山东微山稀土矿床的稀土矿物学研究

发布时间：2020-03-23所属分类：工程师职称论文浏览：1次

摘 要： 摘要微山稀土矿是山东唯一的中型稀土矿床，是中国第三大轻稀土矿床，也是山东正在开采的稀土矿床之一，为与碱性侵入岩有关的中低温热液型矿床。以往对该稀土矿的流体演化、包裹体特征、成因、成矿年龄等研究较多，但对稀土矿的矿物学研究较少。本次利用电子

　　摘要微山稀土矿是山东唯一的中型稀土矿床，是中国第三大轻稀土矿床，也是山东正在开采的稀土矿床之一，为与碱性侵入岩有关的中—低温热液型矿床。以往对该稀土矿的流体演化、包裹体特征、成因、成矿年龄等研究较多，但对稀土矿的矿物学研究较少。本次利用电子探针对矿床赋存的氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、碳酸锶铈矿、菱钙锶铈矿、铈磷灰石等稀土矿物进行了较详细的矿物学及化学成分研究。

　　关键词稀土矿物矿物学特征矿床成因中—低温热液型矿床山东

　　0引言

　　微山稀土矿是中国第三大轻稀土矿床，矿区面积约1km2，是山东唯一的中型稀土矿床。该矿于1958年被航空放射性测量所发现。1960年，山东地质厅802队提交《微山县101地区初勘报告》，区内矿脉有两大类，即含氟碳铈矿的石英—重晶石脉和含铈镧的钛闪石脉。矿床矿物成分主要为氟碳铈矿、含铈、镧的铁钛闪石，化学成分大都为镧、铈、锶及少量的钠、钍等。1972年，2队《山东微山101矿区1号脉块段储量计算报告:-3至9线》工作查明，区内含稀土碳酸盐化石英重晶石脉分布广泛，较大型脉有十余条，矿脉形态及空间展布均受构造裂隙控制。1号矿脉长540m，宽0.1～1.1m，斜深500余米。稀土矿物有氟碳铈镧矿、氟碳钙二铈矿、铈磷灰石等，脉石矿物有重晶石、石英、萤石、方解石等。主要稀土元素有铈、镧、钕、镨、钐、铕、铒、钆、镥、钇等。稀土氧化物品位最高为59.14%，最低为1.63%。1975年提交《山东微山101矿区普查勘探报告》，报告认为该矿区是一个中到大型、品位中等、以铈族元素为主的稀土金属矿床。1997年，山东省第二地质矿产勘查院提交《山东省郗山—龙宝山地区稀土矿普查报告》。工作查明，碱性岩为稀土矿的含矿母岩，稀土元素总量高出一般碱性岩5倍，对金、稀土及多金属成矿有利。

　　以往多位学者对该地区的流体演化、包裹体特征、成因、成矿年龄等开展了研究，但对该矿床的稀土矿物学特征等方面研究尚需进一步加强(王继芳等，2016;田京祥等，2002;于学峰等，2010;李建康等，2009)。笔者对微山稀土矿的稀土矿物学特征进行了分析研究。

　　1矿床地质特征

　　微山稀土矿是与燕山晚期含霓辉石英正长岩有关的中低温热液充填交代型矿床。矿床位于鲁西隆起西南侧的微山县郗山村，矿区地层主要为泰山岩群山草峪组，岩性为黑云斜长片麻岩及角闪黑云斜长片麻岩等。矿区内岩浆岩以含霓辉石英正长岩类为主，呈NE-SW向延伸，与新太古界泰山岩群片麻岩类侵入接触界线清楚，呈枝杈状—港湾状侵入接触。矿区西北部发育规模较小的近网格状闪长玢岩岩脉。稀土矿体主要呈NW向脉状成群分布，少量矿脉呈NE向。矿脉展布受NW及NE向两组构造控制。含霓辉石英正长岩岩体大致NE-SW向分布(图1)。脉岩有石英正长斑岩、闪长玢岩、霓石正长斑岩、煌斑岩等。

　　含霓辉正长岩呈灰白色至浅肉红色，中粒结构—似斑状结构，块状构造，粒径约为0.5mm。主要矿物成分为:钾长石(43%～50%)、霓辉石(5%～10%)、斜长石(3%～10%)、石英(5%～10%)和方解石等碳酸盐矿物(2%±);副矿物为少量的磁铁矿(约5%)、磷灰石、榍石和锆石等微量。钾长石具半自形板状，条纹状至格子状构造，可见卡式双晶及环带构造，少量钾长石以斑晶出现，粒径为0.5～2cm。霓辉石呈暗绿至绿褐色，半透明至不透明，为柱状自形到半自形晶，集合体常具有条带状构造。石英呈无色、乳白色，不规则他形粒状，粒径为0.4mm±，透明，一轴晶(+)。磁铁矿呈黑色，不透明，均质体，无解理，半自形粒状，均匀分布。磷灰石呈浅绿至黄绿色，一轴晶(-)，自形柱状，粒径0.2～0.5mm。碳酸盐矿物以方解石和白云石为主，自形至半自形，粒径0.3～0.6mm。偶见量黑云母和角闪石。

