山東微山稀土礦床成礦預測分析

張旭，張照荷，何平

(1.山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州 272100；2.武漢工程科技學院，湖北 武漢 430200)

微山稀土礦是魯西地區已發現的一處中型稀土礦床，主要產出稀土金屬氟化物，以氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦為主，是我國三大內生輕稀土基地(內蒙古包頭、山東微山、四川冕寧)之一[1]，也是目前山東省唯一一處正在開采的稀土礦山。在對該礦床成礦預測分析的基礎上，圈定了3個成礦預測區，經鉆探驗證，3#成礦預測區新發現了較好的礦體，顯示出該區具較好的找礦前景，為開展稀土找礦指明了方向。

1 礦床地質概況(1)山東省魯南地質工程勘察院，山東省微山稀土礦成因類型及成礦規律研究報告，2018年。

微山縣郗山稀土礦床位于微山縣城東南約17km的微山湖畔郗山村及其周緣，地處魯中隆起區之尼山凸起西南邊緣[2]，其東側為近SN向的嶧山斷裂，北側為近EW向的嶧城斷裂。區內巖漿活動發育，燕山期沙溝序列郗山堿性雜巖體[3]巖性主要為正長巖類(石英正長巖、霓輝石英正長巖)和堿性花崗巖，出露面積0.5km2，總體呈NE—SW向帶狀延伸，平面上呈枝杈狀，與新太古代片麻巖的侵入接觸界線清楚，使圍巖發育不同程度的堿性交代[4]。稀土礦主要受NW向和NE向斷裂控制，呈不規則脈狀分布于新太古代片麻巖和燕山期石英正長巖及其侵入接觸帶中。礦體呈脈狀、網脈狀、透鏡狀成群分布，根據產出特點，將礦體分為單脈狀、網脈狀及浸染狀[5]。主體為單脈狀礦體，按產出方向可分為NW—NNW向、NE—NEE向、近EW向、近SN向4組，以NW—NNW向和NE—NEE向礦體為主體；近EW向和近SN向礦體規模小，不規則，變化大。礦脈類型以含稀土石英重晶石碳酸鹽脈為主。

2 放射性異常特征

2.1 航空放射性異常特征

1956—1959年，地質部航測大隊在該區開展了1∶10萬航空放射性測量工作，確定了郗山航空放射性異常，該放射性異常可分為Г-22-61，Г-22-62，Г-22-63 3個次級異常。呈NW向的橢圓形，形狀規則。區內航測放射性背景值一般在9γ以下，Г-22-61，Г-22-62次級異常最高峰值在18γ以上，Г-22-63次級異常峰值最高，在21γ以上，形態較規則。具有典型的礦致異常特征，1965年在檢查放射性異常時發現了該郗山稀土礦床，與異常對應較好。

2.2 地面能譜測量異常特征

(1)1970—1975年，在郗山地區開展了地面放射性測量，共發現100γ以上的放射性異常254處，大于1000γ的異常25處，大于2000γ的異常8處。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，γ值高，稀土含量高，而釷、鈾的含量也高。一般而言，稀土含量與釷、鈾含量呈正相關關系，但釷、鈾含量特高時，稀土含量反而低[4]。

(2)2016年，山東省魯南地質工程勘察院在實施“山東省微山縣郗山地區稀土礦深部及外圍普查”項目中開展了1∶1萬γ能譜測量工作，圈定了綜合放射性異常10處，其中Ur05(Th05)異常釷含量最大值為139.5×10-6，僅次于發現郗山稀土礦的Th01異常。Ur04(Th04，U04)異常中釷含量最大值為61.9×10-6，U04最大值為23.2×10-6。Ur02(Th02，U02)異常中釷含量最大值為72.1×10-6，U02鈾含量極大值為16.6×10-6。Ur03(Th03，U03)異常中釷含量最大值為75.5×10-6，U03最大值為17.0×10-6。Th03異常區周邊發育數條含稀土礦脈。這些放射性異常具有形態規則，異常峰值高的特征。

2.3 放射性異常與已查明稀土礦脈的對應關系

從平面數據中截取3條伽瑪能譜剖面，與已知5線、39線、48線地質剖面進行對比，從曲線形態看，3條剖面的Ur，Th，U數據曲線形態較為一致，部分區段存在明顯的高值異常，與稀土礦脈對應；K曲線與三者差異較大，整體較為平緩，高值異常不明顯，對稀土礦脈的指示作用不強。從曲線與地質剖面的對應關系來看，39，48勘探線含稀土礦脈位置與測量曲線對應效果較好。39勘探線Ur，Th，U數據曲線自240點開始呈上升趨勢；380～560段明顯上升，至520～540段達到最大值，該區段第四系蓋層明顯變薄，與⑥⑧③號稀土礦脈相對應。48勘探線Ur，Th，U數據曲線在320～360段明顯為高值段，與號礦脈位置對應；5勘探線部分吻合，在380～440段U，Th，Ur數值偏高，為異常段，對應③號礦脈，其他稀土礦脈則不明顯(圖1)。

