本文转载自"第三极大本营"公众号 导语：
如果将喜马拉雅山看成一条由岩石崛起构成的巨龙，那么地球上没有哪条山脉比它更伟岸、壮丽。第二次青藏高原综合科学考察研究发现，这条巨龙的崇山峻岭之中蕴藏着丰富的稀有金属资源。在中国农历新年“龙年”到来之际，本文将带领读者从地质学稀有金属的视角再次认识喜马拉雅这条巨龙。
图1 喜马拉雅犹如一条巨龙蜿蜒于青藏高原南缘
一、喜马拉雅-青藏高原造山作用的效应
纵贯在青藏高原西南边缘，巍峨的喜马拉雅山脉宛若一条巨龙由西向东绵延，守卫着地球“第三极”。这条优美的弧形山脉西起南迦帕尔巴特峰，东至南迦巴瓦峰，绵延约2500公里，南北纵深150-350公里，山脉主脊海拔超过6000米，是地球上海拔最高和最年轻的山脉，也造就了世界极致风光最丰富密集之处。
印度板块与欧亚板块的碰撞是近五亿年来的地球历史中最重要的造山事件，从烟波浩渺的原始古海到冰封雪岭的今朝高地，青藏高原-喜马拉雅山的形成演化不但导致了现今全球最活跃的陆内地震带和亚洲地区的大气环流大变迁，同时使环境生态产生了新的格局，也孕育了全球最年轻的碰撞成矿带。
图2 青藏高原地形图与喜马拉雅山脉地理分布图
矿产资源是支撑国家安全与社会稳定的重要基石。地球的内部就像一个巨大的熔炉，这个熔炉中的岩浆充满了各种金属元素。一旦这些岩浆上涌，经过复杂的化学反应和物理过程，岩浆中富集金属的矿物就有可能在不同的深度结晶并聚集，经过亿万年的积累和沉淀，最终形成了我们所珍视的金属矿产。青藏高原南部处于印度板块与欧亚板块的交汇之处，两个板块间的大碰撞，让这里成为了青藏高原地壳和地幔物质能量交换最活跃、岩浆和流体活动最强烈、断裂网络系统最发达的地区。这些独特且关键的地质条件，也让这里成为了大规模矿产资源出现的理想之地。在过去的20年里，科学家们在青藏高原上发现了众多世界级超大型矿床。例如，高原南部的冈底斯超大型铜矿带便是其中的佼佼者，如今的冈底斯成矿带已经崛起为我国最大的铜矿带，铜资源量占到全国的60%以上，对我国的铜资源供应做出了巨大贡献。
那么，在青藏高原还有其他金属矿产资源吗？它们规模又是怎样的呢？我们在喜马拉雅山脉的崇山峻岭中找到了答案，那里蕴藏着巨量的稀有金属资源。
图3 上图，喜马拉雅山脉全貌图；下图，喜马拉雅山脉中段群山（图源来自星球研究所）
二、喜马拉雅山的稀有金属追寻历史
稀有金属元素主要包括锂、铍、铷、铯、铌、钽、锆、铪等元素。顾名思义，这些元素的共同特点就是“稀有”，我们生活在地球最外层的大陆地壳之上，地壳中的稀有金属元素含量非常低，我们只能寻找富集这些元素的地质体来开采、冶炼才能获得高纯度的金属，进而加以利用。以锂元素为例，在自然界中，它主要存在于花岗伟晶岩、花岗岩、盐湖卤水以及特殊黏土层等地质体之中。虽然稀有金属元素在大陆地壳中含量很低，但是它们具有许多特殊和优异的物理化学性质，在新能源、航空航天、超导体等国民经济和国家安全中占有举足轻重的作用，因此，被许多国家列为战略性矿产资源。例如，锂是新能源和轻质合金的理想材料，被誉为21世纪可以改变世界的“白色石油”，我们现在几乎每天都离不开的手机，其中的电池就是以锂金属或锂合金材料制成的。稀有金属同样能形成多种大家熟悉的名贵宝石，如祖母绿、海蓝宝石、碧玺就是富含有铍、锂等元素的矿物。在南迦帕尔巴特峰北麓的巴基斯坦希格尔Shigar河谷，人们很早就发现当地花岗伟晶岩中出产色彩绚丽的海蓝宝石。为了获得梦寐以求的稀世珍宝，寻宝人攀山越岭，凿山开洞来采集大自然的馈赠。
