遼寧省遼陽盆地石膏礦地質特征及成礦規律

張連強，張 歡

（遼寧省冶金地質勘查局四0一隊，遼寧 大連 116100）

我國石膏礦產資源豐富，己探明儲量居世界首位。從地區分布看，以山東石膏礦最多，占全國儲量的65%，內蒙古、青海、湖南次之，遼寧較少。目前遼寧地區發現的大型石膏礦主要集中分布在遼陽盆地內，主要有榮官屯、東京陵、大達連溝石膏礦床。

1 成礦地質背景

遼陽盆地位于華北陸臺北緣東段(Ⅰ)膠遼地塊(Ⅰ1)太子河—渾江拗陷(Ⅰ12)遼陽—本溪凹陷(Ⅰ1

2-1)西端，與下遼河中新生代斷陷毗鄰。該盆地分布范圍約700km2，自青白口紀以來長期接受沉積，形成巨厚的沉積層覆蓋于結晶基底之上，厚度達1 400m，控制了該區沉積礦產的形成。區內出露和鉆探揭露的地層有鞍山群、青白口系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系地層。區內主要的含膏礦帶為下寒武統饅頭組、堿廠組頂部層段，詳細巖性特點如下，其他地層巖性見綜合柱狀圖(圖1)。

1.1 堿廠組(∈1j)

厚約112.9m。根據地層層序、巖性巖相、含膏性將其自下而上劃分四個巖段，簡述如下：

(1) 深灰色薄層灰巖夾竹葉狀灰巖，厚度約37.6m。

(2) 灰白色結晶灰巖、厚層灰巖，厚度約54.0m。(3) Ⅴ膏巖段：為區內重要含膏巖段，主要為硬石膏、含膏白云巖，厚度約8.55m，其中石膏約4.02m。局部地段被巖溶角礫狀含膏白云巖、灰巖取代。

(4) 灰色含藻硅質灰巖，厚度約13.23m。

1.2 饅頭組(∈1m)

厚度約132.76m。盆地內厚度較為穩定，為重要含膏層位，全組共分四段。

(1) 一段：厚17.01～23m。

灰黑色含膏白云巖：厚7.16m。

Ⅳ膏層：厚0.58～2.59m。局部礦層薄。

Ⅲ含膏層：石膏白云巖夾石膏，厚3～4.5m。不具工業開采價值。

磚紅色白云質泥巖：纖膏發育，厚2.80～3.35m。(2) 二段：厚19～25.6m。

灰白色白云巖：夾少量頁巖，纖維石膏細脈發育，厚15.5～17m。

磚紅色白云質泥巖：石膏礦化較好，厚2～2.4m。

灰綠色泥質白云巖：厚1.7～2.5m。

(3) 三段：厚35～43m。

深灰色條帶狀含泥質灰巖：厚1.8～6.8m。雜色層紋白云巖：厚11～15.2m。

磚紅色白云質泥巖：夾Ⅱ膏層(厚0.2～0.5m)，石膏礦化強，具紋裂、干裂、沖刷面，厚8～11.65m。

灰綠色石膏白云巖：條紋狀構造，厚3.8～5m。

磚紅色白云質泥巖：石膏礦化強，厚8～9.5m。

(4) 四段：厚約55m。

灰黑色條帶狀泥質灰巖：厚8～10m。下部具有生物骨屑、黃鐵礦。

灰綠色泥質白云巖：厚4～7.8m。條紋狀構造。

紫紅色泥質白云巖：石膏礦化強，厚9.5～12m。

Ⅰ膏層：由兩或三層石膏層組成，夾石膏白云巖，厚3.32～5.48m。

磚紅色白云質泥巖：局部見石膏礦化，厚26～32m。

圖1 盆地綜合地質柱狀圖

2 礦床地質特征

大達連溝石膏礦床由五個含膏層構成，自上而下分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膏層，與盆地內其他已知石膏礦床一致，其中Ⅰ和Ⅴ膏層分布連續、完整，是區內主要膏層；Ⅳ膏層較主膏層連續性稍差，但總體Ⅳ膏層具有工業價值；Ⅲ膏層為石膏白云巖夾石膏構成，CaSO4·2H2O+CaSO4含量平均為30.62%，未達到工業品位要求，不具地質意義；Ⅱ膏層平均厚度約0.2m，未滿足最小開采厚度，不具單獨開采意義。礦層總體呈單斜層狀產出，走向為125°，傾向SW，傾角6～10°，遍布整個礦區。

