鲁东塔埠头稀土矿成矿地质特征及找矿前景分析

王继芳，徐然，朱宁*，谢丽丽，黄坤朋，唐洪敏，杜显彪，安悦

(1.山东省鲁南地质工程勘察院(山东省地勘局第二地质大队)，山东 兖州 272000；2.三稀矿产勘查与综合利用济宁市工程研究中心，山东 兖州 272000)

0 引言

塔埠头稀土矿位于山东省莱西市南7km后塔埠头村北，为1974年山东省地质局第六地质队发现，圈定矿体4个，估算稀土氧化物总量398t。塔埠头稀土矿虽然规模小，但却为山东省乃至全国较为典型的一处伟晶岩型稀土矿。2019年山东省鲁南地质工程勘察院在开展山东省稀土矿调查评价时，在原矿床东南侧7.5km处又发现3个稀土矿体和较多矿化线索；而且该区构造和中生代不等粒伟晶花岗岩、伟晶岩发育，成矿地质条件较好，物化探异常显著。因此本文在前述工作的基础上，对塔埠头地区稀土成矿地质条件和矿床地质特征进行了归纳总结，并对其找矿前景进行了分析，以期对该区和其他类似地区的稀土找矿突破有所启示[1]。

1 成矿地质特征

塔埠头稀土矿处于华北板块(Ⅰ)、胶辽隆起区(Ⅱ)胶莱盆地西部(Ⅲ)、莱西-即墨断陷(Ⅳ)之荆山凸起(Ⅴ)。该区位于沂沭断裂带北段东侧，五莲-青岛断裂的北侧，受区域大型断裂带影响，区内构造和岩浆岩发育，地层主要发育古元古代荆山群，局部发育少量中生代白垩纪莱阳群、王氏群及新生代第四纪地层[1-2]。

1.1 地层

区内由老至新发育古元古代荆山群，中生代白垩纪莱阳群、青山群、王氏群及新生代第四系(图1)。古元古代荆山群分布在矿区中部，面积较大，地层遭受强烈变形，发育褶皱构造。为早白垩世莱阳群不整合覆盖，被中生代花岗岩侵入接触。主要岩性有黑云变粒岩、高铝片岩、大理岩、石墨黑云斜长片麻岩、黑云斜长角闪岩、斜长角闪片麻岩及透辉岩等。自下而上划分为禄格庄组、野头组和陡崖组。荆山群地层为稀土矿围岩。中生代白垩纪莱阳群、青山群、王氏群底层分布在矿区周边，岩性为河湖相沉积和陆相火山岩系；第四系主要沿山前平原、沟谷及河流两侧分布。在矿区周边分布范围较大，中部较少[3]。

1—第四系；2—王氏群金岗口组；3—王氏群红土崖组；4—王氏群辛格庄组；5—青山群八亩地组；6—莱阳群曲格庄组；7—莱阳群龙旺庄组；8—莱阳群水南组；9—莱阳群止凤庄组；10—莱阳群林寺山组；11—荆山群陡崖组；12—荆山群野头组；13—荆山群禄格庄组；14—玲珑序列笔架山单元不等粒伟晶花岗岩；15—莱州序列西水夼单元细粒变辉长岩；16—八亩地旋回潜安山岩；17—石前庄旋回潜流纹岩；18—花岗伟晶岩脉；19—石墨矿层/大理石夹层；20—构造角砾岩带；21—张性断裂、产状及活动期次张扭性断裂及产状；22—压性/压扭性断裂及产状；23—研究区范围图1 塔埠头地区地质略图

1.2 构造

区内断裂构造发育，主要有NW向、NE向、近EW向3组断裂，其中以NE向的桃村断裂、NW向姜疃断裂和近EW向金岗口断裂规模较大，控制了区内地层、次级构造和岩浆岩的展布,对区内的稀土矿化起着控制作用。

1.3 岩浆岩

区内发育岩浆岩有古元古代莱州序列西水夼单元、中生代玲珑序列笔架山单元侵入岩，另外区内发育较多中生代脉岩，多沿荆山群变质地层层间裂隙和断裂构造发育[4]。

古元古代西水夼单元细粒变辉长岩局部呈脉状分布。侵入荆山群地层，又被中生代岩体侵入，侵入体数量多，呈群带分布，单个侵入体规模较小。凡有古元古代荆山群出露的地区均有所分布。岩石稀土元素总量(∑REE为181.3×10-6)属中等含量岩石[5]。

