山東省微山郗山地區(qū)稀土礦成礦規(guī)律探討

蘭君

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

稀土有工業(yè)“黃金”之稱，廣泛應(yīng)用于軍事、冶金、石油化工、玻璃陶瓷等多個領(lǐng)域，是重要的戰(zhàn)略資源。稀土元素主要有La，Ce，Pr，Nd，Pr，Sm，Eu，Gd，Tb等17種元素。微山縣郗山稀土礦為輕稀土礦，主要成礦元素為Ce，La，Nd，Pr，Sm及Eu，Er，Gd，Lu，Y等10種元素。自1960年該礦被發(fā)現(xiàn)以來，許多地質(zhì)工作者對其投入了大量的工作，該文通過總結(jié)以往的工作成果，對其成礦規(guī)律進行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

微山郗山稀土礦位于華北板塊、魯西隆起區(qū)、魯中隆起、棗莊斷隆、嶧城凸起的南西部(圖1)[1]。

區(qū)域內(nèi)分布地層由老至新發(fā)育有新太古代泰山巖群(呈包體、殘留體形式零星分布于新太古代片麻狀中粒花崗閃長巖中[1-2])，古生代寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系，新生代古近系及第四系[3]。區(qū)域內(nèi)構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，控制著區(qū)內(nèi)地層、巖漿巖展布。根據(jù)走向可分為近EW向、近SN向、NE向、NW向4組斷裂，其中以EW向及近SN向斷裂較為發(fā)育，為區(qū)域性斷裂構(gòu)造[4-9]。巖漿巖主要發(fā)育新太古代、中生代侵入巖，新太古代侵入巖呈巖株產(chǎn)出，巖性為花崗閃長巖，普遍發(fā)育片麻理。中生代侵入巖主要在該區(qū)呈巖株、巖脈產(chǎn)出(圖2)，主要巖性為霓輝石英正長巖、石英正長斑巖及閃長玢巖等。稀土礦成因為殼幔源混合型基性巖漿，在上侵過程中分異的堿性巖漿多次脈動活動并攜帶大量稀土元素，經(jīng)巖漿活動后期分異，形成富含稀土的成礦熱液，于成礦有利部位充填交代形成稀土礦體。正長巖類為區(qū)內(nèi)稀土重要成礦母巖。

2 成礦地質(zhì)特征

微山郗山地區(qū)巖漿熱液型稀土礦表現(xiàn)為“巖漿巖和構(gòu)造”聯(lián)合控礦的特征，區(qū)內(nèi)構(gòu)造、巖漿巖較為發(fā)育。中生代燕山期堿性巖體總體呈長軸北東的橢圓形山包分布，出露面積約0.5km2，其與新太古代花崗閃長巖及斜長角閃巖的侵入接觸界線清楚[5]。

1—古近系；2—二疊系；3—石炭系；4—奧陶系；5—寒武系；6—中生代燕山晚期含霓輝石英正長巖；7—中生代燕山早期石英正長斑巖；8—新太古代侵入巖；9—斷裂；10—郗山稀土礦圖1 郗山稀土礦大地構(gòu)造綱要圖[注]張允福，山東省微山縣101地區(qū)地質(zhì)詳查報告，1962年。

1—第四系；2—新太古代花崗閃長巖；3—中生代燕山晚期含霓輝石石英正長巖；4—閃長玢巖脈；5—稀土礦體及編號圖2 郗山稀土礦地質(zhì)簡圖

2.1 控礦巖漿巖

控礦巖漿巖為中生代燕山期侵入巖，主要巖性為細粒霓輝石英正長巖，次為石英正長巖、正長巖、角閃石英正長巖、黑云正長斑巖、正長斑巖、霓輝石英正長斑巖和煌斑巖，以上巖體構(gòu)成了郗山堿性雜巖體，與稀土礦化關(guān)系密切[10]。正長巖類與礦體緊密共生；而堿性花崗巖主要分布于礦區(qū)東南，無露頭出現(xiàn)[11-12]。郗山堿性雜巖體呈NE-SW向延伸，侵入新太古代片麻狀花崗閃長巖中，呈枝杈狀分布，接觸界線清晰[13-14]。

堿性雜巖體內(nèi)發(fā)育含稀土石英重晶石碳酸鹽脈(照片1)、細粒角閃石英正長巖、石英正長巖、正長巖、霓輝石英正長斑巖、黑云正長斑巖、正長斑巖、閃長巖和煌斑巖等脈巖。以上脈巖切穿霓輝石英正長巖，在時間順序上含稀土石英重晶石碳酸鹽脈形成最晚。

1—稀土礦；2—花崗閃長巖；3—黃鐵礦；4—含稀土石英重晶石碳酸鹽脈；5—螢石照片1 -160m水平4號礦脈及郗山稀土礦石

2.2 控礦構(gòu)造

礦區(qū)因受區(qū)域構(gòu)造和巖體上侵的影響，斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，其中斷裂主要為壓扭性的NW向和NE向斷裂、張性SN向斷裂、壓性EW向斷裂4組；按構(gòu)造與成礦時間關(guān)系，分為成礦前構(gòu)造(NW向和NE向最發(fā)育，SN向、EW向次之)、成礦期構(gòu)造和成礦后構(gòu)造。