图4 2019年巴基斯坦Shigar河谷当地村民采集被誉为“克什米尔之王 (King of Kashamir)”的海蓝宝石过程，这块花岗伟晶岩中的海蓝宝石晶簇，总重200公斤，出售价值800万美元 (图源自Trinchillo, 2020)
在过去，我们国家的稀有金属矿床的探查和开发利用主要集中在南岭、川西和新疆阿尔泰地区，而青藏高原并没有得到足够的关注。然而，当我们查看土壤中稀有金属元素（如锂、铍、铷、铯）的地球化学异常图时，就会发现这些元素在青藏高原南部的喜马拉雅地区同样存在着异常高的含量。
图 5 中国锂-铍-铷-铯地球化学异常图 （图源自王学求等，2021）
2.1 西方人对喜马拉雅稀有金属矿物的发现
近代对于喜马拉雅山的实地地质科学考察始于20世纪初，这些考察大多数源于对喜马拉雅山高峰的攀登热潮，1921年至1924年，英国著名探险家George Mallory带领探险登山队，穿过当年英帝国入侵西藏时所开辟的道路进入我国境内开展了数次考察，这些考察都以攀登珠峰为目标。1921年英国探险队在珠峰北坡考察时，绘制了探险之路的地质地形图，明确了珠峰地区的岩石组成，探险队员Alexander Heron在他的地质考察报告中最早报道珠峰地区存在绿柱石，黄色-粉色的电气石，现在看来这应该就是含锂的电气石。
图6 左图，瑞士地质学家Augusto Gansser （1910-2012），照片拍摄于1936年喜马拉雅考察期间，右图，1964年Gansser编辑出版的喜马拉雅造山带地质图
被誉为“喜马拉雅之父”的Augusto Gansser在上世纪六十年代划定了喜马拉雅山主要地质单元的界线，并将印度河-雅鲁藏布江缝合带解释为印度和欧亚板块之间的边界，这样的构造单元划分奠定了喜马拉雅造山带的基本地质格局。早在1936年，Gansser就同瑞士地质学家和探险家Arnold Heim对喜马拉雅山脉开展过地质考察，他们在印度境内的Bhagat-Kharak冰川附近发现了锂辉石花岗伟晶岩，并对其中的锂辉石进行了成分分析。这是喜马拉雅地区第一次明确报道存在锂矿化。
20世纪70~80年代，国外学者曾在喜马拉雅多个地点的花岗岩-伟晶岩中陆续发现绿柱石、金绿宝石、锂电气石和锂辉石等矿物，但是这些零星分布的矿物并未引起科学家们的足够重视，而尼泊尔和巴基斯坦发现的稀有金属矿物多作为宝石进行开采。1994年，意大利地质学家Dario Visonà报道在卓奥友峰西北的普士拉地区有锂辉石、透锂长石和锡石等稀有金属矿物，这是我国境内的喜马拉雅地区富锂矿物的首次报道。
2.2 中国人对喜马拉雅稀有金属矿物的发现和研究
