山東棗莊薛城地區稀土礦成礦規律研究及找礦預測

鄒安德 ，趙法強，宋娟娟,鄭曉陽

(1.山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013；2.五蓮縣國土資源局，山東 日照 262300；3.山東省煤田地質規劃勘察研究院，山東 濟南 271000)

0 引言

魯南微山縣郗山—棗莊薛城地區是山東省重要的稀土礦產地及找礦遠景預測區，20世紀50年代末在該區開展的1∶10萬航空放射性測量工作圈定了多處航空放射性異常，后期礦產勘查評價工作于20世紀70年代在對應Г-22-63航空放射性異常(簡稱航放異常)的郗山地區勘查發現了稀土礦床，成為山東省乃至全國著名的中大型富輕稀土礦床。已知在郗山稀土礦北東側的棗莊薛城地區還分布著Г-22-61、Г-22-62等航放異常，并廣泛分布有與稀土礦關系密切的燕山早期堿性侵入巖，其成礦地質背景與郗山稀土礦十分相似，是山東省重要的同類型輕稀土礦找礦遠景預測區，2011—2013年間，山東省物化探勘查院在棗莊薛城地區開展礦產勘查評價過程中，通過地、物、槽及鉆等相結合綜合找礦方法于該區的棗莊高鐵站—東巨山一帶發現了重要的稀土礦找礦線索，圈定了5個稀土礦化體，為今后稀土礦調查評價工作指出了方向。

該文旨在通過這一找礦示例嘗試總結綜合找礦方法在該區稀土礦調查評價中的應用效果，分析和探討該區稀土礦(化)的成礦規律、成礦模式及找礦遠景等。

1 區域成礦地質背景

魯南微山縣郗山—棗莊薛城地區位于華北地塊(Ⅰ)魯西隆起(Ⅱ)魯中隆起區(Ⅲ)尼山斷隆(Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的西南邊緣。區內地層主要分布有新太古代泰山巖群山草峪組變質巖系、古生代寒武紀、奧陶紀碳酸鹽巖及碎屑巖、石炭-二疊紀碎屑巖等。區域上，郯廬斷裂長期左行扭動，受其影響，派生了眾多區域性NW—NNW向斷裂，其中主干斷裂及次級斷裂控制了區域地層及巖漿巖的展布，而主要控礦構造多為NW—NNW、NE—NEE向的次級斷裂。新太古代—古元古代花崗閃長巖及二長花崗巖等構成了該區的結晶基底。中生代燕山早期構造—巖漿活動強烈，形成了主要由二長質—正長質巖石構成的銅石、郗山、龍寶山等潛火山雜巖體，同時形成了與同期潛火山巖漿熱液有關的稀土、金礦床等(圖1)[1]。

1—正長斑巖；2—正長巖；3—閃長斑巖；4—斷裂；5—潛火山雜巖體；6—稀土礦床(點)；7—金礦床(點)圖1 魯南地區構造巖漿巖及稀土(金)礦分布略圖(據于學峰等[1]，2010年，修改)

2 典型礦床地質(郗山稀土礦)

微山縣郗山稀土礦為該區最重要的典型稀土礦床，其形成于著名的郗山雜巖體內，雜巖體巖性主要有正長巖(正長巖、石英正長巖、含霓輝石石英正長巖等)、堿性花崗巖及各類脈巖等，碳酸巖脈常充填于切割巖體的斷裂之中[1]。其中石英正長斑巖脈和霓輝石石英正長斑巖脈與稀土礦化關系密切，常含有霓輝石及氟碳鈰礦、獨居石等礦物，其走向多為NE向及NW向等。郗山稀土礦礦體總體為脈狀，并以單脈狀為主，多出現在距離堿性雜巖體接觸帶內外100m范圍內[2]，并主要受NW—NWW、NE—NEE、近EW及近SN向4組斷裂構造控制明顯，其中前2組方向斷裂控制礦體規模較大。前期在礦區內共發現含稀土單礦脈60余條(規模較大者24條)，多分布在堿性巖體頂、底板附近[1]。礦石類型主要為含稀土石英重晶石碳酸巖脈(地表為含稀土褐鐵礦化石英重晶石脈)。礦石礦物主要為氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦等。礦石結構以粒狀、斑狀似斑狀結構為主，浸染狀或塊狀構造。總之，正長巖為郗山稀土礦的重要成礦母巖，并多伴隨有碳酸鹽化、重晶石化、螢石化等蝕變發育。王中剛[3]，于學峰等[1]總結其礦床成因類型為堿性巖漿期后中—低溫熱液礦床。宋文磊等[4]則將其總結為“與碳酸巖—堿性雜巖有關的熱液型稀土礦床”,認為其與中國攀西牦牛坪、蒙古Mushugay-Khuduk[5]、印度Amba Dongar[6]及巴西Barra do Ttapriapua[7]等稀土礦床總體屬同一類型。

