山东枣庄薛城地区稀土矿成矿规律研究及找矿预测

邹安德 ，赵法强，宋娟娟,郑晓阳

(1.山东省物化探勘查院，山东 济南 250013；2.五莲县国土资源局，山东 日照 262300；3.山东省煤田地质规划勘察研究院，山东 济南 271000)

0 引言

鲁南微山县郗山—枣庄薛城地区是山东省重要的稀土矿产地及找矿远景预测区，20世纪50年代末在该区开展的1∶10万航空放射性测量工作圈定了多处航空放射性异常，后期矿产勘查评价工作于20世纪70年代在对应Г-22-63航空放射性异常(简称航放异常)的郗山地区勘查发现了稀土矿床，成为山东省乃至全国著名的中大型富轻稀土矿床。已知在郗山稀土矿北东侧的枣庄薛城地区还分布着Г-22-61、Г-22-62等航放异常，并广泛分布有与稀土矿关系密切的燕山早期碱性侵入岩，其成矿地质背景与郗山稀土矿十分相似，是山东省重要的同类型轻稀土矿找矿远景预测区，2011—2013年间，山东省物化探勘查院在枣庄薛城地区开展矿产勘查评价过程中，通过地、物、槽及钻等相结合综合找矿方法于该区的枣庄高铁站—东巨山一带发现了重要的稀土矿找矿线索，圈定了5个稀土矿化体，为今后稀土矿调查评价工作指出了方向。

该文旨在通过这一找矿示例尝试总结综合找矿方法在该区稀土矿调查评价中的应用效果，分析和探讨该区稀土矿(化)的成矿规律、成矿模式及找矿远景等。

1 区域成矿地质背景

鲁南微山县郗山—枣庄薛城地区位于华北地块(Ⅰ)鲁西隆起(Ⅱ)鲁中隆起区(Ⅲ)尼山断隆(Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的西南边缘。区内地层主要分布有新太古代泰山岩群山草峪组变质岩系、古生代寒武纪、奥陶纪碳酸盐岩及碎屑岩、石炭-二叠纪碎屑岩等。区域上，郯庐断裂长期左行扭动，受其影响，派生了众多区域性NW—NNW向断裂，其中主干断裂及次级断裂控制了区域地层及岩浆岩的展布，而主要控矿构造多为NW—NNW、NE—NEE向的次级断裂。新太古代—古元古代花岗闪长岩及二长花岗岩等构成了该区的结晶基底。中生代燕山早期构造—岩浆活动强烈，形成了主要由二长质—正长质岩石构成的铜石、郗山、龙宝山等潜火山杂岩体，同时形成了与同期潜火山岩浆热液有关的稀土、金矿床等(图1)[1]。

1—正长斑岩；2—正长岩；3—闪长斑岩；4—断裂；5—潜火山杂岩体；6—稀土矿床(点)；7—金矿床(点)图1 鲁南地区构造岩浆岩及稀土(金)矿分布略图(据于学峰等[1]，2010年，修改)

2 典型矿床地质(郗山稀土矿)

微山县郗山稀土矿为该区最重要的典型稀土矿床，其形成于著名的郗山杂岩体内，杂岩体岩性主要有正长岩(正长岩、石英正长岩、含霓辉石石英正长岩等)、碱性花岗岩及各类脉岩等，碳酸岩脉常充填于切割岩体的断裂之中[1]。其中石英正长斑岩脉和霓辉石石英正长斑岩脉与稀土矿化关系密切，常含有霓辉石及氟碳铈矿、独居石等矿物，其走向多为NE向及NW向等。郗山稀土矿矿体总体为脉状，并以单脉状为主，多出现在距离碱性杂岩体接触带内外100m范围内[2]，并主要受NW—NWW、NE—NEE、近EW及近SN向4组断裂构造控制明显，其中前2组方向断裂控制矿体规模较大。前期在矿区内共发现含稀土单矿脉60余条(规模较大者24条)，多分布在碱性岩体顶、底板附近[1]。矿石类型主要为含稀土石英重晶石碳酸岩脉(地表为含稀土褐铁矿化石英重晶石脉)。矿石矿物主要为氟碳铈矿、氟碳钙铈矿等。矿石结构以粒状、斑状似斑状结构为主，浸染状或块状构造。总之，正长岩为郗山稀土矿的重要成矿母岩，并多伴随有碳酸盐化、重晶石化、萤石化等蚀变发育。王中刚[3]，于学峰等[1]总结其矿床成因类型为碱性岩浆期后中—低温热液矿床。宋文磊等[4]则将其总结为“与碳酸岩—碱性杂岩有关的热液型稀土矿床”,认为其与中国攀西牦牛坪、蒙古Mushugay-Khuduk[5]、印度Amba Dongar[6]及巴西Barra do Ttapriapua[7]等稀土矿床总体属同一类型。

