图1.喜马拉雅像一条巨龙蜿蜒于青藏高原南缘，图源：第二次青藏科考队

锂、铍、铷、铯、铌、钽、锆、铪等被称为稀有金属。因为稀有，被许多国家列为战略性矿产资源。这些稀有金属具有许多特殊和优异的物理化学特性，在新能源、航空航天、超导体等领域发挥举足轻重的作用。我们离不开的手机的电池就是以锂金属或锂合金材料制成的，锂也被誉为21世纪可以改变世界的“白色石油”。稀有金属可以制成名贵宝石，如我们视为珍宝的祖母绿、碧玺、海蓝宝石等。由于这些稀有金属的共同特点就是在地壳中的含量非常低，所以我们只能寻找富集这些稀有金属的地质体来开采、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。

 01  喜马拉雅造山作用与稀有金属成矿效应 

喜马拉雅山西起南迦帕尔巴特峰，东至南迦巴瓦峰，绵延约2500千米，南北纵深约200多千米，平均海拔6000米，是地球上海拔最高的山脉，也是全世界风景最美的山脉。

喜马拉雅山的形成是印度和欧亚大陆在6500万年前开始的史诗级大碰撞的结果，而她的隆起是在漫长地质过程中脉动式的生长，并不是一蹴而就。在5600万年前，喜马拉雅山位于低海拔状态（约1000米），之后缓慢隆升，到距今2100万年时，海拔高度才至2300米，自此之后喜马拉雅山的隆起开启暴走模式，在距今1500万年前，隆起到现在的高度。喜马拉雅山在约2000万年时间内的快速隆起，阻隔了南来的含有大量水气的季风，导致了西藏内部的剧烈干旱和喜马拉雅山南部的大量侵蚀。

从烟波浩渺的原始古海到冰封雪岭的今朝高地，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以及环境生态新格局，更重要的是孕育了全球最年轻的碰撞成矿带和富集的稀有金属成矿带。

图2. 青藏高原地形图与喜马拉雅山脉地理分布图，图源：第二次青藏科考队

那么喜马拉雅山隆升是如何形成稀有金属矿床的呢？地球的内部就像一个巨大的熔炉，岩浆在这个熔炉中含有各种稀有金属元素。一旦这些岩浆上涌，由于物理-化学条件的改变，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，形成了我们所说的矿床。由于印度板块和欧亚板块的大碰撞，喜马拉雅山所在的青藏高原南部是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。这些独特的地质条件使得这个地区成为了地球上稀有金属矿产资源富集的地区。

图3. 喜马拉雅山脉中段群山（左图），喜马拉雅山脉全貌图（右图）。横屏观看，图源：星球研究所

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岩浆，完成了初始的富集。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成矿元素更加富集。在过去的20年里，科学家们在喜马拉雅山发现了许多稀有金属成矿带和超大型矿床，使得喜马拉雅山有望成为我国大型的稀有金属矿产储备基地。

图4. 印度-欧亚板块大陆碰撞示意图（左图）；青藏高原内生外生作用稀有金属成矿作用示意图（右图），图修改自Li et al., 2023

印度与欧亚板块的进一步碰撞，部分富稀有金属元素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，形成热泉。而大部分热泉水汇入地表径流，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。实际上，地球内动力和外动力地质作用共同维系了它们彼此之间千丝万缕的联系和交错。从整体上看，青藏高原热泉分布具有“南北呈带、东西呈条”的特点，地热活动由南向北减弱。热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稀有金属元素异常富集或矿化现象。这些热泉水携带的稀有金属元素直接汇集到湖泊当中，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。也就是说，苍茫无际的喜马拉雅群山及其外围，稀有金属元素能够通过岩浆、热泉和盐湖联系到了一起，共同构成矿产资源宝库。这就使得喜马拉雅山及其外围地区不但是淡色花岗岩的稀有金属宝库，而且是热泉和盐湖稀有金属宝库。

 02  喜马拉雅山的稀有金属追寻历史

在喜马拉雅山最西端南迦帕尔巴特峰的巴基斯坦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，并称其为“克什米尔之王 (King of Kashamir)”。 Shigar河谷花岗伟晶岩中的海蓝宝石晶簇，堪称价值连城，大块的海蓝宝石晶簇总重可达200公斤，出售价值可达800万美元。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。随着时间的推移，尼泊尔和巴基斯坦发现的稀有金属矿物作为宝石进行开采的活动也更加频繁。

图5. 巴基斯坦寻宝人采集被誉为“克什米尔之王 (King of Kashamir)”的海蓝宝石过程，这块巴基斯坦Shigar河谷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：Trinchillo, 2020

过去，我国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。后来在喜马拉雅山发现了锂、铍、铷、铯等地球化学异常现象和珍贵的矿石。

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A. M Heron在他的珠峰地质考察报告中首次报道了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7. 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

Augusto Gansser划定了喜马拉雅山主要地质单元的界线，并将印度－雅鲁藏布江缝合线带解释为印度和欧亚板块之间的边界，这样的地质构造单元的划分奠定了喜马拉雅的基本地质格局，并一直沿用到现在。早在1936年，Gansser就同瑞士地质学家和探险家Arnold Heim对喜马拉雅开展过地质考察，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。这是喜马拉雅地区首次明确报道存在锂元素的矿化。

