山東省微山縣郗山內(nèi)生型輕稀土礦找礦及研究新進展

張云峰，張鵬，劉敬杰，蘭君，邢楠

(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊，山東 泰安 271000)

0 引言

20世紀(jì)60年代,地質(zhì)部902航測大隊在開展1∶10萬山東省中部及東部地區(qū)航空物探(磁法及放射性)測量時(1)山東省中部及東部地區(qū)航空物探(磁法及放射性)測量工作結(jié)果報告，地質(zhì)部物探局902航測大隊，1959年。,圈定郗山航空放射異常，該異常分為3個次級異常：г-22-61，г-22-62，г-22-63，3個次級異常特征見表1、圖1，其中г-22-63異常中心明顯,規(guī)模大,放射性強度高,異常形態(tài)好，呈橢圓狀，面積約5km2，對г-22-63異常進行查證時，發(fā)現(xiàn)了著名的郗山稀土礦[1]。從1962年至今，該礦床陸續(xù)經(jīng)歷了普查、詳查、勘探和核實等工作，2018—2020年，山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊組織實施的“山東省微山縣郗山地區(qū)稀土礦深部及外圍調(diào)查評價”，探求輕稀土礦資源量逾60萬t(含低品位礦)，新增資源量達大型稀土礦床規(guī)模[2-3]，實現(xiàn)了該區(qū)找礦重大突破。該成果使得微山稀土礦一躍成為大型稀土礦，在國內(nèi)極具影響力。該成果被列入2019年度自然資源十件大事，并被評為2019—2020年度山東省十大優(yōu)秀地質(zhì)成果。

1—異常編號；2—異常等值線及異常值圖1 郗山地區(qū)航放異常平面圖

表1 郗山航空放射性異常特征

1 郗山稀土礦床基本地質(zhì)特征

1.1 礦床特征

區(qū)域地層出露第四系和寒武系，構(gòu)造多為近EW向和NE向，巖漿巖發(fā)育中生代白堊紀(jì)和侏羅紀(jì)侵入巖(圖2)，其中沙溝序列郗山單元細粒含霓輝石英正長巖與郗山稀土礦成因密切相關(guān)。

礦床分布于郗山一村至郗山三村一帶，平面上呈帶狀(圖3)，立體形態(tài)呈不規(guī)則的脈狀或板狀。整體呈約118°方向展布，傾向SW，傾角40°～60°。

1—第四系；2—寒武系；3—新太古代侵入巖；4—中生代白堊紀(jì)沙溝序列郗山單元細粒含霓輝石英正長巖；5—中生代白堊紀(jì)沙溝序列沙溝單元細粒含黑云輝石正長巖；6—中生代白堊紀(jì)沙溝序列關(guān)帝廟單元細粒含磷灰石黑云母角閃石巖；7—中生代白堊紀(jì)沂南序列靳家橋單元角閃閃長玢巖；8—中生代侏羅紀(jì)銅石序列東馬山單元中細斑石英正長斑巖；9—推測斷層/斷層；10—稀土礦產(chǎn)地圖2 郗山地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

1—山東微山湖稀土有限公司采礦權(quán)邊界；2—2018年勘查工作圈定礦體平面范圍；3—斷層及編號；4—稀土礦體及編號；5—見礦鉆孔及編號圖3 郗山稀土礦床礦體分布示意圖

控制礦體沿走向最大長度756.05m，沿傾向最大延伸852.58m。揭露礦體埋深-876.22m～+27.55m。

區(qū)內(nèi)揭露礦體為兩種類型：含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型和細脈浸染型。含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體賦存于石英重晶石碳酸鹽脈內(nèi)、細脈浸染型礦體主要分布于堿性巖體、花崗閃長巖和閃長巖中。

1.2 礦體特征

礦體多圍繞郗山剝蝕殘丘展布,分布在堿性巖體頂、底板及內(nèi)部。各礦脈的規(guī)模、產(chǎn)狀、組分、品位等方面不盡相同[4-5]。

其中X-1-1號礦體為2018年勘查工作圈定的主要礦體之一，為含氟碳鈰礦重晶石碳酸鹽脈型礦體(照片1a)，X-1-1號稀土礦體賦存于X-1礦脈群中，呈脈狀產(chǎn)出，為X-1礦脈群中最大的工業(yè)礦體，總體產(chǎn)狀204°∠53.5°。由ZK5-1，ZK5-2，ZK13-1和ZK13-2共4個鉆孔控制，沿走向控制長度252.00m，沿傾向控制最大延深233.55m，沿走向、傾向均未封閉。礦體賦存標(biāo)高-35.01m～-312.94m。

