山東省稀有金屬礦產(chǎn)地質(zhì)特征及成礦規(guī)律研究

席志軒,汪子杰，張德明，張新柱,李得建，王辰，劉國魯

(1.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院,陜西 西安 710054;2.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院 ,山東 濰坊 261021；3.微山湖礦業(yè)集團(tuán)，山東 微山 277600；4.山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

0 引言

稀有金屬礦產(chǎn)主要有：鈮、鉭、鋰、鈹、鋯、鉿、鍶、銣、銫等。其中山東省主要出露鈮、鉭、鈹、鋯、鉿礦。其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、軍事等多個領(lǐng)域，是重要的戰(zhàn)略性儲備資源[1]。稀有金屬元素既可以形成獨(dú)立的礦床， 也可以組合在一起形成多礦種的稀有金屬礦床，其礦床成礦機(jī)制和成礦作用研究也一直受到國際上的廣泛關(guān)注[2-4]。近年來，有關(guān)稀有金屬礦床的研究取得了較多進(jìn)展，包括稀有金屬礦床的成因類型及特征[5-8]，花崗巖體地球化學(xué)特征及成因[4,9-14]、稀有金屬礦物學(xué)[15-16]、成礦元素富集機(jī)制[1,17]、巖漿-熱液演化與成礦關(guān)系[3,18-23]、成巖成礦年代學(xué)[24-25]等方面。司幼東等*司幼東，青島海濱砂中含有稀有元素之礦物初步研究報告，1960年。就山東省膠東一帶濱海沉積型砂礦床研究表明，漂砂礦床賦存鋯石甚多，極有開探價值。中國冶金地質(zhì)總局山東局對山東半島沿岸沉積砂礦進(jìn)行研究，根據(jù)砂礦類型劃分為：海積砂礦、沖積砂礦、殘積坡積砂礦3種，并認(rèn)為燕山期堿性巖體為鋯英石砂礦的主要物質(zhì)來源。后來有關(guān)人士對山東省內(nèi)稀有元素做了調(diào)查并發(fā)表了簡報，地質(zhì)工作者在該區(qū)陸續(xù)開展了對3種礦床的研究工作，并得出了初步評價。

1 資源分布現(xiàn)狀

根據(jù)產(chǎn)出地質(zhì)條件、礦體及礦石等特征，山東省稀有金屬礦床可劃分為濱海沉積型砂礦床、花崗偉晶巖型礦床和濱海潟湖沉積型礦床3種類型(表1)。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 濱海沉積型砂礦床

2.1.1 膠東濱海沉積型

司幼東等①就山東省膠東一帶濱海沉積型砂礦床研究表明，山東省一帶，尤其是海岸河川沿岸，花崗巖易于風(fēng)化形成漂砂礦床，其中稀有元素礦物的蘊(yùn)藏情況，已知其中賦存鋯石甚多，極有勘探價值。鋯石在花崗巖內(nèi)成為副成分礦物產(chǎn)出，且含量較高，為什么會在沉積性砂礦床富集，其原因可能是在含有相關(guān)稀有礦物的花崗巖類風(fēng)化的附近地帶，受了河流沖刷或海浪淘汰自然漂選的結(jié)果。這種風(fēng)化的方式多以脫散作用為主，而以分解作用為副，故礦物顆粒的硬度、比重為其富集成礦的主要條件，因此上述各稀有元素礦物的分布，極易限于某局部的范圍以內(nèi)，而便于開采。

表1 山東省內(nèi)稀有金屬礦床的分布及地質(zhì)特征

鋯英石砂礦來源以大面積出露的堿性巖體為主。由于堿性巖體所處的地貌位置，形成了上面所述類型砂礦床，巖漿的分液過程由堿性趨于酸性，可以發(fā)現(xiàn)由巖體中部的堿性巖向外變成石英正長石，以至變成花崗正長巖的過程(圖1)。堿性巖中部含二氧化鋯為0.1%以上，向外遞減至石英正長巖則為0.05%以下。堿性、酸性雜巖體橫切震旦紀(jì)變質(zhì)巖系，根據(jù)花崗巖的肉眼對比，其時代可能屬燕山期。

