山东省稀有金属矿产地质特征及成矿规律研究

席志轩,汪子杰，张德明，张新柱,李得建，王辰，刘国鲁

(1.长安大学地球科学与资源学院,陕西 西安 710054;2.山东省第四地质矿产勘查院 ,山东 潍坊 261021；3.微山湖矿业集团，山东 微山 277600；4.山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000)

0 引言

稀有金属矿产主要有：铌、钽、锂、铍、锆、铪、锶、铷、铯等。其中山东省主要出露铌、钽、铍、锆、铪矿。其独特的物理化学性质广泛应用于经济、军事等多个领域，是重要的战略性储备资源[1]。稀有金属元素既可以形成独立的矿床， 也可以组合在一起形成多矿种的稀有金属矿床，其矿床成矿机制和成矿作用研究也一直受到国际上的广泛关注[2-4]。近年来，有关稀有金属矿床的研究取得了较多进展，包括稀有金属矿床的成因类型及特征[5-8]，花岗岩体地球化学特征及成因[4,9-14]、稀有金属矿物学[15-16]、成矿元素富集机制[1,17]、岩浆-热液演化与成矿关系[3,18-23]、成岩成矿年代学[24-25]等方面。司幼东等*司幼东，青岛海滨砂中含有稀有元素之矿物初步研究报告，1960年。就山东省胶东一带滨海沉积型砂矿床研究表明，漂砂矿床赋存锆石甚多，极有开探价值。中国冶金地质总局山东局对山东半岛沿岸沉积砂矿进行研究，根据砂矿类型划分为：海积砂矿、冲积砂矿、残积坡积砂矿3种，并认为燕山期碱性岩体为锆英石砂矿的主要物质来源。后来有关人士对山东省内稀有元素做了调查并发表了简报，地质工作者在该区陆续开展了对3种矿床的研究工作，并得出了初步评价。

1 资源分布现状

根据产出地质条件、矿体及矿石等特征，山东省稀有金属矿床可划分为滨海沉积型砂矿床、花岗伟晶岩型矿床和滨海潟湖沉积型矿床3种类型(表1)。

2 矿床地质特征

2.1 滨海沉积型砂矿床

2.1.1 胶东滨海沉积型

司幼东等①就山东省胶东一带滨海沉积型砂矿床研究表明，山东省一带，尤其是海岸河川沿岸，花岗岩易于风化形成漂砂矿床，其中稀有元素矿物的蕴藏情况，已知其中赋存锆石甚多，极有勘探价值。锆石在花岗岩内成为副成分矿物产出，且含量较高，为什么会在沉积性砂矿床富集，其原因可能是在含有相关稀有矿物的花岗岩类风化的附近地带，受了河流冲刷或海浪淘汰自然漂选的结果。这种风化的方式多以脱散作用为主，而以分解作用为副，故矿物颗粒的硬度、比重为其富集成矿的主要条件，因此上述各稀有元素矿物的分布，极易限于某局部的范围以内，而便于开采。

表1 山东省内稀有金属矿床的分布及地质特征

锆英石砂矿来源以大面积出露的碱性岩体为主。由于碱性岩体所处的地貌位置，形成了上面所述类型砂矿床，岩浆的分液过程由碱性趋于酸性，可以发现由岩体中部的碱性岩向外变成石英正长石，以至变成花岗正长岩的过程(图1)。碱性岩中部含二氧化锆为0.1%以上，向外递减至石英正长岩则为0.05%以下。碱性、酸性杂岩体横切震旦纪变质岩系，根据花岗岩的肉眼对比，其时代可能属燕山期。

1—残坡积物；2—洪冲积砂；3—海积砂；4—湖沼相泥质粉砂；5—I层含矿砂体；6—II层含矿砂体；7—正常岩体图1 荣成石岛锆石砂矿层分布示意图

2.1.2 刘家滩—青矶岛一带滨海沉积型

青矶岛一带的海滨砂层中钛铁矿、锆英石、金红石含量较高，满足工业要求。小观高岭土矿个别样品含Nb2O5(五氧化二铌)可达边界品位要求，但重砂样品中尚未见到铌、钽矿物，而仅见少量锆英石及几粒独居石之类。文登营钾长石个别样品中含钍1.13%，钇0.1%，并含有数种稀有元素。在单矿物分析中(锂辉石)，一个样品含Nb2O5含量达到0.105%，但在后采的取样化验结果中未能重复发现。白砂滩公社西与杨水站的风化混合片麻岩中锆含量0.1%。

