山东省微山郗山地区稀土矿成矿规律探讨

兰君

(山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000)

稀土有工业“黄金”之称，广泛应用于军事、冶金、石油化工、玻璃陶瓷等多个领域，是重要的战略资源。稀土元素主要有La，Ce，Pr，Nd，Pr，Sm，Eu，Gd，Tb等17种元素。微山县郗山稀土矿为轻稀土矿，主要成矿元素为Ce，La，Nd，Pr，Sm及Eu，Er，Gd，Lu，Y等10种元素。自1960年该矿被发现以来，许多地质工作者对其投入了大量的工作，该文通过总结以往的工作成果，对其成矿规律进行探讨。

1 区域地质背景

微山郗山稀土矿位于华北板块、鲁西隆起区、鲁中隆起、枣庄断隆、峄城凸起的南西部(图1)[1]。

区域内分布地层由老至新发育有新太古代泰山岩群(呈包体、残留体形式零星分布于新太古代片麻状中粒花岗闪长岩中[1-2])，古生代寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系，新生代古近系及第四系[3]。区域内构造主要为断裂构造，控制着区内地层、岩浆岩展布。根据走向可分为近EW向、近SN向、NE向、NW向4组断裂，其中以EW向及近SN向断裂较为发育，为区域性断裂构造[4-9]。岩浆岩主要发育新太古代、中生代侵入岩，新太古代侵入岩呈岩株产出，岩性为花岗闪长岩，普遍发育片麻理。中生代侵入岩主要在该区呈岩株、岩脉产出(图2)，主要岩性为霓辉石英正长岩、石英正长斑岩及闪长玢岩等。稀土矿成因为壳幔源混合型基性岩浆，在上侵过程中分异的碱性岩浆多次脉动活动并携带大量稀土元素，经岩浆活动后期分异，形成富含稀土的成矿热液，于成矿有利部位充填交代形成稀土矿体。正长岩类为区内稀土重要成矿母岩。

2 成矿地质特征

微山郗山地区岩浆热液型稀土矿表现为“岩浆岩和构造”联合控矿的特征，区内构造、岩浆岩较为发育。中生代燕山期碱性岩体总体呈长轴北东的椭圆形山包分布，出露面积约0.5km2，其与新太古代花岗闪长岩及斜长角闪岩的侵入接触界线清楚[5]。

1—古近系；2—二叠系；3—石炭系；4—奥陶系；5—寒武系；6—中生代燕山晚期含霓辉石英正长岩；7—中生代燕山早期石英正长斑岩；8—新太古代侵入岩；9—断裂；10—郗山稀土矿图1 郗山稀土矿大地构造纲要图[注]张允福，山东省微山县101地区地质详查报告，1962年。

1—第四系；2—新太古代花岗闪长岩；3—中生代燕山晚期含霓辉石石英正长岩；4—闪长玢岩脉；5—稀土矿体及编号图2 郗山稀土矿地质简图

2.1 控矿岩浆岩

控矿岩浆岩为中生代燕山期侵入岩，主要岩性为细粒霓辉石英正长岩，次为石英正长岩、正长岩、角闪石英正长岩、黑云正长斑岩、正长斑岩、霓辉石英正长斑岩和煌斑岩，以上岩体构成了郗山碱性杂岩体，与稀土矿化关系密切[10]。正长岩类与矿体紧密共生；而碱性花岗岩主要分布于矿区东南，无露头出现[11-12]。郗山碱性杂岩体呈NE-SW向延伸，侵入新太古代片麻状花岗闪长岩中，呈枝杈状分布，接触界线清晰[13-14]。

碱性杂岩体内发育含稀土石英重晶石碳酸盐脉(照片1)、细粒角闪石英正长岩、石英正长岩、正长岩、霓辉石英正长斑岩、黑云正长斑岩、正长斑岩、闪长岩和煌斑岩等脉岩。以上脉岩切穿霓辉石英正长岩，在时间顺序上含稀土石英重晶石碳酸盐脉形成最晚。

1—稀土矿；2—花岗闪长岩；3—黄铁矿；4—含稀土石英重晶石碳酸盐脉；5—萤石照片1 -160m水平4号矿脉及郗山稀土矿石

2.2 控矿构造

矿区因受区域构造和岩体上侵的影响，断裂构造较为发育，其中断裂主要为压扭性的NW向和NE向断裂、张性SN向断裂、压性EW向断裂4组；按构造与成矿时间关系，分为成矿前构造(NW向和NE向最发育，SN向、EW向次之)、成矿期构造和成矿后构造。

