微山县郗山稀土矿是与碱性岩有关的中低温热液充填交代型矿床。矿区内分布的地层主要为泰山群山草峪组，由含霓辉石英正长岩组成的岩体大致北东-南西向分布，属于燕山晚期（同位素年龄值为140百万年），脉岩有石英正长斑岩、闪长玢岩、霓石正长斑岩、煌斑岩等。

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。其产状分为两组：其一，走向北西、北北西向矿脉，以数量多，含稀土品位高，延伸长，延深大为特征，最高品位可达59．14%（稀土氧化物总量TR?2O?3，下同），平均品位2．27-5．49%，矿脉最长620米，宽数厘米至十余米，延深500余米。其二，走向北东、北北东向矿脉数量少，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%，含稀土霓辉花斑岩脉最高品位10．46%，矿脉长一般80～90米。矿石矿物组合比较复杂，地表和地下矿物含量也不相同。稀土矿物以氟碳酸盐类氟碳铈矿、氟碳钙铈矿为主，次为碳酸盐类的碳酸铈钠矿、菱钙锶铈矿和铈磷灰石等。