0 引言

豫西嵩县乌桑沟岩体位于华北陆块南缘之外方山断隆，该断隆经历中元古代、古生代及中生代3 次大的构造-岩浆事件（曹晶等，2015），尤其以中生代岩浆活动为标志形成的不同期次、不同成因和不同规模的矿床最为著名；印支期构造运动是中生代地壳构造发展史上的一个大转折点（任纪舜， 1984），但由于这个运动被较晚的燕山运动所隐蔽； 同时，燕山期的酸性侵入岩与矿产的关系较为密切 （任富根等，2001），因此，前人对该区燕山期的矿床研究较多，认为该时期的矿床与岩浆热液有关，成矿物质大多来自下地壳或上地幔（李诺等，2009；张智慧等，2013；朱沛云等，2014；宋勤昌等，2019；谈乐等，2019；张素超等，2022）。前人通过对乌桑沟岩体所在地的鱼池岭钼矿床、祈雨沟金矿床的矿床类型和成矿规律研究（任富根等，1999a，1999b；赵玉，2020），认为燕山期深源物质在上侵过程中流体沸腾并与围岩发生水岩反应，形成隐爆角砾岩型矿床，有些学者甚至将其作为深部斑岩型矿床的找矿标志（张会琼等，2012）。但是，在该地区及外围与印支期碱性岩形成有关的金属矿床较少，且与印支期隐爆角砾岩型有关的矿床目前未见报道，前人大多仅对印支期碱性岩岩石特征及其含矿性问题进行了分析与研究（张正伟等，1993^①，2003；任富根等，1999a，1999b；王长明和邓军，2005；包志伟等， 2008；李春麟等，2012；梁涛等，2012；卢仁等，2013； 段友强，2016；吴成斌等，2017）。与华北陆块大规模燕山期花岗岩相比，印支期碱性岩在岩石类型、产出规模等方面有明显区别，对这些碱性岩体的研究有望提高对华北陆块南缘早中生代岩浆-构造活动的认识，并为寻找相关矿床提供理论指导。

随着地质工作的深入，前人陆续在华北陆块南缘印支期的碱性岩体中找到了与之有关的矿床（李建领等，2015；雷大景和向媚，2017；李靖辉等， 2017；程兴国等，2018），这些矿床被认为伟晶岩型或残留吸附型，并不存在隐爆角砾岩型矿床；李建领等（2015）通过对石门铷矿床的矿床地质特征研究，认为印支期正长岩提供物质来源、后经构造岩浆热液活动使正长岩体中的铷部分活化、富集，最终形成铷矿床，是典型的岩浆热液型矿床；笔者通过对石门铷矿床进行野外调查工作，在乌桑沟岩体中发现隐爆角砾岩并对该岩体主微量进行分析研究，结合前人对印支期碱性岩的研究成果，尝试对该矿床提出新的成因认识。通过嵩县石门矿床的找矿成果和成矿机制探讨，将为其他地区寻找稀土矿床提供一定的借鉴和帮助。

1 区域地质背景

嵩县石门铷矿床位于马超营断裂北侧，马超营断裂衍生出 NEE 向断裂经过矿区南部（李建领等， 2015）。区域内出露地层主要为中元古界长城系熊耳群火山岩系，侏罗系、白垩系零星出露。区域构造以NW、NE向的断裂为主（图1）；其中，NW向断裂多期活动特征明显，早期韧性变形形成片理化带，晚期自南向北形成脆性的逆冲推覆，沿断裂带形成构造角砾岩、碎裂岩、碎粉岩等。岩石硅化、钾化等蚀变强烈；NW 向断裂对区内金多金属矿床的形成具有一定的控制作用（卢欣祥等，2004）。

区内岩浆活动频繁，经历不同期次、不同规模的酸性、碱性岩体侵入，在这些岩体附近或内部发现了众多隐爆角砾岩筒或隐爆角砾岩型矿床（任富根等，1999a，1999b；范宏瑞等，2000；温森坡等， 2010；刘艳利等，2012；周树峰等，2014），同时区内稀有元素异常或矿化信息大多与碱性正长岩相关 （张正伟等，1993^①）。

2 矿床地质隐爆角砾岩特征

石门铷矿床西部出露岩性为中元古界熊耳群鸡蛋坪组流纹岩，局部夹薄层状或透镜状玄武安山岩。矿床内出露的印支期碱性正长岩体呈舌状侵入于熊耳群火山岩中（图2）。岩体平面上呈一不规则向北弯曲的椭圆状，长约400 m，宽约180 m，面积约 7 km²。岩体与地层接触面不规则，多呈港湾状，倾角多在65°～86°。

