鲁西地区稀土矿成矿模式及矿床成因探讨

张鹏，兰君

(山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队,山东 泰安 271000)

稀土(rare earth)有“工业维生素”的美称，稀土元素在能源、石油化工、机械、冶金、轻工、国防军工等领域应用十分广泛，近年来，新兴工业对稀土的需求程度正逐步提高，战略地位日益明显，现如今已成为极其重要的战略资源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序数为57～71的15种镧系元素氧化物，以及与镧系元素化学性质相似的钪(Sc)和钇(Y)共17种元素的氧化物。鲁西地区稀土矿所含稀土元素主要为轻稀土元素[1]，该文从成矿时代及成矿物质来源入手，总结成矿要素，建立成矿模式，探讨矿床成因。

1—凹陷区；2—隆起区；3—稀土矿(床)点图1 鲁西地区稀土矿床(点)分布及大地构造位置图[2]

1 资源分布

鲁西地区目前发现的稀土矿属于轻稀土矿床(包含铈，镧，钕，镨等元素),重稀土(包含镱、钆，镝等)仅见矿化显示。鲁西地区轻稀土矿产出的地质背景不同(表1)[2]。成因类型为与碱性岩—碳酸岩有关的岩浆热液型，从南往北依次分布有微山郗山稀土矿、薛城关帝庙稀土矿、兰陵龙宝山稀土矿、莱芜胡家庄稀土矿和淄博八陡稀土矿(图1)，目前，微山郗山稀土矿经多期勘查评价，达到大型矿床规模，其他均为小型矿床或矿点。该文从成矿时代、成矿物质来源来探讨鲁西地区稀土矿成矿模式及矿床成因(表1)。

表1 鲁西地区稀土矿床(点)空间分布[3]

2 矿(床)点简述

2.1 与中生代燕山晚期碱性岩有关的稀土矿

矿床的产出与中生代燕山晚期碱性岩的侵入密切相关[3]。矿体产于侵入体内外接触带、岩脉或岩体内。如微山县郗山稀土矿床，枣庄市薛城区关帝庙稀土矿、兰陵县龙宝山稀土矿[4-6](照片1)。现以微山县郗山稀土矿作为典型矿床简述如下：

郗山稀土矿产于中生代燕山晚期含霓辉石石英正长岩内外接触带。矿体主要为含稀土石英重晶石碳酸盐脉，总体呈单脉、网脉状的矿脉群产出。单矿体长度30～540m，宽度0.1～9.19m，矿体厚0.15～4.50m，矿体分叉、膨缩频繁，多呈沿走向过渡为细脉状或细脉浸染状分布。围岩为新太古代片麻状中粒花岗闪长岩及中生代石英正长岩等，近矿脉的围岩中具显著的碱质交代蚀变，主要为钠长石化、霓辉石化和钠铁闪石化，可见重晶石化、碳酸盐化、萤石化、白云母化、黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化、闪锌矿化、辉钼矿化等，稀土矿物呈浸染状分布其中，构成稀土矿化或矿体。稀土矿物主要为氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、碳酸铈钠矿、菱钙锶铈矿、独居石、富铀烧绿石、钍石等[7]，矿石品位TRE2O3为1.55%～18.20%。矿石矿物组合主要有碳酸盐组合、褐铁矿组合、铈磷灰石组合和氟碳铈矿榍石组合4种组合；矿石自然类型主要为含稀土石英重晶石碳酸盐型(地表为含稀土褐铁矿化石英重晶石)[8-9]、含稀土花岗闪长岩型和含稀土碱性岩型等。

1—郗山含稀土石英重晶石碳酸盐脉型矿石；2—龙宝山褐铁矿化斜长辉石岩型矿石；3—胡家庄碳酸岩型矿石；4—八陡蛭石 化含磷灰石云母岩型矿石 照片1 鲁西稀土矿床(点)矿石照片

2.2 与中生代燕山晚期碳酸岩有关的稀土矿

矿体产于碳酸岩、云母岩岩体中，如胡家庄、八陡稀土矿。该矿床含矿岩体规模小、数量多，在东西长约65km，南北宽约33km范围内断续出露100多个岩体[10]，多呈层状侵入于沉积地层中，矿体产状与围岩产状基本一致。矿体与围岩界线明显，薄层状充填。选取胡家庄稀土矿简述如下：

胡家庄稀土矿有3个矿体组成，其中Ⅱ号矿体规模最大，呈薄层状展布，长1100m，宽150m左右，矿体厚0.86m。主要稀土矿物有氟碳铈矿、氟碳钙铈矿，矿石中主要矿物成分为碳酸盐、石英、磁铁矿、磷灰石、黑云母等，其次为褐铁矿、钾长石、重晶石、绿泥石、金云母及金属硫化物等[11]。矿石品位TRE2O3为0.95%～1.10%。氟碳铈矿呈不规则碎屑状、粒状集合体充填于方解石粒间或与方解石交织嵌布。矿石中的稀土元素，以轻稀土为主，主要为铈组元素的铈、镧、钕、镨等，有少量的重稀土钇，Ce∶La∶Nd∶Y约为4∶2∶1∶0.2。胡家庄稀土矿围岩蚀变类型有碳酸盐化、矽卡岩化、萤石化等。稀土矿化伴随碳酸岩岩浆侵入到沉积地层中。根据矿石的物质成分，矿石类型为含铌稀土—铈组类型[8]。

