山东省微山县郗山内生型轻稀土矿找矿及研究新进展

张云峰，张鹏，刘敬杰，兰君，邢楠

(山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队，山东 泰安 271000)

0 引言

20世纪60年代,地质部902航测大队在开展1∶10万山东省中部及东部地区航空物探(磁法及放射性)测量时(1)山东省中部及东部地区航空物探(磁法及放射性)测量工作结果报告，地质部物探局902航测大队，1959年。,圈定郗山航空放射异常，该异常分为3个次级异常：г-22-61，г-22-62，г-22-63，3个次级异常特征见表1、图1，其中г-22-63异常中心明显,规模大,放射性强度高,异常形态好，呈椭圆状，面积约5km2，对г-22-63异常进行查证时，发现了著名的郗山稀土矿[1]。从1962年至今，该矿床陆续经历了普查、详查、勘探和核实等工作，2018—2020年，山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队组织实施的“山东省微山县郗山地区稀土矿深部及外围调查评价”，探求轻稀土矿资源量逾60万t(含低品位矿)，新增资源量达大型稀土矿床规模[2-3]，实现了该区找矿重大突破。该成果使得微山稀土矿一跃成为大型稀土矿，在国内极具影响力。该成果被列入2019年度自然资源十件大事，并被评为2019—2020年度山东省十大优秀地质成果。

1—异常编号；2—异常等值线及异常值图1 郗山地区航放异常平面图

表1 郗山航空放射性异常特征

1 郗山稀土矿床基本地质特征

1.1 矿床特征

区域地层出露第四系和寒武系，构造多为近EW向和NE向，岩浆岩发育中生代白垩纪和侏罗纪侵入岩(图2)，其中沙沟序列郗山单元细粒含霓辉石英正长岩与郗山稀土矿成因密切相关。

矿床分布于郗山一村至郗山三村一带，平面上呈带状(图3)，立体形态呈不规则的脉状或板状。整体呈约118°方向展布，倾向SW，倾角40°～60°。

1—第四系；2—寒武系；3—新太古代侵入岩；4—中生代白垩纪沙沟序列郗山单元细粒含霓辉石英正长岩；5—中生代白垩纪沙沟序列沙沟单元细粒含黑云辉石正长岩；6—中生代白垩纪沙沟序列关帝庙单元细粒含磷灰石黑云母角闪石岩；7—中生代白垩纪沂南序列靳家桥单元角闪闪长玢岩；8—中生代侏罗纪铜石序列东马山单元中细斑石英正长斑岩；9—推测断层/断层；10—稀土矿产地图2 郗山地区区域地质简图

1—山东微山湖稀土有限公司采矿权边界；2—2018年勘查工作圈定矿体平面范围；3—断层及编号；4—稀土矿体及编号；5—见矿钻孔及编号图3 郗山稀土矿床矿体分布示意图

控制矿体沿走向最大长度756.05m，沿倾向最大延伸852.58m。揭露矿体埋深-876.22m～+27.55m。

区内揭露矿体为两种类型：含稀土石英重晶石碳酸盐脉型和细脉浸染型。含稀土石英重晶石碳酸盐脉型矿体赋存于石英重晶石碳酸盐脉内、细脉浸染型矿体主要分布于碱性岩体、花岗闪长岩和闪长岩中。

1.2 矿体特征

矿体多围绕郗山剥蚀残丘展布,分布在碱性岩体顶、底板及内部。各矿脉的规模、产状、组分、品位等方面不尽相同[4-5]。

其中X-1-1号矿体为2018年勘查工作圈定的主要矿体之一，为含氟碳铈矿重晶石碳酸盐脉型矿体(照片1a)，X-1-1号稀土矿体赋存于X-1矿脉群中，呈脉状产出，为X-1矿脉群中最大的工业矿体，总体产状204°∠53.5°。由ZK5-1，ZK5-2，ZK13-1和ZK13-2共4个钻孔控制，沿走向控制长度252.00m，沿倾向控制最大延深233.55m，沿走向、倾向均未封闭。矿体赋存标高-35.01m～-312.94m。

