山東微山稀土礦床成礦預(yù)測(cè)分析

張旭，張照荷，何平

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

微山稀土礦是魯西地區(qū)已發(fā)現(xiàn)的一處中型稀土礦床，主要產(chǎn)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(nèi)生輕稀土基地(內(nèi)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(duì)該礦床成礦預(yù)測(cè)分析的基礎(chǔ)上，圈定了3個(gè)成礦預(yù)測(cè)區(qū)，經(jīng)鉆探驗(yàn)證，3#成礦預(yù)測(cè)區(qū)新發(fā)現(xiàn)了較好的礦體，顯示出該區(qū)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(zhì)概況(1)山東省魯南地質(zhì)工程勘察院，山東省微山稀土礦成因類型及成礦規(guī)律研究報(bào)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(qū)之尼山凸起西南邊緣[2]，其東側(cè)為近SN向的嶧山斷裂，北側(cè)為近EW向的嶧城斷裂。區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)發(fā)育，燕山期沙溝序列郗山堿性雜巖體[3]巖性主要為正長(zhǎng)巖類(石英正長(zhǎng)巖、霓輝石英正長(zhǎng)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(fā)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(guī)則脈狀分布于新太古代片麻巖和燕山期石英正長(zhǎng)巖及其侵入接觸帶中。礦體呈脈狀、網(wǎng)脈狀、透鏡狀成群分布，根據(jù)產(chǎn)出特點(diǎn)，將礦體分為單脈狀、網(wǎng)脈狀及浸染狀[5]。主體為單脈狀礦體，按產(chǎn)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(guī)模小，不規(guī)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(zhì)部航測(cè)大隊(duì)在該區(qū)開展了1∶10萬航空放射性測(cè)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(gè)次級(jí)異常。呈NW向的橢圓形，形狀規(guī)則。區(qū)內(nèi)航測(cè)放射性背景值一般在9γ以下，Г-22-61，Г-22-62次級(jí)異常最高峰值在18γ以上，Г-22-63次級(jí)異常峰值最高，在21γ以上，形態(tài)較規(guī)則。具有典型的礦致異常特征，1965年在檢查放射性異常時(shí)發(fā)現(xiàn)了該郗山稀土礦床，與異常對(duì)應(yīng)較好。

2.2 地面能譜測(cè)量異常特征

(1)1970—1975年，在郗山地區(qū)開展了地面放射性測(cè)量，共發(fā)現(xiàn)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(shù)放射性異常的分布與含稀土石英重晶石脈有直接關(guān)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(guān)關(guān)系，但釷、鈾含量特高時(shí)，稀土含量反而低[4]。

(2)2016年，山東省魯南地質(zhì)工程勘察院在實(shí)施“山東省微山縣郗山地區(qū)稀土礦深部及外圍普查”項(xiàng)目中開展了1∶1萬γ能譜測(cè)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(fā)現(xiàn)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(qū)周邊發(fā)育數(shù)條含稀土礦脈。這些放射性異常具有形態(tài)規(guī)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(duì)應(yīng)關(guān)系

從平面數(shù)據(jù)中截取3條伽瑪能譜剖面，與已知5線、39線、48線地質(zhì)剖面進(jìn)行對(duì)比，從曲線形態(tài)看，3條剖面的Ur，Th，U數(shù)據(jù)曲線形態(tài)較為一致，部分區(qū)段存在明顯的高值異常，與稀土礦脈對(duì)應(yīng)；K曲線與三者差異較大，整體較為平緩，高值異常不明顯，對(duì)稀土礦脈的指示作用不強(qiáng)。從曲線與地質(zhì)剖面的對(duì)應(yīng)關(guān)系來看，39，48勘探線含稀土礦脈位置與測(cè)量曲線對(duì)應(yīng)效果較好。39勘探線Ur，Th，U數(shù)據(jù)曲線自240點(diǎn)開始呈上升趨勢(shì)；380～560段明顯上升，至520～540段達(dá)到最大值，該區(qū)段第四系蓋層明顯變薄，與⑥⑧③號(hào)稀土礦脈相對(duì)應(yīng)。48勘探線Ur，Th，U數(shù)據(jù)曲線在320～360段明顯為高值段，與號(hào)礦脈位置對(duì)應(yīng)；5勘探線部分吻合，在380～440段U，Th，Ur數(shù)值偏高，為異常段，對(duì)應(yīng)③號(hào)礦脈，其他稀土礦脈則不明顯(圖1)。

