定了喜馬拉雅造山帶的基本地質格局。早在1936年，Gansser就同瑞士地質學家和探險家Arnold Heim對喜馬拉雅山脈開展過地質考察，他們在印度境內的Bhagat-Kharak冰川附近發現了鋰輝石花崗偉晶岩，並對其中的鋰輝石進行了成分分析。這是喜馬拉雅地區第一次明確報道存在鋰礦化。
20世紀70~80年代，國外學者曾在喜馬拉雅多個地點的花崗岩-偉晶岩中陸續發現綠柱石、金綠寶石、鋰電氣石和鋰輝石等礦物，但是這些零星分佈的礦物並未引起科學家們的足夠重視，而尼泊爾和巴基斯坦發現的稀有金屬礦物多作為寶石進行開採。1994年，義大利地質學家Dario Visonà報道在卓奧友峰西北的普士拉地區有鋰輝石、透鋰長石和錫石等稀有金屬礦物，這是我國境內的喜馬拉雅地區富鋰礦物的首次報道。
2.2中國人對喜馬拉雅稀有金屬礦物的發現和研究
我國大規模地開始對青藏高原科學考察是在1951年之後，那時一批科學家跟隨解放軍進入西藏，結束了西方人對青藏高原研究的壟斷地位。時至今日，幾代中國科學家鍥而不捨的研究，揭示出了一個又一個青藏高原上的自然奧秘。在1966-1968年珠峰科考的過程中，科考隊員在珠峰西北側的加布拉花崗偉晶岩中發現有富鈹礦物-綠柱石，這是我國科學家首次在珠峰乃至整個喜馬拉雅山地區發現稀有金屬礦物。1973-1978年，中國科學院青藏高原綜合科學考察隊在第一次青藏科考過程中陸續發現了綠柱石、金綠寶石、鈮鉭礦等重要稀有金屬礦物，並在考察專著中進行了報道。但是隨著第一次青藏科考的結束，我國對於喜馬拉雅和青藏高原的研究隨即進入沉寂期，這一時期我國科學家再未從喜馬拉雅山中發現稀有金屬礦物。
圖7 左圖，中國科學院青藏高原綜合科學考察隊(1973-1978)部分隊員1976年於拉薩第三招待所的合照，第一排左起：1周雲生 2吳浩若 4徐貴忠 5潘裕生 6常承法；第二排左起：1王東安 2王連成 3鄧萬明 7周寶閣 （圖源及標註自劉強）
中圖，中國科學院青藏高原綜合科學考察隊(1973-1978)編寫的西藏岩漿活動和變質作用（周雲生等主編，1981年出版）
右圖，中國科學院青藏高原綜合科學考察隊(1973-1978)編寫的西藏南部花崗岩類地球化學（塗光熾等主編，1982年出版）
我國第一次青藏高原綜合科考起始於上世紀70年代，時隔近50年，第二次青藏科考作為國家戰略任務再次被啟動。第二次青藏科考的一個重要任務是對青藏高原資源和能源現狀以及未來遠景開展評估，這極大地推動了喜馬拉雅稀有金屬發現和研究程序。
圖8 喜馬拉雅山脈稀有金屬礦物(礦床)發現與研究歷史重要節點時間線
2016年，我國地質工作者對喜馬拉雅地區開展了初次稀有金屬成礦普查，當年考察的二十多個巖體中，大部分都發現了稀有金屬礦物，其中以含有鈹的綠柱石最為常見。這一系列發現正式拉開了喜馬拉雅稀有金屬勘查和研究的序幕。
圖9 喜馬拉雅山脈已發現稀有金屬礦物及礦床(點)分佈圖
2017年，科考隊員報道了位於喜馬拉雅山脈東段的錯那洞鈹礦，鈹資源量可達到大型-超大型規模，此外，錫、鎢也具有大型找礦前景，這是喜馬拉雅正式報道有稀有金屬礦床，當時估計錯那洞地區的鈹資源量超過50萬噸，鎢錫資源量超過30萬噸。如果這個估計準確的話，錯那洞將一躍成為我國最大規模的鈹礦床。同年，科考隊員在Visonà曾報道的普士拉地區再次發現鋰輝石、透鋰長石等含鋰礦物，自此翻開了喜馬拉雅鋰成礦研究的新篇章。2021年普士拉地區進一步取得突破，在那裡，科考隊員發現了喜馬拉雅首例具有工業價值的花崗偉晶岩型鋰礦，並以該區的窮家崗峰命名為“瓊嘉崗”鋰礦。據保守估算，瓊嘉崗鋰礦的氧化鋰資源量達到100萬噸，而2021年，我國的氧化鋰探明儲量僅為405萬噸。2022年喜馬拉雅東段洛扎地區再次發現花崗偉晶岩型鋰礦床，根據地名命名為“嘎波”鋰礦。這一系列稀有金屬礦物和礦床在喜馬拉雅之中的規模之大分佈之廣前所未見。從此，喜馬拉雅真正地成為了一條稀有金屬巨龍。