(1)成矿前构造：为正长岩类及各种脉岩充填的构造；以NW向和NE向最为发育。

(2)成矿期构造：分为NW，NNW，NE，NEE，SN和EW向6组，前4组构造较为多见，是主要控矿、赋矿构造。矿脉形态、产状、规模受控于成矿期构造。

(3)成矿后构造：是继承成矿前和成矿期构造，主要有NE、EW和SN向3组，表现为破碎断裂构造形式，破碎带发育，但断距小，一般1m左右。成矿期构造继承了成矿前构造再次经构造活动改造而成，是稀土矿体控矿和赋矿构造。

成矿前、成矿期、成矿后构造基本都赋存矿脉[6]。

3 地球物理特征

1956—1959年，地质部902航测大队在山东中东部地区开展航空物探测量时，圈定了郗山航空放射性异常，此异常分为г-22-61，г-22-62和г-22-63三个次级异常，其中г-22-63异常峰值最高，形态最为规则。1965年在异常查证г-22-63异常时发现了郗山稀土矿床。区内航测放射性背景值一般在9γ以下，而该区的航测放射性异常峰值在21γ以上(图3)。

1—航放异常等值线(γ)；2—郗山稀土矿图3 郗山地区航放异常图

在后续开展地面放射性测量时，在矿区内共发现了254处放射性异常大于100γ，25处异常大于1000γ，8处异常大于2000γ。异常区出露岩性多为正长岩类岩石，具含稀土石英重晶石脉的正长岩放射性异常强度最高。在该矿区，γ值，TR2O3与Th，U含量呈正相关，γ值高，稀土总量高，Th，U的含量也高，但是Th，U含量特高时，稀土总量反而低(图4)[注]张允福，山东省微山县101地区地质详查报告，1962年。[3]。因此，放射性异常为该区寻找稀土矿的重要标志之一。

1—TR2O3；2—Th；3—U图4 γ值与TR2O3%，Th%，U%关系图①

4 成矿规律探讨

研究区内岩浆热液型稀土矿的成矿地质体为中偏碱性侵入岩体；中生代白垩纪碱性岩浆沿深大断裂上侵过程中携带了较多的稀土元素，在岩浆活动后期结晶分异，使得稀土元素进一步富集，形成含稀土的成矿热液，在成矿有利部位充填形成稀土矿床[15-16]。

4.1 空间分布规律

微山郗山稀土矿为与碱性岩有关的岩浆热液型稀土矿，大地构造位置分别位于鲁中隆起峄城凸起与滕州潜凹陷结合部位。矿体分布空间位置上与中生代侵入岩密切相关，矿体赋存于岩体及其内外接触带、断裂构造、岩床上下附近围岩及其他有利赋矿构造中。燕山期侵入体不断上升，其内含矿热液遇构造裂隙，压力快速释放，并沿构造裂隙快速充填，形成郗山稀土矿床，赋矿岩石主要为含稀土石英重晶石碳酸盐脉、石英正长岩、闪长岩和中粒花岗闪长岩，影响其形成的主要区域构造有峄城断裂和铁佛沟断裂，主要控矿、赋矿构造分为成矿期构造中的NW向、NNW向、NE向和NEE向4组构造。

4.2 成矿物质来源

微山郗山稀土矿成矿年龄为110～(119.5±1.7)Ma[7]，郗山稀土矿围岩为新太古代片麻岩和早白垩世碱性岩，碱性岩年龄区间为122～123Ma，二者非常接近；梁雨薇等[8]通过对微山稀土矿含矿石英正长岩及霓辉石英正长斑岩的岩石地球化学研究，得出石英正长岩和霓辉石英正长斑岩为同源岩浆演化产物,岩浆源区深度较大，碱性岩浆为稀土成矿提供了物质来源及热源[17-18]。可以推测为稀土矿与碱性岩同时期产物。

氟碳铈矿与独居石是该稀土矿最重要的两种矿物，它们的Nd同位素组成可以示踪郗山稀土矿物质来源。氟碳铈矿和独居石的εNd(t)介于-10.1～-8.2，平均-8.8，碱性岩Nd同位素εNd(t)介于-8.7～-8.1，二者相吻合[7]。

