山東省稀有金屬礦產(chǎn)資源特征及找礦方向淺析

陳磊，邢楠，趙艷,蘭君，李得建，張業(yè)智，曹德強*，劉袁坤

(1.山東省地質(zhì)調(diào)查院，山東 濟南 250104；2.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊，山東 泰安 271000；3.鄒城市自然資源和規(guī)劃局，山東 鄒城 273500；4.山東微山湖稀土有限公司，山東 濟寧 277600)

0 引言

稀有元素一般指在地殼中含量較少、分布稀散或難以提煉，過去很少被利用的金屬元素，如鈮(Nb)、鉭(Ta)、鋰(Li)、鋯(Zr)、鉿(Mf)、鈹(Be)、鍶(Sr)、銣(Rb)、銫(Cs)等[1-2]。稀有金屬廣泛應(yīng)用于冶金、石油化工、玻璃陶瓷、電氣、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、輕紡等傳統(tǒng)領(lǐng)域，更是發(fā)展新能源、新材料、節(jié)能環(huán)保、航空航天、電子信息等新興產(chǎn)業(yè)的核心資源。隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高科技領(lǐng)域?qū)ο∮薪饘俚V產(chǎn)資源的需求越來越依賴。未來國際資源競爭，將從大宗支柱礦產(chǎn)轉(zhuǎn)向稀有、稀土、稀散礦產(chǎn)[3-8]，稀有礦產(chǎn)將是支撐科技和經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵資源之一。山東省已發(fā)現(xiàn)的稀有金屬礦種主要有鈮礦、鉭礦、鍶礦、鈹?shù)V、鋯礦、鉿礦等[9]。

1 山東省稀有金屬礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀

1.1 勘查工作現(xiàn)狀

自20世紀50年代以來，山東省內(nèi)全面開展了與稀有金屬礦產(chǎn)相關(guān)的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查、航空磁測、水系沉積物測量、重砂測量等基礎(chǔ)地質(zhì)工作，及各類礦產(chǎn)勘查工作。圈定與稀有元素有關(guān)的水系沉積物異常共1453個，其中Zr異常309個，Li異常367個，Nb異常256個，Be異常300個，Sr異常221個。圈定與稀有、稀土、稀散礦產(chǎn)有關(guān)的自然重砂異常共218個，其中獨居石重砂異常42個，鋯石重砂異常共61個，釷石重砂異常73個，鈦族礦物(金紅石、鈦鐵礦、銳鈦礦、白鈦礦)綜合異常42處；發(fā)現(xiàn)鋯石砂礦床7處，伴生鉿礦床7處，鈮鉭礦床(包括伴生礦)2處，鈹?shù)V床1處，鍶礦床1處。山東省稀有金屬礦床(點)主要分布在2個成礦亞帶中(表1，圖1)。

表1 山東省稀有金屬礦床成礦區(qū)劃表

1—含鉿鋯石砂礦床；2—鈮鉭礦床；3—鈹?shù)V床；4—天青石(鍶)礦床；5—Ⅲ級成礦帶邊界；6—Ⅳ級成礦帶邊界；7—Ⅲ級成礦區(qū)劃；8—Ⅳ級成礦區(qū)劃圖1 山東省稀有金屬礦床(點)分布及成礦區(qū)劃圖

1.2 開發(fā)利用現(xiàn)狀

由于礦床規(guī)模小和多為伴生產(chǎn)出等原因，目前山東省的稀有金屬礦產(chǎn)總體開發(fā)利用程度不高。

濱海沉積型含鉿鋯石砂礦床發(fā)現(xiàn)時間較早，開采的礦山企業(yè)因經(jīng)濟效益低下而停產(chǎn)，其落后的開采方式已達不到當(dāng)前的環(huán)境保護政策要求。新泰市石棚地區(qū)含鈮鉭花崗偉晶巖礦床，由于當(dāng)?shù)匾蚤L石為開采對象，其中的鈮鉭資源隨著長石開采而流失，只有部分伴生的鋰輝石被回收利用。榮成市大疃劉家鈹?shù)V床，因生態(tài)紅線壓覆，其資源量暫不可利用。棗莊抱犢崮天青石礦床(鍶礦床)，以往曾小規(guī)模開采，由于該礦區(qū)位于抱犢崮國家森林公園和國家地質(zhì)公園保護區(qū)內(nèi)，天青石作為地質(zhì)遺跡保護而禁止開采。