3 成矿时代

对郗山稀土矿含稀土碳酸岩矿脉的白云母样品采用单颗粒白云母Rb-Sr法进行定年，测得成矿时间为119.5±1.7Ma[12]。

龙宝山稀土矿中偏碱性杂岩体侵入时间为(174.11±3.47)～(119.25±2.32)Ma；与稀土矿有关的蚀变及矿化年龄为(116.62±1.93)～(107.34±2.32)Ma[13-15]。

薛城关帝庙稀土矿赋矿岩石细粒含磷灰石黑云母透辉岩锆石U-Pb同位素年龄测定为115Ma[16]。

胡家庄稀土矿碳酸岩锆石U-Pb测年确定的成矿时间为94.3±4.2Ma[10]。

对八陡稀土矿蛭石化含磷灰石云母岩中黑云母采用K-Ar法测得成矿时间为134.943±1.8Ma。

因此，鲁西地区稀土矿成矿时代为94.3±4.2Ma～134.943±1.8Ma，属中生代燕山期[17](表2)。

表2 鲁西地区稀土矿岩(矿)石同位素年龄

4 成矿物质来源

蓝廷广等[12]通过对郗山稀土矿氟碳铈矿和独居石中的Nd同位素测试得到，εNd(t)为-10.1～-8.2，平均值为-8.8，与碱性岩的Nd同位素组成εNd(t)=-8.7～-8.1完全一致。这表明郗山稀土矿及与其成矿有关的碱性岩均来源于富集地幔[18]。

胡家庄稀土矿δ34SCDT值为(-4.42～-6.82)×10-3之间，均值：-5.83×10-3，极差：2.4×10-3。变化范围较窄，表明硫化物来源单一，可能来源于地壳中富32S的沉积物或大气降水下渗循环的地下热水。δ13CPDB值为(-1.36～-6.91)×10-3之间，均值：-4.95×10-3，极差：6.47×10-3，与地幔来源C同位素值(集中分布在-5×10-3)接近，显示胡家庄碳酸岩型稀土矿具有幔源特征。且邱检生等[18]，通过对鲁西碳酸岩中磷灰石的LA-ICP-MS原位微区成分测定，进一步佐证其寄主碳酸岩为火成成因，岩浆源区应为遭受过流体交代作用的富集地幔。

综合分析认为，鲁西地区与碱性岩—碳酸岩有关的岩浆热液型稀土矿床[19]，成矿物质来源主要来自富集地幔。

5 成因探讨

鲁西已发现的稀土矿床(点)均与岩浆热液成因的碱性岩—碳酸岩类岩石有关(图2、图3)。鲁西地区各稀土矿床(点)成矿要素见表3。

图2 碱性岩—碳酸岩形成环境图 (据《中国新疆稀有及稀有金属矿床》，2006，修改)

1—新太古代变质岩；2—寒武—奥陶纪沉积岩；3—燕山期正长(斑)岩；4—燕山期含磷灰石黑云母透辉岩；5—燕山期碳酸(云母)岩；6—稀土矿体；7—石英正长岩；8—含磷灰石黑云母透辉岩；9—碳酸(云母)岩；10—花岗闪长岩；11—英云闪长岩；12—幔源岩浆运移方向图3 鲁西地区稀土矿床成矿模式图 (据山东省稀土矿资源潜力评价成果报告，2011，修改)

表3 鲁西地区稀土矿床(点)成矿要素

鲁西地区已发现查明的稀土矿均为与中生代燕山晚期碱性岩—碳酸岩有关的岩浆热液型轻稀土矿床。燕山晚期，鲁西地区构造活动强烈，中偏碱性岩浆活动频繁，为稀土元素的运移富集提供了充足的热源和热液[13]。上升的地幔物质——碱性岩、碳酸岩岩浆沿板内深大断裂上升运移，上侵过程中携带其中的轻稀土元素[20]，在岩浆活动后期形成的岩浆热液中，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——成矿期及前期断裂、围岩裂隙及地层层间裂隙带中充填交代形成稀土矿化。

6 结语

(1)鲁西地区稀土矿成矿时代为(94.3±4.2～134.943±1.8)Ma，属中生代燕山期。

(2)鲁西地区稀土矿为与碱性岩—碳酸岩有关的岩浆热液型稀土矿床，成矿物质来源主要来自富集地幔。

(3)鲁西地区稀土矿分布于鲁中隆起峄山、尼山、博山和泰山凸起的边部，各凸起边部的断裂系统为主要的控矿构造，其与中生代侵入岩(沙沟序列岩体、雪野序列岩体和龙宝山杂岩体)的叠加部位为找矿有利地段。