我国大规模地开始对青藏高原科学考察是在1951年之后，那时一批科学家跟随解放军进入西藏，结束了西方人对青藏高原研究的垄断地位。时至今日，几代中国科学家锲而不舍的研究，揭示出了一个又一个青藏高原上的自然奥秘。在1966-1968年珠峰科考的过程中，科考队员在珠峰西北侧的加布拉花岗伟晶岩中发现有富铍矿物-绿柱石，这是我国科学家首次在珠峰乃至整个喜马拉雅山地区发现稀有金属矿物。1973-1978年，中国科学院青藏高原综合科学考察队在第一次青藏科考过程中陆续发现了绿柱石、金绿宝石、铌钽矿等重要稀有金属矿物，并在考察专著中进行了报道。但是随着第一次青藏科考的结束，我国对于喜马拉雅和青藏高原的研究随即进入沉寂期，这一时期我国科学家再未从喜马拉雅山中发现稀有金属矿物。
图7 左图，中国科学院青藏高原综合科学考察队(1973-1978)部分队员1976年于拉萨第三招待所的合照，第一排左起：1周云生 2吴浩若 4徐贵忠 5潘裕生 6常承法；第二排左起：1王东安 2王连成 3邓万明 7周宝阁 （图源及标注自刘强）
中图，中国科学院青藏高原综合科学考察队(1973-1978)编写的西藏岩浆活动和变质作用（周云生等主编，1981年出版）
右图，中国科学院青藏高原综合科学考察队(1973-1978)编写的西藏南部花岗岩类地球化学（涂光炽等主编，1982年出版）
我国第一次青藏高原综合科考起始于上世纪70年代，时隔近50年，第二次青藏科考作为国家战略任务再次被启动。第二次青藏科考的一个重要任务是对青藏高原资源和能源现状以及未来远景开展评估，这极大地推动了喜马拉雅稀有金属发现和研究进程。
图8 喜马拉雅山脉稀有金属矿物(矿床)发现与研究历史重要节点时间线
2016年，我国地质工作者对喜马拉雅地区开展了初次稀有金属成矿普查，当年考察的二十多个岩体中，大部分都发现了稀有金属矿物，其中以含有铍的绿柱石最为常见。这一系列发现正式拉开了喜马拉雅稀有金属勘查和研究的序幕。
图9 喜马拉雅山脉已发现稀有金属矿物及矿床(点)分布图
2017年，科考队员报道了位于喜马拉雅山脉东段的错那洞铍矿，铍资源量可达到大型-超大型规模，此外，锡、钨也具有大型找矿前景，这是喜马拉雅正式报道有稀有金属矿床，当时估计错那洞地区的铍资源量超过50万吨，钨锡资源量超过30万吨。如果这个估计准确的话，错那洞将一跃成为我国最大规模的铍矿床。同年，科考队员在Visonà曾报道的普士拉地区再次发现锂辉石、透锂长石等含锂矿物，自此翻开了喜马拉雅锂成矿研究的新篇章。2021年普士拉地区进一步取得突破，在那里，科考队员发现了喜马拉雅首例具有工业价值的花岗伟晶岩型锂矿，并以该区的穷家岗峰命名为“琼嘉岗”锂矿。据保守估算，琼嘉岗锂矿的氧化锂资源量达到100万吨，而2021年，我国的氧化锂探明储量仅为405万吨。2022年喜马拉雅东段洛扎地区再次发现花岗伟晶岩型锂矿床，根据地名命名为“嘎波”锂矿。这一系列稀有金属矿物和矿床在喜马拉雅之中的规模之大分布之广前所未见。从此，喜马拉雅真正地成为了一条稀有金属巨龙。
图10 上图：琼嘉岗锂矿远观图；下图：左：喜马拉雅地区稀有金属矿物绿柱石（错那洞）、中：锂辉石（琼嘉岗）、右：锂电气石（吉隆）
三、喜马拉雅-青藏高原南部稀有金属资源成因探寻
3.1 喜马拉雅岩浆成因稀有金属资源
那么，为什么喜马拉雅山脉中会有如此大规模的稀有金属矿藏呢？