矿体真厚度3.54～11.03m，平均真厚度7.50m，矿体厚度变化系数54.81%，属厚度变化稳定型；TRE2O3品位1.52%～5.88%，平均品位2.94%，品位变化系数64.65%，属有用组分分布不均匀型。矿体为复合矿层，无夹石，中间矿体为低品位矿。

矿体赋矿岩石为含氟碳铈矿重晶石碳酸盐脉[6]，具氟碳铈矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、萤石矿化、绿泥石化、铅锌矿化。稀土矿物主要成分为氟碳铈矿和氟碳钙铈矿，稀土矿物多呈柱状、纤状，少许呈粒状，聚集状或分散状不均匀分布于方解石、重晶石等间隙中(照片1b)[7]。

X-5-1号稀土矿体为细脉浸染型矿体的主要代表(照片1c)，矿体赋存于X-5矿脉群中，呈脉状产出，总体产状204°∠42.7°。由ZK5-1，ZK5-2，ZK13-1，ZK13-2共4个钻孔控制，沿走向控制长度252.00m，沿倾向控制最大延深277.52m，沿走向、倾向均未封闭。矿体赋存标高-182.26m～+27.55m。矿体真厚度1.43～12.63m，平均真厚度4.64m，矿体厚度变化系数91.34%，属厚度变化较稳定型；TRE2O3品位1.62%～2.35%，平均品位2.03%，品位变化系数21.35%，属有用组分分布均匀型。矿体赋矿岩石为石英正长岩，具氟碳铈矿化、黄铁矿化、黄铜矿化、萤石矿化、绿泥石化和铅锌矿化。稀土矿物主要成分为氟碳铈矿和氟碳钙铈矿，稀土矿物多呈纤状、粒状，不均匀分布于其他矿物间隙中(照片1d)。

a—含稀土石英重晶石碳酸盐脉手标本；b—含稀土石英重晶石碳酸盐脉中氟碳钙铈矿的正交偏光显微镜镜下照片；c—浸染型矿石；d—浸染型矿石中氟碳钙铈矿的正交偏光显微镜镜下照片；Pas—氟碳钙铈矿；Cal—方解石照片1 见矿岩心及其镜下稀土矿物特征照片

1.3 矿石质量

矿石矿物以氟碳铈矿为主，其次为氟碳钙铈矿，另含碳酸铈钠矿、菱钙锶铈矿、硅钛铈矿、独居石、富铀烧绿石、钍石、黄铜矿、方铅矿、钼铅矿、闪锌矿、辉钼矿、水针铁矿和铅铁矾等。脉石矿物由石英、斜长石、角闪石、霓辉石、钾长石、钠长石、黑云母及其他副矿物组成。矿石呈半自形—他形粒状结构、自形粒状结构。矿石构造多呈块状(含稀土石英重晶石碳酸盐脉型矿体)和浸染状构造(细脉浸染型矿体)。

1.4 矿石化学成分

经光谱全分析，结合前人对矿体化学分析及半定量分析资料，主要稀土元素有：铈、镧、钕、镨、钐、铕、铒、钆、镥、钇等，分散元素有镓，放射性元素有钍、铀，其他金属元素有铜、钼、铅等。含稀土石英重晶石碳酸盐脉型矿体TRE2O3含量1.56%～7.46%，细脉浸染型矿体TRE2O3含量0.50%～4.37%。

绝大多数稀土元素均能够工业利用，富含Ce、La、Nd、Pr、Sm等，但重稀土元素Y较少。根据分析结果，Ga含量0.01%～0.088%，从组合分析样品结果可以看出(表2)，Ga含量与TRE2O3量呈正比关系，Nb2O5含量大多数均在0.01%～0.02%之间，这两种有益组分均赋存于工业矿体中，达到共伴生矿产工业品位，具有工业利用价值。而2018年勘查工作所圈定的矿体中，钇的含量极少，主要稀土元素为La、Ce，含量可观。