1.3 供需現(xiàn)狀

我國稀有金屬中鋰、鈹、鈮、鉭、鍶、銣資源較豐富，查明資源儲量均位居世界前列，但資源稟賦較差，并且受環(huán)境、技術(shù)因素的影響，開發(fā)利用困難，需大量進口原礦。鋯、鉿、銫資源嚴重不足，對外依存度高達95%以上，資源保障形勢嚴峻。以鋰為例，中華人民共和國工業(yè)和信息化部網(wǎng)站發(fā)布：原材料工業(yè)司據(jù)北京安泰科信息股份有限公司數(shù)據(jù)，2022年上半年我國碳酸鋰、氫氧化鋰產(chǎn)量分別為16.8萬t、11萬t，同比增長42.4%、35%；2022年上半年電池級碳酸鋰現(xiàn)貨均價為45.3萬元/t，同比上漲454%；2022年二季度，受全球流動性收緊、下游需求不振等影響，價格高位回調(diào)，6月30日電池級碳酸鋰價格較2022年高點下降6.8%。據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2022年上半年鋰精礦、碳酸鋰分別進口116.2萬t、7.1萬t，同比增長13.5%、66.5%。隨著我國新能源高質(zhì)量發(fā)展及“碳達峰碳中和”政策實施，新能源汽車產(chǎn)量逐步提高，對鋰的需求亦在提高，加之其他行業(yè)對鋰的需求，鋰需求量遠大于供給量。

山東省稀有金屬礦產(chǎn)目前總體開發(fā)利用程度不高，需求量遠大于產(chǎn)出量。

2 山東省稀有金屬礦床地質(zhì)特征

山東省稀有金屬礦床根據(jù)產(chǎn)出地質(zhì)條件、礦體、礦石、礦床成因等特征，劃分為濱海沉積型稀有金屬礦床、花崗偉晶巖型稀有金屬礦床、濱海澙湖沉積型稀有金屬礦床3種類型(圖2)[10]。

1—花崗偉晶巖型(鈮、鉭)礦床分布區(qū)；2—濱海沉積型(鋯、鉿)礦床分布區(qū)；3—澙湖沉積型(鍶)礦床分布區(qū)圖2 山東稀有金屬礦床分布略圖(根據(jù)1∶25萬淄博市幅、威海市幅、乳山市幅區(qū)域資料編繪,2003年修改)

2.1 濱海沉積型稀有金屬砂礦床

濱海沉積型礦床主要分布在山東省膠東半島東部海岸榮成至黃島一帶(圖2)，礦體賦存于第四紀全新世沉積地層中[11]，以其產(chǎn)出狀態(tài)細分為海積型、風(fēng)積型和風(fēng)化剝蝕型3個亞類型。含礦砂體大致沿海岸線分布，成礦物質(zhì)主要來源于沿海地區(qū)的堿性、偏堿性侵入巖的風(fēng)化剝蝕物。礦體為含鉿鋯石砂礦，有用元素賦存于鋯石中，鉿礦為鋯礦伴生組分?，F(xiàn)以楮島礦區(qū)含鉿鋯石砂礦為典型礦床簡述如下：

楮島礦區(qū)鋯石砂礦體呈層狀、透鏡狀及帶狀發(fā)育，主要分布在海灘、潟湖、連島砂堤和河床內(nèi)，有海積型鋯石砂礦、沖積型鋯石砂礦2種類型。礦區(qū)內(nèi)發(fā)育有2個礦層，即Ⅰ、Ⅱ礦層，其中I礦層為主體層。Ⅰ層礦體發(fā)育在潟湖盆地邊部地帶的鋯石細砂層，為礦區(qū)主要海積砂咀砂礦，呈帶狀分布于砂咀外緣，礦體平行海岸線方向展布，礦體長3000m，寬50～200m,平均厚度1.74m，鋯石平均品位9723g/m3，砂咀根部鋯石品位高，達30000g/m3，向砂咀尖端方向(生長方向)品位逐漸降低。主要伴生礦物金紅石平均含量為1553g/m3,鈦鐵礦平均為9783g/m3。