中生代笔架山单元伟晶不等粒花岗岩呈NE向、NNE向岩株状、岩枝状产出，常侵入古元古代荆山群变质地层中，与围岩界线截然，接触面平直，产状较陡，局部近直立。是该区稀土矿产的成矿母岩。平面上呈似椭圆状及不规则状，大小及方向各异，一般长数百米至数千米，宽数米至数百米。侵入体内发育荆山群变质岩包体，包体岩性为变粒岩、斜长角闪岩等。岩石呈浅肉红色—灰白色，花岗伟晶结构，块状构造。主要矿物成分钾长石(50%～55%)，斜长石(15%～20%)和石英(25%～30%)，少量绢云母及白云母，微量锆石、磷灰石和磁铁矿等。长石、石英常相对集中分布，呈伟晶状，自形程度较高，易分选，常形成较好的钾长石矿体。岩石稀土元素总量(∑REE为248.94×10-6)属中等含量岩石。岩石稀土元素参数δEu=0.23，LREE/HREE=22.45，显示为铕强亏损轻稀土元素强富集型岩石。岩石稀土元素配分模式(图2)曲线右倾，铕谷不太明显，其轻重稀土元素曲线斜率相近。轻稀土元素分馏程度高于重稀土元素[5-8]。

图2 玲珑序列笔架山单元岩石稀土元素配分模式图

区内脉岩有辉绿玢岩脉、花岗伟晶岩脉、闪斜煌斑岩脉、花岗斑岩脉、闪长玢岩、石英脉等。脉岩走向主要为NNE向、NE向，与脆性断裂带走向一致，有的脉岩产于构造带内，其形成时代与区域断裂带时代相近，为燕山晚期。

2 地球物理特征

2.1 航空放射性特征

根据1960年航空放射性测量资料(1)地质部地球物理探矿局航测大队,山东省中部及东部地区航空物探(磁及放射性)工作成果报告,1960年。，在莱西望城—莱阳姜疃一带圈定一大型异常带，呈NE走向的不规则带状，总长度约22km，宽2.5～7km，包括Γ-5-32、Γ-5-33、Γ-5-34、Γ-5-35、Γ-5-36、Γ-5-37、Γ-5-38、Γ-5-39、Γ-5-40、Γ-5-41 10个航放异常(图3)。异常中心明显，放射性强度较大，一般为10～20γ，异常多由伟晶不等粒花岗岩引起，具备较好的找矿前景，于异常带西端发现塔埠头稀土矿。

1—航空放射性测量等值线;2—航空放射性异常值;3—异常点位置及编号图3 塔埠头地区航空放射性异常分布图

2.2 地面放射性异常

2019年在塔埠头地区开展了1∶50000γ能谱测量180km2，1∶5000γ能谱剖面测量37.20km。经统计，该区eU平均值为2.01×10-6，eTh平均值为12.7×10-6，K平均值为2.32×10-2，∑平均值为15.06×10-6。整体来看，塔埠头地区表现出NW向和NE向2组带状γ能谱偏高场—高场，局部呈异常场，均由燕山期酸性侵入岩引起，与以往航放成果基本对应。整个地区的γ能谱场由西南向东北规模逐渐减小，连续性逐渐减弱，但局部仍可出现高场或异常场。本次地面γ能谱测量在塔埠头地区圈定异常4个，编号为DT-1、DT-2、DT-3、DT-4(图4)。

1—第四纪沂河组；2—第四纪山前组；3—白垩纪王氏群金岗口组；4—白垩纪王氏群红土崖组三段；5—白垩纪莱阳群龙旺庄组；6—白垩纪莱阳群水南组；7—荆山群陡崖组；8—荆山群野头组；9—荆山群禄格庄组；10—侏罗纪笔架山单元不等粒伟晶花岗岩；11—古元古代西水夼单元细粒变辉长岩;12—石前庄旋回潜流纹岩；13—花岗伟晶岩脉；14—石墨矿层大理岩夹层；15—构造角砾岩带；16—张性断裂、产状及活动期次张扭性断裂及产状；17—压性断裂及产状压扭性断裂及产状；18—铀异常；19—钍异常；20—钾异常；21—总量异常；22—综合异常及编号图4 塔埠头地区γ能谱综合异常图