刘家滩—青矶岛一带出露岩性主要是前震旦纪胶东岩群的古老片麻岩系和花岗岩类，青矶岛出露白垩纪安山岩及砂砾岩层，这些岩石应该是滨海砂的主要来源。这一带的海滨砂层极不稳定，几乎是分不出明显的层位。根据野外观察大致分为2种情况：①海岸冲积砂层，该砂层由多层细砂、粗砂或粗砂砾石及砾石层交替成不规则的互层，黑色矿物往往在细砂层中成1～10cm的小薄层，构成似黑色条带状细砂层，而粗砂及砾石层中很少见到黑色(重砂物)的富集,这种砂层常组成I级阶地;②在海岸滩上，由细砂组成I级阶地,此阶地中亦杂有部分黑色矿物，但是不易形成富集,然而在青矶岛的海滩与I级阶地之间有一层或二层含有富集钛铁矿、锆英石、金红石的细砂层，厚度在0.7～1.10m以上，之上则为泥质砂层,其成因还不太明确。

矿物来源的假想：青矶岛地段处于荣成地堑北端，底层及岩性出露主要为白垩纪安山岩，玄武岩和砂砾岩层，多为红色岩层。海滨则有部分为风砂所掩盖，对岸的鸡鸣岛底部(南侧)见有混合片麻岩出露很少，而东部旧荣成以东为花岗岩。蒲湾附近及以西则为片麻岩及斜长角闪岩类，南部则为伟德山花岗岩体，从地形位置来分析，钛铁矿、锆英石、金红石等矿物原生岩石是上述岩性，而且在蒲湾以西地区，重砂测量结果含钛铁矿较高，而青矶岛附近则较少。相反的刘家滩、蒲湾的重砂样品中，钛铁矿的含量则极少，加之鸡鸣岛为一航测的强磁异常区，但地表尚未发现铁矿。据此，可以设想鸡鸣岛附近赋存较大的含钛铁矿的磁铁矿体隐伏于地下(海水)，成为该层含铁、锆英石、金红石矿的矿源。

2.2 花岗伟晶岩型稀有金属矿床

与花岗岩在成因上有关的稀有金属矿床，是一个重要的稀有金属矿床类型。当前仍然以Nb,Ta,Be,Li,Cs和Rb等为主。山东省内的花岗伟晶岩型矿床主要为分布在新泰石棚一带的古元古代花岗伟晶岩岩脉中的铌、钽矿床(图2)。铌、钽主要赋存于伟晶岩中的铌铁矿、锂辉石、锂电气石、绿柱石、硅铍石、独居石等矿物内。

1—第四系；2—新太古代泰山岩群山草峪组；3—新太古代泰山岩群雁翎关组上亚组；4—新太古代泰山岩群雁翎关组下亚组；5—二长花岗岩；6—含铌钽花岗岩伟晶岩脉；7—断层图2 新泰石棚地区含铌钽伟晶岩脉分布略图

山东省内与花岗伟晶岩及其他花岗质岩石有关的稀有矿产，除铌、钽外尚有铍矿化。已知铍矿点有荣成大疃刘家和新泰天宝黄花岭2处。荣成大疃刘家铍矿点位于中生代燕山晚期槎山花岗岩体南端，矿化发育在含铍绢云母化高岭土化蚀变正长花岗岩中，为热液蚀变型铍矿化。含铍矿物为羟硅铍石。矿化绢云母蚀变岩Be2O含量为0.07090%～0.1362%，达到工业要求；矿石中伴生的Nb2O5含量为0.001%～0.002%，Ga为0.0035%～0.0038%，ZrO2为0.0269%～0.0399%。新泰天宝黄花岭铍矿化发育在古元古代伟晶岩脉中，含铍矿物为绿柱石，为伟晶岩型铍矿化。含绿柱石伟晶岩脉赋存于新太古代变质岩系中，主要含矿岩脉1条，岩脉宽1～3m，绿柱石呈较大的晶体分布在伟晶岩中。矿石矿物主要是铌铁矿，次为铌钽矿、锂辉矿、锂电气石、绿柱石、硅铍石、锆石、独居石等；脉石矿物为钾长石、斜长石、石英、白云母等。铌铁矿呈黑色或浅褐色，性脆，硬度中等。赋存于块体状结构带的铌铁矿，晶体较大，呈长柱状或板状，最大可达6cm×2.5cm，晶形不完整，沿裂隙有钠长石贯入；赋存于粒状结构带中的铌铁矿，晶形较完整，晶体小(<5mm)，有的具有双锥晶体。铌钽矿呈褐色一浅黄褐色，长柱状晶体，油脂光泽，硬度中等，性脆。矿石主要结构为粒状结构和伟晶结构；主要构造为块状构造。矿石中Nb2O5+Ta2O含量一般在0.02%左右，最高为0.064%，矿石中伴生Rb含量为0.01%～0.35%，Cs为0.01%～0.02%，Li2O为0.01%，BeO为0.008%，Ga为0.005%，伴生组分多可综合利用。

