鄒安德 ，趙法強(qiáng)，宋娟娟,鄭曉陽

(1.山東省物化探勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2.五蓮縣國土資源局，山東 日照 262300；3.山東省煤田地質(zhì)規(guī)劃勘察研究院，山東 濟(jì)南 271000)

0 引言

魯南微山縣郗山—棗莊薛城地區(qū)是山東省重要的稀土礦產(chǎn)地及找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)，20世紀(jì)50年代末在該區(qū)開展的1∶10萬航空放射性測量工作圈定了多處航空放射性異常，后期礦產(chǎn)勘查評價工作于20世紀(jì)70年代在對應(yīng)Г-22-63航空放射性異常(簡稱航放異常)的郗山地區(qū)勘查發(fā)現(xiàn)了稀土礦床，成為山東省乃至全國著名的中大型富輕稀土礦床。已知在郗山稀土礦北東側(cè)的棗莊薛城地區(qū)還分布著Г-22-61、Г-22-62等航放異常，并廣泛分布有與稀土礦關(guān)系密切的燕山早期堿性侵入巖，其成礦地質(zhì)背景與郗山稀土礦十分相似，是山東省重要的同類型輕稀土礦找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)，2011—2013年間，山東省物化探勘查院在棗莊薛城地區(qū)開展礦產(chǎn)勘查評價過程中，通過地、物、槽及鉆等相結(jié)合綜合找礦方法于該區(qū)的棗莊高鐵站—東巨山一帶發(fā)現(xiàn)了重要的稀土礦找礦線索，圈定了5個稀土礦化體，為今后稀土礦調(diào)查評價工作指出了方向。

該文旨在通過這一找礦示例嘗試總結(jié)綜合找礦方法在該區(qū)稀土礦調(diào)查評價中的應(yīng)用效果，分析和探討該區(qū)稀土礦(化)的成礦規(guī)律、成礦模式及找礦遠(yuǎn)景等。

1 區(qū)域成礦地質(zhì)背景

魯南微山縣郗山—棗莊薛城地區(qū)位于華北地塊(Ⅰ)魯西隆起(Ⅱ)魯中隆起區(qū)(Ⅲ)尼山斷隆(Ⅳ)尼山凸起(Ⅴ)的西南邊緣。區(qū)內(nèi)地層主要分布有新太古代泰山巖群山草峪組變質(zhì)巖系、古生代寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)碳酸鹽巖及碎屑巖、石炭-二疊紀(jì)碎屑巖等。區(qū)域上，郯廬斷裂長期左行扭動，受其影響，派生了眾多區(qū)域性NW—NNW向斷裂，其中主干斷裂及次級斷裂控制了區(qū)域地層及巖漿巖的展布，而主要控礦構(gòu)造多為NW—NNW、NE—NEE向的次級斷裂。新太古代—古元古代花崗閃長巖及二長花崗巖等構(gòu)成了該區(qū)的結(jié)晶基底。中生代燕山早期構(gòu)造—巖漿活動強(qiáng)烈，形成了主要由二長質(zhì)—正長質(zhì)巖石構(gòu)成的銅石、郗山、龍寶山等潛火山雜巖體，同時形成了與同期潛火山巖漿熱液有關(guān)的稀土、金礦床等(圖1)[1]。

1—正長斑巖；2—正長巖；3—閃長斑巖；4—斷裂；5—潛火山雜巖體；6—稀土礦床(點)；7—金礦床(點)圖1 魯南地區(qū)構(gòu)造巖漿巖及稀土(金)礦分布略圖(據(jù)于學(xué)峰等[1]，2010年，修改)

2 典型礦床地質(zhì)(郗山稀土礦)