3 深部成礦預(yù)測(cè)分析

微山稀土礦成礦規(guī)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(qū)及周邊未發(fā)現(xiàn)大規(guī)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(fā)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(qū)域隨深度增加明顯收窄的趨勢(shì)(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(jù)稀土礦脈產(chǎn)出特征綜合分析認(rèn)為，稀土礦脈系富含稀土的含礦熱液由深部上侵，在構(gòu)造裂隙等成礦有利部位充填交代形成稀土礦脈。經(jīng)近期勘查工程驗(yàn)證，稀土礦脈向深部厚度明顯加大，礦脈數(shù)量增多，揭示出深部礦化強(qiáng)度增強(qiáng)，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(xù)延伸趨勢(shì)非常明顯，以號(hào)礦脈群為例，號(hào)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(wěn)定，-500m以深礦體仍未尖滅。

4 成礦預(yù)測(cè)分析

4.1 成礦規(guī)律

微山縣郗山輕稀土礦是中生代燕山期堿性巖有關(guān)的巖漿期后中—低溫?zé)嵋合⊥恋V床[6]。從空間上看，已發(fā)現(xiàn)的稀土礦脈均位于放射性異常區(qū)內(nèi)，并受NW向、NE向斷裂控制。從成礦地質(zhì)條件分析，礦脈與中生代燕山期中偏堿性侵入巖關(guān)系密切，幔源的堿性巖漿沿深大斷裂上侵，活動(dòng)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(jù)礦床的地質(zhì)環(huán)境和礦床特征進(jìn)行劃分[7]。地質(zhì)環(huán)境要素又細(xì)分為構(gòu)造背景、成礦環(huán)境、成礦時(shí)代、巖石類型及巖石結(jié)構(gòu)5類；礦床特征要素又細(xì)分為礦物組合、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、變質(zhì)作用及控礦構(gòu)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(zhì)黏土；2—中?；◢忛W長(zhǎng)巖；3—細(xì)粒霓輝正長(zhǎng)巖；4—氟碳鈰礦石英重晶石脈；5—實(shí)測(cè)地質(zhì)界線；6—斷層及編號(hào)圖1 郗山稀土礦地質(zhì)-γ能譜綜合剖面圖

表1 山東微山稀土礦床預(yù)測(cè)要素

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

4.1.2 找礦信息標(biāo)志

(1)正長(zhǎng)巖(正長(zhǎng)巖、石英正長(zhǎng)巖、含霓輝石英正長(zhǎng)巖)。早白堊世侵入的正長(zhǎng)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(zhǎng)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。

(2)含稀土石英重晶石碳酸鹽脈。該區(qū)已發(fā)現(xiàn)的含稀土礦體多以含稀土石英重晶石碳酸鹽脈產(chǎn)出，在地表為含稀土褐鐵礦化石英重晶石脈，為礦區(qū)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(biāo)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(fā)現(xiàn)的。經(jīng)以往勘查證實(shí)，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(qiáng)度達(dá)2000γ以上，放射性異常與稀土礦脈空間對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，因此放射性異常是尋找稀土礦的重要地球物理標(biāo)志[9]。

4.2 成礦預(yù)測(cè)

4.2.1 預(yù)測(cè)模型的建立

根據(jù)《山東省微山縣郗山地區(qū)稀土礦深部及外圍普查1∶1萬γ能譜測(cè)量總結(jié)報(bào)告》成果資料，分別編制了典型礦床預(yù)測(cè)要素表和預(yù)測(cè)模型圖。

在成礦要素劃分的基礎(chǔ)上，疊加了地球物理特征(放射性異常特征)，選擇10個(gè)預(yù)測(cè)要素(表1)，選擇郗山稀土礦區(qū)第39勘探線，疊加放射性異常，編制預(yù)測(cè)模型(圖3)。

1—含礫砂質(zhì)黏土；2—太平頂單元片麻狀中細(xì)粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖；3—郗山單元細(xì)粒霓輝石英正長(zhǎng)巖；4—實(shí)測(cè)地 質(zhì)界線；5—礦化體及編號(hào)；6—礦體及編號(hào)；7—已完工見礦鉆孔位置及編號(hào)圖3 礦床預(yù)測(cè)模型圖 (據(jù)山東省微山稀土礦成因類型及成礦規(guī)律研究報(bào)告，2018年)

