魯西胡家莊-西石馬地區稀土礦成礦地質特征及找礦前景分析

王繼芳，徐然，安茂國，陸林祥，唐洪敏，謝麗麗，黃坤朋

(山東省魯南地質工程勘察院(山東省地勘局第二地質大隊)，山東 濟寧 272100)

0 引言

濟南市章丘區胡家莊—淄博市博山區西石馬地區發育與稀土礦成礦關系密切的中生代燕山期蛭石化含磷灰石云母巖和碳酸巖。2019年山東省魯南地質工程勘察院在開展山東省稀土礦資源調查評價時，在胡家莊-西石馬地區新發現稀土礦體1個、多個礦化體及稀土礦化線索，在榆林地區圈定了γ能譜異常4個，通過異常查證取得了較好的稀土找礦效果。胡家莊-西石馬地區稀土成礦地質條件優越，找礦前景較好。本文旨在通過對該區稀土礦成礦地質特征、礦床成因進行分析研究，探討其控礦作用，總結其成礦規律，分析找礦前景，以期對今后該區稀土礦的找礦有所啟示[1]。

1 區域成礦地質背景

胡家莊-西石馬地區處于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(Ⅱ)之魯中隆起(Ⅲ)上，四級構造單元跨魯山-鄒平斷隆(Ⅳ)和泰山-濟南斷隆(Ⅳ)，五級構造單元跨泰山凸起(Ⅴ)和博山凸起(Ⅴ)。其中NW向的銅冶店-孫祖斷裂為泰山凸起和博山凸起的分界斷裂。區域地層主要發育寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系及第四系，主要分布于研究區的東部及西北角，其他區域零星分布，面積約占研究區面積的35%(圖1)。區內構造以斷層為主，分為NW向、NE向、近EW向、近SN向4組，其中NW向的銅冶店-孫祖斷裂、五色崖斷裂、文祖斷裂和近SN向的姚家峪斷裂為區域上的較大斷裂，控制了該區地層、構造和巖漿巖的展布(圖1)[2]。

1—第四系；2—石盒子群；3—月門溝群；4—馬家溝群；5—九龍群；6—長清群；7—鹿野單元；8—腰關單元；9—松山單元；10—蔣峪單元；11—上港單元；12—斷裂；13—重點工作區

該區巖漿巖較發育，由老到新依次為新太古代黃前、新甫山、嶧山、傲徠山序列，中元古代牛嵐單元輝綠巖(脈)，中生代燕山晚期濟南、雪野序列，面積占研究區面積的65%。另外區內發育較多脈巖，脈巖種類較多，主要有二長花崗巖脈、閃長巖脈、煌斑巖脈、閃長玢巖脈、輝綠巖脈、偉晶巖脈、石英脈、重晶石脈等。

傲徠山序列蔣峪單元條帶狀中粒二長花崗巖和松山單元中粒二長花崗巖在研究區分布面積最廣。研究區中部條帶狀的中粒二長花崗巖為稀土礦的圍巖，中生代燕山晚期雪野序列腰關單元蛭石化含磷灰石云母巖和鹿野單元碳酸巖與該區稀土礦化關系密切，為該區稀土礦的成礦母巖。區內自胡家莊-西石馬一帶，在東西長55km,南北寬15km范圍內，斷續分布碳酸巖和云母巖巖體100多個，在雪野和東石馬較為集中。巖體規模較小，單個侵入體一般長幾十米至數千米，寬0.5m至十余米。蛭石化含磷灰石云母巖和碳酸巖常相伴產出，偶爾出現二者的過渡類型，無明顯演化關系。在西部胡家莊和東部西石馬多呈巖床狀產出，在中部榆林一帶多呈巖脈狀產出[3-6]。研究區內有碳酸巖巖體分布的地區都有不同程度的稀土礦化，通過對以往資料的分析，在研究區內選出了3個重點工作區，即胡家莊重點工作區、榆林重點工作區和西石馬重點工作區。