3 调查工作成果

2011—2013年，山东省物化探勘查院在枣庄市薛城地区开展铁及稀土矿调查，该工作区北侧覆盖了早期航放异常Г-22-62的南侧边缘，对应区段分布有燕山早期东马山单元中细粒霓辉石英正长斑岩穿插于寒武纪朱砂洞组灰岩地层中，稀土矿成矿条件较为有利。为在该区探寻稀土矿找矿前景，工作中在该区投入了1∶1万地面γ能谱测量工作，取得了该区eU、eTh 、K三个γ能谱测量参数，并绘制了相应的异常等值线图(图2)。

1—eU等值线；2—eTh等值线；3—K等值线；4—第四纪黄色含砾砂质粘土；5—寒武纪朱砂洞组上灰岩段灰岩；6—寒武纪朱砂洞组丁家庄段灰质白云岩；7—东马山单元中细粒石英正长斑岩；8—魏家沟单元细粒黑云石英闪长岩；9—北庄单元斑状中粒正长花岗岩；10—调军顶单元细粒二长花岗岩；11—西官庄单元片麻状中粒黑云角闪英云闪长岩；12—闪长岩；13—实测及磁法推断断裂； 14—见矿(化)孔位置及编号；15—施工探槽位置及编号；16—圈定矿化体范围图2 枣庄薛城(高铁站—东巨山一带)地面γ能谱测量—地质综合异常图

由图2中可见，在枣庄高铁站—东巨山之间有一条近EW向的条带状eU、eTh、K综合放射性异常，并且eU、eTh、K三种元素的异常形态基本一致。异常走向近EW，长约2500m，宽在100～300m之间。其中：

铀元素含量异常一般在6×10-6以上，最高大于10×10-6，是中国大陆地壳中铀元素平均丰度值(2.43×10-6)的2～4倍。

钍元素含量异常一般在24×10-6以上，峰值最高达87.3×10-6，是中国大陆地壳中钍元素平均丰度值(7.15×10-6)的3～13倍。

钾元素含量一般在4%以上，最高达7.6%以上，是中国大陆地壳中钾元素平均丰度值(0.95×10-6)的4～8倍。

对比分析后可知，eU、eTh、K三种元素含量异常均明显高于中国大陆地壳中平均丰度值，其中又以eTh元素含量异常最为明显，其异常形态和走向与对应区段分布的燕山早期碱性侵入岩——石英正长斑岩基本一致，综合显示出较好的稀土矿找矿前景。

为研究及了解对应eU、eTh、K综合放射性异常的石英正长斑岩中稀土元素含量情况，后期优选异常高值区段实施了槽探等工作，在施工的TC01及TC02探槽中取样分析后均发现了稀土矿化，其中以TC02探槽所见矿化较好，分析稀土氧化物总量(REO)约在0.05%～0.213%(轻稀土矿床的边界品位为0.5%～1.0%)，含矿化岩石主要为石英正长斑岩。此外，为了解对应放射性异常的深部赋矿情况，布设实施了高密度剖面测量工作，测量成果显示：第四系(厚度5～10m)以下为基岩，两侧分布为寒武纪灰岩，中间为石英正长斑岩，岩体产状N倾，倾角约在50°左右。

结合前期地、物、槽工作成果，后期优选找矿有利区段布设施工了6个钻孔(ZK01～ZK06)对矿化体进行了深部验证及追索(图2，图3)，6个钻孔中均见到了稀土矿化，但遗憾的是未能见到达到边界品位的工业矿体。此次工作圈定稀土矿化体5个，呈似层状产出， 1号矿化体倾角9°～11°，其他矿化体倾角均小于10°。控制矿化体最大规模280m×120m，矿化体赋存标高136.8～143.1m，矿化体平均厚度2.86～22.34m，单工程矿化体最大厚度23.17m，单矿化体矿石ω(REO)平均品位0.125%～0.180%*山东省物化探勘查院，山东省枣庄市薛城区沙沟地区铁矿普查报告(生产报告)，2013年。。

矿石类型主要为含稀土矿化石英正长斑岩、含稀土矿化黑云二长闪长岩以及石英正长斑岩与灰岩接触带附近的含稀土矿化蚀变灰岩等，值得注意的是石英正长斑岩中稀土氧化物总量比后二者一般在0.12%以下，后二者相对较高，多在0.12%～0.18%，表明稀土元素在岩浆后期与围岩的碱性交代作用阶段富集程度较高。

