山東省郗山稀土礦地質特征及找礦前景分析

王繼芳，孫茂田，杜顯彪，甘延景，張國權，王志亮

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州　272100)

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山東省郗山稀土礦地質特征及找礦前景分析

王繼芳，孫茂田，杜顯彪，甘延景，張國權，王志亮

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州272100)

摘要：郗山稀土礦為山東省唯一一處中型規模的稀土礦產地，是輕稀土礦床，目前礦山采礦許可證內(+20～-160m)的資源儲量已所剩不多。為擴大礦床資源儲量，延長礦山服務年限，2012年對礦床深部進行了勘查，在原礦體深部(-160～-500m)探求了稀土礦石量419.3萬t，稀土氧化物總量19.3萬t，平均品位(RE2O3)4.61%。取得了較好的找礦成果。郗山稀土礦床分布在郗山堿性雜巖體頂、底板附近，共圈定礦體25個，礦體形態可分為脈型及細脈—網脈帶型兩種。其中○12號礦體為礦床范圍內主礦體，占礦床估算儲量的54%。礦體展布嚴格受構造控制，成礦為多期次。礦床成因與燕山早期的堿性花崗巖、霓輝正長巖及石英正長巖等組成的堿性雜巖體關系密切，為與堿性侵入體有關的中—低溫熱液稀土礦床。通過深部勘查，進一步了解了郗山稀土礦的成礦地質背景、礦床地質特征。通過分析礦床成因、找礦標志及找礦前景，為今后的郗山稀土礦深部和外圍找礦指明了方向。

關鍵詞：稀土礦；地質特征；找礦前景；郗山

引文格式：王繼芳，孫茂田，杜顯彪，等.山東省郗山稀土礦地質特征及找礦前景分析[J].山東國土資源，2016,32(6)：32-40.WANG Jifang，SUN Maotian，DU Xianbiao, etc. Geological Characteristics and Prospecting Potentiality of Xishan Rare Earth Deposit in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(6)：32-40.

0引言

郗山稀土礦位于山東省微山縣韓莊鎮境內，西臨微山湖畔，北距微山縣城20km。區內地勢平坦，大部分為湖積平原，標高在+32.6～+63.2m間，相對高差30.6m。郗山稀土礦于1964年在檢查放射性航測異常時發現，1970—1975年進行了詳查，提交了《山東微山101礦區普查勘探報告》，求得稀土氧化物總量(C1+C2)11.99萬t，礦石量382.53萬t，平均品位(RE2O3)3.25%。1989年投產開采，目前為生產礦山。郗山稀土礦為山東省乃至華東地區唯一一處中型規模的稀土礦產地，礦床的形成與中生代燕山早期堿性侵入巖有關。

現由山東微山湖稀土有限公司開采，采礦許可證內的①、②、④號等主要礦體已基本開采到采礦權規定的深度(+20～-160m)。為擴大資源儲量，2012年由濟寧市政府出資對郗山稀土礦深部進行了勘查，共施工鉆孔15個，工作量6858.0m，其中水文孔1個，在原礦體深部(-160～-500m)探求了(332)+(333)礦石量419.3萬t，稀土氧化物總量19.3萬t，平均厚度2.16m,平均品位(RE2O3)4.61%。找礦成果十分可觀。

1成礦地質背景

1—第四系；2— 古近系 ；3—二疊系；4—石炭系；5—奧陶系；6—寒武系；7—中粒花崗閃長巖；8—中細粒二長花崗巖；9—細粒含霓輝石英正長巖；10—實測及推測地質界線 ；11—推測不整合地質界線；12—實測及推測斷層；13—隱伏地質體代號；14—礦區范圍圖1　山東微山地區區域地質略圖

礦區出露地層簡單，主要有新太古代泰山巖群及新生界第四系。

區內斷裂構造均為小型，受區域構造影響礦區主要發育有4組斷裂：NW向和NE向斷裂屬壓扭性；SN向斷裂屬張性；EW向斷裂屬壓性。根據構造與礦化的時間關系，又分為成礦前構造、成礦期構造和成礦后構造。成礦前構造以NW向和NE向最發育，SN向，EW向次之。成礦期斷裂構造繼承了礦前斷裂構造再次活動改造而成，是稀土礦體的控礦和賦礦構造，因此成礦期的斷裂構造不論規模大小基本上都賦存礦脈。礦體形態、產狀、規模嚴格受斷裂構造控制。礦后構造繼承了礦前構造和成礦期構造而發育的，改造以前形成的構造，并產生了新的斷裂，有的表現較寬的破碎帶。