表2 郗山稀土矿床矿石组合分析结果表

1.5 围岩蚀变

矿体围岩主要分为两类：片麻状中粒花岗闪长岩和石英正长岩，围岩中TRE2O3含量小于0.2%～0.5%。围岩蚀变较为普遍，普遍存在钠质交代，钠质交代作用主要表现为钾长石(大多数为微斜长石)及斜长石的钠长石化、奥长石化，另发育有稀土矿化(照片2a)、碱性(特别是Na质)交代、碳酸盐化、重晶石化、黄铜矿化(照片2b)、铅锌矿化(照片2c)、萤石矿化(照片2d)、硅化、天青石化、黄铁矿化。

a—稀土矿化；b—黄铜矿化；c—铅锌矿化；d—萤石矿化照片2 郗山稀土矿床各种矿化现象照片

2 郗山稀土矿产资源开采状况

2.1 生产建设规模

1971年起，微山县筹建稀土矿进行小规模开采，即“七一五厂”，开采地表及+20m标高以上的氧化矿，设计生产能力年产精矿粉390t。

1975年建成投产，年处理原矿1万t，实际年产精矿粉600余吨，采矿为地表开采。

1986年山东省冶金设计院对该矿进行了扩建设计，设计生产规模为日采选矿石120t。

1989年建成投产小型稀土矿山，年开采矿石3.96万t。

2015年开始，政府对稀土开采限量控制，2015年微山湖稀土矿的稀土氧化物总量控制指标为2600t，2016年—2017年微山湖稀土矿的稀土氧化物总量控制指标为2000t，2018年—2019年微山湖稀土矿的稀土氧化物总量控制指标为3600t，2020年微山湖稀土矿的稀土氧化物总量控制指标为4100t。

2.2 生产概况

矿山已有完整的开拓系统，开拓方式为中央下盘主竖井，两翼通风斜井。主竖井布置于8勘探线矿体下盘，最低开采水平为-160m，自上而下共设+20m～-40m、-40m～-100m、-100m～-160m三个中段，+20m水平为上部回风水平，开采矿体为1号、2号、4号、12号矿体。现有-40m，-100m水平运输平巷已施工至西部12号矿体，形成东、西两部统一的开拓系统。

1971年—1988年期间，矿山开采地表及+20m以上的地表氧化矿。1989年—2012年矿山开采对象为矿区东部的1，2，4号矿体，范围为采矿许可证平面0.6km2，开采标高为+20m～-160m，-160m水平以上矿量已采完；2013年后开采对象为12号矿体北西段，由于地表均为居民区，-40m中段暂不开采，仅在-100m中段动用了1个块段。2004年—2006年矿山因市场行情低迷而停产。2007年矿山恢复生产至今，开采矿体主要为1号、2号、4号、12号和盲1矿体。

2.3 累计动用量

矿山投产至2020年12月31日，累计动用资源储量稀土氧化物48020t。

3 郗山稀土矿床找矿及科研工作进展

3.1 找矿进展

区内稀土矿先后开展了多次勘查工作，2018年之前提交各类报告8份(表3)，累计发现稀土矿脉60余条，提交稀土矿石量857.4万t，稀土氧化物(TRE2O3)量37.5万t。

表3 山东省郗山稀土矿各类地质报告一览表

2018年之前开展的矿产勘查工作，主要针对含稀土石英重晶石碳酸岩脉开展了评价工作。2018年至今，山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队在山东微山湖稀土有限公司采矿权深部及外围开展了“山东省微山县郗山地区稀土矿深部及外围调查评价”工作，取得了较好的找矿成果，新增稀土氧化物资源量60余万t(含低品位矿体)。共圈定矿体44条，主矿体17条。

