鲁西胡家庄-西石马地区稀土矿成矿地质特征及找矿前景分析

王继芳，徐然，安茂国，陆林祥，唐洪敏，谢丽丽，黄坤朋

(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 济宁 272100)

0 引言

济南市章丘区胡家庄—淄博市博山区西石马地区发育与稀土矿成矿关系密切的中生代燕山期蛭石化含磷灰石云母岩和碳酸岩。2019年山东省鲁南地质工程勘察院在开展山东省稀土矿资源调查评价时，在胡家庄-西石马地区新发现稀土矿体1个、多个矿化体及稀土矿化线索，在榆林地区圈定了γ能谱异常4个，通过异常查证取得了较好的稀土找矿效果。胡家庄-西石马地区稀土成矿地质条件优越，找矿前景较好。本文旨在通过对该区稀土矿成矿地质特征、矿床成因进行分析研究，探讨其控矿作用，总结其成矿规律，分析找矿前景，以期对今后该区稀土矿的找矿有所启示[1]。

1 区域成矿地质背景

胡家庄-西石马地区处于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)之鲁中隆起(Ⅲ)上，四级构造单元跨鲁山-邹平断隆(Ⅳ)和泰山-济南断隆(Ⅳ)，五级构造单元跨泰山凸起(Ⅴ)和博山凸起(Ⅴ)。其中NW向的铜冶店-孙祖断裂为泰山凸起和博山凸起的分界断裂。区域地层主要发育寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系及第四系，主要分布于研究区的东部及西北角，其他区域零星分布，面积约占研究区面积的35%(图1)。区内构造以断层为主，分为NW向、NE向、近EW向、近SN向4组，其中NW向的铜冶店-孙祖断裂、五色崖断裂、文祖断裂和近SN向的姚家峪断裂为区域上的较大断裂，控制了该区地层、构造和岩浆岩的展布(图1)[2]。

1—第四系；2—石盒子群；3—月门沟群；4—马家沟群；5—九龙群；6—长清群；7—鹿野单元；8—腰关单元；9—松山单元；10—蒋峪单元；11—上港单元；12—断裂；13—重点工作区

该区岩浆岩较发育，由老到新依次为新太古代黄前、新甫山、峄山、傲徕山序列，中元古代牛岚单元辉绿岩(脉)，中生代燕山晚期济南、雪野序列，面积占研究区面积的65%。另外区内发育较多脉岩，脉岩种类较多，主要有二长花岗岩脉、闪长岩脉、煌斑岩脉、闪长玢岩脉、辉绿岩脉、伟晶岩脉、石英脉、重晶石脉等。

傲徕山序列蒋峪单元条带状中粒二长花岗岩和松山单元中粒二长花岗岩在研究区分布面积最广。研究区中部条带状的中粒二长花岗岩为稀土矿的围岩，中生代燕山晚期雪野序列腰关单元蛭石化含磷灰石云母岩和鹿野单元碳酸岩与该区稀土矿化关系密切，为该区稀土矿的成矿母岩。区内自胡家庄-西石马一带，在东西长55km,南北宽15km范围内，断续分布碳酸岩和云母岩岩体100多个，在雪野和东石马较为集中。岩体规模较小，单个侵入体一般长几十米至数千米，宽0.5m至十余米。蛭石化含磷灰石云母岩和碳酸岩常相伴产出，偶尔出现二者的过渡类型，无明显演化关系。在西部胡家庄和东部西石马多呈岩床状产出，在中部榆林一带多呈岩脉状产出[3-6]。研究区内有碳酸岩岩体分布的地区都有不同程度的稀土矿化，通过对以往资料的分析，在研究区内选出了3个重点工作区，即胡家庄重点工作区、榆林重点工作区和西石马重点工作区。

