綜合勘查方法在棗莊關帝廟地區稀土礦調查中的應用

孟慶旺，曹亞陽,于露,康一鳴,王珣,姚敏

(山東省物化探勘查院，山東 濟南 250013)

0 引言

稀土元素用途十分廣泛，除催化劑、冶金和玻璃陶瓷三大傳統領域外，近十余年稀土元素在高新技術材料中的運用飛速發展，稀土元素已成為發展高新技術產業的關鍵元素，需求量逐年遞增，作為國家高新技術發展的戰略性資源，進一步開展稀土礦的勘查十分必要[1]。

山東省稀土資源儲量約占全國資源儲量的8%，位居全國第二，但主要集中在郗山地區，棗莊薛城關帝廟研究區位于郗山稀土礦的東北部，為山東省五大稀土礦找礦遠景區之一。研究區內存在明顯的航空放射性異常，且成礦地質條件較為優越[2]，通過地質、物化探綜合勘查方法圈定物化探異常，進而指導槽探和驗證鉆孔的布設，發現稀土礦體3條，稀土礦化體18個，求得稀土礦石資源量45.45萬t，稀土氧化物資源量4688.3t，顯示出地質物化探綜合勘查方法在稀土礦調查中的良好應用效果[3]。

1 地質概況及航空放射性異常特征

1.1 地質概況

研究區處于嶧城凸起西部，由前寒武紀基底、古生代及中新生代蓋層組成，基底韌性變形，發育韌性剪切帶，蓋層區斷裂構造發育，以NE向為主，其次為NW向，斷層主要切穿關帝廟單元角閃石巖，郗山單元石英正長巖巖石中裂隙發育[4](圖1)。

區內地層較為簡單，僅見第四紀大站組。巖漿巖發育，主要為嶧山序列太平頂單元片麻狀中細粒含黑云花崗閃長巖，沂南序列靳家橋單元角閃閃長玢巖，沙溝序列沙溝單元輝石正長巖，沙溝序列郗山單元石英正長巖及一些正長巖巖脈，太平頂沙溝序列關帝廟單元超基性-基性巖，各組裂隙互相交織呈網脈狀，沿裂隙充填石英脈、正長巖脈、碳酸鹽脈，目前發現的稀土礦體即賦存于該巖體中[5]。

1—航放異常等值線(單位：γ)；2—研究區范圍圖2 薛城地區航空放射性異常平面圖

1.2 航空放射性異常特征

通過1∶20萬航空放射性測量資料可知，區內航測放射性背景值一般在9γ以下，在已知的郗山和關帝廟稀土礦床上均形成了12γ以上的放射性異常(圖2)，區內具備一定規模，放射性在12γ以上的異常共有5處，分別為郗山異常、關帝廟異常、匡山頭異常、東古山異常、東托村異常[6]。

其中郗山異常呈NW向橢圓狀展布，異常中心明顯，規模大，放射性強度高，峰值達21γ，面積約5km2，異常形態好，異常區已發現大型稀土礦床，關帝廟異常呈NE向展布，長約2.0km，寬約0.8km，最大強度在12γ以上，異常形態規則，且多孔見到稀土礦體或稀土礦化體，具有尋找一定規模的稀土礦床的前景[7]。

2 地球化學特征

在地質填圖的基礎上，首先開展土壤地球化學測量，其目的是圈定元素異常，為進一步工作提供依據。全區共圈出單元素異常183處，其中Y元素異常29處，La元素異常28處，Ce元素異常25處，Pr元素異常31處，Nd元素異常19處，Sm元素異常27處，Eu元素異常24處，最終圈定綜合異常3處，其中乙類異常2處(AP1、AP2)，丙類異常1處(AP3)，最終優選找礦意義較大的AP1、AP2異常開展異常查證工作。

AP1異常以Ce為主元素，伴生La、Eu、Nd、Pr、Sm、Y等元素的異常，呈近EW走向的不規則狀展布，且異常元素套合較好，并具內、中、外3個濃度分帶，Ce元素最高含量達2700.65×10-6，該異常區處于關帝廟單元超基性—基性巖、沙溝單元輝石正長巖和郗山單元石英正長巖中，異常規模較大，強度較高，成礦條件較好，異常區內發現2條稀土礦體及數條稀土礦化體，具有較好的成礦遠景[8]。

AP2異常以Ce為主元素，伴生La、Eu、Nd、Pr、Sm、Y等元素異常，呈NE走向的不規則狀展布，異常元素套合較好，并具內、中、外3個濃度分帶，Ce元素最高含量達3322.7×10-6，該綜合異常與AP1異常具有相似的地質條件，且異常高值區多位于巖體的界線附近，異常區內發現1條稀土礦體及數條稀土礦化體，具有較好的成礦遠景[9]。

3 地球物理特征

在地質、地球化學測量基礎上開展地球物理測量，地物化異常相互印證，提高找礦精度。本次工作在高精度磁測基礎上，開展視電阻率聯剖測量，其數據質量可靠，效果較為明顯

3.1 磁場特征

研究區磁場變化范圍較大，ΔT強度在-800nT～2100nT之間，總體表現為南部較高北部相對較低的磁場分布特征(圖3)；南部磁場強度較高(Ⅱ區)，ΔT強度主要在300nT～1000nT之間，主要為新太古代晚期嶧山序列太平頂單元含黑云花崗閃長巖的反映；北部磁場相對較低(Ⅰ區)，ΔT強度主要在-500nT～500nT之間，且磁場波動性較強，主要為中生代燕山晚期沙溝序列巖漿巖的反映[10]。