微山縣郗山稀土礦為該區(qū)最重要的典型稀土礦床，其形成于著名的郗山雜巖體內(nèi)，雜巖體巖性主要有正長巖(正長巖、石英正長巖、含霓輝石石英正長巖等)、堿性花崗巖及各類脈巖等，碳酸巖脈常充填于切割巖體的斷裂之中[1]。其中石英正長斑巖脈和霓輝石石英正長斑巖脈與稀土礦化關(guān)系密切，常含有霓輝石及氟碳鈰礦、獨居石等礦物，其走向多為NE向及NW向等。郗山稀土礦礦體總體為脈狀，并以單脈狀為主，多出現(xiàn)在距離堿性雜巖體接觸帶內(nèi)外100m范圍內(nèi)[2]，并主要受NW—NWW、NE—NEE、近EW及近SN向4組斷裂構(gòu)造控制明顯，其中前2組方向斷裂控制礦體規(guī)模較大。前期在礦區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)含稀土單礦脈60余條(規(guī)模較大者24條)，多分布在堿性巖體頂、底板附近[1]。礦石類型主要為含稀土石英重晶石碳酸巖脈(地表為含稀土褐鐵礦化石英重晶石脈)。礦石礦物主要為氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦等。礦石結(jié)構(gòu)以粒狀、斑狀似斑狀結(jié)構(gòu)為主，浸染狀或塊狀構(gòu)造?？傊L巖為郗山稀土礦的重要成礦母巖，并多伴隨有碳酸鹽化、重晶石化、螢石化等蝕變發(fā)育。王中剛[3]，于學(xué)峰等[1]總結(jié)其礦床成因類型為堿性巖漿期后中—低溫?zé)嵋旱V床。宋文磊等[4]則將其總結(jié)為“與碳酸巖—堿性雜巖有關(guān)的熱液型稀土礦床”,認(rèn)為其與中國攀西牦牛坪、蒙古Mushugay-Khuduk[5]、印度Amba Dongar[6]及巴西Barra do Ttapriapua[7]等稀土礦床總體屬同一類型。

3 調(diào)查工作成果

2011—2013年，山東省物化探勘查院在棗莊市薛城地區(qū)開展鐵及稀土礦調(diào)查，該工作區(qū)北側(cè)覆蓋了早期航放異常Г-22-62的南側(cè)邊緣，對應(yīng)區(qū)段分布有燕山早期東馬山單元中細(xì)粒霓輝石英正長斑巖穿插于寒武紀(jì)朱砂洞組灰?guī)r地層中，稀土礦成礦條件較為有利。為在該區(qū)探尋稀土礦找礦前景，工作中在該區(qū)投入了1∶1萬地面γ能譜測量工作，取得了該區(qū)eU、eTh 、K三個γ能譜測量參數(shù)，并繪制了相應(yīng)的異常等值線圖(圖2)。

1—eU等值線；2—eTh等值線；3—K等值線；4—第四紀(jì)黃色含礫砂質(zhì)粘土；5—寒武紀(jì)朱砂洞組上灰?guī)r段灰?guī)r；6—寒武紀(jì)朱砂洞組丁家莊段灰質(zhì)白云巖；7—東馬山單元中細(xì)粒石英正長斑巖；8—魏家溝單元細(xì)粒黑云石英閃長巖；9—北莊單元斑狀中粒正長花崗巖；10—調(diào)軍頂單元細(xì)粒二長花崗巖；11—西官莊單元片麻狀中粒黑云角閃英云閃長巖；12—閃長巖；13—實測及磁法推斷斷裂； 14—見礦(化)孔位置及編號；15—施工探槽位置及編號；16—圈定礦化體范圍圖2 棗莊薛城(高鐵站—東巨山一帶)地面γ能譜測量—地質(zhì)綜合異常圖

由圖2中可見，在棗莊高鐵站—東巨山之間有一條近EW向的條帶狀eU、eTh、K綜合放射性異常，并且eU、eTh、K三種元素的異常形態(tài)基本一致。異常走向近EW，長約2500m，寬在100～300m之間。其中：

鈾元素含量異常一般在6×10-6以上，最高大于10×10-6，是中國大陸地殼中鈾元素平均豐度值(2.43×10-6)的2～4倍。

釷元素含量異常一般在24×10-6以上，峰值最高達(dá)87.3×10-6，是中國大陸地殼中釷元素平均豐度值(7.15×10-6)的3～13倍。

鉀元素含量一般在4%以上，最高達(dá)7.6%以上，是中國大陸地殼中鉀元素平均豐度值(0.95×10-6)的4～8倍。

對比分析后可知，eU、eTh、K三種元素含量異常均明顯高于中國大陸地殼中平均豐度值，其中又以eTh元素含量異常最為明顯，其異常形態(tài)和走向與對應(yīng)區(qū)段分布的燕山早期堿性侵入巖——石英正長斑巖基本一致，綜合顯示出較好的稀土礦找礦前景。