2 矿床(点)特征

研究区内发现3个矿点，即胡家庄矿点、榆林矿点和西石马矿点。

2.1 胡家庄矿点特征

该矿床主要由3个矿(化)体组成，矿(化)体呈薄层状，由于矿(化)体产状平缓，地形切割厉害，矿体的头尾均已出露。在地质平面图上呈3个长形薄层状矿体，自西向东分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ号矿(化)体，其特征见图2和表1。矿体围岩主要为泥质灰岩，其次是粉砂质页岩、灰岩及闪斜煌斑岩。矿床与围岩的界线清楚，蚀变轻微，但在近矿围岩中可见碳酸盐化、矽卡岩化、萤石化等蚀变[7]。

1—第四系；2—奥陶系；3—寒武系；4—中生代鹿野单元碳酸岩；5—新太古代松山单元二长花岗岩；6—煌斑岩脉；7—地质界线；8—角度不整合地质界线；9—断层及推测断层；10—构造角砾岩带；11—稀土矿体

表1 胡家庄矿体特征一览表

2.2 榆林矿点特征

榆林矿点多为矿(化)体，矿(化)体厚度小于1m。矿(化)体分布于峪门村东及东南、黑山头、槐树峪、榆林前东、榆林北及宅科等地，按其群集程度自北向南，自西向东划分为8个矿带，20个矿(化)体。

Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ矿带分布于峪门村东及东南约1km处，各矿体产状不一，厚度均在0.50～1.20m之间,相对比较稳定，地表出露随山坡地形变化，呈带状环绕于山坡，出露海拔高度在+270m～+330m之间。各矿体由边部向内具分带现象，边部矿体已风化，但不含云母，矿石为褐铁矿化碳酸岩，局部矿体含有花岗岩及斜长角闪岩角砾，由边部向内部云母与磁铁矿含量增高，矿石变为含云母磁铁矿碳酸岩，在Ⅰ矿带及Ⅱ矿带底部含有结晶碳酸岩，一般厚度为20cm，分布局限，呈透镜体状产出，矿体顶底板均可见到烘烤红化现象。

2.3 西石马矿点特征

西石马矿点位于西石马北lkm的+595.5高地，主要包括2个矿化体，编号Ⅰ,Ⅱ，矿化体呈岩床状，倾向NNW，倾角5°±，一般2°～6°之间，相对稳定。地表出露随山坡地形变化而改变，呈带状围绕山头或围于半山坡，海拔一般在+480m～+510m之间，东西延长900m，南北延长400m，围岩为奥陶纪马家沟群五阳山组灰岩(图3)。

1—山前组；2—八陡组；3—阁庄组；4—五阳山组；5—土峪组；6—北庵庄组；7—东黄山组；8—三山子组a段；9—雪野序列鹿野单元碳酸云母岩；10—地质界线；11—断层；12—推测断层；13—稀土矿化体编号

2.4 矿石质量

研究区内矿石类型主要有2种，一种是含云母磁铁矿碳酸岩，另一种为蛭石化云母岩，另外有少量褐铁矿化碳酸岩及结晶碳酸岩。

含云母磁铁矿碳酸岩：地表风化呈土黄色、褐黄色，较新鲜的呈黑色，因分异作用，局部其底部含有结晶碳酸岩呈褐色，矿石呈斑状结构、块状构造，主要矿物成分为碳酸盐、磁铁矿、云母磷灰石、少量石英。碳酸盐主要为方解石，少量白云石，其含量变化范围较大，方解石为自形—他形粒状，颗粒在0.5～1.5mm之间，无色等轴状具负突起及双晶，其中有磷灰石及磁铁矿包体。磁铁矿自形—半自形粒状，粒径0.05～0.3mm，多被赤铁矿、褐铁矿所交代，含量一般为35%，最高可达54%。黑云母呈深棕褐色、黄色，含量在5%～20%，呈定向排列，粒径为1～3mm。磷灰石长柱状，自形—半自形，横断面为六边形，粒径一般为0.01～0.1mm，有被碳酸盐交代现象，含量在6%左右，局部集中高达10%以上。该类型稀土矿石采样分析结果显示，主要化学成分为SiO2，CaO，P2O5，Fe2O3；其次为稀土氧化物TRE2O3和Al2O3，FeO，K2O，MgO等。磁铁矿碳酸岩岩石稀土元素、组合分析、微量元素分析结果显示，该类稀土矿石中稀土矿以轻稀土为主，含少量重稀土(表2—表6)。