　　矿区内发育NE、NW向2组断裂，稀土矿脉及含霓辉石英正长岩、闪长玢岩等岩浆岩主要受NW向及NE向2组断裂控制，为主要赋矿构造。矿区构造发育且具多期次活动的特征，断裂构造活动控制稀土矿脉展布，不同矿脉呈现出多期多次成矿特征，成矿前和成矿时的构造均可充填矿脉，可见有后期矿脉穿插前期矿脉现象。稀土矿化多发生在距离碱性杂岩体接触带内外100m的范围内。接触带向外矿脉的出现频率及矿化程度均显著减弱。

　　矿体形态为单矿脉及网脉状，单脉状矿体是最主要的矿脉类型。矿体由含稀土重晶石碳酸盐脉及含稀土细脉浸染状的黑云斜长片麻岩、正长岩和各种脉岩组成，平面上矿体呈透镜状或不规则长条状成群分布，剖面上呈近平行的脉状充填于黑云斜长片麻岩及含霓辉石英正长斑岩中(图2)。网脉状矿体脉幅小，由密集细脉组成的矿脉带具有工业意义。据其产状划分为两组:主要是走向NW、NNW向矿脉以数量多，含稀土品位高，延伸长，延深大为特征，TR2O3最高品位可达59.14%，平均品位2.27～5.49%矿脉，最长620m，宽数cm至近十米，延深500余米。矿化较为连续，具有分支复合现象。其次是走向NE、NNE向矿脉数量少，含稀土品位较低，规模也小，含稀土石英重晶石脉最高品位2.91%。

　　微山稀土矿床由大小不等的24个矿体组成，其中，12号矿体为主矿体，矿体赋存于NW向断裂构造带内及其顶底板片麻状及含霓辉石英正长斑岩中，呈脉状产出，矿化较为连续，沿走向略有舒缓波状变化，具分支复合、膨缩等特征，与不同方向的矿脉相交、穿插。12号矿体约占矿床总资源量的54%。各矿体特征见表1、图2。矿脉与围岩界线清楚，围岩蚀变不明显。围岩蚀变与区域断层有密切成因关系，热液蚀变作用不强，主要是碳酸盐化、重晶石化、萤石化、硫化物化等。

　　微山稀土矿的矿石呈半自形—他形粒状结构及交代残余结构，块状至条带状构造。主要稀土矿物为:氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、碳酸锶铈矿、菱钙锶铈矿、铈磷灰石、独居石等。稀土矿物以微细脉状、浸染状充填于新太古代泰山岩群片麻岩以及燕山晚期含霓辉石正长岩中。微山稀土矿最重要的稀土矿物是氟碳铈矿，它发育在较多的矿物组合中，可能是多期多阶段矿化作用的产物。氟碳铈矿常常以他形或长柱状矿物残块的形式叠加在萤石、天青石、重晶石和其它脉石矿物之上。根据稀土矿物的镶嵌和交代根系，氟碳铈矿在脉石矿物之后结晶。

　　稀土元素主要赋存于氟碳铈矿和氟碳钙铈矿，共占稀土总量的80.09%，菱钙锶铈矿、铈磷灰石、独居石等占17.30%，脉石的稀土元素含量约2.61%。稀土矿物嵌布呈完好的柱状或板状，晶体互相嵌合堆砌，晶体宽为0.02～0.2mm不等，多数为0.06～0.08mm，偶有晶体达2.0mm以上。晶体长变化于0.3～5.0mm范围内，绝大多数为1～3mm。

　　2样品及分析方法

　　本次工作对微山稀土矿床的1、2、4、6、12及盲-1号共6个矿体地下开采掌子面的块状构造、条带状构造、浸染状构造矿石均进行了样品采集(共31件)，包括石英—萤石型、重晶石型和方解石型3种类型的矿石。

　　电子探针微区分析在河北省区域地质矿产调查研究所实验室的日本电子探针显微分析仪(EPMA)JXA-8230型电子探针完成。重点开展背散射电子像观察和成分定量分析。采用的仪器工作条件为:束电流2.0×10-8A，加速电压15kV，以获得最高的峰背比和最好的空间分辨率，电子束半径10μm。样品尺寸≤100mm×100mm×50mm(H)。分析选用美国SPIX射线能谱标样。分析方法依据GB/T15074-2008、GB/T15617-2002、GB/T15245-2002、GB/T17359-2012和SY/T6189-1996岩石矿物能谱定量分析方法。