1—?dú)埰路e物；2—洪沖積砂；3—海積砂；4—湖沼相泥質(zhì)粉砂；5—I層含礦砂體；6—II層含礦砂體；7—正常巖體圖1 榮成石島鋯石砂礦層分布示意圖

2.1.2 劉家灘—青磯島一帶濱海沉積型

青磯島一帶的海濱砂層中鈦鐵礦、鋯英石、金紅石含量較高，滿足工業(yè)要求。小觀高嶺土礦個別樣品含Nb2O5(五氧化二鈮)可達(dá)邊界品位要求，但重砂樣品中尚未見到鈮、鉭礦物，而僅見少量鋯英石及幾粒獨(dú)居石之類。文登營鉀長石個別樣品中含釷1.13%，釔0.1%，并含有數(shù)種稀有元素。在單礦物分析中(鋰輝石)，一個樣品含Nb2O5含量達(dá)到0.105%，但在后采的取樣化驗(yàn)結(jié)果中未能重復(fù)發(fā)現(xiàn)。白砂灘公社西與楊水站的風(fēng)化混合片麻巖中鋯含量0.1%。

劉家灘—青磯島一帶出露巖性主要是前震旦紀(jì)膠東巖群的古老片麻巖系和花崗巖類，青磯島出露白堊紀(jì)安山巖及砂礫巖層，這些巖石應(yīng)該是濱海砂的主要來源。這一帶的海濱砂層極不穩(wěn)定，幾乎是分不出明顯的層位。根據(jù)野外觀察大致分為2種情況：①海岸沖積砂層，該砂層由多層細(xì)砂、粗砂或粗砂礫石及礫石層交替成不規(guī)則的互層，黑色礦物往往在細(xì)砂層中成1～10cm的小薄層，構(gòu)成似黑色條帶狀細(xì)砂層，而粗砂及礫石層中很少見到黑色(重砂物)的富集,這種砂層常組成I級階地;②在海岸灘上，由細(xì)砂組成I級階地,此階地中亦雜有部分黑色礦物，但是不易形成富集,然而在青磯島的海灘與I級階地之間有一層或二層含有富集鈦鐵礦、鋯英石、金紅石的細(xì)砂層，厚度在0.7～1.10m以上，之上則為泥質(zhì)砂層,其成因還不太明確。

礦物來源的假想：青磯島地段處于榮成地塹北端，底層及巖性出露主要為白堊紀(jì)安山巖，玄武巖和砂礫巖層，多為紅色巖層。海濱則有部分為風(fēng)砂所掩蓋，對岸的雞鳴島底部(南側(cè))見有混合片麻巖出露很少，而東部舊榮成以東為花崗巖。蒲灣附近及以西則為片麻巖及斜長角閃巖類，南部則為偉德山花崗巖體，從地形位置來分析，鈦鐵礦、鋯英石、金紅石等礦物原生巖石是上述巖性，而且在蒲灣以西地區(qū)，重砂測量結(jié)果含鈦鐵礦較高，而青磯島附近則較少。相反的劉家灘、蒲灣的重砂樣品中，鈦鐵礦的含量則極少，加之雞鳴島為一航測的強(qiáng)磁異常區(qū)，但地表尚未發(fā)現(xiàn)鐵礦。據(jù)此，可以設(shè)想雞鳴島附近賦存較大的含鈦鐵礦的磁鐵礦體隱伏于地下(海水)，成為該層含鐵、鋯英石、金紅石礦的礦源。

2.2 花崗偉晶巖型稀有金屬礦床

與花崗巖在成因上有關(guān)的稀有金屬礦床，是一個重要的稀有金屬礦床類型。當(dāng)前仍然以Nb,Ta,Be,Li,Cs和Rb等為主。山東省內(nèi)的花崗偉晶巖型礦床主要為分布在新泰石棚一帶的古元古代花崗偉晶巖巖脈中的鈮、鉭礦床(圖2)。鈮、鉭主要賦存于偉晶巖中的鈮鐵礦、鋰輝石、鋰電氣石、綠柱石、硅鈹石、獨(dú)居石等礦物內(nèi)。

