0 引言

铷是重要稀有金属和战略性新兴产业矿产，除应用于军事工业外，还广泛应用于众多民用领域。目前，铷资源虽然还处于有价无市状态，但国内外矿业公司已纷纷布局铷矿资源开发和应用，如湖南省郴州市长城岭矿区获得全国首张铷矿采矿权证。铷将在继稀土之后，有可能带来新一轮新能源、新材料的革命，将带动一批新产业链的形成（张遵遵等，2023）。另外，随着国际形势复杂多变，各国都重视重要战略性矿产寻找、开发与利用，关键矿产作为能源转型、技术进步和产业升级的关键物质基础，与国家安全密切相关，因此，包括铷矿在内的关键矿产受到人们极大关注。

铷资源主要赋存于花岗伟晶岩、卤水和钾盐矿床中，现在主要从花岗伟晶岩中回收铷。现今世界铷矿约65％的铷是从花岗伟晶岩中开采的，25％采自光卤石和盐类矿床（孙艳等，2019）。中国尚未发现独立的铷矿床，铷常与锂、铍、铌、钽等其他稀有金属矿种共（伴）生。铷矿可以划分为花岗岩型、花岗伟晶岩型、云英岩型、岩浆热液型、盐湖型、地下卤水型（孙艳等，2019）。与国外铷矿主要来源于伟晶岩型矿床不同，湘南地区主要为花岗岩型矿床，铷资源与花岗岩关系密切，形成时代主要为燕山早期，以湖南尖峰岭铷矿（陈泽毅，2022）、正冲铷矿 （刘湘华，2023）、大义山（李剑锋等，2021；张遵遵等，2023）等为代表，其次为燕山晚期，以上堡铌钽矿、拖碧塘铷矿（夏九洲等，2020）、界牌岭锡多金属矿为代表。而黄沙寺铷多金属矿作为近年来矿产地质调查项目新发现的铷矿点（图1），仅开展了地表填图及物化探剖面测量工作，调查认为铷的含量与花岗斑岩的风化程度和长石含量高低密切相关，但对花岗斑岩的形成时代及成因未进行研究。

本文在详细野外地质调查基础上，以黄沙寺花岗斑岩为研究对象，开展了锆石 LA-ICP-MS U-Pb 年代学和 Lu-Hf 同位素研究，探讨矿化花岗斑岩成岩时代、岩浆源区及形成构造背景。

1 —燕山期岩体；2—印支期岩体；3—加里东期岩体；4—铷多金属矿床；5—黄沙寺铷矿点；6—省界

1 区域地质概况

研究区区域构造位于华夏陆块南岭东西向构造带北缘，区内构造变形复杂，历经了加里东运动、海西—印支运动、燕山运动和喜山运动，相应地塑造了加里东、海西—印支、燕山和喜山 4 个构造层。其中，加里东构造层构造线走向近东西，呈穹隆展露；海西—印支构造层构造线走向近东西、北西和北北西，呈弧形展布；燕山和喜山构造层构造变形较弱。

区域内岩浆活动频繁强烈，规模较大，岩浆岩具侵入时代跨度大，期次多，类型多。受基底断隆带控制，岩浆岩展布呈东西向排列，以花岗岩岩基为主，主要有：阳明山、塔山、大义山岩体，其余多为岩脉和岩珠。阳明山岩体由 4 个规模不等，形状不规则的岩体组成，岩体岩性分别为中细粒斑状电气石黑（白）云母二长花岗岩、二云母二长花岗岩、细粒电气石白云母二长花岗岩、斑状黑云母正长花岗岩，其成岩时代集中于 218~213 Ma，整体属印支晚期；塔山花岗岩体呈近东西向不规则状，岩石类型主要有细粒（二云母）二长花岗岩、细粒斑状（二云母）二长花岗岩、中细粒斑状（二云母）二长花岗岩、细中—中粒斑状（二云母）二长花岗岩，其成岩时代集中于 221~213 Ma，整体属印支晚期；大义山岩体呈北西走向纺锤状，共划分为6个岩相单元，分别为细中粒斑状角闪黑云二长花岗岩、中粗粒斑状黑云母二长花岗岩、中细粒斑状黑云母二长花岗岩、细粒少斑状黑云母二长花岗岩、细粒斑状（含电气石） 二云母二（正）长花岗岩及细粒少斑状二云母正长花岗岩，其成岩时代集中于 160~150 Ma，整体属燕山早期。3个岩体成因类型均为“S”型花岗岩（马丽艳等，2016；杜云等，2017；李剑锋等，2021）。