2.3 滨海潟湖沉积型稀有金属矿床

山东省内发现的此类矿床只有1处，分布在枣庄市东北部抱犊崮一带的天青石矿床(图3)。矿体呈层状赋存于寒武纪朱砂洞组丁家庄白云岩段的顶部，形成于咸化潟湖环境，层位稳定。在区域上，与含天青石矿层相当层位常赋存有石膏矿床[26]。

1—晚寒武世崮山组；2—中寒武世张夏组；3—早至中寒武世馒头组；4—早寒武世朱砂洞组；5—新太古代花岗闪长岩；6—新太古代石英闪长岩；7—地层产状；8—张性断层及产状；9—天青石矿化体；10—不整合地质界线图3 枣庄抱犊崮天青石矿区域地质图

矿石矿物为天青石，脉石矿物有方解石、白云石、石英、文石及少量粘土矿物。矿石呈白色，细晶粗晶结构，块状构造及角砾状构造。依据矿石结构构造特点，矿区内矿石划分为3种类型：块状矿石、细粒块状矿石、角砾状矿石。不同类型矿石中天青石的含量差别较大，块状矿石中天青石含量最高，一般为70%～80%，细粒块状矿石多已硅化，其中天青石含量比较均匀，一般在50%左右；角砾状矿石由天青石及灰岩碎块组成，多已硅化，其中天青石含量变化最大，一般在30%左右。矿石中SrSO4含量在不同矿石类型中变化较大。由此可见，因其产出矿体部位不同变化也较大，反映了矿化的不均匀性。

3 成矿规律

山东省滨海沉积型稀有金属砂矿床的含矿砂体大致平行于海岸分布，成矿物质来源于沿海地区的碱性—偏碱性侵入岩的分化剥蚀物，有用物质存在于锆石中。花岗伟晶岩型稀有金属矿床与古元古代花岗伟晶岩脉有关，岩脉中含铌铁矿、锂辉石、锂电气石、绿柱石、硅铍石、独居石等矿物，铌、钽主要赋存其中。滨海潟湖沉积型稀有金属矿仅见枣庄抱犊崮一带天青石矿床，分布于朱砂洞组丁家庄白云岩段的顶部，丁家庄白云岩发育自下而上的白云质灰岩-白云岩-天青石岩组成的沉积旋回。

在荣成大疃镇刘家一带铍矿(化)体即赋存在中粗粒正长花岗岩中，该矿床为羟硅铍石-绢云母-碳酸盐-石英-长石等矿物组合，副矿物以重晶石、赤铁矿、褐帘石、金红石等矿物组合为特征，以绢云母化、高岭土化、滑石化蚀变为标志。在基性岩(玄武岩)向酸性岩的演化过程中地壳中的铍元素不断升高，在花岗岩中由老到新含量不断增加，在岩浆分异作用晚期阶段得以富集，形成该区的铍异常。伴随构造运动，岩浆期后热液沿裂隙上升迁移过程中，在适宜的理化环境下淬取花岗岩中的铍元素，在构造有利部位富集、沉淀成矿。该矿床成因为中温热液型铍矿床(含铍蚀变花岗岩型铍矿床)。

4 找矿建议

山东省稀有金属典型产地主要有枣庄抱犊崮、荣成大疃刘家、新泰石鹏、荣成—黄岛沿海等地，虽然前人已经对其进行了调查，但是有必要进行更深入的了解，结合就矿找矿、深部找矿的方法，对典型矿床进行详细解剖，希望找到新的稀有金属资源。

具体的找矿建议如下：①对胶东沿海尤其是荣成一带沿海进行全面勘查，选点采集少量样品进行快速鉴定分析，以发现大的砂矿床；②对荣成及乳山一带碱性岩开展系统检查，以寻找原生稀有元素矿床；③对已知的如青矶岛、文登营等地段进行详细的普查工作；④对新泰石棚一带的伟晶岩做更为细致的调查，希望发现新的矿床；⑤滨海潟湖沉积型稀有金属矿床研究的还不够全面，需要进一步加大此类矿床的调查；⑥利用各种野外工作手段，对全省进行全面调查梳理，采集少量样品，圈定成矿靶区。

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