表2 西石马地区矿化体特征一览表

表3 稀土矿(化)体岩石化学分析结果表 单位：×10-2

表4 稀土矿石组合分析结果表 单位：×10-6

表5 稀土矿石稀土元素分析结果表 单位：×10-6

表6 稀土矿石微量元素分析结果表 单位：×10-6

磷灰石及磁铁矿包体：磁铁矿自形—半自形粒状，粒径0.05～0.3mm，多被赤铁矿、褐铁矿所交代，含量一般为35%，最高可达54%。黑云母呈深棕褐色、黄色，含量在5%～20%，呈定向排列，粒径为1～3mm。磷灰石长柱状，自形—半自形，横断面为六边形，粒径一般为0.01～0.1mm，有被碳酸盐交代现象，含量在6%左右，局部集中高达10%以上。该类型稀土矿石采样分析结果显示，主要化学成分为SiO2，CaO，P2O5，Fe2O3；其次为稀土氧化物TRE2O3和Al2O3，FeO，K2O，MgO等。磁铁矿碳酸岩岩石稀土元素、组合分析、微量元素分析结果显示，该类稀土矿石中稀土矿以轻稀土为主，含少量重稀土。

蛭石化云母岩:呈灰绿—灰黑色，风化后呈黄褐色、棕色，似斑状结构、块状构造，斑晶为蛭石化云母及其他矿物，主要矿物成分蛭石、黑云母、碳酸盐、磷灰石、磁铁矿和少量透辉石等。蛭石呈褐色、黄褐色，自形片状晶体，灼烧时体积膨胀，粒径一般为1.2～3mm，最大可达20mm，镜下呈淡黄色，吸收性明显减弱，部分被沸石和钠闪石交代，一般含量为40%～70%，最高含量可达90%以上，黑云母呈褐色—深褐色，镜下为棕褐色—亮黄棕色，自形片状晶体，粒经1～2mm，大部分蛭石化沿黑云母周围进行，蛭石化不完全，中心部分有黑云母残留，呈环带状。碳酸盐主要是方解石，斑晶呈半自形粒状，有的呈聚合晶，有的含有磷灰石及磁铁矿的包体，基质为他形粒状、镶嵌结构，是基质中最他形的矿物。磷灰石自形柱状、针状和板状晶体，多呈集合体或单体分布于其他矿物的间隙中，少部分呈包体分布于蛭石化黑云母等矿物之中，有被碳酸盐交代现象。磁铁矿自形—半自形晶体，粒径0.5～1.2mm，呈集合体分布于其他矿物间隙之中，普遍褐铁矿化。化学成分为SiO2，Al2O3，CaO，MgO，TFe，FeO，MnO，TiO2，K2O，Na2O，P2O5等；普遍含有稀土元素，以轻稀土为主，主要La，Ce，Pr，Nd，Sm，其含量与P2O5含量成正比[8-9]。

褐铁矿化碳酸岩：呈黄褐色，为地表出露的矿石，矿石较软，用手触摸染手，呈风巢状，因强烈蚀变，镜下很难辨认矿物成分，滴盐酸起泡，主要分布于含云母磁铁矿碳酸岩矿体的边部。

结晶碳酸岩：呈褐红色，分布于含云母磁铁矿碳酸岩的底部，一般厚度20cm，分布局限，主要呈透镜状产出，主要矿物成分为碳酸盐、磷灰石，其次为磁铁矿及少量黑云母、石英，碳酸盐含量为70%～80%，最高达95%。

研究区稀土矿中伴有磷和铁，以往工作中分别采取了相应样品对P2O5和TFe进行了分析，2种元素均达到伴生矿物综合利用指标[10-11]。

2.5 围岩蚀变

在西部胡家庄和东部西石马石灰岩分布区矿体与围岩的界线清楚，蚀变轻微，但在近矿围岩中可见碳酸盐化、矽卡岩化、萤石化等蚀变。在中部榆林一带二长花岗岩分布区，发育褐铁矿化、磁铁矿化、绢云母化、碳酸盐化、硅化等，局部偶见萤石化，一般岩浆岩2m以外蚀变微弱。与稀土矿化关系密切的围岩蚀变主要有磁铁矿化、碳酸盐化、硅化等。