礦體真厚度3.54～11.03m，平均真厚度7.50m，礦體厚度變化系數(shù)54.81%，屬厚度變化穩(wěn)定型；TRE2O3品位1.52%～5.88%，平均品位2.94%，品位變化系數(shù)64.65%，屬有用組分分布不均勻型。礦體為復(fù)合礦層，無夾石，中間礦體為低品位礦。

礦體賦礦巖石為含氟碳鈰礦重晶石碳酸鹽脈[6]，具氟碳鈰礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化、螢石礦化、綠泥石化、鉛鋅礦化。稀土礦物主要成分為氟碳鈰礦和氟碳鈣鈰礦，稀土礦物多呈柱狀、纖狀，少許呈粒狀，聚集狀或分散狀不均勻分布于方解石、重晶石等間隙中(照片1b)[7]。

X-5-1號稀土礦體為細脈浸染型礦體的主要代表(照片1c)，礦體賦存于X-5礦脈群中，呈脈狀產(chǎn)出，總體產(chǎn)狀204°∠42.7°。由ZK5-1，ZK5-2，ZK13-1，ZK13-2共4個鉆孔控制，沿走向控制長度252.00m，沿傾向控制最大延深277.52m，沿走向、傾向均未封閉。礦體賦存標(biāo)高-182.26m～+27.55m。礦體真厚度1.43～12.63m，平均真厚度4.64m，礦體厚度變化系數(shù)91.34%，屬厚度變化較穩(wěn)定型；TRE2O3品位1.62%～2.35%，平均品位2.03%，品位變化系數(shù)21.35%，屬有用組分分布均勻型。礦體賦礦巖石為石英正長巖，具氟碳鈰礦化、黃鐵礦化、黃銅礦化、螢石礦化、綠泥石化和鉛鋅礦化。稀土礦物主要成分為氟碳鈰礦和氟碳鈣鈰礦，稀土礦物多呈纖狀、粒狀，不均勻分布于其他礦物間隙中(照片1d)。

a—含稀土石英重晶石碳酸鹽脈手標(biāo)本；b—含稀土石英重晶石碳酸鹽脈中氟碳鈣鈰礦的正交偏光顯微鏡鏡下照片；c—浸染型礦石；d—浸染型礦石中氟碳鈣鈰礦的正交偏光顯微鏡鏡下照片；Pas—氟碳鈣鈰礦；Cal—方解石照片1 見礦巖心及其鏡下稀土礦物特征照片

1.3 礦石質(zhì)量

礦石礦物以氟碳鈰礦為主，其次為氟碳鈣鈰礦，另含碳酸鈰鈉礦、菱鈣鍶鈰礦、硅鈦鈰礦、獨居石、富鈾燒綠石、釷石、黃銅礦、方鉛礦、鉬鉛礦、閃鋅礦、輝鉬礦、水針鐵礦和鉛鐵礬等。脈石礦物由石英、斜長石、角閃石、霓輝石、鉀長石、鈉長石、黑云母及其他副礦物組成。礦石呈半自形—他形粒狀結(jié)構(gòu)、自形粒狀結(jié)構(gòu)。礦石構(gòu)造多呈塊狀(含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體)和浸染狀構(gòu)造(細脈浸染型礦體)。

1.4 礦石化學(xué)成分

經(jīng)光譜全分析，結(jié)合前人對礦體化學(xué)分析及半定量分析資料，主要稀土元素有：鈰、鑭、釹、鐠、釤、銪、鉺、釓、镥、釔等，分散元素有鎵，放射性元素有釷、鈾，其他金屬元素有銅、鉬、鉛等。含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體TRE2O3含量1.56%～7.46%，細脈浸染型礦體TRE2O3含量0.50%～4.37%。

絕大多數(shù)稀土元素均能夠工業(yè)利用，富含Ce、La、Nd、Pr、Sm等，但重稀土元素Y較少。根據(jù)分析結(jié)果，Ga含量0.01%～0.088%，從組合分析樣品結(jié)果可以看出(表2)，Ga含量與TRE2O3量呈正比關(guān)系，Nb2O5含量大多數(shù)均在0.01%～0.02%之間，這兩種有益組分均賦存于工業(yè)礦體中，達到共伴生礦產(chǎn)工業(yè)品位，具有工業(yè)利用價值。而2018年勘查工作所圈定的礦體中，釔的含量極少，主要稀土元素為La、Ce，含量可觀。