為研究及了解對應(yīng)eU、eTh、K綜合放射性異常的石英正長斑巖中稀土元素含量情況，后期優(yōu)選異常高值區(qū)段實施了槽探等工作，在施工的TC01及TC02探槽中取樣分析后均發(fā)現(xiàn)了稀土礦化，其中以TC02探槽所見礦化較好，分析稀土氧化物總量(REO)約在0.05%～0.213%(輕稀土礦床的邊界品位為0.5%～1.0%)，含礦化巖石主要為石英正長斑巖。此外，為了解對應(yīng)放射性異常的深部賦礦情況，布設(shè)實施了高密度剖面測量工作，測量成果顯示：第四系(厚度5～10m)以下為基巖，兩側(cè)分布為寒武紀(jì)灰?guī)r，中間為石英正長斑巖，巖體產(chǎn)狀N傾，傾角約在50°左右。

結(jié)合前期地、物、槽工作成果，后期優(yōu)選找礦有利區(qū)段布設(shè)施工了6個鉆孔(ZK01～ZK06)對礦化體進(jìn)行了深部驗證及追索(圖2，圖3)，6個鉆孔中均見到了稀土礦化，但遺憾的是未能見到達(dá)到邊界品位的工業(yè)礦體。此次工作圈定稀土礦化體5個，呈似層狀產(chǎn)出， 1號礦化體傾角9°～11°，其他礦化體傾角均小于10°?？刂频V化體最大規(guī)模280m×120m，礦化體賦存標(biāo)高136.8～143.1m，礦化體平均厚度2.86～22.34m，單工程礦化體最大厚度23.17m，單礦化體礦石ω(REO)平均品位0.125%～0.180%*山東省物化探勘查院，山東省棗莊市薛城區(qū)沙溝地區(qū)鐵礦普查報告(生產(chǎn)報告)，2013年。。

礦石類型主要為含稀土礦化石英正長斑巖、含稀土礦化黑云二長閃長巖以及石英正長斑巖與灰?guī)r接觸帶附近的含稀土礦化蝕變灰?guī)r等，值得注意的是石英正長斑巖中稀土氧化物總量比后二者一般在0.12%以下，后二者相對較高，多在0.12%～0.18%，表明稀土元素在巖漿后期與圍巖的堿性交代作用階段富集程度較高。

稀土礦物主要有氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦，2種礦物均以富輕稀土為共同特征。

1—礦化體；2—見礦化鉆孔(鉆孔編號/孔口標(biāo)高)圖3 薛城礦區(qū)第0勘探線剖面圖

需要指出的是，在該次稀土礦調(diào)查中于工作區(qū)內(nèi)雖未見達(dá)到邊界品位的工業(yè)礦體，但發(fā)現(xiàn)了較好的稀土礦化線索，已知工作區(qū)北側(cè)邊界僅是覆蓋了Г-22-62的南側(cè)邊緣，該航放異常的高值區(qū)尚在該次工區(qū)北側(cè)，并對應(yīng)分布有燕山早期堿性侵入巖，高強(qiáng)度的放射性異常值預(yù)示著稀土元素富集程度較高，有較大可能出現(xiàn)達(dá)到工業(yè)品位的稀土礦體存在，找礦前景較好。該次稀土礦調(diào)查工作的經(jīng)驗及成果可為周圍區(qū)域的稀土礦調(diào)查提供重要的基礎(chǔ)及借鑒。

4 成礦規(guī)律研究及成礦預(yù)測

4.1 成礦規(guī)律研究

綜合以往資料分析，該區(qū)周圍區(qū)域(尤其是北側(cè)的Г-22-62、Г-22-61航放異常區(qū))依然具有較好的找礦前景。通過與已知微山縣郗山稀土礦的分析對比，深化對該區(qū)及周圍區(qū)域稀土礦的成礦規(guī)律、成礦模式及找礦前景的分析研究，具有較大意義。

該文以下將從區(qū)域成礦地質(zhì)背景、礦床(化)地質(zhì)特征、航放異常分布規(guī)律等方面將郗山稀土礦與棗莊薛城地區(qū)稀土礦(化)進(jìn)行對比(表1，圖4)，并結(jié)合前人研究成果，分析探討該區(qū)稀土礦(化)的成礦作用及成因機(jī)制等。

表1 郗山稀土礦與薛城地區(qū)稀土礦(化)成礦特征對比

注：據(jù)《山東省稀土礦資源潛力評價成果報告》，2011年，修改*山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011年。。