DT-1异常位于草化山—后诸河头—团旺一带，异常整体呈NW走向带状分布，长约7.2km，宽0.5～2.3km，面积约14.5km2，主要表现为eTh异常，局部存在点、带状eU及K异常，eTh含量一般(15～60)×10-6，最大值216.5×10-6。该异常由燕山期笔架山单元伟晶不等粒花岗岩引起，规模较大，eTh测值较高，是该区最显著的异常，具有较好的找矿指示意义。在DT-1异常中发现稀土矿体3个，矿体赋存于花岗伟晶岩脉中，矿体及稀土矿化与放射性异常对应较好。

DT-2、DT-3、DT-4异常规模相对较小，分布在DT-1异常的东北侧，eTh含量一般(15～55)×10-6，最大值228.6×10-6。经查证γ能谱异常均由燕山期伟晶岩引起，发现较多的稀土矿化线索，捡块样品品位0.20%～0.50%的有11件。总体来看，该地区伟晶岩呈岩株、岩墙、岩枝状广泛分布，连续性较好，具备较好的稀土找矿前景[9]。

3 矿体特征

该矿床目前已发现稀土矿体7条，其中1974年发现矿体4条，分布在后塔埠头村北，控制程度较高，其中Ⅰ号矿体品位最高，Ⅱ号矿体规模最大；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号矿体相距较近，均位于1号花岗伟晶岩带中(图5)。2019年发现矿体3条，分布在后褚河头一带，均为单工程控制的低品位矿体。矿体特征见表1[10-11]。

1—矿体及编号；2—含稀土花岗伟晶岩；3—钾长-斜长花岗伟晶岩；4—钾长花岗岩；5—云母-蛭石蚀变带；6—蛇纹透辉大理岩图5 后塔村稀土矿体形态剖面图

表1 塔埠头稀土矿矿体特征一览表

4 矿石特征

4.1 矿物成分

矿石由矿石矿物和脉石矿物组成，矿石矿物有褐帘石、氟碳铈镧矿、锆石、榍石和钍石等(表2)。脉石矿物有斜长石、钾长石、石英、黑云母等。脉石矿物为含稀土花岗伟晶岩矿石的造岩矿物。矿石矿物中榍石、锆石含量较高(表3)，但矿化不均匀。褐帘石和氟碳铈镧矿分布不够普遍，两者呈正消长关系。

表2 塔埠头稀土矿矿石矿物特征一览表

表3 塔埠头稀土矿主要矿石矿物含量表 单位：%

4.2 矿物生成顺序

据岩矿鉴定资料：矿石中钾长石交代斜长石的现象普遍存在，说明斜长石结晶较早;也发现晚期斜长石沿钾长石边部交代或呈细脉状穿插于钾长石中。少数石英为早期产物，多为晚期生成。后者呈集合体分体，并有交代斜长石、钾长石和早期石英现象，亦见其沿有用矿物的间隙或裂隙分布，局部见硅化石英，具有脉石英特点，属后期热液产物。含稀土矿物和金属矿物多呈包体分布在长石中或分体在长石间隙及接触处，二者也有互为包裹的现象；其晶出时间都在晚期石英之前，只有少数与石英同时生成。据上述矿物交代包裹现象、嵌饰状态及相互关系等，确定矿物生成顺序(图6)。

图6 矿物生成顺序表

4.3 矿石化学成分

根据1974年普查报告(2)山东省地质局第六地质队，山东莱西市塔埠头稀土矿普查报告，1974年。，通过塔埠头稀土矿体3个样品光谱半定量全分析及化学全分析可以看出，矿石中主要化学成分为SiO2(48.09%)，其次为TiO2(12.04%)、Al2O3(7.41%)、CaO(5.29%)、Zr2O(4.81%)。矿石中含稀土、稀有及放射性等十几种有用元素。其中稀土元素含量较高，主要为Ce、La、Nd、Y等；Nb、Th均达工业要求；Zr的含量亦较高，有2个样品在6%以上；另外还含一定量的U、Ta、Hf、Rb、Cs等有用元素。