Ⅰ膏層：賦存于饅頭組四段磚紅色白云質泥巖和紫紅色白云質泥巖之間，礦層與頂底板界限較清楚。礦層由兩層硬石膏礦夾一層含石膏白云巖組成，局部地段為一層石膏礦或下部石膏層被厚度＜1m含石膏白云巖隔開形成三層礦。以硬石膏為主，含量97%以上。兩層礦層與夾層平均厚度3.32m、1.19m，變化系數30.91%，屬穩定類型。品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最大85.36%，最小57.06%，平均品位67.16%，變化系數24.67%，屬均勻類型。

Ⅳ膏層：賦存于饅頭組第一旋回磚紅色白云質泥巖之下，與下盤灰黑色含膏白云巖漸變過渡。厚度變化較Ⅰ和Ⅴ膏層大，局部地段具石膏礦化，一般厚0.35～5.53m，平均厚2.59m，變化系數為67.34%。礦石品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)55.21%～78.12%，平均60.57%。

Ⅴ膏層：為區內主要的膏層，礦石質量和厚度均較其他膏層好。賦存于堿廠組頂部，頂板為深灰色厚層結晶灰巖，底板為灰色含藻硅質灰巖、白云質灰巖。主要為硬石膏，其含量＞98%。厚度一般在2.48～7.75m，平均厚4.02m，變化系數為37.68%，屬穩定類型。品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高達92.76%，最小55.81%，平均87.03%，變化系數為17.77%，屬于均勻類型。6線東南地段發生溶蝕作用，石膏礦層則被角礫狀含膏白云巖替代。

3 礦石質量特征

表1 遼陽盆地石膏礦床地質特征

3.1 礦石礦物組構

(1) 礦物成分：主要礦石礦物為硬石膏、石膏，雜質有白云石、方解石、粘土礦物，少量石英及微量天青石、螢石等。

硬石膏：白、灰白或青灰色，晶質塊狀，半透明，硬度3.5。鏡下特征：無色透明，粒狀、柱狀，柱長0.1～0.6mm，為重結晶作用結果。單偏光無色，正交干涉色為三級綠，解理完全，互相正交呈假正方解理(見圖2、圖3)。

石膏：灰白、青灰色，晶質塊狀，硬度2。鏡下特征：無色透明，晶形多為鱗片狀、纖維狀、粒狀、柱狀。

白云石和方解石：呈微細粒狀，與硬石膏及石膏混生或呈微細層與硬石膏、石膏交互產生。鏡下特征：無色透明，呈他形不規則粒狀，粒度0.016～0.048mm，白云石具次生長大重結晶作用。

(2) 礦石結構：常見原生結構有纖維狀結構、條帶狀結構，微細、中粒狀結構和隱晶質結構。次生結構有鱗片變晶、纖維變晶、粒狀變晶、斑狀變晶交代結構，以及鱗片粒狀變晶和纖維粒狀變晶結構等。

(3) 礦石構造：原生有均勻狀和不均勻狀構造。后者又可分為不均勻水平層狀、波形層狀和蠕蟲狀構造。次生構造有網脈狀、角礫狀和殘余狀。一般多見原生與次生混合型構造。

3.2 礦石類型

區內各石膏層礦石類型主要為硬石膏型，即石膏/石膏+硬石膏＜25%。

硬石膏型：青灰色，新鮮斷面呈亮白色。晶質，塊狀，半透明。硬石膏含量97.33%(Ⅰ)，95.8%(Ⅳ)，98.4%(Ⅴ)，石膏含量0.89%(Ⅰ)，1.22%(Ⅳ)，0.77%(Ⅴ)，含少量碳酸鹽及粘土質。

圖2 硬石膏(單偏光，50×)

圖3 硬石膏(正交偏光，100×)

遼陽盆地石膏礦地質特征見表1。

3.3 礦石化學成分

礦石中除有益組分SO3、H2O+、CaO外，尚有無益組分MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、SrO等成分(見表2)。

從表2看出，有益組分含量高(品位較高)時，其他成分則較低，即有益組分的含量與其他組分含量呈互相消長關系。從垂向上分析，堿廠組Ⅴ膏層＞饅頭組Ⅰ膏層＞Ⅳ膏層；從單層礦分析，礦層上部、下部有益組分較低，中部有益組分含量較高。

表2 礦石平均化學成分(%)