2 礦床(點)特征

研究區內發現3個礦點，即胡家莊礦點、榆林礦點和西石馬礦點。

2.1 胡家莊礦點特征

該礦床主要由3個礦(化)體組成，礦(化)體呈薄層狀，由于礦(化)體產狀平緩，地形切割厲害，礦體的頭尾均已出露。在地質平面圖上呈3個長形薄層狀礦體，自西向東分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ號礦(化)體，其特征見圖2和表1。礦體圍巖主要為泥質灰巖，其次是粉砂質頁巖、灰巖及閃斜煌斑巖。礦床與圍巖的界線清楚，蝕變輕微，但在近礦圍巖中可見碳酸鹽化、矽卡巖化、螢石化等蝕變[7]。

1—第四系；2—奧陶系；3—寒武系；4—中生代鹿野單元碳酸巖；5—新太古代松山單元二長花崗巖；6—煌斑巖脈；7—地質界線；8—角度不整合地質界線；9—斷層及推測斷層；10—構造角礫巖帶；11—稀土礦體

表1 胡家莊礦體特征一覽表

2.2 榆林礦點特征

榆林礦點多為礦(化)體，礦(化)體厚度小于1m。礦(化)體分布于峪門村東及東南、黑山頭、槐樹峪、榆林前東、榆林北及宅科等地，按其群集程度自北向南，自西向東劃分為8個礦帶，20個礦(化)體。

Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ礦帶分布于峪門村東及東南約1km處，各礦體產狀不一，厚度均在0.50～1.20m之間,相對比較穩定，地表出露隨山坡地形變化，呈帶狀環繞于山坡，出露海拔高度在+270m～+330m之間。各礦體由邊部向內具分帶現象，邊部礦體已風化，但不含云母，礦石為褐鐵礦化碳酸巖，局部礦體含有花崗巖及斜長角閃巖角礫，由邊部向內部云母與磁鐵礦含量增高，礦石變為含云母磁鐵礦碳酸巖，在Ⅰ礦帶及Ⅱ礦帶底部含有結晶碳酸巖，一般厚度為20cm，分布局限，呈透鏡體狀產出，礦體頂底板均可見到烘烤紅化現象。

2.3 西石馬礦點特征

西石馬礦點位于西石馬北lkm的+595.5高地，主要包括2個礦化體，編號Ⅰ,Ⅱ，礦化體呈巖床狀，傾向NNW，傾角5°±，一般2°～6°之間，相對穩定。地表出露隨山坡地形變化而改變，呈帶狀圍繞山頭或圍于半山坡，海拔一般在+480m～+510m之間，東西延長900m，南北延長400m，圍巖為奧陶紀馬家溝群五陽山組灰巖(圖3)。

1—山前組；2—八陡組；3—閣莊組；4—五陽山組；5—土峪組；6—北庵莊組；7—東黃山組；8—三山子組a段；9—雪野序列鹿野單元碳酸云母巖；10—地質界線；11—斷層；12—推測斷層；13—稀土礦化體編號

2.4 礦石質量

研究區內礦石類型主要有2種，一種是含云母磁鐵礦碳酸巖，另一種為蛭石化云母巖，另外有少量褐鐵礦化碳酸巖及結晶碳酸巖。

含云母磁鐵礦碳酸巖：地表風化呈土黃色、褐黃色，較新鮮的呈黑色，因分異作用，局部其底部含有結晶碳酸巖呈褐色，礦石呈斑狀結構、塊狀構造，主要礦物成分為碳酸鹽、磁鐵礦、云母磷灰石、少量石英。碳酸鹽主要為方解石，少量白云石，其含量變化范圍較大，方解石為自形—他形粒狀，顆粒在0.5～1.5mm之間，無色等軸狀具負突起及雙晶，其中有磷灰石及磁鐵礦包體。磁鐵礦自形—半自形粒狀，粒徑0.05～0.3mm，多被赤鐵礦、褐鐵礦所交代，含量一般為35%，最高可達54%。黑云母呈深棕褐色、黃色，含量在5%～20%，呈定向排列，粒徑為1～3mm。磷灰石長柱狀，自形—半自形，橫斷面為六邊形，粒徑一般為0.01～0.1mm，有被碳酸鹽交代現象，含量在6%左右，局部集中高達10%以上。該類型稀土礦石采樣分析結果顯示，主要化學成分為SiO2，CaO，P2O5，Fe2O3；其次為稀土氧化物TRE2O3和Al2O3，FeO，K2O，MgO等。磁鐵礦碳酸巖巖石稀土元素、組合分析、微量元素分析結果顯示，該類稀土礦石中稀土礦以輕稀土為主，含少量重稀土(表2—表6)。