岩浆岩与区内生金属矿产成矿关系密切，不同的岩浆岩系列具有不同的成矿专属性：W、Sn、Bi高温成矿元素一般与二长花岗岩有关，主要产于大义山岩体（李剑锋等，2021），Rb、Nb、Ta等稀有元素矿产与拖碧塘花岗斑岩（夏九洲等，2020）、上堡二长花岗岩有关（Zhao et al.，2020），Cu、Pb、Zn 与水口山的花岗闪长岩和花岗闪长斑岩有关（李永胜等， 2020；宛克勇，2021）。

2 矿区地质特征

矿区出露地层从老至新为：①中泥盆统棋梓桥组（D_2-3q），主要为细晶灰岩及白云质灰岩；②上泥盆统佘田桥组（D₃s），主要为灰黄色粉砂岩、泥灰岩；③ 上泥盆统锡矿山组（D₃x），主要为瘤状灰岩、条带瘤状灰岩、白云质灰岩以及含燧石结核灰岩；④上泥盆统岳麓山组（D₃y），其中二段（D₃y²）为红褐色或黑褐色含铁砂岩，浅黄褐色粉砂岩；一段（D₃y¹）为灰黄色细粒石英砂岩；⑤下石炭统马栏边组（C₁m），岩性主要为细晶灰岩、白云质灰岩及瘤状灰岩，部分岩石中见灰黑色燧石结核；浅黄色细粒长石石英砂岩，钙质粉砂岩及页岩（图2）。

矿区褶皱发育，轴向主要为北北东向。自西向东主要有：大泉岭背斜，水口岭向斜，黄沙寺背斜，野日岭向斜和何家山背斜。其中黄沙寺背斜轴部走向 5°左右，为紧闭褶皱，核部出露上泥盆统岳麓山组，东翼出露地层为上泥盆系岳麓山组和下石炭统孟公坳组，西翼地层发生倒转，出露地层为上泥盆系锡矿山组和岳麓山组。区内次一级背斜以及推覆断层旁边常形成的小型平卧褶皱，其背斜核部中的虚脱空间及向斜中的隆起部位为区内重要的容矿构造。断裂主要分布于矿区东侧，按其走向可分为北北东向，北北西向，北西向和北西西向，其中北北东向数量最多、规模最大，与成矿关系不明显，北西西向数量较少，与成矿关系密切。

研究区内岩浆岩主要为沿黄沙寺背斜东翼分布的花岗斑岩脉，岩脉产状同褶皱轴面或断裂产状一致，走向近南北。花岗斑岩为浅灰白色，似斑状结构，岩石风化极强，具云英岩化、高岭土化蚀变，边部热液蚀变现象较显著，花岗斑岩与灰岩的外接触带有大理岩化和弱矽卡岩化、硅化、绢云母化、黏土化及烘烤现象，其中绢云母化、高岭土化与铷矿成矿关系密切。

土壤地球化学剖面测量成果显示，区内有 2 个异常对应地表出露的花岗斑岩脉，宽度大于 15 m，最宽达 40 m，异常峰值较高，其含量与华南褶皱系中花岗岩的平均值相比，富集系数大于 5 倍的元素有 Rb、Li、Cu、Sn、Ta，富集系数 2~3 倍的有 Zn、Nb，说明本地区的花岗斑岩脉富含 Rb、Li、Nb、Ta、Sn 等元素（湖南省有色地质勘查局二一七队，2016^①）。

区域重力异常显示在黄沙寺—拖碧塘地段存在一低的重力负异常，推测其深部可能存在有大的花岗岩岩基。同时，该处多组深大断裂带的交会部位，多级褶皱断裂发育，含矿层位分布广泛，岩石节理裂隙发育，硅化、碳酸盐化等蚀变普遍。区内物探异常和 Rb、Li、Cu、Zn、Pb、Nb、Ta、Sn 等元素化探异常分布范围广，异常强度高，拖碧塘矿床铷矿初步圈定铷工业矿体 5 个，推断+预测 Rb₂O 资源近 5 万 t，达超大型规模（夏九洲等，2020），本区成矿条件相似，找矿标志清楚，找矿潜力较大。

1—下石炭统马栏边组；2—上泥盆统岳麓山组二段；3—上泥盆统岳麓山组一段；4—上泥盆统锡矿山组；5—上泥盆统佘田桥组；6—中泥盆统棋梓桥组；7—花岗斑岩；8—断层及编号；9—地层界线；10— 矿体范围