2.2 花崗偉晶巖型稀有金屬礦床

山東省與花崗偉晶巖有關(guān)的稀有金屬主要有鈮、鉭、鈹、鋰、銣、銫、鎵等礦種，如新泰石棚鈮、鉭礦主要賦存于偉晶巖中，并伴生有鋰、銣、銫、鎵等；榮成大疃劉家鈹?shù)V發(fā)育在含鈹絹云母化高嶺土化蝕變正長花崗巖中[12-15]，新泰天寶黃花嶺鈹?shù)V發(fā)育在古元古代偉晶巖脈中?，F(xiàn)以榮成大疃劉家鈹?shù)V為典型礦床簡述如下：

該礦床共探明7個礦體，均產(chǎn)于NW向張扭性斷裂構(gòu)造帶中，礦體產(chǎn)狀與斷層產(chǎn)狀大致一致(圖3)。其中Ⅰ-1、Ⅰ-3、Ⅱ-1和Ⅲ-1為該礦床中規(guī)模較大的礦體，礦體大多呈透鏡狀，僅Ⅲ-1礦體呈脈狀。Ⅲ-1礦體：地表出露長度約353m，寬0.50～4.05m，呈脈狀產(chǎn)出。總體走向315°，傾向NE，傾角55°～62°?？刂谱畲笱由?2m，賦存標高+124m～+40m。BeO品位0.049%～0.200%，平均品位0.0527%；厚度0.26～3.23m，平均厚度1.68m。

1—槎山序列院夼單元；2—槎山序列人和單元；3—寧津所序列硪石山單元；4—寧津所序列東山單元；5—碎裂巖；6—絹云高嶺土蝕變帶；7—礦體及編號圖3 大疃劉家鈹?shù)V地質(zhì)略圖(山東省重要金屬及稀土礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)利用規(guī)劃研究,2018年)

礦石礦物為羥硅鈹石、絹云母，脈石礦物為方解石、石英、鉀長石、斜長石，有少量輝石、角閃石、黑云母、重晶石，榍石和銳鈦礦等。地表風(fēng)化礦石呈灰白色、淺灰色、灰綠色，松散、呈土狀，手摸有滑感，手捏易碎，具絲絹光澤。礦石中稀有元素為鈹，并有含量較低的輕稀土元素。鈹主要以羥硅鈹石單礦物的形式賦存在礦石中，其次與褐鐵礦、方解石、重晶石連生于絹云母中，少量鈹分散在絹云母、赤鐵礦、褐鐵礦、重晶石等礦物中。

該礦床工業(yè)類型屬含鈹蝕變正長花崗巖型，礦體產(chǎn)于蝕變正長花崗巖中，以絹云母化、高嶺土化、碳酸鹽化、硅化、滑石化蝕變?yōu)橹匾业V標志。

2.3 濱海澙湖沉積型稀有金屬礦床

目前此類型稀有金屬礦床在山東省內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)一處，位于棗莊市山亭區(qū)抱犢崮西南的天青石礦床。天青石礦體呈層狀賦存于寒武紀朱砂洞組丁家莊白云巖段的頂部，形成于咸化潟湖環(huán)境，層位穩(wěn)定。在區(qū)域上，與含天青石礦層相當(dāng)層位常賦存有石膏礦床。

天青石礦層的產(chǎn)出嚴格受朱砂洞組丁家莊白云巖段控制(圖4)。天青石礦化層呈向南西凸出的牛軛形，長約2500m，厚1.8～2.0m。礦化層產(chǎn)狀與上覆、下伏圍巖產(chǎn)狀一致，呈單斜狀。按SrSO4>25%的要求，自東而西圈定了3個透鏡狀礦體，礦體編號分別為1號、2號、3號，礦體長分別為50m、50m、100m，厚度分別為1.50m、1.60m、1.50m；傾向分別為67°、20°、3°，傾角8°、5°、6°，礦體SrSO4平均品位分別為77.91%、36.95%、34.75%。