1—第四紀(jì)含礫石砂質(zhì)黏土；2—郗山單元細(xì)粒霓輝石英正長(zhǎng)巖；3—太平頂單元片麻狀中細(xì)粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖；4—正長(zhǎng)斑巖脈；5—閃長(zhǎng)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(hào)；10—斷層位置及編號(hào)；11—Th異常區(qū)范圍及異常下限；12—Th異常區(qū)編號(hào)/最大值；13—U異常區(qū)范圍及異常下限；14—U異常區(qū)編號(hào)/最大值；15—K異常區(qū)范圍 及異常下限；16—K異常區(qū)編號(hào)/最大值；17—總量異常區(qū)范圍及異常下限；18—總量異常區(qū)編號(hào)/最大值；19—預(yù)測(cè)成礦靶區(qū) 位置及編號(hào)；20—勘探線位置及編號(hào)圖4 微山縣郗山地區(qū)稀土礦成礦預(yù)測(cè)圖 (據(jù)山東省微山稀土礦成因類型及成礦規(guī)律研究報(bào)告，2018年)

4.2.2 成礦預(yù)測(cè)區(qū)的圈定及找礦前景分析

根據(jù)預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)取得的1∶1萬γ能譜測(cè)量成果，結(jié)合以往地質(zhì)勘查成果資料，在微山縣郗山稀土礦區(qū)及外圍共篩選圈定出3個(gè)最小預(yù)測(cè)成礦靶區(qū)，編號(hào)分別為1#，2#，3#(圖4)。

(1)1#成礦預(yù)測(cè)區(qū)：位于郗山稀土礦采礦權(quán)北東方向，規(guī)模較大，區(qū)內(nèi)有石英脈出露，其產(chǎn)狀與礦區(qū)構(gòu)造線、稀土礦脈方向一致。推測(cè)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?yōu)楹⊥潦⒅鼐妓猁}礦脈。

(2)2#成礦預(yù)測(cè)區(qū)：位于礦區(qū)的西北部，包含2個(gè)物探放射性異常，該區(qū)面積為采礦權(quán)外圍各個(gè)釷含量異常區(qū)中的最高值，第四系覆蓋，距采礦權(quán)較近，南東部為號(hào)含稀土石英重晶石礦脈群，推測(cè)號(hào)含稀土石英重晶石礦脈群沿NW方向延伸至該預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)。

(3)3#成礦預(yù)測(cè)區(qū)：位于礦區(qū)的西南部，號(hào)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(yù)測(cè)區(qū)有4個(gè)放射異常，區(qū)內(nèi)發(fā)育郗山單元細(xì)粒霓輝石英正長(zhǎng)巖，異常區(qū)周邊發(fā)育號(hào)含稀土礦脈。距F2推測(cè)斷層較近，推測(cè)稀土礦脈受F2及其平行斷裂的控制，成礦地質(zhì)條件有利，是稀土礦找礦的最有利地段。

5 鉆孔驗(yàn)證

2017年3月—2017年8月，山東省魯南地質(zhì)工程勘察院對(duì)郗山稀土礦深部及外圍開展了普查評(píng)價(jià)，施工了ZK5-1鉆孔，對(duì)3#成礦預(yù)測(cè)區(qū)東南部的一處γ能譜異常區(qū)進(jìn)行了鉆探驗(yàn)證。

1—第四系；2—細(xì)粒霓輝石英正長(zhǎng)巖；3—中?；◢忛W長(zhǎng)巖；4—礦體及編號(hào)；5—推測(cè)礦體邊界；6—實(shí)測(cè)斷 層；7—推測(cè)斷層；8—已完工鉆孔位置及編號(hào)；9—采礦權(quán)邊界；10—鉆孔終孔傾角及鉆孔深度圖5 微山縣郗山地區(qū)稀土礦第5勘探線剖面圖

6 結(jié)語

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

(2)根據(jù)區(qū)內(nèi)取得的1∶1萬γ能譜測(cè)量成果，結(jié)合以往地質(zhì)勘查成果，綜合分析研究各項(xiàng)找礦信息，在微山縣郗山稀土礦預(yù)測(cè)區(qū)范圍內(nèi)圈定出3個(gè)最小成礦預(yù)測(cè)區(qū)，編號(hào)分別為1#，2#，3#。

(3)通過對(duì)3#成礦預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)γ能譜異常鉆探驗(yàn)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(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)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(zhì)礦產(chǎn)勘查院唐好生研究員的指導(dǎo)，在此表示感謝！