3 深部成礦預測分析

微山稀土礦成礦規模為中型礦床，賦礦特征與川西牦牛坪大型稀土礦床存在一定差異，微山稀土礦區及周邊未發現大規模的碳酸鹽巖及偉晶巖；缺少熔融包裹體及大量的熔體-流體包裹體；氟碳鈰礦等稀土礦物主要形成于成礦流體發生沸騰的中溫階段(320℃～240℃)，成礦流體溫度剖面初步揭示了高溫區域隨深度增加明顯收窄的趨勢(圖2)，說明成礦流體的通道向深部收斂變窄，表明微山稀土礦目前的開采深度處于巖體頂部的脈狀礦體。

根據稀土礦脈產出特征綜合分析認為，稀土礦脈系富含稀土的含礦熱液由深部上侵，在構造裂隙等成礦有利部位充填交代形成稀土礦脈。經近期勘查工程驗證，稀土礦脈向深部厚度明顯加大，礦脈數量增多，揭示出深部礦化強度增強，找礦前景良好。

已有工程控制的絕大部分礦體沿走向傾向方向仍未封閉，特別沿傾向深部繼續延伸趨勢非常明顯，以號礦脈群為例，號礦脈與其平行分布的⑥、1礦脈及其-1礦脈傾向上延深及厚度較穩定，-500m以深礦體仍未尖滅。

4 成礦預測分析

4.1 成礦規律

微山縣郗山輕稀土礦是中生代燕山期堿性巖有關的巖漿期后中—低溫熱液稀土礦床[6]。從空間上看，已發現的稀土礦脈均位于放射性異常區內，并受NW向、NE向斷裂控制。從成礦地質條件分析，礦脈與中生代燕山期中偏堿性侵入巖關系密切，幔源的堿性巖漿沿深大斷裂上侵，活動后期形成含稀土的成礦熱液，在斷裂等成礦有利部位充填交代，形成含稀土礦的石英重晶石碳酸鹽巖脈。

4.1.1 成礦要素分析

成礦要素依據礦床的地質環境和礦床特征進行劃分[7]。地質環境要素又細分為構造背景、成礦環境、成礦時代、巖石類型及巖石結構5類；礦床特征要素又細分為礦物組合、結構構造、變質作用及控礦構造4類，共劃分9類。郗山稀土礦礦床成礦要素分為必要要素4類、重要要素3類、次要要素2類(表1)。

1—含礫砂質黏土；2—中粒花崗閃長巖；3—細粒霓輝正長巖；4—氟碳鈰礦石英重晶石脈；5—實測地質界線；6—斷層及編號圖1 郗山稀土礦地質-γ能譜綜合剖面圖

表1 山東微山稀土礦床預測要素

1—第四紀含礫石砂質黏土；2—郗山單元細粒霓輝石英正長巖；3—太平頂單元片麻狀中細粒花崗閃長巖；4—蝕變碎裂巖；5—角礫巖；6—礦化體；7—實測地質界線；8—礦體位置及編號；9—傾向/傾角；10—探槽位置及編號；11—淺井位置及編號；12—已施工鉆孔位置及編號；13—取樣位置及編號；14—礦體平均品位/礦體水平厚度；15—基點 位置及編號；16—溫度等溫線圖2 包裹體均一溫度等溫線剖面圖 (據山東省微山稀土礦成因類型及成礦規律研究報告，2018年)

4.1.2 找礦信息標志

(1)正長巖(正長巖、石英正長巖、含霓輝石英正長巖)。早白堊世侵入的正長巖為成礦母巖，稀土礦體呈脈狀分布于巖體附近[8]。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。

(2)含稀土石英重晶石碳酸鹽脈。該區已發現的含稀土礦體多以含稀土石英重晶石碳酸鹽脈產出，在地表為含稀土褐鐵礦化石英重晶石脈，為礦區主要的稀土礦脈，石英重晶石碳酸鹽脈或褐鐵礦化石英重晶石脈可作為稀土礦直接的找礦標志。

(3)放射性異常。郗山稀土礦最初是通過檢查放射性異常發現的。經以往勘查證實，稀土礦中伴生含釷、鈾等放射性元素礦物，能引起明顯的放射性異常，最高強度達2000γ以上，放射性異常與稀土礦脈空間對應關系較好，因此放射性異常是尋找稀土礦的重要地球物理標志[9]。

