大兴安岭南段地区地属中亚成矿域东部的蒙古-鄂霍茨克成矿省,大地构造位置为兴蒙造山带东段,经历了多期次构造-岩浆活动,受到古亚洲洋、蒙古-鄂霍茨克洋和古太平洋构造域的制约,为区域内众多稀有金属矿床的产出提供了有利条件。近年来,大兴安岭南段地区勘察发现了多个锂铍等稀有金属矿床(点),但多作为W、Sn、稀土等其他稀有金属的伴生资源,或做了基础的地质勘查工作,其流体演化、成因机制、成矿时代、成矿模式等研究均较为薄弱,尤其缺乏从区域角度对此类矿产成矿作用开展系统性综合研究,严重制约了该区关键金属的找矿勘查突破。因此,本文以大兴安岭南段发育的维拉斯托隐爆角砾岩型锂矿床、那斯嘎吐云英岩型铍矿点以及碧流汰伟晶岩型铍矿床三个典型锂铍矿床(点)为研究对象。通过其系统的野外调查、流体包裹体、稳定同位素研究、热力学成矿物理化学条件分析、年代学以及岩石矿物地球化学特征研究,总结了区内典型矿床的成矿流体来源、特征、演化过程、物质来源、矿物地球化学特征以及成矿作用的物理化学条件制约,综合分析矿床成因,查明成岩成矿时代、岩石成因及其与锂铍成矿的关系,并结合区域构造演化过程,建立了区域中生代Li-Be成矿作用模式。 维拉斯托锂多金属矿床赋存于古元古代锡林郭勒杂岩中,矿体主要呈云英脉状产出于隐爆角砾岩筒中,整个热液成矿作用分为:铁锂云母-黄玉-萤石、石英-毒砂-锡石-闪锌矿-黑钨矿、石英-辉钼矿-多金属硫化物、石英-毒砂-黄铁矿-黄铜矿、石英-黄铜矿-磁黄铁矿-闪锌矿-方铅矿±黄铁矿、石英-方解石-萤石六个阶段;那斯嘎吐铍矿点赋存于二叠纪大石寨组及上侏罗统满克头鄂博组地层中,矿体主要呈脉状产出,Be成矿作用分为云英岩、石英-绿柱石±白云母、石英-绿柱石±硅铍石伟晶岩、石英-萤石四个阶段;碧流汰铍矿床主要赋存于上二叠统林西组的片岩、千枚岩、砂板岩等变质岩中,矿体主要呈脉状产出,Be成矿作用分为石英-钠长石-白云母-绿柱石、石英-白云母-绿柱石伟晶岩、石英团块三个阶段。 通过流体包裹体、激光拉曼光谱及C-H-O-Li同位素研究显示,三个矿床的初始成矿流体均来源于岩浆水,晚阶段混入大气降水,维拉斯托成矿物质锂来自于地壳。三个典型矿床成矿岩体中均发育有熔融/溶流包裹体,显示出明显的岩浆-热液过渡特征。其中,维拉斯托锂多金属矿床热液成矿期发育有富液相(VL型)、富气相(LV型)、纯气相(V型)、含子矿物三相(SVL型)、富CH₄两相(CL1型)和CH₄-CO₂两相(CL2型)包裹体。流体包裹体与激光拉曼分析结果显示早期初始流体属于中-高温、中等盐度NaCl-H₂O体系,发育具有较大的气液比VL型包裹体及少量LV型包裹体,属于熔体中直接在单相区出溶的流体;中期Sn-W-Mo矿化阶段发生了强烈的流体沸腾和岩浆脱气作用,含有少量CH₄和CO₂;晚期Cu-Zn-Ag矿化阶段随着大气降水的混合和碳质组分的加入,演化为中-低温、中-低盐度NaCl-H₂O-CH₄-CO₂体系。C同位素结果显示维拉斯托矿床包裹体中的C来自于与含碳地层的水岩反应,随着流体运移与水岩反应的发生,流体中逐渐加入CH₄和CO₂组分最终导致流体不混溶作用发生。那斯嘎吐铍矿床中发育富液相(VL型)、富气相(LV型)、纯气相(V型)和含子矿物三相(SVL型)包裹体,暗示成矿流体为中-高温、中等盐度NaCl-H₂O体系,属于从结晶硅酸盐熔体中直接在两相区出溶的流体,晚期演化为中-低温、低盐度NaCl-H₂O体系,并混合大气降水。碧流汰铍矿床中仅发育富液相(VL型)包裹体,早期属于中-高温、中等盐度NaCl-H₂O体系,VL型包裹体具有较大的气液比,属于熔体中直接在单相区出溶的流体,晚期演化为中-低温、低盐度NaCl-H₂O体系,并混合大气降水。 基于各典型矿床中流体包裹体显微测温获得的不同阶段的密度参数和O同位素温度计获得温度参数,结合矿物岩相学观察到的矿物共生组合特征及前人实验岩石学获得的矿物共生反应平衡曲线,对这三个矿床主成矿阶段进行热力学物理化学条件的模拟,结果显示锂矿化主要受控于F含量与压力因素,而铍矿化则是与温度、pH、SiO₂、Al₂O₃、HF和KF的活度等因素有关。此外,通过对云母微量元素的研究判定了各矿床存在的云母类型、分析其演化趋势和对成因的指示意义。分析表明,维拉斯托云母演化类型为白云母→富锂白云母→铁锂云母,那斯嘎吐和碧流汰云母演化类型为铁叶云母→多硅白云母→白云母,显示了不同的演化路径。云母的Li、Rb、Mg、Ti、Nb/Ta、K/Rb、Sc、V和W的变化显示它们经历了不同程度的分离结晶作用、形成环境氧逸度较高,其中维拉斯托云母具有较高的演化程度。 成矿火成岩的地球化学数据显示三个典型锂铍矿床岩体均为高分异花岗岩,经历了强烈的结晶分异作用,基本很少或无暗色矿物,多以发育黑云母、白云母、黄玉、锂云母、碱性长石等矿物为特征。高分异演化使得锂铍稀有元素在岩浆演化晚期一定程度富集,而强烈的熔流体作用使该高分异岩浆中的稀有元素进一步富集到流体中,进而随着流体温度、压力等物理条件改变导致矿化。通过铁锂云母Ar-Ar、LA-ICP-MS锆石U-Pb定年以及搜集的前人成岩成矿年龄数据,初步查明了研究区内主要存在三期稀有金属矿化作用:中-晚三叠世(240~239Ma)、晚侏罗世(155~145 Ma)、早白垩世(145~112 Ma),其中晚侏罗-早白垩世为主要成矿期。结合区域地质构造演化,认为中-晚三叠世稀有金属矿化形成于古亚洲俯冲后发生板片断离的后碰撞伸展拉张背景下,晚侏罗世矿化则是处于蒙古-鄂霍茨克洋闭合导致陆-陆碰撞后的弧后伸展环境,而早白垩世矿化形成于蒙古-鄂霍茨克洋闭合、古太平洋板块后撤或断离的造山后伸展环境下,三期成矿作用均与区域性伸展、软流圈上涌、底侵和岩石圈拆沉、减薄等深部地质作用过程有直接关系。