稀土矿物主要有氟碳铈矿、氟碳钙铈矿，2种矿物均以富轻稀土为共同特征。

1—矿化体；2—见矿化钻孔(钻孔编号/孔口标高)图3 薛城矿区第0勘探线剖面图

需要指出的是，在该次稀土矿调查中于工作区内虽未见达到边界品位的工业矿体，但发现了较好的稀土矿化线索，已知工作区北侧边界仅是覆盖了Г-22-62的南侧边缘，该航放异常的高值区尚在该次工区北侧，并对应分布有燕山早期碱性侵入岩，高强度的放射性异常值预示着稀土元素富集程度较高，有较大可能出现达到工业品位的稀土矿体存在，找矿前景较好。该次稀土矿调查工作的经验及成果可为周围区域的稀土矿调查提供重要的基础及借鉴。

4 成矿规律研究及成矿预测

4.1 成矿规律研究

综合以往资料分析，该区周围区域(尤其是北侧的Г-22-62、Г-22-61航放异常区)依然具有较好的找矿前景。通过与已知微山县郗山稀土矿的分析对比，深化对该区及周围区域稀土矿的成矿规律、成矿模式及找矿前景的分析研究，具有较大意义。

该文以下将从区域成矿地质背景、矿床(化)地质特征、航放异常分布规律等方面将郗山稀土矿与枣庄薛城地区稀土矿(化)进行对比(表1，图4)，并结合前人研究成果，分析探讨该区稀土矿(化)的成矿作用及成因机制等。

表1 郗山稀土矿与薛城地区稀土矿(化)成矿特征对比

注：据《山东省稀土矿资源潜力评价成果报告》，2011年，修改*山东省地质调查院，山东省稀土矿资源潜力评价成果报告，2011年。。

4.1.1 成矿作用

成矿流体及成矿物质：蓝廷广等[8]研究结果表明，微山稀土成矿年龄与碱性岩形成非常接近，矿石中Nd同位素组成与碱性岩完全一致，并且石英正长岩中的包裹体成矿与成矿流体相似，因而认为稀土成矿流体可能由碱性岩浆岩通过岩浆—流体不混溶作用形成。此后，于学峰等[1]总结宋友贵、田京祥等[9]、夏庆霖等[10]关于郗山—龙宝山杂岩体稀土元素、锶、氧及铅同位素研究成果表明，该区与稀土成矿有关的富碱岩浆可能属于壳幔混源型，即碱性岩浆及成矿物质最初可能来源于上地幔同一部位，而在岩浆上侵过程中同化混染了地壳物质，并从中萃取了部分有益组分。这一特点与四川大陆槽稀土矿矿源岩的研究结果相似[11]。

成矿时代：鲁南地区中生代岩浆活动强烈，区域上形成了郗山、龙宝山等碱性侵入岩体。其中郗山杂岩体的主侵入期时间约为140Ma；稀土矿成矿时代为110Ma(长春地质学院中心实验室， K-Ar法测定)[9]。枣庄薛城地区与微山郗山同处于尼山凸起西南边缘、近SN向的峄山断裂与近EW向的峄城断裂交会部位附近。对应杂岩体的成岩及稀土矿(化)成矿时代等大致相当。

成矿流体特征及成矿温度：林德松等[12]通过对郗山稀土矿床中方解石、石英、重晶石及氟碳锶矿等矿物中包裹体的研究表明，成矿热液具有鲜明的主成矿期，成矿温度在175°～275°，盐度在1%～7%，可见成矿流体具有低温、低盐度的特点，稀土成矿作用大致对应中—低温热液成矿阶段。

1—第四系；2—古近系；3— 侏罗系；4—二叠系；5—石炭系；6—奥陶系；7—寒武系；8—黑云石英闪长岩；9—含霓辉石石英正长岩；10—斑状花岗闪长岩；11—含黑云母英云闪长片麻岩；12—稀土矿脉；13—实测及推断断裂；14—隐伏地质体代号；15—同位素年龄样位置(年龄值(Ma)/测试方法)；16—稀土矿(中型)；17—航放异常编号；18—航放异常等值线及注记(γ)；19—地质剖面位置；a—地质构造简图；b—航放异常图；c—地质-航放异常综合剖面图图4 微山郗山—枣庄薛城地区航空放射性异常—稀土矿成矿地质综合对比图(据山东省稀土矿资源潜力评价成果报告，2011年，修改)