喜马拉雅山脉中出露着巨量的花岗岩，举世瞩目，它们是印度-欧亚板块碰撞这个新生代以来地球上最重要地质事件的产物，这条山脉中诸多八千米级、七千米级山峰，其山体本身就是花岗岩。因此，这些花岗岩的形成和演化历史就是喜马拉雅山成山的历史。上世纪70年代法国地质学家Patrick Le Fort率先研究了这些花岗岩，根据岩石学上暗色矿物少的特征，Le Fort称之为“淡色花岗岩”。Le Fort和后来许多的研究者认为，这些淡色花岗岩是高喜马拉雅的岩石在较低温度熔融之后，在原地或近原地聚集而形成的，由于这种低温、低熔点花岗岩没有经历过较多的分异演化，所以它们不具有稀有金属成矿潜力。这个观点导致地质工作者长期忽视了喜马拉雅淡色花岗岩的稀有金属成矿潜力。
图11 左图：喜马拉雅淡色花岗岩分布图，右图：以淡色花岗岩为山体的代表性山峰 (马卡鲁峰、阿玛直米照片源自董书畅，格重康峰、努子峰照片来源于网络)
然而，近年来中国科学家的研究发现，这些花岗岩岩浆经历过高程度的分异演化，该过程使得淡色花岗岩具备了富集稀有金属元素的能力。这一发现改变了我们对喜马拉雅淡色花岗岩的认识，它揭示了这些岩石中隐藏的稀有金属的巨大潜力。可以说，淡色花岗岩高分异成因理论上的创新，不仅在国内外地球科学界引起了强烈反响，更重要的是它彻底扭转了过去人们认为喜马拉雅没有稀有金属资源的传统观念。
地质上，雅鲁藏布江以南即进入喜马拉雅造山带，这一造山带分为三个主要的岩石地层单元：特提斯喜马拉雅、高喜马拉雅和低喜马拉雅。在印度-欧亚板块碰撞的过程中，地球内部的巨大能量被释放出来，导致喜马拉雅山脉出现了很多与山脉走向平行的断层。喜马拉雅三个岩石地层单元之间分别被藏南拆离系和主中央断层两个断层系统所分隔。其中藏南拆离系的断层系统贯穿了整个喜马拉雅山，这一倾角平缓断层的出现使得喜马拉雅山的岩层多呈向北倾向。
图12 喜马拉雅造山带地质单元分布简图及造山带剖面示意图
谈及喜马拉雅成山，这一过程的本质就是高喜马拉雅单元中岩石的折返抬升过程。而折返的上下边界便是藏南拆离系和主中央逆冲断层，多数淡色花岗岩岩浆伴随藏南拆离系活动而形成侵入体，藏南拆离系作为通道和边界，岩浆沿之向上移动了很长的距离，这是它们能够发生强烈结晶分异作用的根本原因。
图13 左上图：珠峰地质地形剖面图，由珠穆朗玛拆离断层(QD-Qomolangma Detachment)和洛子拆离断层(LD-Lhotse Detachment)构成的藏南拆离系在珠峰地区位移超过35km；右上图：珠峰峰体岩石地层单元分布 (珠峰山体照片源自8KRAW)，下图：珠峰北坡查亚山剖面
位于珠峰北坡的查亚山剖面，入选了国际地质科学联合会评选的全球百大地质景观。在那里，我们可以清晰地看到大型的淡色花岗岩沿着藏南拆离系呈席状产出，淡色花岗岩的岩浆顺着近平缓的低角度断层向南迁移了很长的距离。据估计，珠峰地区的藏南拆离系断层的位移超过了35公里，而在喜马拉雅部分地区甚至达到了上百公里，这使得岩浆中的矿物能够发生强烈地分离结晶，稀有金属元素在岩浆分异的残余熔体中充分富集，并最终聚集在藏南拆离系的顶部。在数以百万年计的漫长地质历程中，板块的汇聚推挤再加之淡色花岗岩岩浆的顶托，珠峰等一众群山的高度也不断达至新的巅峰。简而言之，喜马拉雅造山过程中，构造活动驱动了熔体的长距离迁移和稀有金属成矿。作为全球规模最大的伸展拆离系统，长度超过两千公里的藏南拆离系与超乎寻常规模的淡色花岗岩共同造就了喜马拉雅这条稀有金属巨龙。