区内揭露矿体为含稀土石英重晶石碳酸盐脉型和细脉浸染型。其中细脉浸染型稀土矿体为此次工作的新发现。含稀土石英重晶石碳酸盐脉型矿体赋存于石英重晶石碳酸盐脉内，细脉浸染型矿体主要赋存于石英正长岩中。含稀土石英重晶石碳酸盐脉型矿体真厚度1.10～7.62m，平均3.35m，矿体TRE2O3含量1.56%～7.46%，细脉浸染型矿体真厚度1.00～61.83m，平均10.37m，矿体TRE2O3含量0.50%～4.37%。

3.2 郗山稀土矿床研究新进展

前人对微山县郗山稀土矿进行了大量的科研工作，其中以田京祥等[8]、李建康等[9]、于学峰等[10]、蓝廷广等[11]、梁雨薇等[12]为代表的科研工作者先后对其开展了多方面科学研究。

3.2.1 成岩成矿时代厘定

长春地质学院中心实验室用K-Ar法测得稀土矿脉中白云母的同位素年龄为110Ma；蓝廷广[11]通过对矿脉中白云母Rb-Sr法测年，测得稀土矿成矿年龄为119Ma；北京大学梁雨薇等[12]分别对石英正长岩和霓辉石英正长斑岩进行了LA-MC-ICPMS锆石U-Pb定年，确定微山稀土矿成矿母岩正长岩类的侵入分为两期：第一期为霓辉石英正长斑岩，形成于(130.4±2.2)Ma；第二期为石英正长岩，形成于(122.7±2.1)Ma。综上所述，郗山稀土矿的成岩成矿时代为燕山晚期。

3.2.2 成矿物质来源示踪

李建康[9]选择石英重晶石碳酸盐脉中的重晶石测定δ34S，重晶石δ34S介于(5.7～6.2)×10-3，重晶石硫同位素显示S具深源特征[13]。蓝廷广[11]通过对稀土矿物氟碳铈矿和独居石的激光Nd同位素研究表明，稀土矿的成矿物质与其围岩碱性岩一样,来源于富集地幔。

3.2.3 成矿流体研究

4 找矿前景探讨

4.1 采矿权外围

研究区内的г-22-63异常对应郗山稀土矿，且向东南方向延伸的趋势明显，分析研究认为，此异常规模大，与稀土矿富矿体吻合程度较高，具有进一步工作的价值。

2018年勘查工作所圈定矿体，往采矿权东南方向均未封闭，且矿体厚度、品位向东南方向分别呈增大增高趋势。山东省物化探勘查院在郗山东北方向5km的关帝庙地区发现了稀土矿(化)体多条。

4.2 采矿权深部

根据目前控制程度，绝大部分矿体深部仍未封闭，深部继续延伸趋势非常明显，并且个别矿体具有膨缩、复合的特征。比如：施工的最深孔ZK13-2进尺907.62m，此孔最后一个样品H791品位0.63%，尚未打穿含稀土碱性岩体。底部矿体厚度在倾向上延深较稳定，-850m以深矿体仍未闭合，深部工程控制不足。

目前的勘查工作结果显示，采矿权的外围及深部具有较好的找矿前景，在郗山稀土矿采矿权东南和东北深部及外围开展扎实的勘查工作，将进一步扩大稀土矿床规模，取得更大的找矿突破。

5 结论

近年来，郗山稀土矿找矿及勘查工作取得了显著进展，新提交了一批资源量，将助力于山东省新旧动能转换及我国战略性新兴产业的发展。经过多期的研究工作，显示郗山稀土矿成矿时代为中生代燕山晚期，成矿流体来源于深部地幔，在成矿流体演化过程中，流体不混溶作用和大气降水等外界流体加入的混合作用可能是导致成矿热液中稀土元素高效沉淀的两个重要途径。

2018年的勘查工作发现，在该区寻找中生代燕山晚期碱性岩体，具有重要的找矿意义，为郗山地区的稀土找矿工作提供了重要的找矿方向。本次工作的勘查经验在该地区乃至省内碳酸岩-碱性岩发育区可复制可推广。郗山地区具有极好的成矿地质条件和找矿前景，开展进一步的勘查工作，预期会实现更大的找矿突破。