3 矿体地质特征

研究区西部的花岗斑岩中发育铷铌钽矿化，具全岩矿化特征，花岗斑岩脉即为铷矿（化）体。矿石中矿物主要有石英、长石、云母等，矿石矿物为长石。矿石结构主要为斑状结构，矿石构造为块状构造。

矿（化）体平面上大致同褶皱轴面或断裂产状一致，走向近南北，倾向东，倾角 40°~60°，走向长度大于 5000 m，宽 3~6 m；围岩主要为细晶灰岩、白云质灰岩、粉砂岩及石英砂岩等。Rb₂O单工程平均品位最高为 0.182%，一般为 0.106%~0.166%。Nb₂O₅ 品位最高为 0.0144%，最低为 0.0072%，平均为 0.010%，Ta₂O₅品位最高为 0.0071%。花岗斑岩蚀变主要为云英岩化，后期具高岭土化。探矿工程揭露的地质特征和测试结果均显示花岗斑岩脉中铷的含量高低与岩石的风化、长石含量高低存在一定的关系。

4 测试方法及实验结果

4.1 样品采集

测试样品（D9705-1）采自黄沙寺背斜东翼的花岗斑岩脉中，为矿区内铷矿（化）体（图3）。岩石为花岗斑岩，浅灰白色，斑状结构，块状构造。矿物成分斑晶：石英 20%、钾长石 10%、白云母 5%、少量斜长石 5%；基质：石英 20%、钾长石 20%、微斜长石 20%。

斑晶成分主要为石英、钾长石、白云母。石英斑晶（Qtz）：无色透明，半自形—自形晶六边形或六方柱状，正低突起，表面浑浊，见熔蚀现象；钾长石斑晶（Kfs）：无色，自形—半自形短柱状，负低突起，正长石见简单双晶，高岭土化；白云母斑晶（Ms）：无色—浅褐色调，片状，正中突起，闪突起明显。基质微细粒结构，主要成分为石英、钾长石、微斜长石、云母。

4.2 测试方法及实验流程

野外样品采集后直接送往河北省廊坊市宇能岩石矿物分选技术服务有限公司进行锆石分选。样品破碎经摇床、淘洗、电磁分选等步骤后分离出锆石，在双目镜下选出透明且具代表性锆石颗粒，然后将其黏在环氧树脂上进行制靶，磨至锆石颗粒中心部位后经抛光、喷碳等步骤处理后用于阴极发光（CL）照相以确定锆石颗粒内部结构，在此基础上选择合适的区域用于锆石 U-Pb 定年和 Lu-Hf 同位素测定。锆石CL以及透、反射光照相均在北京锆年领航科技有限公司采用配备英国 Gatan公司生产的阴极荧光探头装置系统的 JSM6510 扫描电镜上完成。

Qtz—石英；Ms—白云母；Kfs—钾长石

锆石的 U-Pb 年龄和 Lu-Hf 同位素测定均在自然资源部中南矿产资源检测中心完成。测试仪器为装配 RESOlution 193 nm ArF 准分子激光剥蚀系统与 icapQ 型 ICP-MS 联机。实验中激光束斑直径为 29 μm，激光剥蚀时间 45 s，激光频率为 6~8 Hz，激光能量密度为 5 J /cm²。测定时采用国际锆石标准 91500 作为外部标准样品来分析 U-Pb 同位素， NIST SRM612 作为外部标准样品来测定元素含量。锆石U-Pb 同位素组成原始数据采用ICPMSDataCal 软件进行处理（Liu et al.，2008）。锆石年龄计算以及谐和图的绘制均采用 ISOPLOT 软件完成（Ludwig，2003）。

锆石 Hf同位素测定仪器为配备 RESOlution193 nm ArF准分子激光剥蚀系统与 Neptune plus型多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-NS）联机。锆石 Lu-Hf 同位素分析点选择在 LA-ICP-MS 年龄测试点附近。激光束斑直径为 43 μm，激光剥蚀时间 60 s，激光频率为 6~8 Hz。激光能量密度为 5 J/cm²。测定时采用 91500、PLE 作为标样。 ¹⁷⁶Lu 对¹⁷⁶Hf 的干扰采用¹⁷⁶Lu/¹⁷⁵Lu=0.02656 进行校正 （Blichert-Toft et al.，1997），同时假设 Lu 和 Hf 的分馏情况类似。¹⁷⁶Yb 对¹⁷⁶Hf 的干扰采用实测无干扰¹⁷³Yb进行校正。