3 調查工作成果

2011—2013年，山東省物化探勘查院在棗莊市薛城地區開展鐵及稀土礦調查，該工作區北側覆蓋了早期航放異常Г-22-62的南側邊緣，對應區段分布有燕山早期東馬山單元中細粒霓輝石英正長斑巖穿插于寒武紀朱砂洞組灰巖地層中，稀土礦成礦條件較為有利。為在該區探尋稀土礦找礦前景，工作中在該區投入了1∶1萬地面γ能譜測量工作，取得了該區eU、eTh 、K三個γ能譜測量參數，并繪制了相應的異常等值線圖(圖2)。

1—eU等值線；2—eTh等值線；3—K等值線；4—第四紀黃色含礫砂質粘土；5—寒武紀朱砂洞組上灰巖段灰巖；6—寒武紀朱砂洞組丁家莊段灰質白云巖；7—東馬山單元中細粒石英正長斑巖；8—魏家溝單元細粒黑云石英閃長巖；9—北莊單元斑狀中粒正長花崗巖；10—調軍頂單元細粒二長花崗巖；11—西官莊單元片麻狀中粒黑云角閃英云閃長巖；12—閃長巖；13—實測及磁法推斷斷裂； 14—見礦(化)孔位置及編號；15—施工探槽位置及編號；16—圈定礦化體范圍圖2 棗莊薛城(高鐵站—東巨山一帶)地面γ能譜測量—地質綜合異常圖

由圖2中可見，在棗莊高鐵站—東巨山之間有一條近EW向的條帶狀eU、eTh、K綜合放射性異常，并且eU、eTh、K三種元素的異常形態基本一致。異常走向近EW，長約2500m，寬在100～300m之間。其中：

鈾元素含量異常一般在6×10-6以上，最高大于10×10-6，是中國大陸地殼中鈾元素平均豐度值(2.43×10-6)的2～4倍。

釷元素含量異常一般在24×10-6以上，峰值最高達87.3×10-6，是中國大陸地殼中釷元素平均豐度值(7.15×10-6)的3～13倍。

鉀元素含量一般在4%以上，最高達7.6%以上，是中國大陸地殼中鉀元素平均豐度值(0.95×10-6)的4～8倍。

對比分析后可知，eU、eTh、K三種元素含量異常均明顯高于中國大陸地殼中平均豐度值，其中又以eTh元素含量異常最為明顯，其異常形態和走向與對應區段分布的燕山早期堿性侵入巖——石英正長斑巖基本一致，綜合顯示出較好的稀土礦找礦前景。

為研究及了解對應eU、eTh、K綜合放射性異常的石英正長斑巖中稀土元素含量情況，后期優選異常高值區段實施了槽探等工作，在施工的TC01及TC02探槽中取樣分析后均發現了稀土礦化，其中以TC02探槽所見礦化較好，分析稀土氧化物總量(REO)約在0.05%～0.213%(輕稀土礦床的邊界品位為0.5%～1.0%)，含礦化巖石主要為石英正長斑巖。此外，為了解對應放射性異常的深部賦礦情況，布設實施了高密度剖面測量工作，測量成果顯示：第四系(厚度5～10m)以下為基巖，兩側分布為寒武紀灰巖，中間為石英正長斑巖，巖體產狀N傾，傾角約在50°左右。

結合前期地、物、槽工作成果，后期優選找礦有利區段布設施工了6個鉆孔(ZK01～ZK06)對礦化體進行了深部驗證及追索(圖2，圖3)，6個鉆孔中均見到了稀土礦化，但遺憾的是未能見到達到邊界品位的工業礦體。此次工作圈定稀土礦化體5個，呈似層狀產出， 1號礦化體傾角9°～11°，其他礦化體傾角均小于10°。控制礦化體最大規模280m×120m，礦化體賦存標高136.8～143.1m，礦化體平均厚度2.86～22.34m，單工程礦化體最大厚度23.17m，單礦化體礦石ω(REO)平均品位0.125%～0.180%*山東省物化探勘查院，山東省棗莊市薛城區沙溝地區鐵礦普查報告(生產報告)，2013年。。

礦石類型主要為含稀土礦化石英正長斑巖、含稀土礦化黑云二長閃長巖以及石英正長斑巖與灰巖接觸帶附近的含稀土礦化蝕變灰巖等，值得注意的是石英正長斑巖中稀土氧化物總量比后二者一般在0.12%以下，后二者相對較高，多在0.12%～0.18%，表明稀土元素在巖漿后期與圍巖的堿性交代作用階段富集程度較高。