區內巖漿巖發育新太古代片麻狀中粒花崗閃長巖和中生代堿性雜巖。新太古代片麻狀中粒花崗閃長巖呈巖株狀產出，局部有長英質脈分布。中生代燕山期巖漿巖在郗山一帶發育，侵入于早期中粒花崗閃長巖中，呈NW—SE向展布，與圍巖呈不規則的枝叉狀接觸。接觸界線清楚，局部因交代作用及混染作用而不明顯。該區巖體多為第四系所覆蓋，出露面積僅0.5km2，在地形上構成海拔60m左右的橢圓形山包(圖2)。中生代燕山期堿性雜巖主要有含霓輝石英正長巖、堿性花崗巖等，含霓輝石英正長巖多為NW向延伸，并向SW傾斜，呈不規則枝叉狀侵入中粒花崗閃長巖中，接觸處多發生程度不同的堿性交代作用。巖體主體巖性由正長巖、石英正長巖及含霓輝石石英正長巖等組成。按巖石礦物鉀長石、石英、鈉長石定量比例關系，在礦物定量三角圖解上，巖體分布在石英正長巖區。主要造巖礦物是鉀長石、斜長石(鈉長石、鈉更長石、中更長石)、霓輝石、石英、鈉鐵閃石等。巖石中副礦物有鋯石、磷灰石、金紅石、榍石、磁鐵礦、螢石等。而獨居石、釷石、褐簾石、氟碳鈰礦、鈰磷灰石等分布并不普遍，且具選擇性。副礦物鋯石中的微量元素稀土元素含量較高。堿性花崗巖出露礦區西南側，面積不大。巖體長軸大致呈NW向延伸，與正長巖體的關系不清。主要礦物為鉀長石(63.67%)、鈉長石(5.60%)、石英(24.35%)，礦物粒徑在0.3～3.5mm間，大多在0.5～2mm間。副礦物有榍石、鋯石、磷灰石、磁鐵礦、金紅石等，此外還有次生褐鐵礦和晚期碳酸鹽。堿性長石一般發育高嶺土化。

1—第四系；2—細粒含霓輝石英正長巖；3—中粒二長花崗巖；4—細晶巖脈；5—堿性花崗巖；6—煌斑巖；7—閃長玢巖；8—金云母巖；9—含稀土石英重晶石脈；10—礦化體；11—角礫巖；12—實測地質界線；13—壓性斷層；14—壓扭性斷層；15—正斷層；16—礦體及編號圖2　郗山礦區稀土礦礦床特征示意圖

2礦床特征

2.1礦體特征

表1　郗山稀土礦床主要礦體特征

區內礦體展布嚴格受構造控制。由于礦區構造發育且具多期次活動的特征，成礦也是多期次的，所以成礦前和成礦時的裂隙皆充礦，可見有后期形成的礦脈穿插前期礦脈現象(圖3)。礦脈的展布和構造的分布是一致的。礦脈走向有NW，NNW，NE，NEE向；近SN向和近EW向等。其中走向NW的礦體是礦區主要礦體。也是該次深部勘查的主要對象。礦體形態為脈型及細脈—網脈帶型。前者脈幅大，長度30～540m，寬度10cm至9.19m；后者脈幅小，長度、寬度都不大，單獨細脈工業意義不大，但由密集細脈組成的細脈帶具工業意義[2]。

1—中粒花崗閃長巖；2—含稀土石英重晶石脈；3—正長巖；4—產狀圖3　4號礦體QJ22素描圖

1—第四系；2—中粒花崗閃長巖；3—細粒含霓輝石英正長巖；4—閃長玢巖；5—含稀土石英重晶石脈；6—礦化體；7—礦脈編號；8—破碎帶；9—地質界線 ；10—正斷層及產狀 ；11—壓性斷層；12—壓扭性斷層；13—礦區范圍 圖4　郗山稀土礦床-160m中段平面圖

