鋰（Li）是稀有金屬成礦和花崗質巖漿演化過程中的關鍵不相容元素，鋰同位素（δ 7 Li）被廣泛用于示蹤巖漿結晶、熔體—流體分離和水巖相互作用。然而，許多花崗巖—偉晶巖體系中常出現“Li含量越高、δ 7 Li值越低”的反相關現象（圖1），這一特征難以用傳統的平衡結晶或分離結晶模型解釋（圖2）。與此同時，花崗質礦物中Li與K同屬堿金屬元素，但二者是否受相同晶體化學機制控制仍缺乏清晰認識，是制約鋰同位素示蹤花崗質巖漿演化的關鍵問題。

圖1 全球花崗巖—偉晶巖體系中鋰含量與鋰同位素組成的關系。全球花崗巖和偉晶巖樣品顯示出顯著的Li含量和δ 7 Li變化范圍（a, b），部分代表性體系表現出“Li含量升高而δ 7 Li降低”的反相關趨勢（c, d）

圖2 平衡結晶和分離結晶模型對花崗巖—偉晶巖Li–δ 7 Li演化趨勢的約束。基于巖石學模擬和礦物—熔體Li分配/同位素分餾參數建立的平衡結晶（EQ）與分離結晶（FC）模型表明，傳統結晶過程能夠導致殘余熔體中Li富集，但難以單獨再現天然樣品中廣泛觀察到的δ 7 Li–Li反相關關系。這說明經典巖漿分異模型不足以解釋花崗巖—偉晶巖體系中的鋰同位素行為

圍繞這一科學問題，中國科學院地質與地球物理研究所劉善科等從全巖—礦物兩個尺度開展系統研究。一方面，整合全球花崗巖和偉晶巖Li含量與δ 7 Li數據，結合AlphaMELTS軟件模擬平衡/分離結晶過程，檢驗傳統結晶模型是否能夠產生觀測到的δ 7 Li–Li反相關。另一方面，以中國七個花崗質地區的鉀長石為對象，測定其Li同位素組成，并與已發表的K同位素、Al/Si摩爾比數據相結合，比較Li、K同位素在同一礦物體系中的響應機制。研究表明：

1. 平衡結晶和分離結晶均難以單獨再現花崗巖—偉晶巖體系中廣泛出現的δ 7 Li–Li反相關（圖2）。相比之下，當晶體快速生長而熔體擴散補給不足時，晶體—熔體界面可形成富Li邊界層；由于 6 Li 擴散快于 7 Li，界面附近可產生瞬時Li同位素分餾，從而使低Li礦物或早期結晶相記錄相對較重的δ 7 Li，而高Li殘余熔體或晚期體系表現為較低δ 7 Li（圖3）。

2. 鉀長石的分析結果表明，δ 7 Li與Al/Si摩爾比解耦，而K同位素則與Al/Si控制的晶體化學環境密切相關，說明Li同位素主要反映不相容元素的傳輸受限和界面邊界層過程，K同位素則更多記錄礦物結構和晶體化學分餾（圖4）。

該系列研究提出了花崗質巖石中“Li同位素邊界層動力學控制—K同位素晶體化學控制”的新認識，為解釋花崗巖—偉晶巖體系中Li同位素異常分餾提供了統一框架，也為利用Li–K同位素聯合識別巖漿分異、快速結晶、熔體—流體演化過程提供了新的理論依據。

圖3 晶體—熔體界面擴散驅動的鋰同位素分餾機制。在快速晶體生長和擴散補給受限條件下，不相容元素Li可在晶體—熔體界面形成富集邊界層。由于輕同位素 6 Li 相對于 7 Li擴散更快，界面附近可產生瞬時同位素分餾，使晶體或近界面熔體記錄相對較重的δ 7 Li，而遠離界面的殘余熔體則可能演化出較低δ 7 Li。該機制為解釋花崗巖—偉晶巖體系中Li富集與δ 7 Li降低的反相關現象提供了動力學框架

圖4 花崗質鉀長石中Li–K同位素解耦及其不同分餾機制。鉀同位素主要受Al/Si比值調控的晶體化學環境控制，反映K在長石結構位中的近似平衡分餾；相比之下，Li作為高度不相容微量元素，其同位素組成與Al/Si比值解耦，更容易受到晶體—熔體界面邊界層、擴散動力學和局部生長條件的影響。Li–K同位素解耦揭示了花崗質巖石中主量結構元素與微量不相容元素在同位素分餾機制上的根本差異

研究成果發表于JP&CG：

（1）劉善科，蘇本勛，李文君. Kinetic isotope fractionation of lithium in granite–pegmatite systems: The role of diffusion at crystal–melt interfaces[J]. Journal of Petrology, 2026. DOI: 10.1093/petrology/egag039 .

（2）劉善科，蘇本勛，王世瑩，李文君. Al/Si ratio controls on δ 41 K in granitic K-feldspar: Decoupling Li-K isotopes and contrasting fractionation controls[J]. Chemical Geology, 2026, 713: 123417. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2026.123417 .