表2 西石馬地區礦化體特征一覽表

表3 稀土礦(化)體巖石化學分析結果表 單位：×10-2

表4 稀土礦石組合分析結果表 單位：×10-6

表5 稀土礦石稀土元素分析結果表 單位：×10-6

表6 稀土礦石微量元素分析結果表 單位：×10-6

磷灰石及磁鐵礦包體：磁鐵礦自形—半自形粒狀，粒徑0.05～0.3mm，多被赤鐵礦、褐鐵礦所交代，含量一般為35%，最高可達54%。黑云母呈深棕褐色、黃色，含量在5%～20%，呈定向排列，粒徑為1～3mm。磷灰石長柱狀，自形—半自形，橫斷面為六邊形，粒徑一般為0.01～0.1mm，有被碳酸鹽交代現象，含量在6%左右，局部集中高達10%以上。該類型稀土礦石采樣分析結果顯示，主要化學成分為SiO2，CaO，P2O5，Fe2O3；其次為稀土氧化物TRE2O3和Al2O3，FeO，K2O，MgO等。磁鐵礦碳酸巖巖石稀土元素、組合分析、微量元素分析結果顯示，該類稀土礦石中稀土礦以輕稀土為主，含少量重稀土。

蛭石化云母巖:呈灰綠—灰黑色，風化后呈黃褐色、棕色，似斑狀結構、塊狀構造，斑晶為蛭石化云母及其他礦物，主要礦物成分蛭石、黑云母、碳酸鹽、磷灰石、磁鐵礦和少量透輝石等。蛭石呈褐色、黃褐色，自形片狀晶體，灼燒時體積膨脹，粒徑一般為1.2～3mm，最大可達20mm，鏡下呈淡黃色，吸收性明顯減弱，部分被沸石和鈉閃石交代，一般含量為40%～70%，最高含量可達90%以上，黑云母呈褐色—深褐色，鏡下為棕褐色—亮黃棕色，自形片狀晶體，粒經1～2mm，大部分蛭石化沿黑云母周圍進行，蛭石化不完全，中心部分有黑云母殘留，呈環帶狀。碳酸鹽主要是方解石，斑晶呈半自形粒狀，有的呈聚合晶，有的含有磷灰石及磁鐵礦的包體，基質為他形粒狀、鑲嵌結構，是基質中最他形的礦物。磷灰石自形柱狀、針狀和板狀晶體，多呈集合體或單體分布于其他礦物的間隙中，少部分呈包體分布于蛭石化黑云母等礦物之中，有被碳酸鹽交代現象。磁鐵礦自形—半自形晶體，粒徑0.5～1.2mm，呈集合體分布于其他礦物間隙之中，普遍褐鐵礦化。化學成分為SiO2，Al2O3，CaO，MgO，TFe，FeO，MnO，TiO2，K2O，Na2O，P2O5等；普遍含有稀土元素，以輕稀土為主，主要La，Ce，Pr，Nd，Sm，其含量與P2O5含量成正比[8-9]。

褐鐵礦化碳酸巖：呈黃褐色，為地表出露的礦石，礦石較軟，用手觸摸染手，呈風巢狀，因強烈蝕變，鏡下很難辨認礦物成分，滴鹽酸起泡，主要分布于含云母磁鐵礦碳酸巖礦體的邊部。

結晶碳酸巖：呈褐紅色，分布于含云母磁鐵礦碳酸巖的底部，一般厚度20cm，分布局限，主要呈透鏡狀產出，主要礦物成分為碳酸鹽、磷灰石，其次為磁鐵礦及少量黑云母、石英，碳酸鹽含量為70%～80%，最高達95%。

研究區稀土礦中伴有磷和鐵，以往工作中分別采取了相應樣品對P2O5和TFe進行了分析，2種元素均達到伴生礦物綜合利用指標[10-11]。

2.5 圍巖蝕變

在西部胡家莊和東部西石馬石灰巖分布區礦體與圍巖的界線清楚，蝕變輕微，但在近礦圍巖中可見碳酸鹽化、矽卡巖化、螢石化等蝕變。在中部榆林一帶二長花崗巖分布區，發育褐鐵礦化、磁鐵礦化、絹云母化、碳酸鹽化、硅化等，局部偶見螢石化，一般巖漿巖2m以外蝕變微弱。與稀土礦化關系密切的圍巖蝕變主要有磁鐵礦化、碳酸鹽化、硅化等。