矿床的南部、东部均发现隐爆角砾岩筒。南部的隐爆角砾岩筒中的角砾大多为流纹岩，角砾大小不一，呈棱角状和不规则状，胶结物为硅碱组分较高的熔岩产物（图3a）。东部的含矿隐爆角砾岩位于正长岩体内，地表出露直径为 20～30 m，局部见有膨大，膨大处宽约40 m，角砾微定向，产状为156° ∠67°，在角砾岩上方见有一大小约 3 m×5 m 的流纹斑岩捕虏体，相对破碎（图3b）。

位于Ⅰ号矿体附近的隐爆角砾岩位于正长岩体内，地表覆盖，出露长度约 60 m，角砾大小不一，一般为5 mm×8 mm～10 cm×20 cm，角砾之间为硅质胶结，具拼贴，硅化脉边部见黄铁矿化、钾化，局部见黑云母化。隐爆角砾岩及其外接触带岩体具放射状破裂，隐爆角砾岩的角砾以正长岩为主，见流纹岩、流纹斑岩、片麻岩等捕虏体，呈大小不一的棱角状杂乱拼接。角砾岩中角砾较小，呈碎块状、长条状、棱角状，大小约 5 mm×20 mm～3 cm×5 cm；边部角砾较大，砾径在 3～30 cm，角砾间隙 0.5～3. 0 cm，局部角砾具轻微的定向性；胶结物主要由烟灰色或无色石英、更细小的构造角砾以及碱性长石构成（图4）。局部见黑色不透明的条带呈分散状充填于角砾间隙中。裂隙处见细小的次生金属矿物、石英等充填物。金属矿物主要为粒状、针状、薄膜状黄铁矿，局部集合呈细脉状，部分已蚀变为褐铁矿。

1—第四系；2—第四系—侏罗系；3—白垩系；4—中元古界马家河组；5—中元古界鸡蛋坪组；6—中元古界熊耳群；7—新太古界太华群；8—燕山期太山庙岩体；9—燕山期合峪岩体；10—燕山期五丈山岩体；11—印支期正长岩；12—地质界线；13—断层；14—产状；15—隐爆角砾岩处； 16—矿区范围

1—第四系；2—中元古界鸡蛋坪组；3—三叠世正长岩；4—矿体及编号；5—地层界线；6—断层；7—探槽；8—钻孔；9—隐爆角砾岩口

正长岩主要以似斑状结构为主，岩石斑晶主要为微斜长石、石英（零星），斑晶大小约 0.5 mm×5. 0 mm；微斜长石斑晶多数已钠长石化，在正交偏光镜下观察，钠长石具环带（图5a），呈靛蓝干涉色，此异常干涉色可能与微量元素的加入有关，微斜长石的环带主要由岩浆快速冷却形成（吴平宵和吴金平， 1997），说明由岩浆热液隐爆后，能量大量释放，造成周围矿物快速重结晶。基质中见有磷灰石、榍石、独居石等副矿物。部分长石或黑云母变质为绢云母，云母充填分布于长石之间。暗色矿物主要为赤铁矿或磁铁矿，呈不规则状聚集，零散分布。其他矿物如磷灰石（图5b）等星散分布。

a—乌桑沟南部剖面示意图（图a据张正伟等）；b—乌桑沟岩体内隐爆角砾岩素描图

1 —流纹岩；2—隐爆角砾岩；3—正长岩；4—捕虏体范围；5—产状；6—断裂

3 隐爆角砾岩主微量元素特征

正长岩全碱量（ALK）为 10.25%～15.92%，具高硅（SiO₂=60%～70%，平均 64.24%）、贫铁（F₂O₃+ FeO=1.89%～5.63%，平均 3. 01%）、高钾（K₂O= 10.12%～15.80%）、低钙（CaO=0. 09%～1.25%，平均为 0.39%）、低钠（Na₂O=0. 06%～0.38%，平均 0.19%）等特征（表1）。大部分样品投点落入正长岩区或附近（图6）。岩浆岩在给定 SiO₂含量条件下，其K₂O含量随弧地壳厚度的增加而升高，岩性由拉斑玄武岩亚系列逐渐变化为（狭义的）钙碱性亚系列和钾玄岩亚系列，表明区内自印支期早期地壳厚度增至最大，随后扬子陆块与华北陆块发生碰撞折返，从印支期后华北陆块南缘的地壳随之减薄，在燕山期减薄程度达到峰值，这与区域构造以及岩浆活动相吻合（刘振宏等，2004）。

a—正交偏光镜下钠长石环带；b—正交偏光镜下独居石

Mi—微斜长石；Qz—石英；Mt—磁铁矿；Mnz—独居石

样品中微量元素 Rb 含量为 220×10^-6～2860× 10^-6，多数在边界品位附近，个别已达工业品位；正长岩均显示轻稀土富集的右倾配分模式（图7a）。稀土总量为 27.7×10^-6～336.9×10^-6，变化较大； LREE/HREE=1.50～4.87，轻重稀土元素分馏明显，轻稀土含量大于重稀土，表明上地幔物质上侵过程中，重熔了部分下地壳的物质所致（张正伟等， 2003）。δEu 值为 0.20～0.35，显示 Eu 弱异常。从原始地幔标准化蜘蛛图（图7b）可知，样品明显富集 Rb、Zr、Hf 等元素，亏损 K、Sr、P、Ti 等元素（表2，表3）。