3 矿床成因

3.1 成矿时代与成矿条件

2018年，山东省第五地质矿产勘查院对胡家庄稀土矿中的锆石进行U-Pb测年，确定的成矿时间为(94.3±2.5)Ma，属中生代燕山晚期[12]。刘敬杰等[13]认为，研究区稀土矿床成矿流体演化晚期热液阶段形成的石英矿物中的流体包裹体以气液两相H2O包裹体为主，均一温度主要集中在119.1～233.2℃。盐度变化范围大致分布在8.1～22.4%，平均16.2%，成矿流体盐度为中低盐度流体；密度变化于0.9～1.1g/cm3，平均1.02g/cm3。

3.2 矿床成因

胡家庄-西石马地区稀土矿与区域燕山期构造、碳酸岩岩浆活动具有内在的时空、成因联系，该区区域性的铜冶店-孙祖断裂、五色崖断裂、文祖断裂、姚家峪断裂和其南部的莱芜弧形断裂多期次活动，使来自上地幔携带了丰富的稀土元素的岩浆上侵，在上侵的过程中同熔了部分壳源物质形成了再生岩浆，再生岩浆经结晶分异形成碳酸岩侵入体。岩浆第一次大规模的活动，首先形成蛭石化云母岩，此次活动形成的岩体规模比较大，分布范围也较广，区内发现的的蛭石化云母岩厚度一般在1～2m，有的地方可达8m以上。第二次岩浆活动形成了含云母磁铁矿碳酸岩，岩体规模较小，目前发现的岩体厚度一般在0.4～1.2m，有的地段边部仅0.1m。本次活动形成的岩体边部为磁铁矿碳酸岩，由于出露地表或接近地表，多已风化为褐铁矿化碳酸岩，由边部向内逐渐过渡为含云母磁铁矿碳酸岩，由于分异作用在其底部局部地段形成结晶碳酸岩。区域上在含云母磁铁矿碳酸岩中，可见到蛭石化碳酸云母岩的包体，并见到碳酸岩呈脉状侵入于蛭石化云母岩中，在西石马地区一岩管中，可见到这2次活动形成的岩体呈渐变过渡接触，由此可以证明区内2种矿体为同时期不同次岩浆活动而形成的。稀土元素在超基性碳酸岩中的分布特征是，早期形成的岩石中稀土元素以类质同象赋存于方解石、磷灰石中，晚期形成的碳酸岩中，稀土元素都富集在稀土元素矿物中，本区蛭石化碳酸云母岩的稀土氧化物含量一般在0.21%～0.41%之间，含云母磁铁矿碳酸岩稀土氧化物含量在0.45%～1.33%之间，TFe与P2O5的含量在第二次岩浆活动形成的矿(化)体含量明显偏高，稀土元素的含量与P2O5含量明显成正比，但在2种矿体中均未见到单独的稀土矿物存在。区内矿体属岩浆热液型矿床。由于岩浆侵入期次相对较少，目前发现的岩浆岩规模相对较小，相应的稀土矿规模也较小，品位较低[13]。

4 找矿标志

(1)岩石标志。由于矿体与碳酸岩和蛭石化云母岩在空间上具有紧密共生的关系，因此这2种岩性是区内稀土矿的最直接、最明显的找矿标志。

(2)放射性异常标志。该类型稀土矿呈似层状、板状、岩床、岩脉状，其围岩主要为寒武—奥陶纪灰岩和基底中粒二长花岗岩，围岩的放射性非常低，而碳酸岩(稀土矿体)的γ能谱值则较高，因此γ能谱异常是较好的找矿标志。