3 礦床成因

3.1 成礦時代與成礦條件

2018年，山東省第五地質礦產勘查院對胡家莊稀土礦中的鋯石進行U-Pb測年，確定的成礦時間為(94.3±2.5)Ma，屬中生代燕山晚期[12]。劉敬杰等[13]認為，研究區稀土礦床成礦流體演化晚期熱液階段形成的石英礦物中的流體包裹體以氣液兩相H2O包裹體為主，均一溫度主要集中在119.1～233.2℃。鹽度變化范圍大致分布在8.1～22.4%，平均16.2%，成礦流體鹽度為中低鹽度流體；密度變化于0.9～1.1g/cm3，平均1.02g/cm3。

3.2 礦床成因

胡家莊-西石馬地區稀土礦與區域燕山期構造、碳酸巖巖漿活動具有內在的時空、成因聯系，該區區域性的銅冶店-孫祖斷裂、五色崖斷裂、文祖斷裂、姚家峪斷裂和其南部的萊蕪弧形斷裂多期次活動，使來自上地幔攜帶了豐富的稀土元素的巖漿上侵，在上侵的過程中同熔了部分殼源物質形成了再生巖漿，再生巖漿經結晶分異形成碳酸巖侵入體。巖漿第一次大規模的活動，首先形成蛭石化云母巖，此次活動形成的巖體規模比較大，分布范圍也較廣，區內發現的的蛭石化云母巖厚度一般在1～2m，有的地方可達8m以上。第二次巖漿活動形成了含云母磁鐵礦碳酸巖，巖體規模較小，目前發現的巖體厚度一般在0.4～1.2m，有的地段邊部僅0.1m。本次活動形成的巖體邊部為磁鐵礦碳酸巖，由于出露地表或接近地表，多已風化為褐鐵礦化碳酸巖，由邊部向內逐漸過渡為含云母磁鐵礦碳酸巖，由于分異作用在其底部局部地段形成結晶碳酸巖。區域上在含云母磁鐵礦碳酸巖中，可見到蛭石化碳酸云母巖的包體，并見到碳酸巖呈脈狀侵入于蛭石化云母巖中，在西石馬地區一巖管中，可見到這2次活動形成的巖體呈漸變過渡接觸，由此可以證明區內2種礦體為同時期不同次巖漿活動而形成的。稀土元素在超基性碳酸巖中的分布特征是，早期形成的巖石中稀土元素以類質同象賦存于方解石、磷灰石中，晚期形成的碳酸巖中，稀土元素都富集在稀土元素礦物中，本區蛭石化碳酸云母巖的稀土氧化物含量一般在0.21%～0.41%之間，含云母磁鐵礦碳酸巖稀土氧化物含量在0.45%～1.33%之間，TFe與P2O5的含量在第二次巖漿活動形成的礦(化)體含量明顯偏高，稀土元素的含量與P2O5含量明顯成正比，但在2種礦體中均未見到單獨的稀土礦物存在。區內礦體屬巖漿熱液型礦床。由于巖漿侵入期次相對較少，目前發現的巖漿巖規模相對較小，相應的稀土礦規模也較小，品位較低[13]。

4 找礦標志

(1)巖石標志。由于礦體與碳酸巖和蛭石化云母巖在空間上具有緊密共生的關系，因此這2種巖性是區內稀土礦的最直接、最明顯的找礦標志。

(2)放射性異常標志。該類型稀土礦呈似層狀、板狀、巖床、巖脈狀，其圍巖主要為寒武—奧陶紀灰巖和基底中粒二長花崗巖，圍巖的放射性非常低，而碳酸巖(稀土礦體)的γ能譜值則較高，因此γ能譜異常是較好的找礦標志。