2.2礦石質量

稀土礦物以氟碳鈰礦為主，其次為氟碳鈣鈰礦。礦石呈半自形—他形粒狀結構、自形粒狀結構及交代殘余結構，塊狀構造、條帶狀構造、浸染狀構造。礦石主要類型為含稀土石英重晶石碳酸巖、含稀土細脈浸染狀片麻狀中粒花崗閃長巖。區內稀土礦體以脈狀、網脈狀產出，按物質組分差異分為4種類型：含稀土石英重晶石碳酸鹽脈、含稀土放射狀霓輝花斑巖脈、含稀土霓輝石脈、鈰磷灰石脈。上述4種礦脈類型以含稀土石英重晶石碳酸鹽脈數量較多，分布廣泛，其他3種礦脈都是零星分布。礦脈中稀土礦物可劃分為4類組合(表2)。

圖號聯合剖面示意圖

礦石礦物組合是復雜多樣的(表3)，稀土礦物以氟碳酸鹽類的氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦為主，還有碳酸鹽類的碳酸鈰鈉礦，菱鈣鍶鈰礦及鈰磷灰石等。地表風化后均染成黑褐色，被水針鐵礦、褐鐵礦及土狀物質膠結，改變了原來的稀土礦物，暫定名為風化稀土1．2．3．4。

礦石化學成分：經對礦石化學分析及半定量分析，主要稀土元素有：鈰、鑭、釹、鐠、釤、銪、鉺、釓、镥、釔等，其他元素有釷、鈾、鉬、鉛等。其中Ce，La，Nd，Pr，Sm，Eu，Y，Th均大大地高于克拉克值。Yb，Se，Nb，Hf，Sr，Be，Cd，W，Ag，Pb，Mo等元素高于克拉克值幾倍。Zr，P，As，Li，Be，Ga，Bi，Ca，Zn等元素高于或等于克拉克值；有些略低于克拉克值。Sm，Ni，Cr，Co，V，Ti，Mn等元素低于克拉克值。礦石中礦物及稀土礦物所含稀土元素數量是不一致的(表3、表4)。礦區中稀土元素各分量分析結果見表5，由表5可以看出，該礦區是富鈰族稀土礦床，并以鈰含量為最高，鑭、釹、鐠次之。礦石中其他礦物或多或少都含有稀土元素，絕大多數的稀土元素能夠工業利用,富含Ce，La，Nd，Pr，Sm等，但重稀土釔元素低微；Nb2O5含量大多數為0.01%～0.02%，有綜合利用價值。但鉭含量低，富鈮而貧鉭；Sr，Th個別含量較高，但分布不均，一般利用價值不大；礦區內P2O5含量低微，僅礦區西南輝石正長巖脈含量略高，平均品位1.30%，最高3.73%。巖脈規模不清[3-4]。

表2　稀土礦物組合

表3　礦石組合化學單項分析(﹪)

表4　稀土礦物含稀土元素(﹪)

2.3圍巖蝕變

含稀土石英重晶石碳酸鹽脈是沿不同級別裂隙侵入片麻狀中粒花崗閃長巖、正長巖、霓輝正長巖、鈉長斑巖、破碎帶等，脈狀礦體與圍巖接觸界線清晰，蝕變較弱，而網脈狀(細脈帶型)礦化附近圍巖蝕變作用較強，蝕變主要是堿性(特別Na)交代，還有碳酸鹽化、重晶石化、螢石化、硫化物化、稀土礦化等作用。礦化圍巖主要為片麻狀中粒花崗閃長巖和各類正長巖。片麻狀中粒花崗閃長巖巖石鈉交代作用普遍存在，鈉質交代作用主要表現為鉀長石(大多數為微斜長石)，有時還有斜長石的鈉長石化和奧長石化，因而蠕英結構普遍發育，同時生成各種交代成因的條紋長石，有時還出現凈邊結構和斜長石顆粒邊緣牌號明顯降低現象。另一特征是大多數情況下，石英呈不甚規則的條紋狀或條帶狀沿片麻理分布。正長巖類巖石結構大多數為斑狀、似斑狀結構。斑晶通常發育了各種環帶狀結構，斑晶中條紋長石分布普遍，基質一般具半自形粒狀結構、顯微細晶結構等。這類巖石中大多數是中細粒結構，只有在少數情況下為粗粒花崗結構。鐵鎂硅酸鹽礦物含量很少也是這類巖石的特征，而往往以霓輝石為主要鐵鎂礦物。礦化圍巖的稀土礦化特征以獨居石為主，次為氟碳鈰礦等，在片麻狀中粒花崗閃長巖中見有少量褐簾石產出。圍巖普遍含礦，特別是近礦和兩礦脈之間有較好的稀土礦化。圍巖含礦是由浸染狀含稀土細脈沿羽狀裂隙充填所致。一般稀土氧化物(TR2O3)含量為0.1%～1.0%，個別高達5%。圍巖含礦不受圍巖巖性影響，而是與含礦裂隙的多少成正比關系。有的裂隙能直接觀察到，地表呈黑色、黑褐色線狀，有的鏡下才能觀察到。