4.1.1 成礦作用

成礦流體及成礦物質(zhì)：藍(lán)廷廣等[8]研究結(jié)果表明，微山稀土成礦年齡與堿性巖形成非常接近，礦石中Nd同位素組成與堿性巖完全一致，并且石英正長巖中的包裹體成礦與成礦流體相似，因而認(rèn)為稀土成礦流體可能由堿性巖漿巖通過巖漿—流體不混溶作用形成。此后，于學(xué)峰等[1]總結(jié)宋友貴、田京祥等[9]、夏慶霖等[10]關(guān)于郗山—龍寶山雜巖體稀土元素、鍶、氧及鉛同位素研究成果表明，該區(qū)與稀土成礦有關(guān)的富堿巖漿可能屬于殼?；煸葱?，即堿性巖漿及成礦物質(zhì)最初可能來源于上地幔同一部位，而在巖漿上侵過程中同化混染了地殼物質(zhì)，并從中萃取了部分有益組分。這一特點與四川大陸槽稀土礦礦源巖的研究結(jié)果相似[11]。

成礦時代：魯南地區(qū)中生代巖漿活動強(qiáng)烈，區(qū)域上形成了郗山、龍寶山等堿性侵入巖體。其中郗山雜巖體的主侵入期時間約為140Ma；稀土礦成礦時代為110Ma(長春地質(zhì)學(xué)院中心實驗室， K-Ar法測定)[9]。棗莊薛城地區(qū)與微山郗山同處于尼山凸起西南邊緣、近SN向的嶧山斷裂與近EW向的嶧城斷裂交會部位附近。對應(yīng)雜巖體的成巖及稀土礦(化)成礦時代等大致相當(dāng)。

成礦流體特征及成礦溫度：林德松等[12]通過對郗山稀土礦床中方解石、石英、重晶石及氟碳鍶礦等礦物中包裹體的研究表明，成礦熱液具有鮮明的主成礦期，成礦溫度在175°～275°，鹽度在1%～7%，可見成礦流體具有低溫、低鹽度的特點，稀土成礦作用大致對應(yīng)中—低溫?zé)嵋撼傻V階段。

1—第四系；2—古近系；3— 侏羅系；4—二疊系；5—石炭系；6—奧陶系；7—寒武系；8—黑云石英閃長巖；9—含霓輝石石英正長巖；10—斑狀花崗閃長巖；11—含黑云母英云閃長片麻巖；12—稀土礦脈；13—實測及推斷斷裂；14—隱伏地質(zhì)體代號；15—同位素年齡樣位置(年齡值(Ma)/測試方法)；16—稀土礦(中型)；17—航放異常編號；18—航放異常等值線及注記(γ)；19—地質(zhì)剖面位置；a—地質(zhì)構(gòu)造簡圖；b—航放異常圖；c—地質(zhì)-航放異常綜合剖面圖圖4 微山郗山—棗莊薛城地區(qū)航空放射性異常—稀土礦成礦地質(zhì)綜合對比圖(據(jù)山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011年，修改)

4.1.2 成礦機(jī)制探討

微山郗山—棗莊薛城地區(qū)稀土礦(化)與燕山期構(gòu)造演化、堿性巖漿活動具有內(nèi)在的時空、成因聯(lián)系。中生代燕山早期，在活動大陸邊緣弧后拉張環(huán)境下，攜帶稀土成礦元素的幔源富堿質(zhì)巖漿(正長質(zhì)—二長質(zhì))沿區(qū)域大構(gòu)造多次上侵，并不同程度地同化混染了地殼物質(zhì)，在區(qū)域上形成了微山郗山—棗莊薛城等堿性雜巖體。巖漿活動晚期，NW、NE向等斷裂構(gòu)造廣泛發(fā)育，為成礦流體的運移和沉淀成礦提供了良好的通道和儲存空間，控巖、控礦作用明顯。燕山晚期是巖漿期后熱液運移、成礦及元素富集成礦的主要階段，這一時期，伴隨巖漿上侵引起的強(qiáng)烈地殼活化改造，巖漿熱液和老基底中的稀土成礦元素在同化混染過程中進(jìn)一步富集；后在溫度、壓力等物化條件改變下，稀土成礦元素沿控礦斷裂及次級裂隙逐漸沉淀聚集成礦，形成了與堿性巖漿期后熱液有關(guān)的中—低溫?zé)嵋合⊥恋V床。后期表生階段，淺部礦體由于氧化作用，形成部分表生(風(fēng)化)稀土礦物等。綜上可見，微山郗山—棗莊薛城地區(qū)稀土礦床(化)與堿性侵入巖密切相關(guān)，應(yīng)屬堿性巖漿期后中—低溫?zé)嵋合⊥恋V床(圖5)。