稀土礦物主要有氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦，2種礦物均以富輕稀土為共同特征。

1—礦化體；2—見礦化鉆孔(鉆孔編號/孔口標高)圖3 薛城礦區第0勘探線剖面圖

需要指出的是，在該次稀土礦調查中于工作區內雖未見達到邊界品位的工業礦體，但發現了較好的稀土礦化線索，已知工作區北側邊界僅是覆蓋了Г-22-62的南側邊緣，該航放異常的高值區尚在該次工區北側，并對應分布有燕山早期堿性侵入巖，高強度的放射性異常值預示著稀土元素富集程度較高，有較大可能出現達到工業品位的稀土礦體存在，找礦前景較好。該次稀土礦調查工作的經驗及成果可為周圍區域的稀土礦調查提供重要的基礎及借鑒。

4 成礦規律研究及成礦預測

4.1 成礦規律研究

綜合以往資料分析，該區周圍區域(尤其是北側的Г-22-62、Г-22-61航放異常區)依然具有較好的找礦前景。通過與已知微山縣郗山稀土礦的分析對比，深化對該區及周圍區域稀土礦的成礦規律、成礦模式及找礦前景的分析研究，具有較大意義。

該文以下將從區域成礦地質背景、礦床(化)地質特征、航放異常分布規律等方面將郗山稀土礦與棗莊薛城地區稀土礦(化)進行對比(表1，圖4)，并結合前人研究成果，分析探討該區稀土礦(化)的成礦作用及成因機制等。

表1 郗山稀土礦與薛城地區稀土礦(化)成礦特征對比

注：據《山東省稀土礦資源潛力評價成果報告》，2011年，修改*山東省地質調查院，山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011年。。

4.1.1 成礦作用

成礦流體及成礦物質：藍廷廣等[8]研究結果表明，微山稀土成礦年齡與堿性巖形成非常接近，礦石中Nd同位素組成與堿性巖完全一致，并且石英正長巖中的包裹體成礦與成礦流體相似，因而認為稀土成礦流體可能由堿性巖漿巖通過巖漿—流體不混溶作用形成。此后，于學峰等[1]總結宋友貴、田京祥等[9]、夏慶霖等[10]關于郗山—龍寶山雜巖體稀土元素、鍶、氧及鉛同位素研究成果表明，該區與稀土成礦有關的富堿巖漿可能屬于殼幔混源型，即堿性巖漿及成礦物質最初可能來源于上地幔同一部位，而在巖漿上侵過程中同化混染了地殼物質，并從中萃取了部分有益組分。這一特點與四川大陸槽稀土礦礦源巖的研究結果相似[11]。

成礦時代：魯南地區中生代巖漿活動強烈，區域上形成了郗山、龍寶山等堿性侵入巖體。其中郗山雜巖體的主侵入期時間約為140Ma；稀土礦成礦時代為110Ma(長春地質學院中心實驗室， K-Ar法測定)[9]。棗莊薛城地區與微山郗山同處于尼山凸起西南邊緣、近SN向的嶧山斷裂與近EW向的嶧城斷裂交會部位附近。對應雜巖體的成巖及稀土礦(化)成礦時代等大致相當。

成礦流體特征及成礦溫度：林德松等[12]通過對郗山稀土礦床中方解石、石英、重晶石及氟碳鍶礦等礦物中包裹體的研究表明，成礦熱液具有鮮明的主成礦期，成礦溫度在175°～275°，鹽度在1%～7%，可見成礦流體具有低溫、低鹽度的特點，稀土成礦作用大致對應中—低溫熱液成礦階段。

1—第四系；2—古近系；3— 侏羅系；4—二疊系；5—石炭系；6—奧陶系；7—寒武系；8—黑云石英閃長巖；9—含霓輝石石英正長巖；10—斑狀花崗閃長巖；11—含黑云母英云閃長片麻巖；12—稀土礦脈；13—實測及推斷斷裂；14—隱伏地質體代號；15—同位素年齡樣位置(年齡值(Ma)/測試方法)；16—稀土礦(中型)；17—航放異常編號；18—航放異常等值線及注記(γ)；19—地質剖面位置；a—地質構造簡圖；b—航放異常圖；c—地質-航放異常綜合剖面圖圖4 微山郗山—棗莊薛城地區航空放射性異常—稀土礦成礦地質綜合對比圖(據山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011年，修改)