20世纪70~80年代，许多科学家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界们的足够重视。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，这是在我国境内的喜马拉雅地区首次发现富锂矿物。

中国科学家大规模地开始对青藏高原的科学考察是在1951年之后。时至今日，几代中国人锲而不舍地揭示着青藏高原上的自然奥秘。在1966-1968年珠峰科考的过程中，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，这应该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。中国科学院青藏高原综合科学考察队在1973年至1978年的考察过程中陆续发现了绿柱石、金绿宝石、铌钽矿等稀有金属矿物，并在考察专著中进行了报道。

图8. 中国科学院青藏高原综合科学考察队(1973-1978) 1976年于拉萨第三招待所的合照（左图），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，考察队编写的西藏岩浆活动和变质作用（1981年出版，中图）和西藏南部花岗岩类地球化学（1982年出版，右图）

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在喜马拉雅发现稀有金属矿物。时隔近50年，第二次青藏科考启动。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9. 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轴，图源：第二次青藏科考队

2016年我国地质工作者于喜马拉雅地区发现有稀有金属矿物，在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10. 喜马拉雅山脉稀有金属矿物及矿床分布图，图源：第二次青藏科考队

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，这是喜马拉雅首次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。2017年在Dario Visonà曾报道的普士拉地区科考队员再次发现锂辉石、透锂长石等含锂矿物，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，在这里发现喜马拉雅首例具有工业价值的花岗伟晶岩锂矿，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，而在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，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。喜马拉雅真正地成为一条稀有金属巨龙的形象也逐渐清晰起来。

图11. 上图：琼嘉岗锂矿远观图；下图：喜马拉雅地区稀有金属矿物绿柱石（错那洞）、锂辉石（琼嘉岗）、锂电气石（吉隆），图源：第二次青藏科考队

 03  喜马拉雅山及其外围的稀有金属矿藏  

喜马拉雅山岩浆成因的稀有金属矿藏

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？

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。三个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，而且每个单元的岩石构成都有所不同。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。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，图源：第二次青藏科考队

喜马拉雅山脉中出露的巨量花岗岩举世瞩目，它们是印度-欧亚板块大陆碰撞这个新生代以来地球上最重要地质事件的产物，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。在上世纪70年代法国地质学家Patrick Le Fort的研究团队率先研究了这些花岗岩，Le Fort根据岩石学上暗色矿物少的特征，首次在喜马拉雅引入了“淡色花岗岩”这一概念。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13. 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了高程度的分异演化，通过这种分异演化，淡色花岗岩具备了形成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我们过去认为喜马拉雅没有稀有金属资源的传统观念。

喜马拉雅成山的隆升过程，其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，喜马拉雅淡色花岗岩基本上是伴随藏南拆离系活动而形成的岩浆侵入体，岩浆沿着作为通道和边界的藏南拆离系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。以珠峰北坡查亚山剖面为例，这个剖面被国际地科联评为全球百大地质景观之一。在这里，我们可以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这个低角度断层迁移了很长的距离。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过后的残余熔体中富集，并最终聚集在藏南拆离系的顶部。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。

喜马拉雅山外围热泉成因的稀有金属矿藏

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，形成众多热泉。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。青藏高原热泉种类很多，几乎囊括了世界上所有的热泉种类。除了能够提供丰沛的地热资源之外，大部分地热泉或与之相应的泉华会超常富集硼、锂、铷、铯等元素。

图15. 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：第二次青藏科考队 

青藏高原富集稀有金属元素的热泉主要集中于喜马拉雅山外围的西藏南部地区。据统计，西藏249个地热泉水中，锂、铷、铯元素平均含量分别为4.72 mg/L、0.45 mg/L 和2.03 mg/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，碱海子热泉锂离子含量高达 239 mg/L，竹墨沙热泉锂离子含量高达65.4 mg/L，莫落江沸泉锂离子含量高达50mg/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，青藏高原热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热泉成为又一个重要的稀有金属矿产资源库。

图16. 青藏高原温泉（热泉）锂浓度分布图，图源：第二次青藏科考队

喜马拉雅山外围盐湖成因的稀有金属矿藏

在广袤的青藏高原上，星罗棋布地分布着数千个湖泊。在这些湖泊中，面积大于1平方公里的盐湖数量超过数百个。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17. 位于西藏自治区日喀则市仲巴县境内的扎布耶盐湖，富含锂、铯等稀有金属，图源：第二次青藏科考队

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(铷、铯含量普遍低于10mg/L)，但由于资源量巨大，提取工艺流程简单，生产能耗和成本较低，因此它们是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一个重要的稀有金属矿产资源库。

图18. 青藏高原盐湖锂浓度分布图 ，图源：第二次青藏科考队

 04  结语

大约6000万年前，印度板块和欧亚板块发生了史诗级大碰撞，这是塑造喜马拉雅山最恢弘的力量。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，喜马拉雅山伴随着整个青藏高原隆升缔造了西北荒漠和江南水乡，影响了整个中国的气候、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特质巨龙。第二次青藏科考让我们重新认识喜马拉雅山这条稀有金属特质巨龙所具有的世界级宝库潜质！第二次青藏科考更让我们高度期待喜马拉雅山这条稀有金属特质巨龙能够早日腾飞并服务人类！

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：赵永能

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