1—榄榄辉长岩；2—辉长岩；3—辉长闪长岩；4—闪长岩；5—花岗闪长岩；6—花岗岩；7—副长石辉长岩；8—二长辉长岩；9—二长闪长岩；10—二长岩；11—石英二长岩；12—副长石岩；13—副长石二长岩；14—副长石二长正长岩；15—正长岩；16—副长石正长岩

注：表1、2、3的数据均由武汉地质调查中心分析测试中心分析测试，2021。

4 铷矿成因探讨

4.1 矿体与隐爆角砾岩关系

区内隐爆角砾岩与矿体空间关系密切（除Ⅱ号矿体外）。在Ⅰ号矿体边部见有隐爆角砾岩，且通过钻孔控制矿体厚度过程中发现角砾岩（图8a），为硅质胶结的流纹岩角砾，胶结物边部见黄铁矿、云母；在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ号矿体附近发现有隐爆角砾岩，距角砾岩中心位置分别约 100 m、80 m、120 m，在角砾岩附近见强烈硅化，表面具褐铁矿化和钾化，远离隐爆角砾岩后硅化、钾化、褐铁矿化逐渐变弱；Ⅵ号矿体边部见有一隐爆角砾岩，地表出露的隐爆角砾岩主要由流纹岩与硅质胶结物组成（图8c），石英脉沿着角砾之间呈线状或网脉状分布，矿石中发育褐铁矿化和云母化等蚀变（图8b、8d）。由此可知，隐爆角砾岩与矿体在空间上、蚀变上显示具有密不可分的关系。

4.2 成矿流体来源

乌桑沟岩体源岩显然需要大量 K 的加入，但老地壳物质不能提供如此巨量的K，因此，必然存在地幔富 K 元素的物质加入；岩浆岩在给定 SiO₂含量的条件下，K₂O 含量随着地壳厚度的增加而升高。对比中元古代龙王幢岩体、印支期乌桑沟岩体、燕山期岩体，印支期的乌桑沟岩体K₂O含量达到峰值，随后燕山期岩体中 K 含量逐渐降低，这与区域构造背景及区内富K₂O特征基本一致（阎国翰等，2007）；说明本区在加里东期华北陆块与扬子陆块互相挤压，导致地壳增生，在印支期时地壳厚度达到最大值。

a—岩芯中角砾岩；b—金云母化蚀变；c—地表出露的角砾岩；d—褐铁矿化蚀变

壳源物质的熔融实验（Montel and Vielzeuf， 1997）表明下地壳的深熔作用不可能直接产生正长质岩浆。岩体中 Rb、Ba、U、Ce、Nd、Zr、Hf 等微量元素具异常峰，富集轻稀土元素和大离子亲石元素，亏损重稀土元素及 Ti、Sr、P 等高场强元素，Eu 显示弱异常；这些特征说明该岩体不可能是单纯的壳源物质熔融形成，成岩过程中必定有幔源组分参与。 Nb 和 Ta 原子半径、离子半径以及化学性质十分相似，在Nb/Ta低比值情况下不会分馏（球粒陨石和原始地幔的 Nb/Ta 比为 17.5）。壳、幔分离时，Ta明显在地壳层中富集而Nb亏损，因此Nb/Ta比可用来示踪火成岩岩浆形成时地壳组分的参与程度。乌桑沟岩体 Nb/Ta 比值为 4.49～20.89，其平均值为 10.8，略大于中国秦岭造山带正长岩平均值 9.93，反映了乌桑沟正长岩为壳幔混合所致；Rb/Sr 比值 （Rb/Sr=1.15～13.33，平均 6.46）远高于秦岭造山带正长岩地壳平均值 0.66（史长义等，2007），反映了源区岩石具有相对较高成熟度。Rb/Sr比值又显著高于华南花岗岩平均值1.75，表明初始岩浆在上升侵位过程中存在一定程度的分异演化。Nb、Sr、 P、Ti 等元素为异常谷，Nb、Sr 等元素亏损说明岩石中斜长石作为熔融残留相或结晶分离相的存在。 P、Ti 的亏损与磷灰石、榍石的分离结晶有密切关系。碱性长石和云母中富含K元素，岩石中Rb元素强烈富集、K 相对亏损，此现象为残余熔体中 Rb 进入碱性长石和云母，在成矿过程中 Rb 置换 K 所致 （刘书辉等，2014^②；聂潇，2020）。