1—第四系；2—新太古代泰山巖群山草峪組；3—新太古代泰山巖群雁翎關(guān)組上亞組；4—新太古代泰山巖群雁翎關(guān)組下亞組；5—二長花崗巖；6—含鈮鉭花崗巖偉晶巖脈；7—斷層圖2 新泰石棚地區(qū)含鈮鉭偉晶巖脈分布略圖

山東省內(nèi)與花崗偉晶巖及其他花崗質(zhì)巖石有關(guān)的稀有礦產(chǎn)，除鈮、鉭外尚有鈹?shù)V化。已知鈹?shù)V點(diǎn)有榮成大疃劉家和新泰天寶黃花嶺2處。榮成大疃劉家鈹?shù)V點(diǎn)位于中生代燕山晚期槎山花崗巖體南端，礦化發(fā)育在含鈹絹云母化高嶺土化蝕變正長花崗巖中，為熱液蝕變型鈹?shù)V化。含鈹?shù)V物為羥硅鈹石。礦化絹云母蝕變巖Be2O含量為0.07090%～0.1362%，達(dá)到工業(yè)要求；礦石中伴生的Nb2O5含量為0.001%～0.002%，Ga為0.0035%～0.0038%，ZrO2為0.0269%～0.0399%。新泰天寶黃花嶺鈹?shù)V化發(fā)育在古元古代偉晶巖脈中，含鈹?shù)V物為綠柱石，為偉晶巖型鈹?shù)V化。含綠柱石偉晶巖脈賦存于新太古代變質(zhì)巖系中，主要含礦巖脈1條，巖脈寬1～3m，綠柱石呈較大的晶體分布在偉晶巖中。礦石礦物主要是鈮鐵礦，次為鈮鉭礦、鋰輝礦、鋰電氣石、綠柱石、硅鈹石、鋯石、獨(dú)居石等；脈石礦物為鉀長石、斜長石、石英、白云母等。鈮鐵礦呈黑色或淺褐色，性脆，硬度中等。賦存于塊體狀結(jié)構(gòu)帶的鈮鐵礦，晶體較大，呈長柱狀或板狀，最大可達(dá)6cm×2.5cm，晶形不完整，沿裂隙有鈉長石貫入；賦存于粒狀結(jié)構(gòu)帶中的鈮鐵礦，晶形較完整，晶體小(<5mm)，有的具有雙錐晶體。鈮鉭礦呈褐色一淺黃褐色，長柱狀晶體，油脂光澤，硬度中等，性脆。礦石主要結(jié)構(gòu)為粒狀結(jié)構(gòu)和偉晶結(jié)構(gòu)；主要構(gòu)造為塊狀構(gòu)造。礦石中Nb2O5+Ta2O含量一般在0.02%左右，最高為0.064%，礦石中伴生Rb含量為0.01%～0.35%，Cs為0.01%～0.02%，Li2O為0.01%，BeO為0.008%，Ga為0.005%，伴生組分多可綜合利用。

2.3 濱海潟湖沉積型稀有金屬礦床

山東省內(nèi)發(fā)現(xiàn)的此類礦床只有1處，分布在棗莊市東北部抱犢崮一帶的天青石礦床(圖3)。礦體呈層狀賦存于寒武紀(jì)朱砂洞組丁家莊白云巖段的頂部，形成于咸化潟湖環(huán)境，層位穩(wěn)定。在區(qū)域上，與含天青石礦層相當(dāng)層位常賦存有石膏礦床[26]。

1—晚寒武世崮山組；2—中寒武世張夏組；3—早至中寒武世饅頭組；4—早寒武世朱砂洞組；5—新太古代花崗閃長巖；6—新太古代石英閃長巖；7—地層產(chǎn)狀；8—張性斷層及產(chǎn)狀；9—天青石礦化體；10—不整合地質(zhì)界線圖3 棗莊抱犢崮天青石礦區(qū)域地質(zhì)圖