　　对采集的标本，首先开展稀土矿物薄片偏光显微镜常规观察。在几百到上千的放大倍数下重点寻找粒径小的稀土矿物，同时对其成分进行测定，补缺显微镜的局限性，更准确地探讨其赋存状态。挑选出代表性的样品磨制成探针片，样品用环氧树脂粘结在玻璃小片上制成光片，细磨，抛光。并在高真空环境下喷镀一层碳膜(厚度约30nm)，然后进行电子探针分析，用定时法测得样品和标样内各元素的特征X射线强度值。主量元素(含量大于1%):峰值积分时间10s，背景积分时间5s;微量元素(含量小于1%):峰值积分时间20s，背景积分时间10s。

　　矿石中的稀土矿物粒度0.04～0.5mm。碳镀膜厚度30μm，能使样品电流较为稳定，不会产生静电积累。在束流为2.0×10-8A电子束直径为10μm的条件下，镀膜未发生较大的破坏;未对计数产生明显的影响。

　　激发电压的选择，对特征X射线的强度有很大影响，L线系的强度比K线系的强度弱的多，适于K线系的加速电压不一定适用于L线系，必须选择合适的激发电压。为此，进行了电压条件的试验，选择15kV的加速电压，激发效率最佳。

　　进行电子探针定量分析时，选用1.0×10-8A电子束流就能满足要求。但在分析矿物样品时，对于稀土氧化物含量在10%以下的样品，在2.0×10-8A的情况下，Lα和Lβ线系的X射线强度很低，无法与本底分开，不能进行强度比较。在最佳加速电压的条件下，当加大样品电流到2.0×10-8A，即使稀土氧化物含量在小于1%～2%时，也能给出理想的谱图。因此在分析含微量稀土氧化物样品时，选用2.0×10-8A的样品电流，以得到满意的分析结果。

　　束斑大小的选择，受两方面因素的限制，一是晶体的衍射效率，二是单位面积上元素的X射线激发强度。束斑越大单位面积上照射电子密度就会降低。经方法实验，选择电子束覆盖面积较大的10μm束斑，使分析结果具有代表性。稀土氧化物有关的校正因子采用GBT15254-2002附录稀土元素推荐的α-因子。

　　3矿物学特征

　　3.1氟碳铈矿[Bastnasite-(Ce)]

　　氟碳铈矿晶体化学式CeCO3F或(Ce，La)(CO3)F，Ce(CO3)F理论化学成分:Ce63.94%，C5.48%，O21.90%，F8.67%;或Ce2O374.90%，CO220.08%，F8.67%(Shivaramaiahetal.，2016)。微山稀土矿的氟碳铈矿电子探针及单化学分析分析结果见表2。氟碳铈矿主要稀土元素为Ce、La、Nd和少量Pr，不含放射性元素Th。

　　氟碳铈矿是微山稀土矿最主要的稀土矿物，氟碳铈矿粒径为0.04～0.5mm;手标本上偶见粒度较大的粉红色氟碳铈矿板状晶体，晶体粗大的晶体均产于重晶石型矿脉中，粒径0.3～0.5mm。肉眼观察呈肉红色、淡黄色、蜡黄色、粉红色，风化铁染后变为黄褐色、红褐色，条痕呈微带黄色调的白色，玻璃光泽—油脂光泽，透明至半透明，(0001)解理面发育，摩氏硬度4.5，测量密度4.72～5.129g/cm3，性脆，具弱磁性，中等电磁性。易溶于盐酸。

　　偏光显微镜下，薄片中氟碳铈矿呈柱状、板状(图3);板状晶体{0001}发育，一般仅见通常仅具有{1010}。无色或淡黄色、褐色，具微弱多色性，透明，正高—极高突起，正交偏光间双折率极高，具闪突起，干涉色为高级白。平行消光，一轴晶正光性;折光率No=1.7099～1.7135，Ne=1.8065～1.8111，Ne-No=0.096～0.0915。

　　背散射图像氟碳铈矿呈柱状、板状、不规则状、粒状晶体(图4)，偶呈细粒状集合体。六边形切面易于见到，有发育的裂纹。氟碳铈矿在光片下不显示双反射，反射率7.6，反射色为棕灰色，不显多色性;内反射呈蜡黄色或褐黄色;强非均质性:黄灰—消光位显蜡黄色内反射;维氏硬度VHN20=520～590kg/mm2，抗磨大于方解石;易磨光。阴极射线下不发光。

　　氟碳铈矿多呈自形至半自形晶粒状，主要有4种嵌布形式:①氟碳铈矿呈自形晶至半自形晶粒状嵌布在石英、长石之间;②氟碳铈矿被重晶石交代，呈不规则粒状残晶;③少量氟碳铈矿充填于金云母缝隙中;④部分长石、石英中含微细粒氟碳铈矿包裹体。粉红色氟碳铈矿与萤石紧密共生;由于后期构造作用，萤石和氟碳铈矿破碎明显。氟碳铈矿发育在较多的矿物组合中，可能是多期多阶段矿化作用的结果。氟碳铈矿常常以他形晶或长柱状矿物残块的形式叠加在萤石、天青石、重晶石和其它脉石矿物之上(陈超，2017)。

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