(3)就矿找矿。稀土矿赋存于碳酸岩岩床或岩脉中，因此已知稀土矿的侵入层位或岩脉状稀土矿的走向和倾向是寻找稀土矿较有效的方法之一[14-17]。

5 成矿远景区与找矿靶区

5.1 成矿远景区

胡家庄-西石马地区处于泰山凸起(Ⅴ)和博山凸起(Ⅴ)的结合部位，面积约800km2，该区发育多个区域性的较大断裂，与稀土成矿有关的中生代碳酸岩体断续分布100多个，呈岩床、岩脉、岩管状侵入于寒武-奥陶纪地层、基底侵入岩或构造带中。区内航空放射性异常明显，形态规整，呈椭圆形，主要沿NW向展布。2019年在榆林一带圈定了4处地面放射性综合异常，异常形态规则，峰值较高。并且该区有多处La,Y等地球化学异常，尤其La化学异常在胡家庄—榆林一带十分突出，分布面积较大。区内有已知的稀土矿点3个，矿化线索较多。因此研究区具有较好的稀土成矿地质条件和找矿前景。根据找矿信息、已知矿床、地球化学信息、地球物理信息、自然重砂等远景区圈定的必要条件，研究区划为B级成矿远景区(图4)。

1—第四系；2—石盒子群；3—月门沟群；4—马家沟群；5—九龙群；6—长清群；7—鹿野单元；8—腰关单元；9—松山单元；10—蒋峪单元；11—上港单元；12—断裂；13—航空放射性测量等值线；14—综合异常及编号；15—稀土矿点；16—B级成矿远景区；17—B级成矿靶区

5.2 找矿靶区

根据成矿远景区内不同区段与成矿有关的碳酸岩、构造的发育程度，γ能谱异常特征、地球化学、重砂异常特征、已知矿床特征和其他矿化线索等，在预测标志优化基础上最大限度地缩小靶区面积。在胡家庄-西石马成矿远景区内划分了3个找矿靶区，即胡家庄找矿靶区、榆林找矿靶区、西石马找矿靶区。均为B级成矿靶区(表7)。

表7 稀土找矿靶区特征一览表

6 找矿前景分析

(1)研究区发育大型的区域构造和较多的次一级小型构造，为岩浆岩和稀土矿的形成提供良好的通道和赋存场所[14]。

(2)目前发现的碳酸岩体多零星分布，规模较小，活动期次相对较少，热液活动和围岩蚀变较弱，不利于形成大型和高品位的稀土矿床。但该区区域构造活动期次较多，碳酸岩分布面积广，有形成大型碳酸岩体地质条件。研究区东、西部剥蚀较浅，在西石马一带出露层位为奥陶纪五阳山组，岩浆侵入的通道尚未发现，深部尤其在盖基结合部或有较大规模的隐伏碳酸岩体发育。另外雪野水库为区域性的铜冶店-孙祖断裂、五色崖断裂、文祖断裂和莱芜弧形断裂的交会部位，有形成较大规模碳酸岩体的条件。因此探讨中生代碳酸岩体的侵入机制、侵入通道，利用物探等多种方法推测和寻找较大规模的碳酸岩岩体，对寻找较大规模稀土矿体具有重要意义[15]。

(3)区内放射性异常显著，是稀土找矿的重要标志。2019年在该区圈定地面放射性综合异常4个，异常与发现的稀土矿(化)体吻合较好。因此在研究区内成矿有利区段开展伽玛能谱测量，是该区稀土找矿的重要手段之一[16]。

(4)研究区内发现3个稀土矿点，稀土矿(化)体25个，其中胡家庄矿点3个，榆林矿点20个，西石马矿点2个，以及众多的矿化线索。尤其在榆林矿点，2019年新发现稀土矿体1个，矿化线索多处，其中有7件拣块样品品位大于边界品位(0.51%～1.47%)，但未能及时施工探槽，有待进一步的追索勘查。对已知稀土矿体沿走向和倾向追索勘查，利用地质、物探、探矿工程等手段，预计会取得较好的找矿效果[17-21]。

(5)区内碳酸岩磷灰石含量较高，在榆林矿点一般P2O5含量在6%左右，局部集中高达10%以上。在西石马和胡家庄，一般P2O5含量在3.6%左右，可作为伴生矿产进行综合利用。