1—太古代英云閃長質(zhì)片麻巖；2—太古代花崗閃長巖；3—寒武紀(jì)灰?guī)r；4—燕山期含霓輝石英閃長巖；5—燕山期含霓輝石英正長斑巖；6—稀土礦體圖5 微山郗山及棗莊薛城地區(qū)巖漿期后熱液型稀土礦(化)成礦模式對比圖(據(jù)山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011年，修改)

4.2 找礦標(biāo)志

4.2.1 正長質(zhì)堿性侵入巖

燕山早期侵入的石英正長斑巖等堿性侵入巖是該區(qū)稀土礦的成礦母巖，稀土礦化體多呈脈狀分布于巖體內(nèi)及其與圍巖的接觸帶附近。堿性正長巖與稀土礦脈有成因上的密切關(guān)系，是重要的找礦標(biāo)志。

4.2.2 放射性異常

稀土礦中伴生釷、鈾等放射性元素，能引起明顯的放射性異常，其中以釷放射性異常表現(xiàn)最為明顯，郗山稀土礦及棗莊薛城高鐵站—東巨山一帶的稀土礦化就是檢查放射性異常發(fā)現(xiàn)的。因此放射性異常是尋找稀土礦的重要地球物理標(biāo)志。

4.3 成礦預(yù)測

根據(jù)上述總結(jié)的棗莊薛城地區(qū)稀土礦(化)的找礦標(biāo)志，并結(jié)合早期地質(zhì)及航空放射性測量成果，在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了稀土礦成礦預(yù)測，篩選出了具有一定規(guī)模及形態(tài)、稀土礦成礦地質(zhì)條件較好的預(yù)測區(qū)3個，分別為：①東托一村稀土礦找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)；②東谷山稀土礦找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)；③匡山頭稀土礦找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)等(圖6)。

在2011年完成的山東省稀土礦資源潛力評價工作中，在以上3個稀土礦遠(yuǎn)景區(qū)為主的棗莊薛城地區(qū)預(yù)測潛在稀土礦資源儲量(稀土礦金屬氧化物L(fēng)RE2O3)約在10萬t左右，預(yù)示著該區(qū)良好的找礦前景及較大找礦潛力。

1—第四系；2—奧陶系；3—寒武系；4—東馬山單元中細(xì)粒石英正長斑巖；5—下西峪單元斑狀細(xì)粒花崗閃長巖；6—煌斑巖脈；7—實測及推測地質(zhì)界線；8—實測平行及角度不整合地質(zhì)界線；9—地層產(chǎn)狀及原生片麻理產(chǎn)狀；10—實測及推斷斷裂；11—航放異常及編號；12—稀土礦找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)圖6 棗莊薛城地區(qū)稀土礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)分布圖

5 結(jié)論

(1)以棗莊薛城地區(qū)稀土礦找礦工作為實例，總結(jié)了較有效的稀土礦找礦工作方法。建議首先配合地質(zhì)工作采用地面γ能譜測量及土壤化學(xué)測量(或巖石化學(xué)測量)等圈定與稀土礦(化)有關(guān)的物化探綜合異常以確定找礦靶區(qū)，此后可采用激電測深(或高密度電法測量)等工作研究賦礦巖體的傾向及埋深等信息，后續(xù)投入槽探、鉆探等工程驗證工作等，這一工作方法組合預(yù)計可在該區(qū)稀土礦調(diào)查工作中取得較好的找礦效果。

(2)棗莊薛城地區(qū)的稀土礦(化)與微山縣郗山稀土礦的成礦類型、成礦模式十分相似，均為與燕山早期侵入巖關(guān)系密切的巖漿期后中—低溫?zé)嵋盒洼p稀土礦。該區(qū)稀土礦(化)的成礦母巖為燕山早期石英正長斑巖，稀土礦(化)體多呈脈狀分布于石英正長斑巖內(nèi)及其與寒武紀(jì)灰?guī)r等圍巖的接觸帶附近；燕山早期石英正長斑巖與早期航空放射性異常共同構(gòu)成了該區(qū)稀土礦的重要找礦標(biāo)志。

(3)在綜合分析研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步總結(jié)了該區(qū)稀土礦的找礦標(biāo)志，并開展了成礦預(yù)測，初步圈定了東托一村、東谷山及匡山頭等3個稀土礦找礦遠(yuǎn)景預(yù)測區(qū)，可為該區(qū)下一步的稀土礦調(diào)查評價工作提供一定的指導(dǎo)借鑒。

致謝：感謝山東省物化探勘查院韓玉珍研究員、曹秀華高級工程師及王強(qiáng)工程師，在文章撰寫期間給予的建議和幫助。

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