(3)就礦找礦。稀土礦賦存于碳酸巖巖床或巖脈中，因此已知稀土礦的侵入層位或巖脈狀稀土礦的走向和傾向是尋找稀土礦較有效的方法之一[14-17]。

5 成礦遠景區與找礦靶區

5.1 成礦遠景區

胡家莊-西石馬地區處于泰山凸起(Ⅴ)和博山凸起(Ⅴ)的結合部位，面積約800km2，該區發育多個區域性的較大斷裂，與稀土成礦有關的中生代碳酸巖體斷續分布100多個，呈巖床、巖脈、巖管狀侵入于寒武-奧陶紀地層、基底侵入巖或構造帶中。區內航空放射性異常明顯，形態規整，呈橢圓形，主要沿NW向展布。2019年在榆林一帶圈定了4處地面放射性綜合異常，異常形態規則，峰值較高。并且該區有多處La,Y等地球化學異常，尤其La化學異常在胡家莊—榆林一帶十分突出，分布面積較大。區內有已知的稀土礦點3個，礦化線索較多。因此研究區具有較好的稀土成礦地質條件和找礦前景。根據找礦信息、已知礦床、地球化學信息、地球物理信息、自然重砂等遠景區圈定的必要條件，研究區劃為B級成礦遠景區(圖4)。

1—第四系；2—石盒子群；3—月門溝群；4—馬家溝群；5—九龍群；6—長清群；7—鹿野單元；8—腰關單元；9—松山單元；10—蔣峪單元；11—上港單元；12—斷裂；13—航空放射性測量等值線；14—綜合異常及編號；15—稀土礦點；16—B級成礦遠景區；17—B級成礦靶區

5.2 找礦靶區

根據成礦遠景區內不同區段與成礦有關的碳酸巖、構造的發育程度，γ能譜異常特征、地球化學、重砂異常特征、已知礦床特征和其他礦化線索等，在預測標志優化基礎上最大限度地縮小靶區面積。在胡家莊-西石馬成礦遠景區內劃分了3個找礦靶區，即胡家莊找礦靶區、榆林找礦靶區、西石馬找礦靶區。均為B級成礦靶區(表7)。

表7 稀土找礦靶區特征一覽表

6 找礦前景分析

(1)研究區發育大型的區域構造和較多的次一級小型構造，為巖漿巖和稀土礦的形成提供良好的通道和賦存場所[14]。

(2)目前發現的碳酸巖體多零星分布，規模較小，活動期次相對較少，熱液活動和圍巖蝕變較弱，不利于形成大型和高品位的稀土礦床。但該區區域構造活動期次較多，碳酸巖分布面積廣，有形成大型碳酸巖體地質條件。研究區東、西部剝蝕較淺，在西石馬一帶出露層位為奧陶紀五陽山組，巖漿侵入的通道尚未發現，深部尤其在蓋基結合部或有較大規模的隱伏碳酸巖體發育。另外雪野水庫為區域性的銅冶店-孫祖斷裂、五色崖斷裂、文祖斷裂和萊蕪弧形斷裂的交會部位，有形成較大規模碳酸巖體的條件。因此探討中生代碳酸巖體的侵入機制、侵入通道，利用物探等多種方法推測和尋找較大規模的碳酸巖巖體，對尋找較大規模稀土礦體具有重要意義[15]。

(3)區內放射性異常顯著，是稀土找礦的重要標志。2019年在該區圈定地面放射性綜合異常4個，異常與發現的稀土礦(化)體吻合較好。因此在研究區內成礦有利區段開展伽瑪能譜測量，是該區稀土找礦的重要手段之一[16]。

(4)研究區內發現3個稀土礦點，稀土礦(化)體25個，其中胡家莊礦點3個，榆林礦點20個，西石馬礦點2個，以及眾多的礦化線索。尤其在榆林礦點，2019年新發現稀土礦體1個，礦化線索多處，其中有7件揀塊樣品品位大于邊界品位(0.51%～1.47%)，但未能及時施工探槽，有待進一步的追索勘查。對已知稀土礦體沿走向和傾向追索勘查，利用地質、物探、探礦工程等手段，預計會取得較好的找礦效果[17-21]。

(5)區內碳酸巖磷灰石含量較高，在榆林礦點一般P2O5含量在6%左右，局部集中高達10%以上。在西石馬和胡家莊，一般P2O5含量在3.6%左右，可作為伴生礦產進行綜合利用。