表5　稀土元素各分量分析結果(%)

3礦床成因

中生代燕山期，礦區發育斷裂構造，中生代巖漿沿斷裂脈動侵入于前寒武紀片麻狀中粒花崗閃長巖中。早期堿性正長巖形成(正長巖中的鉀長石經長春地質學院中心實驗室鉀氬法測定，同位素年齡為140Ma)之后為各種不同巖性的脈巖形成，最后是稀土礦脈的形成(稀土礦脈中的白云母經長春地質學院中心實驗室鉀氬法測定同位素年齡110Ma)。巖體與礦脈之間同位年齡相近，顯然礦脈與巖體具有成因關系。從巖體中鉀長石形成140Ma到礦脈中白云母形成110Ma，與地質絕對年齡數值對比，是白堊紀產物，都屬于燕山期形成的。稀土礦脈的形成也有先后，先期形成含稀土霓輝花斑巖脈、鈰磷灰石脈，最后為含稀土石英重晶石碳酸鹽脈等。

礦物形成的大致順序如表6所示，從表6可知，與稀土礦有關的礦物形成從巖漿階段就有，隨巖漿期后階段漸增，至全部形成。稀土礦物從巖漿后期的堿性交代作用發生礦化開始，到熱液階段最強烈為止。稀土礦物與K，Na，C，F，S，P等關系極為密切；與鈉長石、霓輝石、鈉鐵閃石、磷灰石、石英、碳酸鹽、重晶石、螢石等相伴生。鈰磷灰石、氟碳酸稀土礦物、碳酸鹽稀土礦物晶出早于重晶石、方解石。由于稀土礦物晶出時間較長，大體上早期晶出者與重晶石、方解石、石英相互包裹、穿插。含稀土石英重晶石碳酸鹽形成有二次以上，重晶石、方解石、石英的形成有2～3次，后期礦脈穿插了早期形成的礦脈，硫化物的形成晚于以上各種礦物。

綜上所述，初步認為郗山稀土礦床是與堿性侵入體有關的中—低溫熱液稀土礦床。

4找礦標志

根據礦床成因類型，結合稀土礦床的具體特點，認為該區找礦標志有以下幾個方面：

(1)巖石標志。稀土礦與燕山早期的堿性花崗巖、霓輝正長巖及石英正長巖等組成的堿性雜巖體關系密切，稀土礦體主要賦存于雜巖體內及其附近圍巖中，遠離雜巖體則無礦化現象。富含稀土元素的正長質巖漿活動不僅為成礦提供豐富的物質基礎，同時也為成礦元素活化遷移和聚集成礦提供了充足的熱源和熱液。因此燕山早期堿性雜巖體是尋找稀土礦的巖石標志[1]。

(2)放射性異常標志。郗山稀土礦是1964年在檢查放射性航測異常時發現的，該礦區存在釷、鈾放射性元素，釷元素以單礦物釷石為主，其他稀土礦物中也有存在(圖6)。在富鈾燒綠石礦物中存在鈾元素，含U2O8為20.54%。共發現了100r以上的放射性異常254處。大于1000r的異常25處，大于2000r的異常8處。這些異常的分布以正長巖中為多，特別以侵入正長巖中的含稀土褐鐵礦化石英重晶石脈附近為最多。黑云母斜長片麻巖中也有超過1000r異常出現，但數量不多。從地表觀察，不論什么巖性，只要呈現烘烤現象(紅長石化)，鐵質浸染，并有數量不一的黑色礦物等特征，放射性異常就高。多數放射性異常的分布與含稀土石英重晶石脈有直接關系(表6)，r值高，稀土總量高，而釷、鈾的含量也高，稀土總量與釷、鈾含量成正比關系。因此有放射性異常是尋找稀土礦的重要物理標志。