3.2 青藏高原温泉稀有金属资源
当板块发生强烈碰撞时，岩层会发生断裂，地表水沿着这些裂隙深入地壳，不断从岩石中汲取热量和物质，达到一定深度时，在冷、热水密度差和静水压力差的共同驱动下开始折返，再沿其他构造断裂带或裂隙上涌，形成众多温泉。泉水从地下上涌至泉口以及在溢出地面流淌的过程中，因温度、压力条件发生改变，有时会析出化学沉淀物，这些沉淀物称为泉华。青藏高原温泉种类很多，几乎囊括了世界上所有的温泉种类。除了能够提供丰沛的地热资源之外，大部分地温泉或与之相应的泉华会超常富集硼、锂、铷、铯等元素。
图14 西藏自治区噶尔县境内的巴尔热泉(左图)，昂仁县境内的达格架喷泉群及泉华台（右图）（图源自安宝晟和陈平, 2023）
青藏高原富集稀有金属元素的温泉主要集中于南部的西藏地区。据统计，西藏249个地热泉水中，锂、铷、铯元素平均含量分别为4.72mg/L、0.45mg/L和2.03mg/L。其中，一些地热水中锂含量非常高，达到可利用的工业品位。例如，碱海子温泉锂离子含量高达239mg/L，竹墨沙温泉锂离子含量超过65mg/L，而全国温泉中锂平均含量仅为2.1mg/L。此外，青藏高原南部高温富锂地热水大多镁/锂比值非常低，这种特征非常有利于工业化开采利用。除此之外，青藏高原温泉中的其他稀有金属元素，如铯元素，其含量可达大陆地壳的数千倍，已经达到了经济利用的水平。这些特性使得青藏高原的温泉成为一个重要的稀有金属矿产资源库。
图15 青藏高原温泉锂浓度分布图 (温泉锂浓度数据源自赵平)
3.3 青藏高原盐湖稀有金属资源
在广袤的青藏高原上，星罗棋布地分布着数千个湖泊。这些湖泊中，面积大于1平方公里的盐湖数量多达数百个。盐湖通常是指湖水含盐度大于3.5%的湖泊。许多人都知道“天空之境”是盐湖创造的奇观，但盐湖的神奇珍贵之处远不止景观。除了人们所熟知的食盐也就是氯化钠外，一些特殊的盐湖还能出产锂、硼、钾、铯、铷、锶等金属。青藏高原腹地的大多数湖泊都是相对封闭的内流湖，流入湖中的盐类物质无法外泄排出，长时间积累过后湖泊咸度越来越高，逐渐变成了盐湖。这些盐湖成分复杂，以盛产钾、镁的盐湖（如柴达木盆地的察尔汗盐湖）和富锂、铯等的盐湖（如扎布耶盐湖）而闻名。
图16 位于西藏自治区的扎布耶盐湖 (图源自中国国家地理微博)
相较于青藏高原北部的青海盐湖，位于南部的西藏盐湖多具有低镁/锂比值的特征，更易于开发利用。其中，扎布耶盐湖是世界三大锂盐湖之一，也是唯一一个以天然碳酸锂形式存在的盐湖，已探明的碳酸锂储量为184万吨，达到了超大型规模。青藏高原的盐湖卤水中同样赋存着大量的铷、铯资源，虽然其品位较低，但资源量巨大，提取工艺流程简单，生产能耗和成本较低，因此它们可以成为未来提取铷、铯资源的重要来源。这些特性使得青藏高原的盐湖成为了又一个重要的稀有金属矿产资源库。