表2 郗山稀土礦床礦石組合分析結(jié)果表

1.5 圍巖蝕變

礦體圍巖主要分為兩類：片麻狀中?；◢忛W長巖和石英正長巖，圍巖中TRE2O3含量小于0.2%～0.5%。圍巖蝕變較為普遍，普遍存在鈉質(zhì)交代，鈉質(zhì)交代作用主要表現(xiàn)為鉀長石(大多數(shù)為微斜長石)及斜長石的鈉長石化、奧長石化，另發(fā)育有稀土礦化(照片2a)、堿性(特別是Na質(zhì))交代、碳酸鹽化、重晶石化、黃銅礦化(照片2b)、鉛鋅礦化(照片2c)、螢石礦化(照片2d)、硅化、天青石化、黃鐵礦化。

a—稀土礦化；b—黃銅礦化；c—鉛鋅礦化；d—螢石礦化照片2 郗山稀土礦床各種礦化現(xiàn)象照片

2 郗山稀土礦產(chǎn)資源開采狀況

2.1 生產(chǎn)建設(shè)規(guī)模

1971年起，微山縣籌建稀土礦進行小規(guī)模開采，即“七一五廠”，開采地表及+20m標(biāo)高以上的氧化礦，設(shè)計生產(chǎn)能力年產(chǎn)精礦粉390t。

1975年建成投產(chǎn)，年處理原礦1萬t，實際年產(chǎn)精礦粉600余噸，采礦為地表開采。

1986年山東省冶金設(shè)計院對該礦進行了擴建設(shè)計，設(shè)計生產(chǎn)規(guī)模為日采選礦石120t。

1989年建成投產(chǎn)小型稀土礦山，年開采礦石3.96萬t。

2015年開始，政府對稀土開采限量控制，2015年微山湖稀土礦的稀土氧化物總量控制指標(biāo)為2600t，2016年—2017年微山湖稀土礦的稀土氧化物總量控制指標(biāo)為2000t，2018年—2019年微山湖稀土礦的稀土氧化物總量控制指標(biāo)為3600t，2020年微山湖稀土礦的稀土氧化物總量控制指標(biāo)為4100t。

2.2 生產(chǎn)概況

礦山已有完整的開拓系統(tǒng)，開拓方式為中央下盤主豎井，兩翼通風(fēng)斜井。主豎井布置于8勘探線礦體下盤，最低開采水平為-160m，自上而下共設(shè)+20m～-40m、-40m～-100m、-100m～-160m三個中段，+20m水平為上部回風(fēng)水平，開采礦體為1號、2號、4號、12號礦體?，F(xiàn)有-40m，-100m水平運輸平巷已施工至西部12號礦體，形成東、西兩部統(tǒng)一的開拓系統(tǒng)。

1971年—1988年期間，礦山開采地表及+20m以上的地表氧化礦。1989年—2012年礦山開采對象為礦區(qū)東部的1，2，4號礦體，范圍為采礦許可證平面0.6km2，開采標(biāo)高為+20m～-160m，-160m水平以上礦量已采完；2013年后開采對象為12號礦體北西段，由于地表均為居民區(qū)，-40m中段暫不開采，僅在-100m中段動用了1個塊段。2004年—2006年礦山因市場行情低迷而停產(chǎn)。2007年礦山恢復(fù)生產(chǎn)至今，開采礦體主要為1號、2號、4號、12號和盲1礦體。

2.3 累計動用量

礦山投產(chǎn)至2020年12月31日，累計動用資源儲量稀土氧化物48020t。

3 郗山稀土礦床找礦及科研工作進展

3.1 找礦進展

區(qū)內(nèi)稀土礦先后開展了多次勘查工作，2018年之前提交各類報告8份(表3)，累計發(fā)現(xiàn)稀土礦脈60余條，提交稀土礦石量857.4萬t，稀土氧化物(TRE2O3)量37.5萬t。

表3 山東省郗山稀土礦各類地質(zhì)報告一覽表

2018年之前開展的礦產(chǎn)勘查工作，主要針對含稀土石英重晶石碳酸巖脈開展了評價工作。2018年至今，山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊在山東微山湖稀土有限公司采礦權(quán)深部及外圍開展了“山東省微山縣郗山地區(qū)稀土礦深部及外圍調(diào)查評價”工作，取得了較好的找礦成果，新增稀土氧化物資源量60余萬t(含低品位礦體)。共圈定礦體44條，主礦體17條。