礦石礦物為天青石，脈石礦物有方解石、白云石、石英、文石及少量黏土礦物。

依據(jù)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特點，礦區(qū)內(nèi)礦石可劃分為3種自然類型，按天青石含量由高到低依次為：塊狀礦石、細粒塊狀礦石、角礫狀礦石。礦體品位因礦石類型不同而差異較大，同一種礦石類型因礦體產(chǎn)出部位不同其品位變化也較大。

1—崮山組；2—張夏組；3—饅頭組；4—朱砂洞組；5—新太古代花崗閃長巖；6—新太古代石英閃長巖；7—地層產(chǎn)狀；8—張性斷層及產(chǎn)狀；9—天青石礦化體；10—不整合地質(zhì)界線圖4 棗莊抱犢崮天青石礦床區(qū)域地質(zhì)圖(據(jù)山東省地質(zhì)調(diào)查院，1999年修改)

3 找礦方向初探

3.1 找礦遠景區(qū)劃分

根據(jù)預(yù)測要素及其要素組合特征，在眾多預(yù)測要素中經(jīng)過篩選，最終確定地質(zhì)找礦信息、礦床的存在、地球化學(xué)信息、地球物理信息、自然重砂等為遠景區(qū)圈定的必要要素條件，采用綜合信息地質(zhì)單元法對遠景區(qū)進行圈定。山東省內(nèi)稀有金屬礦產(chǎn)共劃分了7個找礦遠景區(qū)(圖5)，其中鈹?shù)V找礦遠景區(qū)4個，鋯鉿找礦遠景區(qū)1個，鈮鉭礦找礦遠景區(qū)2個[16-21]。

1—鈮鉭礦找礦遠景區(qū)；2—鈹?shù)V找礦遠景區(qū)；3—鋯鉿找礦遠景區(qū)；4—找礦遠景區(qū)編號圖5 山東省稀有金屬找礦遠景區(qū)劃分示意圖

3.2 找礦方向淺析

在充分收集、分析研究山東省地質(zhì)、物探、化探、礦產(chǎn)勘查開發(fā)等資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)目前稀有金屬礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)利用現(xiàn)狀及供需形勢，將山東省內(nèi)稀有金屬礦產(chǎn)下一步勘查工作劃分成3個重點勘查區(qū)、4個調(diào)查遠景區(qū)(表2)。

表2 山東省稀有金屬礦床勘查區(qū)分類表

對于重點勘查區(qū)擬采用地質(zhì)修測、地面γ能譜剖面測量、基巖化探剖面測量等手段圈定成礦有利地段，并輔以地表槽探揭露、深部鉆探取樣驗證，以期實現(xiàn)相關(guān)區(qū)域稀有金屬找礦新突破。

對于調(diào)查遠景區(qū)擬采用地質(zhì)圖修編、異常調(diào)查、基巖化探剖面測量等手段圈定成礦有利地段，為進一步勘查工作提供找礦靶區(qū)，同時進行成礦機理方面的研究，豐富稀有金屬成礦理論。

4 結(jié)論

(1)山東省稀有金屬礦床主要為濱海沉積型、花崗偉晶巖型以及濱海澙湖沉積型3種稀有金屬礦床類型，主要分布在山東省的東部、中部和南部，發(fā)現(xiàn)的礦種種類較豐富，且多為多礦種伴生礦床，從開發(fā)利用情況看，山東省稀有金屬礦產(chǎn)總體開發(fā)利用程度不高，伴生的稀有金屬綜合利用很少。

(2)在分析山東省稀有金屬礦床地質(zhì)特征的基礎(chǔ)上，在山東省內(nèi)劃分了7個稀有金屬礦產(chǎn)找礦遠景區(qū)，結(jié)合山東省稀有金屬礦產(chǎn)資源勘查、開發(fā)利用、供需現(xiàn)狀，將山東省內(nèi)稀有金屬礦產(chǎn)下一步勘查工作劃分成3個重點勘查區(qū)(主要勘查礦種為鈮鉭、鈹、鋯鉿等)、4個調(diào)查遠景區(qū)(主要勘查礦種為鈮鉭、鈹?shù)?，淺析了山東省稀有金屬礦產(chǎn)的找礦方向及工作方法，以期取得良好的找礦成果。