根据2019年T1、T2、T3矿体探槽样品组合分析和稀土单元素分析结果(表4、表5)，矿石中稀土元素以轻稀土Ce、La、Nd、Pr、Sm等元素为主，重稀土元素含量很少，因此本稀土矿为轻稀土矿。根据T3矿体探槽样品微量元素分析结果(表6)，微量元素Ti、Sr、Th、Zr、Ga、Ba、Cl等含量较高；其他则较低。

表4 塔埠头地区T1、T2、T3矿体样品组合分析结果表 单位：×10-6

表5 塔埠头地区T3矿体TTC10探槽样品稀土元素分析结果表 单位：×10-6

4.4 矿石类型与结构构造

矿石结构主要为中粗粒—伟晶结构，部分岩石受力而呈碎裂状粒状结构，局部石英交代长石而形成交代残余结构。矿石构造主要为块状构造。

矿石工业类型为伟晶岩型，围岩为不等粒花岗伟晶岩。根据伟晶岩岩石类型和所含有用矿物多寡，矿石自然类型可分为5大类7个矿石类型。

(1)含矿伟晶岩类：石英-锆石-榍石型、石英-氟碳铈镧矿-锆石-榍石型；岩石主要由钾长石、斜长石、石英、少量黑云母、高岭土、金属矿物及氟碳铈镧矿、榍石、褐帘石、钍石、锆石、金红石、钛铁矿等组成。

(2)含矿斜长伟晶岩类：斜长石-锆石-榍石型、斜长石-锆石-褐帘石-榍石型。

(3)含矿钾长伟晶岩类：斜长石-榍石型；岩石主要由钾长石、斜长石、石英、少量黑云母、高岭土、金属矿物及副矿物所组成。

(4)含矿钾长-斜长伟晶岩类：二长石-锆石-榍石型；岩石主要由斜长石、钾长石、石英、少量黑云母、高岭土组成。

(5)含矿磁铁矿钾长-斜长伟晶岩类：二长石-榍石-磁铁矿型[10]。

4.5 元素的赋存状态

根据光谱及化学分析资料，矿石中所含U、Th、Zr、Nb、Ta、Ce、Cr、Nd、Sc、Rb、Cs等稀土、稀有、放射性元素及Sn、Fe、Ti等金属元素，多为亲氧元素，而以氧化物状态存在。通过对塔埠头3个人工重砂样品中的榍石、钍石、锆石、褐帘石、氟碳铈镧矿和磷灰石等进行的单矿物化学分析(表7)，含ThO2的单矿物是钍石，含ZrO2的单矿物是锆石，含TRE2O3的单矿物主要是褐帘石和氟碳铈镧矿，其他元素未发现单矿物。但在榍石中含有较多的Nb2O5、Ta2O5。在岩浆分异不完全和Nb、Ta浓度较低的情况下，Nb、Ta元素很容易分散在榍石中，以类质同象的状态存在于榍石的结晶格架中；而矿石中榍石含量较高，最高可达28.3%(表3)。其他元素如铀、钇赋存于钍石中，钪赋存在锆石、钍石、氟碳铈镧矿中；铪赋存在锆石中，未发现含铷、铯的矿物。

表7 塔埠头稀土矿单矿物主要元素含量表(据光谱分析) 单位：×10-2

5 矿床成因

晚侏罗世中期，区内构造运动强烈，伴随着构造活动，来自上地幔的岩浆沿构造薄弱处上侵，在上侵的过程中同化混染了部分地壳物质。塔埠头矿区含稀土花岗伟晶岩U-Pb值为0.31～0.35,Sm/Nd值为0.151～0.153,Rb/Sr值为0.88～1.27，说明含稀土花岗伟晶岩岩浆源区来自大陆岩石圈地幔[11]。含稀土花岗伟晶岩中La/Nb值较高(2.97～3.73),且Th含量极高，为(1143～1355)×10-6,均反映了岩浆在上侵的过程中同化混染了地壳物质。