區(qū)內(nèi)揭露礦體為含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型和細脈浸染型。其中細脈浸染型稀土礦體為此次工作的新發(fā)現(xiàn)。含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體賦存于石英重晶石碳酸鹽脈內(nèi)，細脈浸染型礦體主要賦存于石英正長巖中。含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦體真厚度1.10～7.62m，平均3.35m，礦體TRE2O3含量1.56%～7.46%，細脈浸染型礦體真厚度1.00～61.83m，平均10.37m，礦體TRE2O3含量0.50%～4.37%。

3.2 郗山稀土礦床研究新進展

前人對微山縣郗山稀土礦進行了大量的科研工作，其中以田京祥等[8]、李建康等[9]、于學(xué)峰等[10]、藍廷廣等[11]、梁雨薇等[12]為代表的科研工作者先后對其開展了多方面科學(xué)研究。

3.2.1 成巖成礦時代厘定

長春地質(zhì)學(xué)院中心實驗室用K-Ar法測得稀土礦脈中白云母的同位素年齡為110Ma；藍廷廣[11]通過對礦脈中白云母Rb-Sr法測年，測得稀土礦成礦年齡為119Ma；北京大學(xué)梁雨薇等[12]分別對石英正長巖和霓輝石英正長斑巖進行了LA-MC-ICPMS鋯石U-Pb定年，確定微山稀土礦成礦母巖正長巖類的侵入分為兩期：第一期為霓輝石英正長斑巖，形成于(130.4±2.2)Ma；第二期為石英正長巖，形成于(122.7±2.1)Ma。綜上所述，郗山稀土礦的成巖成礦時代為燕山晚期。

3.2.2 成礦物質(zhì)來源示蹤

李建康[9]選擇石英重晶石碳酸鹽脈中的重晶石測定δ34S，重晶石δ34S介于(5.7～6.2)×10-3，重晶石硫同位素顯示S具深源特征[13]。藍廷廣[11]通過對稀土礦物氟碳鈰礦和獨居石的激光Nd同位素研究表明，稀土礦的成礦物質(zhì)與其圍巖堿性巖一樣,來源于富集地幔。

3.2.3 成礦流體研究

4 找礦前景探討

4.1 采礦權(quán)外圍

研究區(qū)內(nèi)的г-22-63異常對應(yīng)郗山稀土礦，且向東南方向延伸的趨勢明顯，分析研究認(rèn)為，此異常規(guī)模大，與稀土礦富礦體吻合程度較高，具有進一步工作的價值。

2018年勘查工作所圈定礦體，往采礦權(quán)東南方向均未封閉，且礦體厚度、品位向東南方向分別呈增大增高趨勢。山東省物化探勘查院在郗山東北方向5km的關(guān)帝廟地區(qū)發(fā)現(xiàn)了稀土礦(化)體多條。

4.2 采礦權(quán)深部

根據(jù)目前控制程度，絕大部分礦體深部仍未封閉，深部繼續(xù)延伸趨勢非常明顯，并且個別礦體具有膨縮、復(fù)合的特征。比如：施工的最深孔ZK13-2進尺907.62m，此孔最后一個樣品H791品位0.63%，尚未打穿含稀土堿性巖體。底部礦體厚度在傾向上延深較穩(wěn)定，-850m以深礦體仍未閉合，深部工程控制不足。

目前的勘查工作結(jié)果顯示，采礦權(quán)的外圍及深部具有較好的找礦前景，在郗山稀土礦采礦權(quán)東南和東北深部及外圍開展扎實的勘查工作，將進一步擴大稀土礦床規(guī)模，取得更大的找礦突破。

5 結(jié)論

近年來，郗山稀土礦找礦及勘查工作取得了顯著進展，新提交了一批資源量，將助力于山東省新舊動能轉(zhuǎn)換及我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過多期的研究工作，顯示郗山稀土礦成礦時代為中生代燕山晚期，成礦流體來源于深部地幔，在成礦流體演化過程中，流體不混溶作用和大氣降水等外界流體加入的混合作用可能是導(dǎo)致成礦熱液中稀土元素高效沉淀的兩個重要途徑。

2018年的勘查工作發(fā)現(xiàn)，在該區(qū)尋找中生代燕山晚期堿性巖體，具有重要的找礦意義，為郗山地區(qū)的稀土找礦工作提供了重要的找礦方向。本次工作的勘查經(jīng)驗在該地區(qū)乃至省內(nèi)碳酸巖-堿性巖發(fā)育區(qū)可復(fù)制可推廣。郗山地區(qū)具有極好的成礦地質(zhì)條件和找礦前景，開展進一步的勘查工作，預(yù)期會實現(xiàn)更大的找礦突破。