4.3 分析结果

4.3.1 锆石LA-ICP-MS U-Pb定年

花岗斑岩中锆石多无色透明，自形—半自形柱状或粒状，粒径 50~400 μm，长宽比为 1∶1~4∶1。多数锆石具有明显的岩浆振荡环带，属典型的岩浆结晶产物；少数粒状或短柱状锆石中可见明显的低亮度圆滑内核，偶见呈碎屑状的暗色内核（图4a）。对 20 颗锆石进行了 U-Pb 同位素分析，均位于锆石边部，其LA-ICP-MS U-Pb分析结果见表1。锆石U含量（176×10^-6~5145×10^-6）变化范围大，CL 图像暗色锆石的 U 含量（1438×10^-6~16938×10^-6）总体较浅色锆石的U含量（174×10^-6~1238×10^-6）高；锆石Th/U比值在 0.07~1.01 之间大部分大于 0.3。²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄变化在 204~73 Ma，不集中；其中 1、3、4、6、7、9、11、 13、14、17、20 号点因信号差未参与年龄计算，12 号点因误差较大未参与年龄计算，15号点测点年龄值过高，可能为继承锆石年龄，不代表结晶年龄，未参与年龄计算，其余7个点集中分布在87~88 Ma，加权平均年龄为（87.7±0.7） Ma（95% 置信度，MSWD= 4.6）（图4），可代表黄沙寺花岗斑岩的结晶年龄。

注：Pb^*放射性成因Pb，带＃数据不参与谐和年龄计算。

4.3.2 锆石Hf同位素组成

锆石 Hf 同位素测试结果见表2，花岗斑岩 （D9706-1）样品的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf 为 0.282520~0.282615，变化不大，平均为0.282554（N=6），说明Hf同位素组成均一。¹⁷⁶Lu/¹⁷⁷Hf 比值和平均值（0.0008）均非常低，说明锆石在形成以后仅具有较少的放射成因的 Hf积累，分析获得的¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf比值基本上可以代表锆石形成时岩浆源区¹⁷⁶Hf/¹⁷⁷Hf 比值（张遵遵等， 2022）。花岗斑岩（D9706-1）6 个点的锆石 ε_Hf（t）值为-3.7~-7.0，平均为-5.8，锆石 Hf 两阶段模式年龄 （T_DM2）为1408~1223 Ma，平均为1342 Ma。

5 讨论

5.1 成岩时代

中国铷矿资源主要集中于花岗岩型、花岗伟晶岩型矿床中，南岭地区地壳活动强烈，特别在燕山期发育有广泛的断裂运动和大规模岩浆活动，形成大量的富铷花岗岩（孙艳等，2019）。南岭地区含铷花岗岩的形成时间主要集中在燕山期，部分形成于印支期（表3）。其中湘南地区发现的大型铷矿，如郴州长城岭铷矿花岗斑岩成岩年龄为（222.5±1.8） Ma，形成于印支期；湖南尖峰岭、香花岭、道县正冲铷矿花岗岩约为160~150 Ma，形成于燕山早期。

本文获得黄沙寺铷多金属矿花岗斑岩LA-ICP-MS 锆石 U-Pb 年龄为（87.7±0.7） Ma，表明其侵位时代为燕山晚期，与拖碧塘花岗斑岩形成时代一致 （夏九洲等，2020），且拖碧塘—黄沙寺区域存在一个重力负异常，拖碧塘—黄沙寺区域深部可能为同一岩基。结合近些年来已发表的华南腹地燕山晚期高精度成岩年龄的报道（蔡明海等，2006；谭俊等，2008；陈富文等，2008；胡升奇等，2012；卢友月等，2013；余勇等，2014；夏九洲等，2020；Zhao et al.， 2021），表明华南板块内部存在晚白垩世的岩浆活动，黄沙寺花岗斑岩也是这一时代的产物，这不仅拓宽了湘南地区中生代多金属矿的成矿时限，也为区域内新一轮战略性金属矿产找矿预测提供了方向。

