吉林下四平石膏礦礦床地質(zhì)特征及成因淺析

王繼梅

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130033)

【關(guān)健詞】石膏；地質(zhì)特征；成因淺析

1 地質(zhì)概況

下四平石膏礦區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(Ⅰ)、吉南臺隆(Ⅱ)、太子河—渾江褶斷束(Ⅲ)、渾江上游凹陷(Ⅳ)的南西部。

由于大地構(gòu)造性質(zhì)及其振蕩運(yùn)動的不均衡性，使成膏凹陷盆地具有明顯繼承性特點(diǎn)，控制著震旦系、寒武系、奧陶系及其上部地層均呈北東向—北東東向有規(guī)律展布。

礦區(qū)總體呈一向斜構(gòu)造盆地，軸向北東60°，由南西向北東翹起并撒開，軸部為奧陶系，向外依次出露古生界各組及震旦系。

礦區(qū)位置屬于下四平向斜盆地西端部地段，礦區(qū)及周圍出露地層為寒武系，自下而上依次為：堿廠組(∈1j)、饅頭組(∈1m)、毛莊組(∈1mo)、徐莊組(∈2x)、張夏組(∈2z)、崮山組(∈3g)、長山組(∈3c)和鳳山組(∈3f)。石膏礦賦存于饅頭組上部含膏巖段的上部，該組頂部為磚紅色粉屑白云巖，見右圖。

該石膏礦層賦存于饅頭組(厚88.56～129.26m)，該組劃分為五個巖段，自下而上依次為：

(1) 底部礫巖段：由雜色礫石夾不規(guī)則砂質(zhì)條帶組成。厚0.70～18.98m。

(2) 下部含膏巖段：由青灰色紋層狀粉屑白云巖及紫紅色粉屑膏質(zhì)白云巖組成。厚1.42～24.79m。

(3) 青灰色粉屑白云巖與灰紫紅色粉砂巖互層巖段。厚27.47～40.91m。

(4) 上部含膏巖段：由上、下兩個韻律層組成。上部韻律層為本區(qū)唯一的工業(yè)石膏礦層及底板白云巖層；下部韻律層(自下而上)為灰紫色含泥質(zhì)粉砂巖—深灰色薄層狀粉屑灰質(zhì)白云巖—青灰色紋層狀粉屑藻白云巖或紋層狀粉屑白云巖。厚27.75～40.84m。

下四平石膏礦地質(zhì)簡圖

(5) 磚紅色粉屑泥質(zhì)白云巖段：該段為單一巖性層，是石膏礦層的直接頂板，亦是區(qū)域上的標(biāo)志層之一。厚19.33～29.33m。

本礦床只有一層礦，礦層一般由淡化→咸化兩個韻律構(gòu)成，具有兩個自然層。礦層賦存于下四平向斜北西翼，產(chǎn)狀較平緩，走向北東，傾向南東，傾角一般8～10°，礦層展布方向與含礦層相同，呈北東向。

采區(qū)及其周圍所處的構(gòu)造位置決定了具備向斜翹起端的基本特征，即：寒武紀(jì)地層走向基本呈局部的南北向轉(zhuǎn)為北東向，均向內(nèi)傾斜，且外陡內(nèi)緩，傾角7～19°。其斷裂構(gòu)造一般可分三組：

(1) 東西向斷層：以礦區(qū)中部的正斷層(F1)為代表，其總體走向260°，傾向南，傾角70～85°，水平斷距最大達(dá)500m，垂直斷距27～185m。另外有Fa5正斷層，走向79°，傾向北西，傾角85°，斷距15m。

(2) 北西向斷層：如礦區(qū)南部之正斷層(F10)和ZK5號鉆孔南部之逆斷層(F5)。F10走向340～350°，傾角近于直立，北西段傾向北東，南東段傾向南西，斷距25m；F5逆斷層傾向南西，傾角較緩約40°。另外有Fa3正斷層，走向110°，傾向南，傾角65°，斷距10m。

(3) 北東向斷層：礦區(qū)內(nèi)該組斷層比較發(fā)育，但多與采區(qū)有一定距離，產(chǎn)出于南部和北東邊緣地段，本礦采區(qū)內(nèi)的部分地段發(fā)育有次級斷層破壞石膏礦層形成的溶蝕區(qū)。如Fa1正斷層，走向1～20°，傾向東，傾角85°，斷距15m；Fa2正斷層，走向1～30°，傾向東，傾角70～85°，斷距2m；R1正斷層，走向93°，傾向北，傾角75°，斷距4m；R2正斷層，走向121°，傾向北東，傾角70°，斷距3m。