因此，石门铷矿床的成矿流体应为幔源岩浆上升过程中熔融壳源物质并最终发生分异演化所致，这与磨沟岩体的流体来源基本一致（卢仁等，2013； 曹晶等，2015； He et al.，2016）。

4.3 铷矿成矿机制探讨

铷矿体赋存于乌桑沟正长岩岩体内，乌桑沟岩体形成于印支期（SHRIMP 锆石 U-Pb 年龄为（245± 4）Ma）（卢仁等，2013），赋矿岩石为正长岩或副长石正长岩。印支期华北陆块与扬子板块碰撞后俯冲陆块发生折返，地壳开始减薄，部分富含 W、Sn、Li、Rb、Cs、Be、B、Nb、Ta、REE 等元素的上地幔过碱性流体大规模强烈上涌过程中，与地壳岩石发生重熔作用并交代相关元素形成新的碱交代流体的上升侵位，伴随着挥发分从不饱和到饱和再到过饱和，当流体上升至浅地表时，物、化条件改变导致流体中大量的 CO₂、F 等挥发分发生绝热膨胀，产生威力极大的爆炸和迅猛的化学反应，形成隐爆角砾岩 （杜乐天，1996，1998；杜乐天和王文广，2009）。

隐爆角砾岩的形成使得围岩裂隙呈放射状展布。国内外的许多花岗岩型及伟晶岩型铌钽矿床广泛存在碱交代作用，其交代最强烈的地方往往是矿化最好的地方（Simons et al.，2017）。碱交代流体中 Rb、Nb、Ta 元素往往与 F 元素以络合物的形式存在（赵振华和钱汉东，2008），乌桑沟岩体的 Rb/Sr高比值显示壳幔混源的碱交代流体在运移过程中存在强分异演化，富集 F、Rb、Nb、Ta 等元素的流体沿放射性裂隙、断裂等构造向成矿的有利部位运移，与围岩进一步发生碱交代作用，导致流体成分发生改变，使得含铷铌钽络合物水解，F元素挥发或形成萤石等矿物，Rb 等元素富集不断置换岩石中的 K，促使含 Rb、Nb、Ta 等元素的矿物沉淀析出，富集成矿。

除本区存在的印支期正长岩，汝阳外方山地区、安阳九龙山、方城塔山及桐柏松扒等地也存在与本区相似的岩体与矿化信息，研究表明在九龙山、双山以及塔山一带出露有Nb、Ta、REE及放射性元素等与碱性岩体有关的金属矿化显示（方樟顺等，1969^④；于吉林等，1995^③；张正伟等，1993^①），但对稀有金属矿产的关注度不够或找矿方向不同，一直未在这些地区实现稀有金属矿产的找矿突破；近几年仅在方城双山（程兴国等，2018）的碱性正长岩中发现大型铌矿床。结合前人对华北陆块南缘河南段富碱侵入岩的研究成果（张正伟等，1993^①），应对汝阳、安阳、方城等地的印支期碱性正长岩含矿性及稀有金属矿产找寻工作给予充分的重视。

5 结论

（1）嵩县石门铷矿床赋存于印支期碱性正长岩体中，岩体主要成分为钠长石、微斜长石，具高硅、高钾、CaO 与 Na₂O 强烈亏损等特点，富集轻稀土元素和大离子亲石元素，亏损重稀土元素，显示 Eu 弱正异常。

（2）碱交代流体上侵过程中，由于物化条件的改变使得地表浅部发生隐爆，形成隐爆角砾岩，碱交代流体沿着隐爆角砾岩形成的裂隙向成矿有利部位运移，流体中 Rb 元素置换长石和云母中的 K，不断富集形成隐爆角砾岩型铷矿床。

（3）在外方山地区及外围均存在不少碱性岩体，且在该地区已发现较多隐爆角砾岩筒并发育 “三稀”元素异常，表明该地区寻找“三稀”矿潜力较大，今后应加强对碱性岩体的研究及找矿工作。

致谢 审稿老师对本文进行了细心修改，并提出建设性意见和建议，在此表示诚挚的感谢。

注释

① 张正伟，戴耕，余坤.1993. 河南省华北陆块南缘富碱侵入岩地质特征及含金性研究报告[R]. 郑州：河南省地质科学研究所.

② 刘书辉，李建领，范文庆，刘国华，刘小虎.2014. 河南省嵩县石门矿区铷矿详查报告[R]. 郑州：河南省有色金属矿产局第二地质大队，1-62.

③ 方樟顺，宋大柯，张相岑.1969. 方城碱性岩地质图及普查总结报告（铌钽）[R]. 新乡：河南省地质局豫十三队.

④ 于吉林，徐石头，张建良.1995. 河南省安阳县九龙山矿区霞石正长岩矿详查地质报告[R]. 郑州：中国建材材料工业地质勘查中心河南总队.

参考文献