5.2 岩浆源区

锆石同位素体系封闭温度较高，极强的稳定性使其Hf同位素组成较少受到后期地质事件的影响，锆石 Hf 同位素组成在岩浆分异和热液蚀变过程中较稳定，可用于揭示岩浆成因和成岩物质来源 （Kemp et al.，2007）。已有研究表明，ε_Hf（t）＜0 代表岩浆源区为地壳物质或富集地幔，ε_Hf（t）＞0代表岩浆源区为亏损地幔或者新生地壳（Vervoot et al.， 2000；Griffin et al.，2004），二阶段模式年龄更能反映其源区物质从亏损地幔被抽取的时间（或其源区物质在地壳的平均存留年龄）（李山坡等，2022）。矿区内花岗斑岩 ε_Hf（t）值为-3.7~-7.0，平均为-5.8，锆石 Hf 两阶段模式年龄（T_DM2）为 1408~1223 Ma，平均为1342 Ma，在ε_Hf（t）-年龄（Ma）相关图解上，位于下地壳和球粒陨石演化线之间，指示岩浆源区为中元古界地壳物质重熔的产物（图5）。在湘南地区存在一条 NE 向展布的燕山早期花岗岩带，其中的千里山、骑田岭、香花岭等花岗岩体均有地幔物质的加入（张遵遵等，2022），考虑本区位于花岗岩带西北的大义山岩体附近，可能具有相似的岩浆源区及岩浆动力学背景，因此，推测矿区在岩浆形成过程中，有部分地幔物质的加入。

5.3 构造背景

前人研究表明太平洋板块的俯冲作用对华南中生代，特别是中生代中晚期及之后的岩浆-构造活动产生了重大影响（唐远兰，2022）。中生代中晚期（205~80 Ma）华南地区广泛发育A型花岗岩、碱性岩、双峰式火山岩及一系列伸展断陷盆地（Li，2000； 杨振等，2014）。从160 Ma开始，随着古太平洋板块俯冲角度不断增大，使华夏板块再次处于伸展的构造环境，形成了大量的壳幔混合成因的A型花岗岩，并形成了南岭地区大量的钨锡多金属矿床。110~80 Ma，随着古太平洋板块的持续俯冲，俯冲速度加大，上部华夏板块局部变薄，导致华南地区发生局部伸展，地壳变薄，压力降低，底侵岩浆提供热能，引起与地壳物质发生部分重熔，深部岩浆沿着薄弱带上涌，冷却结晶形成花岗斑岩脉。岩浆演化后期，随着富F等挥发分的加入，岩浆结晶分异作用越来越强，加上钠长石化、白（锂）云母化和云英岩化等强烈的蚀变作用，促进Rb以类质同象的形式富集在钾长石、钠长石和白云母等矿物相中，形成铷矿体（谢金玲等，2023）。

6 找矿指示意义

华南地区稀有金属花岗岩的矿化年龄多分布在印支期和燕山期，以燕山期为主，其中燕山早期达到最高峰（孙艳等，2019），湘南地区发现的铷矿化多生成于这一时代，含铷等稀有金属的花岗岩，其成矿作用往往与高分异花岗岩密切相关。黄沙寺铷矿赋存于花岗斑岩中，其形成时代的确定，表明花岗斑岩也可作为寻找铷等战略性矿产的有利岩性，同时，也需进一步重视燕山晚期花岗岩、花岗斑岩的调查与稀有金属成矿条件的研究。

7 结论

（1）黄沙寺铷矿赋存于花岗斑岩脉中，Rb₂O 单工程平均品位最高为 0.182%，一般为 0.106%～0.166%。Nb₂O₅ 品位最高为 0.0144%，Ta₂O₅ 品位最高为0.0071%，其深部具有较好的找矿潜力。

（2）获得黄沙寺花岗斑岩锆石 LA-ICP-MS U-Pb年龄为（87.7±0.7） Ma，属燕山晚期。

（3）花岗斑岩ε_Hf（t）值为-3.7~-7.0，平均为-5.8，锆石 Hf 两阶段模式年龄（T_DM2）为 1408~1223 Ma，平均为 1342 Ma，指示岩浆源区可能为中元古界地壳物质重熔的产物。

（4）湘南地区铷矿多形成于燕山早期，黄沙寺铷矿形成时代的确定表明燕山晚期花岗岩也具有铷矿潜力，为湘南地区稀有金属找矿提供新的方向。

致谢  审稿专家对论文提出了宝贵的修改意见，提升了本文的质量，在此致以诚挚的谢意！

注释

① 湖南省有色地质勘查局二一七队 .2016. 湖南省水口山—大义山铜铅锌锡多金属矿调查评价成果报告[R].

参考文献