礦區(qū)巖漿活動較弱，巖漿巖不甚發(fā)育，巖性亦較單一，僅見有花崗斑巖和正長斑巖，呈脈狀和小巖株產(chǎn)出，脈狀者多見于礦區(qū)內(nèi)部，小巖株多產(chǎn)在周邊。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體(層)特征

該礦石膏礦層一般是由上、下兩層礦和中間一個夾層構(gòu)成。總體為層狀或似層狀，其產(chǎn)狀與頂、底板圍巖一致，具有確定的層位。采區(qū)內(nèi)上部膏層厚1.00～4.13m，品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)58.40%～66.91%；下部膏層厚0～3.40m，品位55.54%～69.44%；夾層厚1.05～3.74m，品位28.20%～44.49%。采區(qū)內(nèi)較多無下部礦層，只有上部礦層賦存較為普遍，礦體賦存標(biāo)高460～125m。

上述礦層賦存在饅頭組上部含膏巖段上部，韻律層的特征(自下而上)為灰紫色微薄層狀粉砂巖—灰紫色微薄層狀含粉砂粉屑白云質(zhì)石膏礦層—灰綠色紋層狀粉屑白云巖或膏質(zhì)白云巖—灰紫紅色微層狀泥質(zhì)石膏礦層。

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦石自然類型和結(jié)構(gòu)構(gòu)造

根據(jù)礦物共生組合及結(jié)構(gòu)類型分為泥質(zhì)石膏、白云質(zhì)石膏、硬石膏三種自然類型。

(1) 泥質(zhì)石膏：一般為泥屑細(xì)晶結(jié)構(gòu)，變形微薄層狀構(gòu)造。石膏呈細(xì)粒狀，個別具燕尾狀雙晶，細(xì)晶不規(guī)則，大小不等，粒度一般在0.1～1mm。局部細(xì)晶集中，含量較高，可達(dá)60%。硬石膏呈粒狀、短棱柱狀變晶，星點(diǎn)狀分布石膏中，局部比較集中，含量可達(dá)5%以上。泥質(zhì)組成以碎屑及粉砂質(zhì)為主，由于石膏的可縮性，則呈條帶狀分布，顯變晶結(jié)構(gòu)。

(2) 白云質(zhì)石膏：粉屑—砂屑結(jié)構(gòu)，變形微薄層狀構(gòu)造，主要礦物成分為硬石膏—石膏、白云石，少量泥質(zhì)、石英及金屬礦物等。

硬石膏—石膏：呈細(xì)粒狀，部分石膏脫水變?yōu)橛彩啵呋祀s分布，晶粒直徑在0.1～0.4mm，含量高者達(dá)85%，白云石顯顆粒狀菱面體，粒度大小不等，一般在0.05mm，微層狀分布，含量一般30%左右，泥質(zhì)及陸源碎屑等含量很少。

(3) 硬石膏或白云質(zhì)硬石膏：粉屑、砂屑結(jié)構(gòu)，變形微薄層狀構(gòu)造，主要為硬石膏，其次為白云石，少量石膏、泥質(zhì)和陸源碎屑。硬石膏呈粒狀、短柱狀，粒徑約0.05mm，含量50%～70%，白云石呈菱形，粒徑0.01～0.05mm，含量10%～25%。

2.2.2 礦石礦物成分及化學(xué)成分

石膏礦層品位比較穩(wěn)定，一般為60%左右，最高可達(dá)72.37%；礦石礦物主要為石膏(CaSO4·2H2O)，其次為硬石膏(CaSO4)，另外有纖維石膏(次生)。

礦石中有益組分為SO3和H2O+，另外經(jīng)化學(xué)分析有MgO 5.19%、酸不溶物19.11%。光譜分析Al＞10%、Si＞10%、Fe 6%、Sr 0.3%、Ba 0.06%、Ti 0.3%、B 0.006%、Ga 0.06%、Mn 0.3%。

經(jīng)統(tǒng)計，區(qū)內(nèi)鉆孔礦石中石膏含量為22.31%～64.38%，平均46.49%，硬石膏0.05%～37.92%，平均為14.30%(見下頁表)。從表中可以看出，硬石膏含量以285m標(biāo)高以下、靠近斷層附近較高。

2.3 礦體圍巖及夾層

礦體(層)底板為灰紫色粉砂巖，頂板為磚紅色泥巖，其夾層為青灰色白云巖和灰紫色含泥質(zhì)白云巖。

灰紫色粉砂巖(底板)：主要為泥質(zhì)粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，水平微薄層狀構(gòu)造，主要成分由粉砂質(zhì)碎屑、泥質(zhì)、白云石及少量水云母組成。

