魯西地區稀土礦成礦模式及礦床成因探討

張鵬，蘭君

(山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊,山東 泰安 271000)

稀土(rare earth)有“工業維生素”的美稱，稀土元素在能源、石油化工、機械、冶金、輕工、國防軍工等領域應用十分廣泛，近年來，新興工業對稀土的需求程度正逐步提高，戰略地位日益明顯，現如今已成為極其重要的戰略資源。稀土元素氧化物是指元素周期表中原子序數為57～71的15種鑭系元素氧化物，以及與鑭系元素化學性質相似的鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素的氧化物。魯西地區稀土礦所含稀土元素主要為輕稀土元素[1]，該文從成礦時代及成礦物質來源入手，總結成礦要素，建立成礦模式，探討礦床成因。

1—凹陷區；2—隆起區；3—稀土礦(床)點圖1 魯西地區稀土礦床(點)分布及大地構造位置圖[2]

1 資源分布

魯西地區目前發現的稀土礦屬于輕稀土礦床(包含鈰，鑭，釹，鐠等元素),重稀土(包含鐿、釓，鏑等)僅見礦化顯示。魯西地區輕稀土礦產出的地質背景不同(表1)[2]。成因類型為與堿性巖—碳酸巖有關的巖漿熱液型，從南往北依次分布有微山郗山稀土礦、薛城關帝廟稀土礦、蘭陵龍寶山稀土礦、萊蕪胡家莊稀土礦和淄博八陡稀土礦(圖1)，目前，微山郗山稀土礦經多期勘查評價，達到大型礦床規模，其他均為小型礦床或礦點。該文從成礦時代、成礦物質來源來探討魯西地區稀土礦成礦模式及礦床成因(表1)。

表1 魯西地區稀土礦床(點)空間分布[3]

2 礦(床)點簡述

2.1 與中生代燕山晚期堿性巖有關的稀土礦

礦床的產出與中生代燕山晚期堿性巖的侵入密切相關[3]。礦體產于侵入體內外接觸帶、巖脈或巖體內。如微山縣郗山稀土礦床，棗莊市薛城區關帝廟稀土礦、蘭陵縣龍寶山稀土礦[4-6](照片1)?，F以微山縣郗山稀土礦作為典型礦床簡述如下：

郗山稀土礦產于中生代燕山晚期含霓輝石石英正長巖內外接觸帶。礦體主要為含稀土石英重晶石碳酸鹽脈，總體呈單脈、網脈狀的礦脈群產出。單礦體長度30～540m，寬度0.1～9.19m，礦體厚0.15～4.50m，礦體分叉、膨縮頻繁，多呈沿走向過渡為細脈狀或細脈浸染狀分布。圍巖為新太古代片麻狀中?；◢忛W長巖及中生代石英正長巖等，近礦脈的圍巖中具顯著的堿質交代蝕變，主要為鈉長石化、霓輝石化和鈉鐵閃石化，可見重晶石化、碳酸鹽化、螢石化、白云母化、黃鐵礦化、黃銅礦化、方鉛礦化、閃鋅礦化、輝鉬礦化等，稀土礦物呈浸染狀分布其中，構成稀土礦化或礦體。稀土礦物主要為氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦、碳酸鈰鈉礦、菱鈣鍶鈰礦、獨居石、富鈾燒綠石、釷石等[7]，礦石品位TRE2O3為1.55%～18.20%。礦石礦物組合主要有碳酸鹽組合、褐鐵礦組合、鈰磷灰石組合和氟碳鈰礦榍石組合4種組合；礦石自然類型主要為含稀土石英重晶石碳酸鹽型(地表為含稀土褐鐵礦化石英重晶石)[8-9]、含稀土花崗閃長巖型和含稀土堿性巖型等。

1—郗山含稀土石英重晶石碳酸鹽脈型礦石；2—龍寶山褐鐵礦化斜長輝石巖型礦石；3—胡家莊碳酸巖型礦石；4—八陡蛭石 化含磷灰石云母巖型礦石 照片1 魯西稀土礦床(點)礦石照片

2.2 與中生代燕山晚期碳酸巖有關的稀土礦

礦體產于碳酸巖、云母巖巖體中，如胡家莊、八陡稀土礦。該礦床含礦巖體規模小、數量多，在東西長約65km，南北寬約33km范圍內斷續出露100多個巖體[10]，多呈層狀侵入于沉積地層中，礦體產狀與圍巖產狀基本一致。礦體與圍巖界線明顯，薄層狀充填。選取胡家莊稀土礦簡述如下：

胡家莊稀土礦有3個礦體組成，其中Ⅱ號礦體規模最大，呈薄層狀展布，長1100m，寬150m左右，礦體厚0.86m。主要稀土礦物有氟碳鈰礦、氟碳鈣鈰礦，礦石中主要礦物成分為碳酸鹽、石英、磁鐵礦、磷灰石、黑云母等，其次為褐鐵礦、鉀長石、重晶石、綠泥石、金云母及金屬硫化物等[11]。礦石品位TRE2O3為0.95%～1.10%。氟碳鈰礦呈不規則碎屑狀、粒狀集合體充填于方解石粒間或與方解石交織嵌布。礦石中的稀土元素，以輕稀土為主，主要為鈰組元素的鈰、鑭、釹、鐠等，有少量的重稀土釔，Ce∶La∶Nd∶Y約為4∶2∶1∶0.2。胡家莊稀土礦圍巖蝕變類型有碳酸鹽化、矽卡巖化、螢石化等。稀土礦化伴隨碳酸巖巖漿侵入到沉積地層中。根據礦石的物質成分，礦石類型為含鈮稀土—鈰組類型[8]。