从成岩成矿时代与Nd同位素组成的角度来看，稀土矿体与其围岩碱性岩具有同时期同源性，因此，可以认为，郗山稀土矿及围岩碱性岩均来源于富集地幔。

4.3 含矿组分变化规律

郗山稀土矿主要稀土元素有Ce，La，Nd，Pr，Sm，Eu，Er，Gd，Lu，Y等10种元素，其他元素有Th，U，Mo，Pb等。Nd和Pr彼此伴随成正比关系，La的变化与Nd，Pr成反比关系。Y组稀土元素比较少见，Y的含量与稀土总量之间的关系，恰成反比，即稀土总量愈高，Y的氧化物含量反而相对地降低[3]。

4.4 成矿时代

田京祥等[5]采用白云母K-Ar法测定郗山杂岩体主侵入期时间为140Ma，稀土矿成矿时代为110Ma；阎国翰等[9]测得郗山杂岩体锆石U-Pb年龄为131Ma；梁雨薇等[8]利用LA-ICP-MS U-Pb年代学方法,测得含矿石英正长岩、霓辉石英正长岩锆石U-Pb年龄分别为(122.4±2.0)Ma和(130.1±1.4)Ma；蓝廷广等[7]采用单颗粒白云母Rb-Sr法对矿区2号矿脉的白云母样品进行定年，实验中采用微尺度取样以及超低本底化学流程，获得稀土矿等时线年龄为(119.5±1.7)Ma。由此可见，在成岩成矿时代上,郗山杂岩体与稀土矿有先后继承关系，稀土成矿时代晚于岩浆岩形成时代，属中生代燕山晚期[19-22]。

4.5 矿物共生组合

郗山稀土矿中Nb2O5含量大多数在0.0004%～0.0422%间，平均0.0130%(表1)[3]，此含量有综合利用价值。但钽含量低，是富铌而贫钽。Sr，Th个别含量较高，但分布不均，经选矿富集时可回收，一般利用价值不大，P2O5含量甚微，仅矿区西南部辉石正长岩脉含量略高，平均品位1.30%，最高者达3.73%。

表1 矿石组合化学单项分析统计(%)

4.6 地球物理场与稀土矿体关系

研究区内地球物理特征与稀土矿体密切相关，郗山稀土矿床就是对区内航空放射异常进行查证时发现的。该区稀土矿形成过程中通常会伴生U，Th等放射性元素。放射性元素衰变时会释放出γ射线，γ射线与物质作用会产生次级电子，次级电子能够反映γ射线的能量，可以进一步反算放射性元素含量。稀土含量与U，Th含量呈正相关，因此，品位高的稀土矿体引起的放射性异常也较高。

5 结论

(1)微山郗山地区航空放射性异常显著，该异常呈“椭圆状”，分别为г-22-61，г-22-62和г-22-63三个次级放射性异常，其中г-22-63异常对应郗山稀土矿床。

(2)区内稀土矿属于“郗山式”碱性岩-岩浆热液型稀土矿，总体具有“岩体和构造”联合控矿的特征，即稀土矿体受控于中生代燕山期郗山杂岩体与各种类型的(构造)接触带。区内矿体赋存位置多样，主要为岩体及其内外接触带、断裂构造、岩床上下附近围岩及其他有利赋矿构造中，赋矿岩石主要为含稀土石英重晶石碳酸盐脉、石英正长岩、闪长岩和中粒花岗闪长岩。

(3)郗山稀土矿及围岩碱性岩物质成分均来源于富集地幔；成矿流体为高浓度、中高温流体，成矿流体来源于碱性岩浆分异。

(4)郗山稀土矿中，稀土元素Nd和Pr彼此伴随成正比关系，La的变化与Nd，Pr成反比关系。

(5)郗山稀土矿成矿时代为中生代燕山晚期(110～119Ma)，与鲁西地区其他已知的稀土矿床(点)成矿时代一致(薛城稀土矿115Ma；兰陵龙宝山稀土矿116.62Ma；莱芜胡家庄稀土矿94.3～134.9Ma)。

(6)郗山稀土矿中Nb2O5含量0.0004%～0.0422%，具综合利用价值。

(7)品位高的稀土矿体对应强放射性异常，因此放射性异常对该区寻找稀土矿具有指导意义。