4.1.2 成矿机制探讨

微山郗山—枣庄薛城地区稀土矿(化)与燕山期构造演化、碱性岩浆活动具有内在的时空、成因联系。中生代燕山早期，在活动大陆边缘弧后拉张环境下，携带稀土成矿元素的幔源富碱质岩浆(正长质—二长质)沿区域大构造多次上侵，并不同程度地同化混染了地壳物质，在区域上形成了微山郗山—枣庄薛城等碱性杂岩体。岩浆活动晚期，NW、NE向等断裂构造广泛发育，为成矿流体的运移和沉淀成矿提供了良好的通道和储存空间，控岩、控矿作用明显。燕山晚期是岩浆期后热液运移、成矿及元素富集成矿的主要阶段，这一时期，伴随岩浆上侵引起的强烈地壳活化改造，岩浆热液和老基底中的稀土成矿元素在同化混染过程中进一步富集；后在温度、压力等物化条件改变下，稀土成矿元素沿控矿断裂及次级裂隙逐渐沉淀聚集成矿，形成了与碱性岩浆期后热液有关的中—低温热液稀土矿床。后期表生阶段，浅部矿体由于氧化作用，形成部分表生(风化)稀土矿物等。综上可见，微山郗山—枣庄薛城地区稀土矿床(化)与碱性侵入岩密切相关，应属碱性岩浆期后中—低温热液稀土矿床(图5)。

1—太古代英云闪长质片麻岩；2—太古代花岗闪长岩；3—寒武纪灰岩；4—燕山期含霓辉石英闪长岩；5—燕山期含霓辉石英正长斑岩；6—稀土矿体图5 微山郗山及枣庄薛城地区岩浆期后热液型稀土矿(化)成矿模式对比图(据山东省稀土矿资源潜力评价成果报告，2011年，修改)

4.2 找矿标志

4.2.1 正长质碱性侵入岩

燕山早期侵入的石英正长斑岩等碱性侵入岩是该区稀土矿的成矿母岩，稀土矿化体多呈脉状分布于岩体内及其与围岩的接触带附近。碱性正长岩与稀土矿脉有成因上的密切关系，是重要的找矿标志。

4.2.2 放射性异常

稀土矿中伴生钍、铀等放射性元素，能引起明显的放射性异常，其中以钍放射性异常表现最为明显，郗山稀土矿及枣庄薛城高铁站—东巨山一带的稀土矿化就是检查放射性异常发现的。因此放射性异常是寻找稀土矿的重要地球物理标志。

4.3 成矿预测

根据上述总结的枣庄薛城地区稀土矿(化)的找矿标志，并结合早期地质及航空放射性测量成果，在区域内进行了稀土矿成矿预测，筛选出了具有一定规模及形态、稀土矿成矿地质条件较好的预测区3个，分别为：①东托一村稀土矿找矿远景预测区；②东谷山稀土矿找矿远景预测区；③匡山头稀土矿找矿远景预测区等(图6)。

在2011年完成的山东省稀土矿资源潜力评价工作中，在以上3个稀土矿远景区为主的枣庄薛城地区预测潜在稀土矿资源储量(稀土矿金属氧化物LRE2O3)约在10万t左右，预示着该区良好的找矿前景及较大找矿潜力。

1—第四系；2—奥陶系；3—寒武系；4—东马山单元中细粒石英正长斑岩；5—下西峪单元斑状细粒花岗闪长岩；6—煌斑岩脉；7—实测及推测地质界线；8—实测平行及角度不整合地质界线；9—地层产状及原生片麻理产状；10—实测及推断断裂；11—航放异常及编号；12—稀土矿找矿远景预测区图6 枣庄薛城地区稀土矿远景预测区分布图

5 结论

(1)以枣庄薛城地区稀土矿找矿工作为实例，总结了较有效的稀土矿找矿工作方法。建议首先配合地质工作采用地面γ能谱测量及土壤化学测量(或岩石化学测量)等圈定与稀土矿(化)有关的物化探综合异常以确定找矿靶区，此后可采用激电测深(或高密度电法测量)等工作研究赋矿岩体的倾向及埋深等信息，后续投入槽探、钻探等工程验证工作等，这一工作方法组合预计可在该区稀土矿调查工作中取得较好的找矿效果。

(2)枣庄薛城地区的稀土矿(化)与微山县郗山稀土矿的成矿类型、成矿模式十分相似，均为与燕山早期侵入岩关系密切的岩浆期后中—低温热液型轻稀土矿。该区稀土矿(化)的成矿母岩为燕山早期石英正长斑岩，稀土矿(化)体多呈脉状分布于石英正长斑岩内及其与寒武纪灰岩等围岩的接触带附近；燕山早期石英正长斑岩与早期航空放射性异常共同构成了该区稀土矿的重要找矿标志。

(3)在综合分析研究的基础上，进一步总结了该区稀土矿的找矿标志，并开展了成矿预测，初步圈定了东托一村、东谷山及匡山头等3个稀土矿找矿远景预测区，可为该区下一步的稀土矿调查评价工作提供一定的指导借鉴。

致谢：感谢山东省物化探勘查院韩玉珍研究员、曹秀华高级工程师及王强工程师，在文章撰写期间给予的建议和帮助。

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