圖10 上圖：瓊嘉崗鋰礦遠觀圖；下圖：左：喜馬拉雅地區稀有金屬礦物綠柱石（錯那洞）、中：鋰輝石（瓊嘉崗）、右：鋰電氣石（吉隆）
三、喜馬拉雅-青藏高原南部稀有金屬資源成因探尋
3.1 喜馬拉雅岩漿成因稀有金屬資源
那麼，為什麼喜馬拉雅山脈中會有如此大規模的稀有金屬礦藏呢？
喜馬拉雅山脈中出露著巨量的花崗岩，舉世矚目，它們是印度-歐亞板塊碰撞這個新生代以來地球上最重要地質事件的產物，這條山脈中諸多八千米級、七千米級山峰，其山體本身就是花崗岩。因此，這些花崗岩的形成和演化歷史就是喜馬拉雅山成山的歷史。上世紀70年代法國地質學家Patrick Le Fort率先研究了這些花崗岩，根據岩石學上暗色礦物少的特徵，Le Fort稱之為“淡色花崗岩”。Le Fort和後來許多的研究者認為，這些淡色花崗岩是高喜馬拉雅的岩石在較低溫度熔融之後，在原地或近原地聚集而形成的，由於這種低溫、低熔點花崗岩沒有經歷過較多的分異演化，所以它們不具有稀有金屬成礦潛力。這個觀點導致地質工作者長期忽視了喜馬拉雅淡色花崗岩的稀有金屬成礦潛力。
圖11 左圖：喜馬拉雅淡色花崗岩分佈圖，右圖：以淡色花崗岩為山體的代表性山峰 (馬卡魯峰、阿瑪直米照片源自董書暢，格重康峰、努子峰照片來源於網路)
然而，近年來中國科學家的研究發現，這些花崗岩岩漿經歷過高程度的分異演化，該過程使得淡色花崗岩具備了富集稀有金屬元素的能力。這一發現改變了我們對喜馬拉雅淡色花崗岩的認識，它揭示了這些岩石中隱藏的稀有金屬的巨大潛力。可以說，淡色花崗岩高分異成因理論上的創新，不僅在國內外地球科學界引起了強烈反響，更重要的是它徹底扭轉了過去人們認為喜馬拉雅沒有稀有金屬資源的傳統觀念。
地質上，雅魯藏布江以南即進入喜馬拉雅造山帶，這一造山帶分為三個主要的岩石地層單元：特提斯喜馬拉雅、高喜馬拉雅和低喜馬拉雅。在印度-歐亞板塊碰撞的過程中，地球內部的巨大能量被釋放出來，導致喜馬拉雅山脈出現了很多與山脈走向平行的斷層。喜馬拉雅三個岩石地層單元之間分別被藏南拆離系和主中央斷層兩個斷層系統所分隔。其中藏南拆離系的斷層系統貫穿了整個喜馬拉雅山，這一傾角平緩斷層的出現使得喜馬拉雅山的岩層多呈向北傾向。
圖12 喜馬拉雅造山帶地質單元分佈簡圖及造山帶剖面示意圖
談及喜馬拉雅成山，這一過程的本質就是高喜馬拉雅單元中岩石的折返抬升過程。而折返的上下邊界便是藏南拆離系和主中央逆衝斷層，多數淡色花崗岩岩漿伴隨藏南拆離系活動而形成侵入體，藏南拆離系作為通道和邊界，岩漿沿之向上移動了很長的距離，這是它們能夠發生強烈結晶分異作用的根本原因。
圖13 左上圖：珠峰地質地形剖面圖，由珠穆朗瑪拆離斷層(QD-Qomolangma Detachment)和洛子拆離斷層(LD-Lhotse Detachment)構成的藏南拆離系在珠峰地區位移超過35km；右上圖：珠峰峰體岩石地層單元分佈 (珠峰山體照片源自8KRAW)，下圖：珠峰北坡查亞山剖面