4 盆地古地理及礦床成因

區域自青白口紀末期后地殼上升，沉積間斷。寒武紀時大致承襲了震旦紀古構造和古地理格局。由于地殼運動的不平衡性，當北部的鐵嶺靖宇古陸和南部的千山狼林古陸上升剝蝕時，太子河流域、桓仁、渾江、鴨綠江等一帶相對沉降。堿廠期海盆擴張，海水逐漸加深，于太子河流域(含遼陽盆地)、渾江盆地中沉積了含白云質條帶狀灰巖、紋層狀灰巖及純質灰巖。而后為海侵達到高潮，海水加深形成潮下廣海低能環境。堿廠后期海水逐漸退卻，海盆稍有收縮，潮間帶疊層藻灰巖、含灰巖角礫的碳酸鹽相繼出現。至堿廠末期濱海瀉湖海水開始濃縮，鹽類梯度增高，分異和沉淀了一些石膏和硬石膏構成了本區下寒武系最古老的蒸發巖段。盆地內Ⅴ膏層即為此階段形成。

饅頭期，陸塊隨總體趨于穩定，但其狹長槽形海盆的堆積速度增大，岸進作用加劇，海水繼續后撤，太子河流域—渾江一帶形成以淺陸表海的潮坪—瀉湖—薩布哈古地理景觀。海水中多處水下高地使之形成了多個封閉至半封閉的次盆地。此時氣候干旱，蒸發量高于補給量，盆地內既有陸源粉砂泥質沉積物，又具有碳酸鹽和膏鹽類沉積物，它們彼此交替產出組成多個旋回。由于基地升降運動頻繁，致使海水時進時退，總體表現為以退為主。其古地理環境依次按潮下限海—潮間坪—潮上洼地瀉湖—潮上薩布哈—潮上鹽泥坪的順序重復出現，組成一套依陸源紅層泥質更占優勢的海退沉積序列。沉積物先后為白云質灰巖—白云巖—(硬)石膏—紅色泥質巖。色序韻律為黑—灰—綠—紫—紅，顯示為從還原環境向氧化環境過渡。饅頭期總體表現為四次旋回，每個旋回內均有含膏層與之對應，其各自旋回內巖性單元相似、盡管厚度排序有所差異，總的沉積特點基本一致。

5 成礦規律及找礦潛力

(1) 遼陽—本溪凹陷的次級構造單元—遼陽盆地嚴格制約該區域石膏的富集場所，其持續升降背景以及來自周邊古陸的豐富成礦物質，對石膏礦床的形成起到重要的作用。

(2) 具有固定的賦存層位。區域已知的石膏礦床，無一例外的均賦存于下寒武統饅頭組和堿廠組。饅頭組主膏層產于頂部磚紅色白云質泥巖之下，堿廠組膏層則產于上部石灰巖中；前者屬于碳酸鹽—硫酸鹽—紅色泥巖建造，后者屬于碳酸鹽—硫酸鹽建造。石膏礦均賦存于這些建造的海退韻律中。

(3) 巖相古地理條件。饅頭期石膏蒸發巖形成于以淺陸表海為特征的潮上坪—瀉湖—薩布哈景觀環境中，縱向上具有明顯的旋回性，橫向上具有環帶性。堿廠期石膏則形成于海退閉塞海灣環境。

(4) 石膏礦層具有巖性序列。饅頭期主石膏層嚴格受控于磚紅色白云石泥巖—石膏礦—白云巖，勘探結果表明：紅層厚度越大，白云質成分越高，石膏礦厚度越大，品位越高。堿廠組石膏層產于含碎屑灰巖和白云質灰巖間，一般是組段巖石厚度越大，白云質成分越高，石膏礦厚度越大，質量越好。

(5) 含膏巖層中指相礦物有石膏、硬石膏、天青石、微晶白云巖，指相標志為食鹽假晶、紅層、干裂、雨痕等。反映古氣候干旱，并象征著海水濃縮過程，曾達到氯化物階段。

(6) 距遼陽盆地中心越近，膏層埋深越大，石膏礦石類型以硬石膏為主。就已勘探的石膏礦床看，大部分以硬石膏為主，只有少部分淺表發育有石膏。主要是因為埋深越大，上部靜壓力越大，致使二水石膏發生脫水作用變成硬石膏。

(7) 盆地內構造簡單，沒有大斷裂構造，水文地質簡單，地表水與深部水力徑流微弱，使礦層免受淋失，且主膏層頂底板均有隔水層保護。這些都為石膏礦的保存提供了條件。

(8) 遼陽盆地面積達700km2，已勘探的石膏礦床分布范圍累計僅有60km2。依據區內石膏礦特點，呈平緩層狀，礦層連續、穩定，厚度、品位變化小等特征，遼陽盆地具有較好的石膏找礦潛力。

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