(1)成礦前構(gòu)造：為正長巖類及各種脈巖充填的構(gòu)造；以NW向和NE向最為發(fā)育。

(2)成礦期構(gòu)造：分為NW，NNW，NE，NEE，SN和EW向6組，前4組構(gòu)造較為多見，是主要控礦、賦礦構(gòu)造。礦脈形態(tài)、產(chǎn)狀、規(guī)模受控于成礦期構(gòu)造。

(3)成礦后構(gòu)造：是繼承成礦前和成礦期構(gòu)造，主要有NE、EW和SN向3組，表現(xiàn)為破碎斷裂構(gòu)造形式，破碎帶發(fā)育，但斷距小，一般1m左右。成礦期構(gòu)造繼承了成礦前構(gòu)造再次經(jīng)構(gòu)造活動改造而成，是稀土礦體控礦和賦礦構(gòu)造。

成礦前、成礦期、成礦后構(gòu)造基本都賦存礦脈[6]。

3 地球物理特征

1956—1959年，地質(zhì)部902航測大隊在山東中東部地區(qū)開展航空物探測量時，圈定了郗山航空放射性異常，此異常分為г-22-61，г-22-62和г-22-63三個次級異常，其中г-22-63異常峰值最高，形態(tài)最為規(guī)則。1965年在異常查證г-22-63異常時發(fā)現(xiàn)了郗山稀土礦床。區(qū)內(nèi)航測放射性背景值一般在9γ以下，而該區(qū)的航測放射性異常峰值在21γ以上(圖3)。

1—航放異常等值線(γ)；2—郗山稀土礦圖3 郗山地區(qū)航放異常圖

在后續(xù)開展地面放射性測量時，在礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了254處放射性異常大于100γ，25處異常大于1000γ，8處異常大于2000γ。異常區(qū)出露巖性多為正長巖類巖石，具含稀土石英重晶石脈的正長巖放射性異常強度最高。在該礦區(qū)，γ值，TR2O3與Th，U含量呈正相關(guān)，γ值高，稀土總量高，Th，U的含量也高，但是Th，U含量特高時，稀土總量反而低(圖4)[注]張允福，山東省微山縣101地區(qū)地質(zhì)詳查報告，1962年。[3]。因此，放射性異常為該區(qū)尋找稀土礦的重要標志之一。

1—TR2O3；2—Th；3—U圖4 γ值與TR2O3%，Th%，U%關(guān)系圖①

4 成礦規(guī)律探討

研究區(qū)內(nèi)巖漿熱液型稀土礦的成礦地質(zhì)體為中偏堿性侵入巖體；中生代白堊紀堿性巖漿沿深大斷裂上侵過程中攜帶了較多的稀土元素，在巖漿活動后期結(jié)晶分異，使得稀土元素進一步富集，形成含稀土的成礦熱液，在成礦有利部位充填形成稀土礦床[15-16]。

4.1 空間分布規(guī)律

微山郗山稀土礦為與堿性巖有關(guān)的巖漿熱液型稀土礦，大地構(gòu)造位置分別位于魯中隆起嶧城凸起與滕州潛凹陷結(jié)合部位。礦體分布空間位置上與中生代侵入巖密切相關(guān)，礦體賦存于巖體及其內(nèi)外接觸帶、斷裂構(gòu)造、巖床上下附近圍巖及其他有利賦礦構(gòu)造中。燕山期侵入體不斷上升，其內(nèi)含礦熱液遇構(gòu)造裂隙，壓力快速釋放，并沿構(gòu)造裂隙快速充填，形成郗山稀土礦床，賦礦巖石主要為含稀土石英重晶石碳酸鹽脈、石英正長巖、閃長巖和中?；◢忛W長巖，影響其形成的主要區(qū)域構(gòu)造有嶧城斷裂和鐵佛溝斷裂，主要控礦、賦礦構(gòu)造分為成礦期構(gòu)造中的NW向、NNW向、NE向和NEE向4組構(gòu)造。

4.2 成礦物質(zhì)來源

微山郗山稀土礦成礦年齡為110～(119.5±1.7)Ma[7]，郗山稀土礦圍巖為新太古代片麻巖和早白堊世堿性巖，堿性巖年齡區(qū)間為122～123Ma，二者非常接近；梁雨薇等[8]通過對微山稀土礦含礦石英正長巖及霓輝石英正長斑巖的巖石地球化學(xué)研究，得出石英正長巖和霓輝石英正長斑巖為同源巖漿演化產(chǎn)物,巖漿源區(qū)深度較大，堿性巖漿為稀土成礦提供了物質(zhì)來源及熱源[17-18]。可以推測為稀土礦與堿性巖同時期產(chǎn)物。