位於珠峰北坡的查亞山剖面，入選了國際地質科學聯合會評選的全球百大地質景觀。在那裡，我們可以清晰地看到大型的淡色花崗岩沿著藏南拆離系呈席狀產出，淡色花崗岩的岩漿順著近平緩的低角度斷層向南遷移了很長的距離。據估計，珠峰地區的藏南拆離系斷層的位移超過了35公里，而在喜馬拉雅部分地區甚至達到了上百公里，這使得岩漿中的礦物能夠發生強烈地分離結晶，稀有金屬元素在岩漿分異的殘餘熔體中充分富集，並最終聚集在藏南拆離系的頂部。在數以百萬年計的漫長地質歷程中，板塊的匯聚推擠再加之淡色花崗岩岩漿的頂託，珠峰等一眾群山的高度也不斷達至新的巔峰。簡而言之，喜馬拉雅造山過程中，構造活動驅動了熔體的長距離遷移和稀有金屬成礦。作為全球規模最大的伸展拆離系統，長度超過兩千公里的藏南拆離系與超乎尋常規模的淡色花崗岩共同造就了喜馬拉雅這條稀有金屬巨龍。
3.2 青藏高原溫泉稀有金屬資源
當板塊發生強烈碰撞時，岩層會發生斷裂，地表水沿著這些裂隙深入地殼，不斷從岩石中汲取熱量和物質，達到一定深度時，在冷、熱水密度差和靜水壓力差的共同驅動下開始折返，再沿其他構造斷裂帶或裂隙上湧，形成眾多溫泉。泉水從地下上湧至泉口以及在溢位地面流淌的過程中，因溫度、壓力條件發生改變，有時會析出化學沉澱物，這些沉澱物稱為泉華。青藏高原溫泉種類很多，幾乎囊括了世界上所有的溫泉種類。除了能夠提供豐沛的地熱資源之外，大部分地溫泉或與之相應的泉華會超常富集硼、鋰、銣、銫等元素。
圖14 西藏自治區噶爾縣境內的巴爾熱泉(左圖)，昂仁縣境內的達格架噴泉群及泉華臺（右圖）（圖源自安寶晟和陳平, 2023）
青藏高原富集稀有金屬元素的溫泉主要集中於南部的西藏地區。據統計，西藏249個地熱泉水中，鋰、銣、銫元素平均含量分別為4.72mg/L、0.45mg/L和2.03mg/L。其中，一些地熱水中鋰含量非常高，達到可利用的工業品位。例如，鹼海子溫泉鋰離子含量高達239mg/L，竹墨沙溫泉鋰離子含量超過65mg/L，而全國溫泉中鋰平均含量僅為2.1mg/L。此外，青藏高原南部高溫富鋰地熱水大多鎂/鋰比值非常低，這種特徵非常有利於工業化開採利用。除此之外，青藏高原溫泉中的其他稀有金屬元素，如銫元素，其含量可達大陸地殼的數千倍，已經達到了經濟利用的水平。這些特性使得青藏高原的溫泉成為一個重要的稀有金屬礦產資源庫。
圖15 青藏高原溫泉鋰濃度分佈圖 (溫泉鋰濃度資料來源自趙平)
3.3 青藏高原鹽湖稀有金屬資源
在廣袤的青藏高原上，星羅棋佈地分佈著數千個湖泊。這些湖泊中，面積大於1平方公里的鹽湖數量多達數百個。鹽湖通常是指湖水含鹽度大於3.5%的湖泊。許多人都知道“天空之境”是鹽湖創造的奇觀，但鹽湖的神奇珍貴之處遠不止景觀。除了人們所熟知的食鹽也就是氯化鈉外，一些特殊的鹽湖還能出產鋰、硼、鉀、銫、銣、鍶等金屬。青藏高原腹地的大多數湖泊都是相對封閉的內流湖，流入湖中的鹽類物質無法外洩排出，長時間積累過後湖泊鹹度越來越高，逐漸變成了鹽湖。這些鹽湖成分複雜，以盛產鉀、鎂的鹽湖（如柴達木盆地的察爾汗鹽湖）和富鋰、銫等的鹽湖（如扎布耶鹽湖）而聞名。
圖16 位於西藏自治區的扎布耶鹽湖 (圖源自中國國家地理微博)
相較於青藏高原北部的青海鹽湖，位於南部的西藏鹽湖多具有低鎂/鋰比值的特徵，更易於開發利用。其中，扎布耶鹽湖是世界三大鋰鹽湖之一，也是唯一一個以天然碳酸鋰形式存在的鹽湖，已探明的碳酸鋰儲量為184萬噸，達到了超大型規模。青藏高原的鹽湖滷水中同樣賦存著大量的銣、銫資源，雖然其品位較低，但資源量巨大，提取工藝流程簡單，生產能耗和成本較低，因此它們可以成為未來提取銣、銫資源的重要來源。這些特性使得青藏高原的鹽湖成為了又一個重要的稀有金屬礦產資源庫。