礦石礦物為天青石，脈石礦物有方解石、白云石、石英、文石及少量粘土礦物。礦石呈白色，細(xì)晶粗晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造及角礫狀構(gòu)造。依據(jù)礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，礦區(qū)內(nèi)礦石劃分為3種類型：塊狀礦石、細(xì)粒塊狀礦石、角礫狀礦石。不同類型礦石中天青石的含量差別較大，塊狀礦石中天青石含量最高，一般為70%～80%，細(xì)粒塊狀礦石多已硅化，其中天青石含量比較均勻，一般在50%左右；角礫狀礦石由天青石及灰?guī)r碎塊組成，多已硅化，其中天青石含量變化最大，一般在30%左右。礦石中SrSO4含量在不同礦石類型中變化較大。由此可見，因其產(chǎn)出礦體部位不同變化也較大，反映了礦化的不均勻性。

3 成礦規(guī)律

山東省濱海沉積型稀有金屬砂礦床的含礦砂體大致平行于海岸分布，成礦物質(zhì)來源于沿海地區(qū)的堿性—偏堿性侵入巖的分化剝蝕物，有用物質(zhì)存在于鋯石中?；◢弬ゾr型稀有金屬礦床與古元古代花崗偉晶巖脈有關(guān)，巖脈中含鈮鐵礦、鋰輝石、鋰電氣石、綠柱石、硅鈹石、獨(dú)居石等礦物，鈮、鉭主要賦存其中。濱海潟湖沉積型稀有金屬礦僅見棗莊抱犢崮一帶天青石礦床，分布于朱砂洞組丁家莊白云巖段的頂部，丁家莊白云巖發(fā)育自下而上的白云質(zhì)灰?guī)r-白云巖-天青石巖組成的沉積旋回。

在榮成大疃鎮(zhèn)劉家一帶鈹?shù)V(化)體即賦存在中粗粒正長花崗巖中，該礦床為羥硅鈹石-絹云母-碳酸鹽-石英-長石等礦物組合，副礦物以重晶石、赤鐵礦、褐簾石、金紅石等礦物組合為特征，以絹云母化、高嶺土化、滑石化蝕變?yōu)闃?biāo)志。在基性巖(玄武巖)向酸性巖的演化過程中地殼中的鈹元素不斷升高，在花崗巖中由老到新含量不斷增加，在巖漿分異作用晚期階段得以富集，形成該區(qū)的鈹異常。伴隨構(gòu)造運(yùn)動，巖漿期后熱液沿裂隙上升遷移過程中，在適宜的理化環(huán)境下淬取花崗巖中的鈹元素，在構(gòu)造有利部位富集、沉淀成礦。該礦床成因?yàn)橹袦責(zé)嵋盒外數(shù)V床(含鈹蝕變花崗巖型鈹?shù)V床)。

4 找礦建議

山東省稀有金屬典型產(chǎn)地主要有棗莊抱犢崮、榮成大疃劉家、新泰石鵬、榮成—黃島沿海等地，雖然前人已經(jīng)對其進(jìn)行了調(diào)查，但是有必要進(jìn)行更深入的了解，結(jié)合就礦找礦、深部找礦的方法，對典型礦床進(jìn)行詳細(xì)解剖，希望找到新的稀有金屬資源。

具體的找礦建議如下：①對膠東沿海尤其是榮成一帶沿海進(jìn)行全面勘查，選點(diǎn)采集少量樣品進(jìn)行快速鑒定分析，以發(fā)現(xiàn)大的砂礦床；②對榮成及乳山一帶堿性巖開展系統(tǒng)檢查，以尋找原生稀有元素礦床；③對已知的如青磯島、文登營等地段進(jìn)行詳細(xì)的普查工作；④對新泰石棚一帶的偉晶巖做更為細(xì)致的調(diào)查，希望發(fā)現(xiàn)新的礦床；⑤濱海潟湖沉積型稀有金屬礦床研究的還不夠全面，需要進(jìn)一步加大此類礦床的調(diào)查；⑥利用各種野外工作手段，對全省進(jìn)行全面調(diào)查梳理，采集少量樣品，圈定成礦靶區(qū)。

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