氟碳鈰礦與獨居石是該稀土礦最重要的兩種礦物，它們的Nd同位素組成可以示蹤郗山稀土礦物質(zhì)來源。氟碳鈰礦和獨居石的εNd(t)介于-10.1～-8.2，平均-8.8，堿性巖Nd同位素εNd(t)介于-8.7～-8.1，二者相吻合[7]。

從成巖成礦時代與Nd同位素組成的角度來看，稀土礦體與其圍巖堿性巖具有同時期同源性，因此，可以認為，郗山稀土礦及圍巖堿性巖均來源于富集地幔。

4.3 含礦組分變化規(guī)律

郗山稀土礦主要稀土元素有Ce，La，Nd，Pr，Sm，Eu，Er，Gd，Lu，Y等10種元素，其他元素有Th，U，Mo，Pb等。Nd和Pr彼此伴隨成正比關(guān)系，La的變化與Nd，Pr成反比關(guān)系。Y組稀土元素比較少見，Y的含量與稀土總量之間的關(guān)系，恰成反比，即稀土總量愈高，Y的氧化物含量反而相對地降低[3]。

4.4 成礦時代

田京祥等[5]采用白云母K-Ar法測定郗山雜巖體主侵入期時間為140Ma，稀土礦成礦時代為110Ma；閻國翰等[9]測得郗山雜巖體鋯石U-Pb年齡為131Ma；梁雨薇等[8]利用LA-ICP-MS U-Pb年代學(xué)方法,測得含礦石英正長巖、霓輝石英正長巖鋯石U-Pb年齡分別為(122.4±2.0)Ma和(130.1±1.4)Ma；藍廷廣等[7]采用單顆粒白云母Rb-Sr法對礦區(qū)2號礦脈的白云母樣品進行定年，實驗中采用微尺度取樣以及超低本底化學(xué)流程，獲得稀土礦等時線年齡為(119.5±1.7)Ma。由此可見，在成巖成礦時代上,郗山雜巖體與稀土礦有先后繼承關(guān)系，稀土成礦時代晚于巖漿巖形成時代，屬中生代燕山晚期[19-22]。

4.5 礦物共生組合

郗山稀土礦中Nb2O5含量大多數(shù)在0.0004%～0.0422%間，平均0.0130%(表1)[3]，此含量有綜合利用價值。但鉭含量低，是富鈮而貧鉭。Sr，Th個別含量較高，但分布不均，經(jīng)選礦富集時可回收，一般利用價值不大，P2O5含量甚微，僅礦區(qū)西南部輝石正長巖脈含量略高，平均品位1.30%，最高者達3.73%。

表1 礦石組合化學(xué)單項分析統(tǒng)計(%)

4.6 地球物理場與稀土礦體關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)地球物理特征與稀土礦體密切相關(guān)，郗山稀土礦床就是對區(qū)內(nèi)航空放射異常進行查證時發(fā)現(xiàn)的。該區(qū)稀土礦形成過程中通常會伴生U，Th等放射性元素。放射性元素衰變時會釋放出γ射線，γ射線與物質(zhì)作用會產(chǎn)生次級電子，次級電子能夠反映γ射線的能量，可以進一步反算放射性元素含量。稀土含量與U，Th含量呈正相關(guān)，因此，品位高的稀土礦體引起的放射性異常也較高。

5 結(jié)論

(1)微山郗山地區(qū)航空放射性異常顯著，該異常呈“橢圓狀”，分別為г-22-61，г-22-62和г-22-63三個次級放射性異常，其中г-22-63異常對應(yīng)郗山稀土礦床。

(2)區(qū)內(nèi)稀土礦屬于“郗山式”堿性巖-巖漿熱液型稀土礦，總體具有“巖體和構(gòu)造”聯(lián)合控礦的特征，即稀土礦體受控于中生代燕山期郗山雜巖體與各種類型的(構(gòu)造)接觸帶。區(qū)內(nèi)礦體賦存位置多樣，主要為巖體及其內(nèi)外接觸帶、斷裂構(gòu)造、巖床上下附近圍巖及其他有利賦礦構(gòu)造中，賦礦巖石主要為含稀土石英重晶石碳酸鹽脈、石英正長巖、閃長巖和中粒花崗閃長巖。

(3)郗山稀土礦及圍巖堿性巖物質(zhì)成分均來源于富集地幔；成礦流體為高濃度、中高溫流體，成礦流體來源于堿性巖漿分異。

(4)郗山稀土礦中，稀土元素Nd和Pr彼此伴隨成正比關(guān)系，La的變化與Nd，Pr成反比關(guān)系。

(5)郗山稀土礦成礦時代為中生代燕山晚期(110～119Ma)，與魯西地區(qū)其他已知的稀土礦床(點)成礦時代一致(薛城稀土礦115Ma；蘭陵龍寶山稀土礦116.62Ma；萊蕪胡家莊稀土礦94.3～134.9Ma)。

(6)郗山稀土礦中Nb2O5含量0.0004%～0.0422%，具綜合利用價值。

(7)品位高的稀土礦體對應(yīng)強放射性異常，因此放射性異常對該區(qū)尋找稀土礦具有指導(dǎo)意義。