圖17 青藏高原鹽湖鋰濃度分佈圖 (鋰濃度資料來源自Li et al., 2023)
四、喜馬拉雅岩漿作用與溫泉、鹽湖稀有金屬礦產聯絡
細心的讀者可能會好奇，喜馬拉雅山這條岩石巨龍與遍佈在青藏高原南部的溫泉和鹽湖又有什麼關係呢？或者說，淡色花崗岩和地熱水以及鹽湖滷水的稀有金屬資源之間有聯絡麼？
實際上，地球內動力和外動力地質作用共同塑造著它們彼此之間千絲萬縷的聯絡和交錯。從整體上看，青藏高原溫泉分佈具有“南北呈帶、東西呈條”的特點，地熱活動由南向北減弱。溫泉富集的稀有金屬元素空間分佈規律也與板塊碰撞形成的岩漿岩帶有一定的對應關係，特別是喜馬拉雅淡色花崗岩中出現的稀有金屬元素異常富集。這些溫泉水攜帶的稀有金屬元素彙集到湖泊當中，在鹽湖滷水中繼續富整合礦，這造成了青藏高原富集稀有金屬元素的鹽湖也主要集中於高原南部地區。
圖18 左圖，印度-歐亞板塊碰撞示意圖 (圖修改自Tarbuck et al., 2017)；右圖，青藏高原內生與外生地質作用稀有金屬成礦作用示意圖（圖修改自Li et al., 2023）
具體來講，俯衝至青藏高原下部的印度大陸地殼本身就具有比亞洲大陸地殼更高的稀有金屬元素含量，為稀有金屬元素富集提供了初始來源。地殼的區域性熔融預富集了成礦元素，早期富稀有金屬元素的印度大陸地殼俯衝過程中熔融形成富稀有金屬元素的岩漿，完成了初始富集。隨著岩漿發生高度的結晶分異，成礦元素更加濃集，這些富稀有金屬元素的岩漿沿著藏南拆離繫上升過程中逐漸冷卻結晶，在距今2500-2000萬年之前形成淡色花崗岩和花崗偉晶岩型稀有金屬礦床。同時，大規模的水巖反應萃取周圍岩石，使流體中的成礦元素更加富集。印度與歐亞板塊的進一步碰撞匯聚，部分富稀有金屬元素的岩漿熱液沿斷裂帶上升並與下滲地表水混合，沿著斷裂帶湧出地表，形成溫泉。而大部分溫泉水匯入地表徑流，透過進一步地表的蒸發濃縮富集作用形成富稀有金屬元素的鹽湖。也就是說，蒼茫無際的喜馬拉雅群山之下，稀有金屬元素能夠透過岩漿、溫泉和鹽湖聯絡到了一起，淡色花崗岩岩漿“滋養”著溫泉和鹽湖，溫泉作為“紐帶”，連結著深部的岩漿與表層的鹽湖，它們共同構成青藏高原的礦產資源寶庫。
圖19 從瓊嘉崗鋰礦（此處海拔5400m）遙望世界第六高峰卓奧友峰（峰頂海拔8201m）（圖源自趙永能）
五、結語
大約6000萬年前，印度板塊與歐亞板塊發生了史詩級大碰撞，這是塑造青藏高原-喜馬拉雅地質最恢弘的力量。日月輪轉，四季更替，時至今日，印度板塊仍在向北移動，推擠喜馬拉雅山脈繼續升高。在漫長的歲月中，山界之王喜馬拉雅山深刻地影響了青藏高原，締造了西北荒漠和江南水鄉，影響了幾乎整個中國的氣候、地貌乃至文明程序，同時，它也孕育了世界上獨一無二的稀有金屬礦產巨龍，它們共同見證著時代的起落和文明的變遷。在驚歎大自然偉力塑造的喜馬拉雅山之時，青藏高原科學考察也讓我們能夠探索發現祖國大地中蘊藏的資源寶庫。
感謝姚檀棟院士、秦克章研究員、劉強研究員、謝磊教授對本文的修改完善，陳文峰博士對地圖的清繪。
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SPRING FESTIVAL
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美編：韓雅彤
校對：伍姝雨 李玉鈐