1—高精度磁測等值線及注記(單位:nT)；2—稀土礦見礦鉆孔及編號；3—稀土礦見礦化鉆孔及編號；4—稀土礦體及編號；5—磁異常范圍及編號；6—研究區范圍圖3 棗莊關帝廟地區高精度磁測ΔT等值線平面圖

局部正磁異常主要位于關帝廟—李樓村一帶，均位于研究區北部磁場相對較低(Ⅰ區)磁場分區以內，相對明顯的磁異常4處，編號M1—M4。其中M1磁異常為低緩正磁場特征，ΔT幅值在50nT～350nT，主要為中生代燕山晚期沙溝序列關帝廟單元細粒含磷灰石黑云母透輝石巖引起，且異常的梯級帶附近為稀土礦成礦有利部位，見礦鉆孔(ZK1、ZK2004、ZK2001)均位于該異常100nT～200nT梯級帶附近[11]。

3.2 視電阻率分布特征

為研究區電阻率分布、隱伏斷裂特征，開展視電阻率聯合剖面測量，由圖4可知，關帝廟地區視電阻率總體偏低，視電阻率在110～380Ω·m，總體可劃分為相對高阻區和相對低阻區[12]。相對高阻區主要位于F7斷裂—關帝廟、以及李家樓—沙溝鎮一帶，局部形成規則的橢圓形或條帶狀相對高阻，視電阻率在260～380Ω·m，主要由中生代燕山晚期沙溝序列關帝廟單元細粒含磷灰石黑云母透輝石巖引起；相對低阻區有2處，1處位于推斷斷裂F1以南地區，視電阻率在160～240Ω·m，主要由中生代燕山晚期沙溝序列郗山單元細粒霓輝石英正長巖引起，另1處位于F7斷裂北段地區，視電阻率在160～220Ω·m，主要由中生代燕山晚期沙溝序列郗山單元細粒霓輝石英正長巖和沙溝單元含黑云輝石正長巖引起[13]。

1—視電阻率等值線及注記；2—稀土礦見礦鉆孔及編號；3—稀土礦見礦化鉆孔及編號；4—稀土礦體及編號；5—勘探線及編號；6—實測/推測斷裂及編號；7—研究區范圍圖4 棗莊關帝廟地區視電阻率聯剖等值線平面圖

1—殘坡積土；2—角閃石巖；3—輝石角閃石巖；4—輝石正長巖；5—正長巖；6—稀土礦體；7—稀土礦化體；8—鉆孔剖面位置圖5 棗莊關帝廟地區1勘探線地質-物探綜合剖面圖

3.3 視電阻率聯剖特征

研究區地質填圖時發現斷裂構造3條(F7、F9、F10)，通過開展視電阻率聯剖推斷斷裂構造4條(F3、F4、F5、F6)，基本了解研究區內構造分布特征，F6斷裂位于研究區南部，關帝廟村—黎墟村的南部，為弧形斷裂，為低阻正交點的連線，且交點兩側出現明顯的分離帶，斷裂南側多為太平頂單元中細粒含黑云花崗閃長巖，斷裂北側為關帝廟單元細粒含磷灰石黑云母透輝石巖，推斷該斷裂為以上2種巖性的接觸帶，且接觸帶的傾變化向相對復雜；F3斷裂位于研究區東北部，搬倒井村的北部，亦為弧形斷裂為明顯的低阻正交點和“U”型低阻帶，變換大極距時，交點向南移動，斷裂東側為郗山單元細粒霓輝石英正長巖，斷裂西側為關帝廟單元細粒含磷灰石黑云母透輝石巖，推斷該斷裂為以上2種巖性的接觸帶，推斷斷裂南傾，經鉆探驗證發現②號稀土礦體[14]；F4斷裂位于研究區西北部，關帝廟村的東部，呈NE向展布，為低阻正交點的連線，且交點兩側出現明顯的分離帶，變換大極距交點向北移動，斷裂位置為關帝廟單元細粒含磷灰石黑云母透輝石巖，推斷斷裂向N傾，經鉆探驗證發現①號稀土礦體[15]。

4 異常的研究與驗證

通過本次稀土礦調查，關帝廟地區共發現稀土礦體3條，稀土礦化體18個，求得稀土礦石資源量45.45萬t，稀土氧化物資源量4688.3t。所發現的3條稀土礦體均受斷裂控制，且稀土礦體(含礦化體)上均出現明顯的低阻異常[16]，現以1勘探線(①號稀土礦體)為例闡述：

5 結論

通過地質、物化探綜合方法圈定物化探異常，縮小找礦靶區，最終在關帝廟地區發現稀土礦體3條，稀土礦化體18個，求得稀土礦石資源量45.45萬t，稀土氧化物資源量4688.3t，取得較好的應用效果，對指導該區稀土礦的找礦具有較好的借鑒意義。

實踐證明，地質、物化探方法相互印證，提高了地質解譯的精度，在圈定地物化異常，尋找地質構造，指導探礦工程的布設是經濟、有效、快速的手段。不同地區、不同地質條件還可以采用不同的地物化探方法組合，加以靈活應用，可起到事半功倍的效果。