图17 青藏高原盐湖锂浓度分布图 (锂浓度数据来源自Li et al., 2023)
四、喜马拉雅岩浆作用与温泉、盐湖稀有金属矿产联系
细心的读者可能会好奇，喜马拉雅山这条岩石巨龙与遍布在青藏高原南部的温泉和盐湖又有什么关系呢？或者说，淡色花岗岩和地热水以及盐湖卤水的稀有金属资源之间有联系么？
实际上，地球内动力和外动力地质作用共同塑造着它们彼此之间千丝万缕的联系和交错。从整体上看，青藏高原温泉分布具有“南北呈带、东西呈条”的特点，地热活动由南向北减弱。温泉富集的稀有金属元素空间分布规律也与板块碰撞形成的岩浆岩带有一定的对应关系，特别是喜马拉雅淡色花岗岩中出现的稀有金属元素异常富集。这些温泉水携带的稀有金属元素汇集到湖泊当中，在盐湖卤水中继续富集成矿，这造成了青藏高原富集稀有金属元素的盐湖也主要集中于高原南部地区。
图18 左图，印度-欧亚板块碰撞示意图 (图修改自Tarbuck et al., 2017)；右图，青藏高原内生与外生地质作用稀有金属成矿作用示意图（图修改自Li et al., 2023）
具体来讲，俯冲至青藏高原下部的印度大陆地壳本身就具有比亚洲大陆地壳更高的稀有金属元素含量，为稀有金属元素富集提供了初始来源。地壳的局部熔融预富集了成矿元素，早期富稀有金属元素的印度大陆地壳俯冲过程中熔融形成富稀有金属元素的岩浆，完成了初始富集。随着岩浆发生高度的结晶分异，成矿元素更加浓集，这些富稀有金属元素的岩浆沿着藏南拆离系上升过程中逐渐冷却结晶，在距今2500-2000万年之前形成淡色花岗岩和花岗伟晶岩型稀有金属矿床。同时，大规模的水岩反应萃取周围岩石，使流体中的成矿元素更加富集。印度与欧亚板块的进一步碰撞汇聚，部分富稀有金属元素的岩浆热液沿断裂带上升并与下渗地表水混合，沿着断裂带涌出地表，形成温泉。而大部分温泉水汇入地表径流，通过进一步地表的蒸发浓缩富集作用形成富稀有金属元素的盐湖。也就是说，苍茫无际的喜马拉雅群山之下，稀有金属元素能够通过岩浆、温泉和盐湖联系到了一起，淡色花岗岩岩浆“滋养”着温泉和盐湖，温泉作为“纽带”，连结着深部的岩浆与表层的盐湖，它们共同构成青藏高原的矿产资源宝库。
图19 从琼嘉岗锂矿（此处海拔5400m）遥望世界第六高峰卓奥友峰（峰顶海拔8201m）（图源自赵永能）
五、结语
大约6000万年前，印度板块与欧亚板块发生了史诗级大碰撞，这是塑造青藏高原-喜马拉雅地质最恢弘的力量。日月轮转，四季更替，时至今日，印度板块仍在向北移动，推挤喜马拉雅山脉继续升高。在漫长的岁月中，山界之王喜马拉雅山深刻地影响了青藏高原，缔造了西北荒漠和江南水乡，影响了几乎整个中国的气候、地貌乃至文明进程，同时，它也孕育了世界上独一无二的稀有金属矿产巨龙，它们共同见证着时代的起落和文明的变迁。在惊叹大自然伟力塑造的喜马拉雅山之时，青藏高原科学考察也让我们能够探索发现祖国大地中蕴藏的资源宝库。
感谢姚檀栋院士、秦克章研究员、刘强研究员、谢磊教授对本文的修改完善，陈文峰博士对地图的清绘。
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美编：韩雅彤
校对：伍姝雨 李玉钤