钪作为关键金属，具有质轻、柔软和熔点高等特性，在国防、航空航天、新能源等领域具有重要战略价值。全球钪主要来源于镁铁质-超镁铁质岩浆，这些岩浆通常来自于富集地幔，俯冲过程释放流体交代地幔导致源区钪富集。然而，地幔交代类型、不同类型流体交代的相对贡献与性质，地幔交代过程钪的地球化学行为尚不清楚。

针对上述科学问题，中国地质大学（北京）李珊珊高级实验师、李冰教授和邱昆峰教授，在孙友宏院士、邓军院士指导下，联合国外合作者，以南极普里兹湾带的紫苏花岗岩和基性麻粒岩为对象，开展了精细的矿物学、岩相学和地球化学研究，取得了以下创新认识：

（1）东南极普里兹湾带记录了冈瓦纳超大陆汇聚印度克拉通向东南极俯冲碰撞过程，紫苏花岗岩和镁铁质麻粒岩形成于超高温峰后约为800–1000°C、6.5–12.8 kbar变质条件，属于退变质阶段。麻粒岩中斜方辉石和单斜辉石钪含量远高于亏损地幔和玄武岩中的辉石，指示源区来自富集的尖晶石相地幔。

（2）辉石核部高Sc、高LREE含量与共生的方解石包裹体表明，俯冲碳酸盐岩脱水产生还原性碳酸岩熔体交代地幔，是辉石中Sc富集的关键。辉石边部Sc、LREE和Li含量显著降低，P、S含量变化与负Eu异常，表明峰后减压熔融产生的氧化性硅酸盐熔体和弧增生阶段的形成的外来氧化性富磷含水流体与辉石发生反应，促使Sc从辉石中活化释放。

（3）辉石Eu/Eu*比值从核部向边部降低、Ti和V含量减少以及Fe-Ti氧化物出溶结构的发育，共同指示地幔交代过程由还原性碳酸岩熔体主导的交代向氧化性硅酸盐熔体/流体主导的交代转变，提出还原条件有于钪进入辉石，而氧化条件则促进钪活化释放。东南极地区广泛发育变质辉石和富CO₂流体包裹体，表明钪富集可能是一次区域性变质交代事件。

该项研究系统建立了俯冲-碰撞造山过程还原性碳酸岩熔体交代导致辉石钪富集，氧化性硅酸盐熔体/流体交代导致钪释放的成矿模型。研究成果不仅为研究南极大陆变质岩中关键金属富集机制提供了理论依据，也为理解全球造山带关键金属成矿提供借鉴。

图1南极及冈瓦纳相邻地体地质图

图2 辉石矿物学与地球化学特征

图3 南极普里兹湾带钪富集与释放成矿模型

研究受教育部基础学科和交叉学科突破计划 （JYB2025XDXM803）、国家自然科学基金（42521005，92562302，42203072)、国家重点研发计划（2021YFA0719100）项目联合资助。成果发表在《American Mineralogist》：Shan-Shan Li, Bing Li*, You-Hong Sun, Jun Deng, German Leitchenkov, Kristoffer Szilas, David Hernández-Uribe, Pavel Talalay, Nan Zhang, Xiao-Peng Fan, Ya-Zhou Li, Da Gong, Yi-Zi Zou, Jin-Hua Li, Kun-Feng Qiu*, Multi-stage scandium enrichment and release in pyroxene from charnockites and mafic granulites, East Antarctica: implications for metamorphic-metasomatic Sc deposits.

全文链接：https://doi.org/10.2138/am-2025-10035