4.2 成礦預測

4.2.1 預測模型的建立

根據《山東省微山縣郗山地區稀土礦深部及外圍普查1∶1萬γ能譜測量總結報告》成果資料，分別編制了典型礦床預測要素表和預測模型圖。

在成礦要素劃分的基礎上，疊加了地球物理特征(放射性異常特征)，選擇10個預測要素(表1)，選擇郗山稀土礦區第39勘探線，疊加放射性異常，編制預測模型(圖3)。

1—含礫砂質黏土；2—太平頂單元片麻狀中細粒含黑云花崗閃長巖；3—郗山單元細粒霓輝石英正長巖；4—實測地 質界線；5—礦化體及編號；6—礦體及編號；7—已完工見礦鉆孔位置及編號圖3 礦床預測模型圖 (據山東省微山稀土礦成因類型及成礦規律研究報告，2018年)

1—第四紀含礫石砂質黏土；2—郗山單元細粒霓輝石英正長巖；3—太平頂單元片麻狀中細粒含黑云花崗閃長巖；4—正長斑巖脈；5—閃長玢巖脈；6—煌斑巖脈；7—石英脈；8—含稀土石英重晶石碳酸鹽脈；9—礦體位置及編號；10—斷層位置及編號；11—Th異常區范圍及異常下限；12—Th異常區編號/最大值；13—U異常區范圍及異常下限；14—U異常區編號/最大值；15—K異常區范圍 及異常下限；16—K異常區編號/最大值；17—總量異常區范圍及異常下限；18—總量異常區編號/最大值；19—預測成礦靶區 位置及編號；20—勘探線位置及編號圖4 微山縣郗山地區稀土礦成礦預測圖 (據山東省微山稀土礦成因類型及成礦規律研究報告，2018年)

4.2.2 成礦預測區的圈定及找礦前景分析

根據預測區內取得的1∶1萬γ能譜測量成果，結合以往地質勘查成果資料，在微山縣郗山稀土礦區及外圍共篩選圈定出3個最小預測成礦靶區，編號分別為1#，2#，3#(圖4)。

(1)1#成礦預測區：位于郗山稀土礦采礦權北東方向，規模較大，區內有石英脈出露，其產狀與礦區構造線、稀土礦脈方向一致。推測石英脈與稀土礦脈具有同源性，均為巖漿熱液填充裂隙形成，石英脈向深部漸變為含稀土石英重晶石碳酸鹽礦脈。

(2)2#成礦預測區：位于礦區的西北部，包含2個物探放射性異常，該區面積為采礦權外圍各個釷含量異常區中的最高值，第四系覆蓋，距采礦權較近，南東部為號含稀土石英重晶石礦脈群，推測號含稀土石英重晶石礦脈群沿NW方向延伸至該預測區內。

(3)3#成礦預測區：位于礦區的西南部，號含稀土石英重晶石礦脈的上盤，地表被第四系覆蓋。該成礦預測區有4個放射異常，區內發育郗山單元細粒霓輝石英正長巖，異常區周邊發育號含稀土礦脈。距F2推測斷層較近，推測稀土礦脈受F2及其平行斷裂的控制，成礦地質條件有利，是稀土礦找礦的最有利地段。

5 鉆孔驗證

2017年3月—2017年8月，山東省魯南地質工程勘察院對郗山稀土礦深部及外圍開展了普查評價，施工了ZK5-1鉆孔，對3#成礦預測區東南部的一處γ能譜異常區進行了鉆探驗證。

1—第四系；2—細粒霓輝石英正長巖；3—中粒花崗閃長巖；4—礦體及編號；5—推測礦體邊界；6—實測斷 層；7—推測斷層；8—已完工鉆孔位置及編號；9—采礦權邊界；10—鉆孔終孔傾角及鉆孔深度圖5 微山縣郗山地區稀土礦第5勘探線剖面圖

6 結語

(1)微山稀土礦目前的開采深度處于巖體頂部的脈狀、網脈狀礦體，經近期的勘查工程驗證，稀土礦脈向深部厚度明顯增大，礦脈數量增加，表明深部礦化強度增強，找礦前景良好。

(2)根據區內取得的1∶1萬γ能譜測量成果，結合以往地質勘查成果，綜合分析研究各項找礦信息，在微山縣郗山稀土礦預測區范圍內圈定出3個最小成礦預測區，編號分別為1#，2#，3#。

(3)通過對3#成礦預測區內γ能譜異常鉆探驗證，揭露了多層礦體，厚度為2.35～8.90m，稀土氧化物品位(TRE2O3)為2.35%～6.40%，顯示成礦預測區內具有較好的稀土礦找礦潛力。

致謝:該文在撰寫過程中，得到了山東省第五地質礦產勘查院唐好生研究員的指導，在此表示感謝！