磚紅色泥巖(頂板)：泥質(zhì)碎屑結(jié)構(gòu)，棉絮狀定向結(jié)構(gòu)，局部薄層狀構(gòu)造，主要成分粘土質(zhì)、白云石或凝灰質(zhì)、石英粉砂碎屑物。該層在區(qū)域上較為穩(wěn)定，為區(qū)域標(biāo)志層。

各鉆孔硬石膏含量統(tǒng)計

青灰色白云巖和灰紫色含泥質(zhì)白云巖(夾石)：微晶粒狀結(jié)構(gòu)，紋層狀或薄層狀構(gòu)造，主要由白云石，少量泥質(zhì)和石英砂屑組成。與礦體(層)屬漸變過渡性質(zhì)。

3 成因淺析

根據(jù)巖相古地理研究與膏巖普查找礦相結(jié)合取得的地質(zhì)成果，提出以下成膏地質(zhì)條件。

3.1 石膏成礦地質(zhì)條件

(1) 石膏礦形成于渾江盆地的洼地中，即相對應(yīng)的V級構(gòu)造單元是石膏礦形成的有利場所。就本區(qū)域而言，渾江、大陽岔、灣溝等石膏礦均對應(yīng)渾江洼地、大陽岔洼地和灣溝洼地。

(2) 石膏礦形成的沉積相條件是薩勃哈蒸發(fā)坪，即于饅頭晚期開闊的潮上坪地帶發(fā)育著一些低洼的鹽(石膏)沼地，就是石膏形成的具體位置。

(3) 石膏的形成受硫酸鹽、白云巖、泥質(zhì)白云巖相區(qū)的控制，礦層多產(chǎn)于這個相區(qū)之內(nèi)。

(4) 含礦建造屬穩(wěn)定的白云巖型蒸發(fā)建造。為砂屑、粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖—粉屑白云質(zhì)石膏巖或細(xì)晶含白云石石膏巖—粉屑白云巖—粉屑狀含泥白云質(zhì)硬石膏巖控礦沉積韻律，應(yīng)屬V級韻律。

(5) 石膏礦層之上必須具有一定厚度的蓋層。本區(qū)為30m厚的磚紅色含鐵泥質(zhì)白云巖，使形成的石膏礦得以保存。

3.2 成膏機(jī)理

區(qū)域上于早寒武世饅頭晚期，廣闊潮上坪中分布著數(shù)個相對低洼的鹽沼地，正常的高潮不能補(bǔ)給海水(微堿化鹵水)，只有兩種補(bǔ)給方式：一是風(fēng)暴潮及其滲透回流作用；二是靠海一側(cè)的沉積物內(nèi)孔隙中的海水形成緩慢水流，即蒸發(fā)泵流。回流滲透作用與蒸發(fā)泵流作用交替進(jìn)行。本區(qū)當(dāng)時氣候炎熱而干旱，蒸發(fā)量大大的超過補(bǔ)給量，由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)和毛細(xì)管作用，使孔隙內(nèi)水的濃度增高，形成了蒸發(fā)鹽礦物：石膏、硬石膏，也形成有天青石和白云石等。

3.3 找礦標(biāo)志

(1) 含礦層(饅頭組)的發(fā)育程度與礦層的賦存有直接關(guān)系，一般該組厚約90m時可以有石膏礦賦存，但需指出，更主要的是其中Ⅲ巖段是否發(fā)育。

(2) 石膏礦層賦存于饅頭組磚紅色粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖層(∈1m4)之下，該層巖性特征明顯，層位穩(wěn)定，為區(qū)域上的標(biāo)志層之一。

(3) 地表及淺部，于上述固定層位具有鹽溶角礫巖及次生灰?guī)r，標(biāo)志著深部有石膏礦層賦存，鹽溶角礫巖與次生灰?guī)r的發(fā)育情況和厚度大小，反映礦層的品位和厚度特征，二者為正變關(guān)系。

(4) 微量元素Sr的含量明顯增高，Sr/Ba比例明顯增大，另外B/Ga比值有降低的趨勢時，標(biāo)志深部一定位置有石膏礦層賦存。

(5) 水化學(xué)特征：在具有饅頭組分布地帶，有較高的礦化度和硫酸根(SO4-)異常時，指示地下石膏礦層的賦存，本礦區(qū)在含膏層上覆地層中取樣分析，礦化度為118.95～292.66mg/L，而下伏黑溝組的水樣礦化度只有63.68mg/L。