表6礦物生成順序

圖6　γ值與TR2O3%，Th%，U%關系圖

礦物名稱釷石獨居石硅鈦鈰礦含Th量(%)69.9320.53礦物名稱氟碳鈰礦鈰磷灰石風化稀土含Th量(%)0.40.40.2～0.3

(3)礦化蝕變標志。稀土礦常常伴隨碳酸鹽化、重晶石化、螢石化、鈉長石化等，礦區內重晶石碳酸巖脈、螢石脈、花崗斑巖脈發育，因此這些礦化蝕變和脈巖的發育是尋找稀土礦重要的礦化蝕變標志。

(4)就礦找礦。稀土礦呈脈狀、網脈狀產出，具有尖滅再現、分支復合等特點。因此在原有稀土礦深部和外圍是尋找稀土礦是最有效的方法之一。

5找礦前景分析

通過對郗山稀土礦各種資料的分析研究，尤其是對深部勘查資料的進一步分析，認為該區仍具有較好的找礦前景。

(4)根據該次勘查資料，礦體至-500m大多未尖滅，其下部應有較多資源儲量。并且礦區外圍勘查資料較少，有的稀土礦體已延出區外，如果對礦區外圍進行普查，應該還有一定的資源前景。目前郗山稀土礦為一中型礦床，通過進一步勘查，其資源儲量達到大型礦床是完全有希望的。

參考文獻：

[1]田京祥,張日田,范躍春,等.山東郗山堿性雜巖體地質特征及與稀土礦的關系[J].山東地質,2002,18(1):21-25.

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[3]李建康,袁忠信,白鴿,等.山東微山稀土礦床成礦流體演化及對成礦的制約[J].礦物巖石,2009,29(3):61-68.

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[5]周偉偉,蔡劍輝,閻國翰山東郗山堿性雜巖體地球化學特征及其意義[J]西北地質,2013,46(4):93-105.

Geological Characteristics and Prospecting Potentiality of Xishan Rare Earth Deposit in Shandong Province

WANG Jifang，SUN Maotian，DU Xianbiao， GAN YanJing，ZHANG Guoquan，WANG Zhiliang

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou 272100, China)

Abstract:Xishan deposit is the only medium size rare earth deposit in Shandong province. At present, only few reserve which is permited in the mining license (+20～160 - m) has been left. In order to expand the deposit reserves and extend the mine service life, deep exploration of this deposit has been carried out in 2012. In the deep of original ore body (160 m ～ 500 m), 4.193 million tons rare earth ore quantity and 193000t total rare earth oxides have been found. Average grade of RE2O3 is 4.61%. Good ore-prospecting results have been gained. Xishan rare earth deposit distributed in the top and bottom of XiShan alkaline complex rocks. 25 ore bodies have been circled. The ore deposit can be divided into vein type ore body and veinlet - net vein type. No.12 ore body is the main ore body in the scope of the deposit. It accounts for 54% of the estimated reserves. Distribution of ore bodies are strictly controlled by structures, and belong to metallogenic multiple times type. The origin of deposit has close relation with alkaline complex rock which are composed of alkaline granite, neon glow syenite and quartz-syenite in early Yanshan period. It is a low temperature hydrothermal rare earth deposit related to alkaline intrusive rocks. Through deep exploration of Xishan rare earth deposit, its metallogenic and geological background and geological characteristics have been further understood. Through analysis on the origin, prospecting marks and prospecting prospect, the exploration direction in the deep and surrounding areas in the future has been pointed out.

Key words:Rare earth deposit; geological characteristics; prospecting potentiality; Xishan area

收稿日期：2015-07-31；

修訂日期：2015-09-07；編輯：曹麗麗

作者簡介：王繼芳(1969—)，男，山東成武人，工程師，主要從事地質礦產勘查工作；E-mail：2006_wjf@163.com

中圖分類號：P618.7

文獻標識碼：A