玲珑序列岩浆属二长花岗岩演化序列，岩石类型成分变化单一，范围窄，岩石化学特征显示主要为I型花岗岩，属过铝的酸性岩类。早期的玲珑序列岩浆(单元)多见与围岩呈明显的侵入接触，外接触带因受岩浆主动侵位挤压使围岩构造面产生平行化；晚期单元多分布在复式岩体的中心，也有的单元分布在复式岩体的边部，如笔架山单元。但晚期脉动形成的岩石单元结构相对较粗，多为块状构造；岩浆就位缓慢，矿物结晶粗大，如晚期的郭家店单元为中粗粒二长花岗岩、笔架山单元为伟晶不等粒花岗岩。从同位素年龄看，不同测定方法，甚至同一测定方法其年龄值变化范围很宽，可能与岩浆中的残余锆石和后期改造有密切关系。近期玲珑序列部分单元测得的SHRIMP U-Pb年龄为(142±3～160±3)Ma，继承锆石年龄多为700～800Ma、200～230Ma，个别为1764～1900Ma，表明该序列形成时代为晚侏罗世[5]。同时也说明玲珑序列岩浆熔融的源区主要以苏鲁造山带新元古代侵入物质为主，还有部分三叠纪和古生代物质[5-6]。

玲珑序列岩浆最后期形成的笔架山单元伟晶不等粒花岗岩主要分布在莱州市笔架山、山东头、牛蹄山，招远市银庄、杜家沟，莱阳市东格庄、荆山、凤凰山，牟平区向山、岿山、嵠山等地。呈涌动或脉动侵入于郭家店单元，并侵入古元古代荆山群、粉子山群和莱州序列西水夼单元内。该单元在胶莱盆地东北部的荆山凸起区主要侵入于古元古代荆山群地层中，呈岩株、岩枝、岩脉状产出，分布广泛。在岩浆岩结晶的末期，产生了富含H2O、CO2、F及稀土元素的残余岩浆—伟晶岩浆，沿围岩之构造裂隙上升，充填于其中。随着温度的降低，矿物开始结晶、分异及进一步富集。同时在伟晶岩内还产生了交代作用。塔埠头地区含稀土伟晶岩人工砂资料显示，氟碳铈镧矿(高温矿物)—黄铁矿、黄铜矿、方铅矿(中温矿物)—晚期石英(低温矿物)，是伟晶岩浆在不同温度下结晶而成的。伟晶岩的形成经历了硅酸盐熔浆结晶阶段、熔浆-溶液结晶阶段、临界-超临界溶液的交代-结晶作用阶段[12-16]。

笔架山单元花岗伟晶岩含矿性差异性较大，如后塔埠头村2号伟晶岩脉含矿性差,各元素含量均达不到工业要求；而1号伟晶岩脉含矿性较好，赋存以轻稀土元素为主的4个工业矿体，浅部含矿性好于深部。推测1号伟晶岩脉浅部比较厚大，在伟晶岩浆结晶过程中，温度散失较慢，因而有利于矿物的结晶、分异、富集，故不但使伟晶岩脉有大致的分带性，而且使有用元素富集而成矿。而2号脉脉幅较窄，岩浆冷凝快，分异差，使元素分散，不易成矿。

总体认为，晚侏罗世中期至早白垩世，鲁东来自上地幔的玲珑序列岩浆伴随着构造活动不断的上侵，同时同化了部分地壳物质，在鲁东的玲珑、昆嵛山、荆山(塔埠头)等地涌动或脉动侵入，主要侵入于古元古代或古-中生代地层，在玲珑序列末期，早期的分异残留岩浆伴随着富含稀土元素的汽水热液再次脉动上侵，富含稀土元素的汽水热液在上侵中进一步富集；在塔埠头地区上侵岩浆侵入于古元古代荆山群地层或构造裂隙中，形成了笔架山单元伟晶不等粒花岗岩；呈岩枝、岩脉、岩床状分布，并在厚大的伟晶不等粒花岗岩体中形成分带现象。富含稀土元素的汽水热液沿构造或地层薄弱面运移，在构造膨大部位富集成矿，随着温度的逐渐降低形成不同的稀土矿物。稀土矿物主要为氟碳铈镧矿，氟碳铈镧矿均赋存在长石中,氟碳铈镧矿的形成时间略晚于寄主矿物长石；氟碳铈镧矿单颗粒年龄128～134Ma[10]，属白垩纪。因此，推测岩浆活动后期的热液导致了稀土矿物富集成矿,形成氟碳铈镧矿,由此形成塔埠头伟晶岩型稀土矿床。