3 成礦時代

對郗山稀土礦含稀土碳酸巖礦脈的白云母樣品采用單顆粒白云母Rb-Sr法進行定年，測得成礦時間為119.5±1.7Ma[12]。

龍寶山稀土礦中偏堿性雜巖體侵入時間為(174.11±3.47)～(119.25±2.32)Ma；與稀土礦有關的蝕變及礦化年齡為(116.62±1.93)～(107.34±2.32)Ma[13-15]。

薛城關帝廟稀土礦賦礦巖石細粒含磷灰石黑云母透輝巖鋯石U-Pb同位素年齡測定為115Ma[16]。

胡家莊稀土礦碳酸巖鋯石U-Pb測年確定的成礦時間為94.3±4.2Ma[10]。

對八陡稀土礦蛭石化含磷灰石云母巖中黑云母采用K-Ar法測得成礦時間為134.943±1.8Ma。

因此，魯西地區稀土礦成礦時代為94.3±4.2Ma～134.943±1.8Ma，屬中生代燕山期[17](表2)。

表2 魯西地區稀土礦巖(礦)石同位素年齡

4 成礦物質來源

藍廷廣等[12]通過對郗山稀土礦氟碳鈰礦和獨居石中的Nd同位素測試得到，εNd(t)為-10.1～-8.2，平均值為-8.8，與堿性巖的Nd同位素組成εNd(t)=-8.7～-8.1完全一致。這表明郗山稀土礦及與其成礦有關的堿性巖均來源于富集地幔[18]。

胡家莊稀土礦δ34SCDT值為(-4.42～-6.82)×10-3之間，均值：-5.83×10-3，極差：2.4×10-3。變化范圍較窄，表明硫化物來源單一，可能來源于地殼中富32S的沉積物或大氣降水下滲循環的地下熱水。δ13CPDB值為(-1.36～-6.91)×10-3之間，均值：-4.95×10-3，極差：6.47×10-3，與地幔來源C同位素值(集中分布在-5×10-3)接近，顯示胡家莊碳酸巖型稀土礦具有幔源特征。且邱檢生等[18]，通過對魯西碳酸巖中磷灰石的LA-ICP-MS原位微區成分測定，進一步佐證其寄主碳酸巖為火成成因，巖漿源區應為遭受過流體交代作用的富集地幔。

綜合分析認為，魯西地區與堿性巖—碳酸巖有關的巖漿熱液型稀土礦床[19]，成礦物質來源主要來自富集地幔。

5 成因探討

魯西已發現的稀土礦床(點)均與巖漿熱液成因的堿性巖—碳酸巖類巖石有關(圖2、圖3)。魯西地區各稀土礦床(點)成礦要素見表3。

圖2 堿性巖—碳酸巖形成環境圖 (據《中國新疆稀有及稀有金屬礦床》，2006，修改)

1—新太古代變質巖；2—寒武—奧陶紀沉積巖；3—燕山期正長(斑)巖；4—燕山期含磷灰石黑云母透輝巖；5—燕山期碳酸(云母)巖；6—稀土礦體；7—石英正長巖；8—含磷灰石黑云母透輝巖；9—碳酸(云母)巖；10—花崗閃長巖；11—英云閃長巖；12—幔源巖漿運移方向圖3 魯西地區稀土礦床成礦模式圖 (據山東省稀土礦資源潛力評價成果報告，2011，修改)

表3 魯西地區稀土礦床(點)成礦要素

魯西地區已發現查明的稀土礦均為與中生代燕山晚期堿性巖—碳酸巖有關的巖漿熱液型輕稀土礦床。燕山晚期，魯西地區構造活動強烈，中偏堿性巖漿活動頻繁，為稀土元素的運移富集提供了充足的熱源和熱液[13]。上升的地幔物質——堿性巖、碳酸巖巖漿沿板內深大斷裂上升運移，上侵過程中攜帶其中的輕稀土元素[20]，在巖漿活動后期形成的巖漿熱液中，稀土元素進一步富集，形成含稀土的成礦熱液，在成礦有利部位——成礦期及前期斷裂、圍巖裂隙及地層層間裂隙帶中充填交代形成稀土礦化。

6 結語

(1)魯西地區稀土礦成礦時代為(94.3±4.2～134.943±1.8)Ma，屬中生代燕山期。

(2)魯西地區稀土礦為與堿性巖—碳酸巖有關的巖漿熱液型稀土礦床，成礦物質來源主要來自富集地幔。

(3)魯西地區稀土礦分布于魯中隆起嶧山、尼山、博山和泰山凸起的邊部，各凸起邊部的斷裂系統為主要的控礦構造，其與中生代侵入巖(沙溝序列巖體、雪野序列巖體和龍寶山雜巖體)的疊加部位為找礦有利地段。