李建辉｜吴石头等：锂辉石原位Li同位素分析方法建立及地质应用

论文信息：Li J, Wu S, Yang Y, et al. In situ Spodumene Li Isotope Ratio Determination by fs-LA-MC-ICP-MS: Method Evaluation, Reference Material Development and Geological Applications[J]. Geostandards and Geoanalytical Research, 2026. DOI: 10.1111/ggr.70066.

新能源汽车的电池、储能电站的电芯，正在把锂推向“白色石油”的位置。但对地质学家来说，更基本的问题是：地下的锂从哪里来，又是怎样一步步富集成矿?

中国科学院地质与地球物理研究所李建辉、吴石头等研究人员联合多家科研机构，建立并完善了飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱（fs-LA-MC-ICP-MS）锂辉石原位锂同位素分析方法，研制出3种天然锂辉石同位素参考物质，并成功应用于喜马拉雅地区锂矿床研究。

锂同位素：矿物的“天然指纹”

锂辉石（LiAlSi2O6）是最重要的硬岩型锂矿石矿物，常形成于花岗伟晶岩中。锂由6Li和7Li两种稳定同位素组成，在岩浆结晶、流体活动和矿物形成过程中会发生不同程度的分馏，留下独特的同位素组成，就像矿物的“化学指纹”，帮助科学家追踪锂的来源。

但传统的锂同位素分析需先将矿物粉碎、溶解后整体测量，不同生长阶段的信息容易在粉碎过程中被混合，单颗晶体内部的细微差异难以分辨。如何在保留矿物原始结构的条件下直接读取同位素信息，成为一项技术挑战。

激光剥蚀：在微米尺度“扫描”同位素

飞秒激光的脉冲仅持续千万亿分之一秒（10-15秒）。研究团队用它在锂辉石表面进行微区剥蚀，将微量颗粒送入多接收质谱仪，同时测量6Li和7Li信号，相当于为矿物配备了一台“同位素扫描仪”。

研究采用15微米激光光斑、约40微米扫描长度的分析方式。锂辉石本身富含锂，即使小光斑也能获得较强信号；在优化条件下，分析精度和准确度均优于1.0‰。研究同时发现，用NIST SRM 610玻璃校正锂辉石会产生约4.0‰的系统偏差（基体效应）。因此，准确测定锂辉石锂同位素，应优先采用基体匹配的锂辉石参考物质进行校正。

图1 信号匹配对飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱（fs-LA-MC-ICP-MS）测定δ7Li值准确度的影响。DHLTan、ARM-2和OH-1的参考激光束斑直径分别为20 μm、40 μm和65 μm

三种“标准尺”：让不同实验室的结果可比

精密测量离不开可靠的标准物质。研究团队从四川李家沟、西昆仑和新疆可可托海选取三种天然锂辉石（LJG、DHLTan、KKTH），通过阴极发光成像、微量元素分析和大量原位测量，确认其同位素均一性良好。

每种样品均进行90次原位锂同位素分析，推荐值由国内两至三个独立实验室的溶液法测量共同确定：

LJG（四川李家沟）：δ7Li推荐值 1.01 ± 0.46‰

DHLTan（西昆仑）：δ7Li推荐值 2.69 ± 0.63‰

KKTH（新疆可可托海）：δ7Li推荐值 3.63 ± 0.43‰

推荐值相对于L-SVEC锂同位素标准，误差为2s。三个新研制的标准物质补充了现有锂辉石参考物质中较低δ7Li值区间的数据，有助于提高不同实验室数据的可比性。

图2 LJG、DHLTan、KKTH、Spod-1和Spod-6样品的阴极发光（CL）图像

同一个矿床，两期锂辉石，Li同位素组成有差别

研究团队将方法应用于西藏洛扎嘎波伟晶岩型锂矿床，识别出两期锂辉石：第一期形成较早，第二期与后期交代作用有关。两者同位素组成明显不同——第一期δ7Li约−6.2‰，第二期约−7.5‰，相差约1.3‰，可能记录了不同的成矿流体来源或演化过程。这表明锂矿床的形成并非简单的一次结晶事件，而是涉及多阶段的岩浆—热液演化。不同流体的具体来源尚未最终确定，未来还需结合氧同位素等证据进一步判断。

图3 采用飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱（fs-LA-MC-ICP-MS）对IGG-CAS提供的Spd-1和Spd-2样品进行原位分析获得的δ7Li数据

这项研究让研究人员能够更精细地识别锂辉石的不同生长阶段，追踪锂的迁移与富集过程，深化对花岗伟晶岩型锂矿成矿机制的认识。未来，该技术有望与矿物显微结构、微量元素、年代学及其他同位素方法结合，为我国锂矿成因研究和找矿预测提供更丰富的科学依据。