4.1.2 成礦機制探討

微山郗山—棗莊薛城地區稀土礦(化)與燕山期構造演化、堿性巖漿活動具有內在的時空、成因聯系。中生代燕山早期，在活動大陸邊緣弧后拉張環境下，攜帶稀土成礦元素的幔源富堿質巖漿(正長質—二長質)沿區域大構造多次上侵，并不同程度地同化混染了地殼物質，在區域上形成了微山郗山—棗莊薛城等堿性雜巖體。巖漿活動晚期，NW、NE向等斷裂構造廣泛發育，為成礦流體的運移和沉淀成礦提供了良好的通道和儲存空間，控巖、控礦作用明顯。燕山晚期是巖漿期后熱液運移、成礦及元素富集成礦的主要階段，這一時期，伴隨巖漿上侵引起的強烈地殼活化改造，巖漿熱液和老基底中的稀土成礦元素在同化混染過程中進一步富集；后在溫度、壓力等物化條件改變下，稀土成礦元素沿控礦斷裂及次級裂隙逐漸沉淀聚集成礦，形成了與堿性巖漿期后熱液有關的中—低溫熱液稀土礦床。后期表生階段，淺部礦體由于氧化作用，形成部分表生(風化)稀土礦物等。綜上可見，微山郗山—棗莊薛城地區稀土礦床(化)與堿性侵入巖密切相關，應屬堿性巖漿期后中—低溫熱液稀土礦床(圖5)。

1—太古代英云閃長質片麻巖；2—太古代花崗閃長巖；3—寒武紀灰巖；4—燕山期含霓輝石英閃長巖；5—燕山期含霓輝石英正長斑巖；6—稀土礦體圖5 微山郗山及棗莊薛城地區巖漿期后熱液型稀土礦(化)成礦模式對比圖(據山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011年，修改)

4.2 找礦標志

4.2.1 正長質堿性侵入巖

燕山早期侵入的石英正長斑巖等堿性侵入巖是該區稀土礦的成礦母巖，稀土礦化體多呈脈狀分布于巖體內及其與圍巖的接觸帶附近。堿性正長巖與稀土礦脈有成因上的密切關系，是重要的找礦標志。

4.2.2 放射性異常

稀土礦中伴生釷、鈾等放射性元素，能引起明顯的放射性異常，其中以釷放射性異常表現最為明顯，郗山稀土礦及棗莊薛城高鐵站—東巨山一帶的稀土礦化就是檢查放射性異常發現的。因此放射性異常是尋找稀土礦的重要地球物理標志。

4.3 成礦預測

根據上述總結的棗莊薛城地區稀土礦(化)的找礦標志，并結合早期地質及航空放射性測量成果，在區域內進行了稀土礦成礦預測，篩選出了具有一定規模及形態、稀土礦成礦地質條件較好的預測區3個，分別為：①東托一村稀土礦找礦遠景預測區；②東谷山稀土礦找礦遠景預測區；③匡山頭稀土礦找礦遠景預測區等(圖6)。

在2011年完成的山東省稀土礦資源潛力評價工作中，在以上3個稀土礦遠景區為主的棗莊薛城地區預測潛在稀土礦資源儲量(稀土礦金屬氧化物LRE2O3)約在10萬t左右，預示著該區良好的找礦前景及較大找礦潛力。

1—第四系；2—奧陶系；3—寒武系；4—東馬山單元中細粒石英正長斑巖；5—下西峪單元斑狀細粒花崗閃長巖；6—煌斑巖脈；7—實測及推測地質界線；8—實測平行及角度不整合地質界線；9—地層產狀及原生片麻理產狀；10—實測及推斷斷裂；11—航放異常及編號；12—稀土礦找礦遠景預測區圖6 棗莊薛城地區稀土礦遠景預測區分布圖

5 結論

(1)以棗莊薛城地區稀土礦找礦工作為實例，總結了較有效的稀土礦找礦工作方法。建議首先配合地質工作采用地面γ能譜測量及土壤化學測量(或巖石化學測量)等圈定與稀土礦(化)有關的物化探綜合異常以確定找礦靶區，此后可采用激電測深(或高密度電法測量)等工作研究賦礦巖體的傾向及埋深等信息，后續投入槽探、鉆探等工程驗證工作等，這一工作方法組合預計可在該區稀土礦調查工作中取得較好的找礦效果。

(2)棗莊薛城地區的稀土礦(化)與微山縣郗山稀土礦的成礦類型、成礦模式十分相似，均為與燕山早期侵入巖關系密切的巖漿期后中—低溫熱液型輕稀土礦。該區稀土礦(化)的成礦母巖為燕山早期石英正長斑巖，稀土礦(化)體多呈脈狀分布于石英正長斑巖內及其與寒武紀灰巖等圍巖的接觸帶附近；燕山早期石英正長斑巖與早期航空放射性異常共同構成了該區稀土礦的重要找礦標志。

(3)在綜合分析研究的基礎上，進一步總結了該區稀土礦的找礦標志，并開展了成礦預測，初步圈定了東托一村、東谷山及匡山頭等3個稀土礦找礦遠景預測區，可為該區下一步的稀土礦調查評價工作提供一定的指導借鑒。

致謝：感謝山東省物化探勘查院韓玉珍研究員、曹秀華高級工程師及王強工程師，在文章撰寫期間給予的建議和幫助。

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