6 找矿标志

(1)岩石标志。塔埠头稀土矿控矿岩石为中生代侏罗纪玲珑序列笔架山单元不等粒伟晶花岗岩，因此笔架山单元不等粒伟晶花岗岩是塔埠头地区与其他类似地区稀土找矿的重要找矿标志。

(2)放射性异常标志。γ能谱测量主要参数为铀、钍、钾和总量。稀土元素常与钍、铀、钾相伴生，稀土元素含量与钍、铀含量呈正相关关系，品位高的稀土矿体引起的放射性异常也较高。稀土元素尤其是与钍元素关系密切，通过测定钍、铀等放射性元素的含量，圈定钍、铀等放射性元素异常，从而为寻找稀土矿床提供找矿依据。因此γ能谱异常是较好的找矿标志。

(3)已知稀土矿体标志。塔埠头矿区发现已知稀土矿体7个，稀土矿体均赋存于花岗伟晶岩床或岩脉中，因此沿已知稀土矿体的走向和倾向追索勘查可扩大稀土矿资源规模，并可寻找和发现新的稀土矿体。

(4)地球化学异常标志。根据1∶20万莱阳幅水系沉积物测量资料(3)山东省地质矿产局物化探大队,1∶20万莱阳幅水系沉积物测量工作报告,1985年。，在荆山凸起区，圈定出多个La、Y、Th、Yb、Zr、Nb、Be等元素异常。与区内发现的稀土矿化对应较好，因此这些元素的综合异常是寻找稀土矿重要的标志。

(5)重砂异常标志。含稀土花岗伟晶岩中Th含量极高,Th元素多赋存在钍石矿物中。因此，钍石重砂异常亦是较好的找矿标志[12]。

7 找矿前景分析

(1)区内成矿地质条件优越。研究区地处荆山凸起之上，区内褶皱和断裂构造发育，褶皱构造使区内荆山群地层陡立，形成较多的构造薄弱面，从而易于岩浆的侵入、含矿汽水热液的运移和富集。断裂构造主要发育NW向、NE向、近EW向断裂；构造为岩浆岩和稀土矿的形成提供良好的通道和赋存场所。同时区内广泛发育中生代笔架山单元不等粒伟晶花岗岩，为稀土矿的控矿岩石[17-20]。

(2)区内物化探异常突出。有圈定的航放异常10处，地面综合放射性异常4处。放射性异常强度高，规模较大，尤其是eTh异常明显，具有较好的找矿指示意义。区内有La、Y、Nb、Be、Yb、Li等地球化学异常和钍石等水系沉积物异常显著，都是稀土找矿的重要标志，指示区内稀土矿化条件较好。

(3)区内圈定稀土矿体7个，尤其在后褚河头一带圈定的3个稀土矿体均为单工程控制。沿走向和倾向追索新矿体，可继续扩大稀土矿资源规模。2019年稀土矿调查时有多件拣块样品有稀土矿化，均有待进一步的追索查证。原塔埠头稀土矿区(后塔埠头村一带)虽然成矿地质条件较好，现基本位于莱西市城区内。因此，找矿重点应转移到后褚河头至青阳夼一带，带内找矿标志、找矿线索较多。

(4)该区基岩出露差，地表普遍覆盖0.2～1.0m的第四纪地层，根据区内重力、磁法、激电等资料，该区隐伏岩体规模较大。而稀土矿多分布在较厚大的伟晶岩体中和构造带中，利用物探手段查清区内较厚大的伟晶岩体和较大构造，对于探寻新的稀土矿体具有重要意义。

(5)塔埠头稀土矿伴生矿产较多，主要有铀、钍、铌、钽、锆、锂、铍等。在稀土矿勘查时，建议应进行多矿种的综合勘查评价。

(6)加强对塔埠头地区伟晶岩形成机理和伟晶岩型稀土矿形成机制的研究，以更好地指导塔埠头地区和其他类似地区稀土找矿工作，实现该类型稀土矿的找矿突破。