寧夏石記場石膏礦巖礦石類型及成因分析*

陸茂欣 李 通 楊凡燕 向連格 汪棟剛

（寧夏回族自治區基礎地質調查院）

寧夏鹽池縣石記場石膏礦位于鹽池縣青山鄉，東距青山鄉鎮所在地約6 km，行政區劃隸屬鹽池縣青山鄉管轄。礦區地質工作和研究程度較高，從1980—2019年，先后有建材、地礦、石油等部門分別在礦區及外圍開展過區域地質礦產調查、區域水文地質調查、地球物理調查、石膏礦勘查工作，形成了較豐富的各類成果資料。本次工作系統收集了該礦區相關的地質資料，并結合此次工作最新找礦成果及地質認識，對該礦區地質特征、礦石質量及石膏礦的礦床成因等進行了總結和分析研究，可為鹽池縣青山鄉石膏礦的找礦勘查提供參考和借鑒。

1 區域地質

礦區大地構造位置屬于天環向斜西翼，區域上未見明顯斷裂構造。地層總體呈南北向展布，出露的地層由老到新分別為下白堊統保安群羅漢洞組、 涇川組、古近系漸新統清水營組及第四系（圖1）。

2 礦區地質

2.1 地層

礦區地層呈近水平層狀產出，構造簡單。石膏礦層賦存于古近系漸新統清水營組（E3q）中，礦區中部僅見自然零星出露的清水營組地層，其余地段均被第四系所覆蓋，僅在礦區西北角可見季節性的湖泊沉積物。

古近系漸新統清水營組（E3q）巖性主要為灰黑—棕黑色泥巖、灰白色石膏巖、泥質石膏巖、灰綠色泥巖、粉砂巖和含膏泥巖、砂巖等，屬干燥炎熱氣候條件下的湖泊相沉積。依據巖性及結構構造特征，區域上劃分為3個巖性段，礦區出露一、二巖性段。

（1）第一巖性段（E3q1）分布于整個礦區，巖性為灰黑—棕褐色泥巖，泥質膠結，固結程度低，遇水易軟化。

（2）第二巖性段（E3q2）為含礦層，該段下部為灰白色塊狀石膏、泥質石膏層，部分地段夾1～6層厚約0.10～1.89 m的灰綠色泥巖、含膏泥巖。與下伏第一巖性段泥巖顏色、巖性特征上區分明顯。中部為灰綠色泥巖、含膏泥巖層，泥質結構，固結程度低，遇水易軟化，大部分地段夾有1～5層厚0.15～1.99 m的薄層泥質石膏和塊狀石膏。上部為灰白色塊狀石膏、泥質石膏層，多夾有1～4層厚0.12～1.18 m的含膏泥巖。頂部為灰綠色泥巖、含膏泥巖層，厚約0～10.18 m，平均厚3.81 m，泥質結構，固結程度低，遇水易軟化，局部地段夾有數層薄層石膏、泥質石膏。

2.2 構造

礦區內清水營組呈近水平層狀產出，中部東西向微隆起，未發現明顯褶皺和斷裂，屬構造簡單地區。

3 礦床地質特征

3.1 礦體特征

Ⅰ礦層賦存于古近系漸新統清水營組第二巖性段（E3q2），呈近似水平層狀產出，微傾向北西，分布于整個礦區。巖性主要為灰—灰白色塊狀石膏和泥質石膏，夾少量灰綠色薄層含膏泥巖及泥巖，偶見有粉砂巖。礦層厚5.73～27.46 m，平均厚度為17.53 m，埋深為0～16.56 m，平均埋深為3.42 m。

根據鉆孔資料顯示，Ⅱ礦層賦存于古近系漸新統清水營組第二巖性段（E3q2）的上部，巖性為灰白色塊狀石膏和泥質石膏，多夾有灰綠色薄層含膏泥巖及泥巖。礦層厚度為2.20 m，礦層中未見夾石情況，礦區內零星分布，為礦區次要礦層。

3.2 礦石自然類型及特征

根據礦石的宏觀特征，將礦石分為塊狀石膏、泥質石膏、砂質石膏3種自然類型，再結合巖礦鑒定微觀礦物成分、含量、結構構造特征，將塊狀石膏細分為5小類。

3.2.1 塊狀石膏

塊狀石膏為礦區主要礦石類型之一，見于施工鉆孔及采坑中，3個礦層內均有分布，呈灰白色，板狀、片狀結晶結構，塊狀構造。石膏+硬石膏含量一般在80%以上；黏土礦物含量較少，為1%～15%，呈網紋狀、條紋狀分布，其它礦物成份微量。

根據鏡下鑒定微觀結構特征不同，將其分為5類。

（1）細晶石膏巖。該類石膏巖為細晶結構（圖2），巖石主要由石膏組成，含少量碳酸鹽礦物、金屬礦物、黏土礦物及鐵質。各物質含量：石膏為96%～98%；碳酸鹽礦物為1%～2%；金屬礦物微量；黏土礦物為1%～2%、鐵質為1%～2%。石膏呈不規則粒狀，粒徑以0.1～0.7 mm的細晶為主，顆粒邊界不清，普遍呈參差狀或縫合線狀結合。碳酸鹽礦物呈不規則細粒狀，粒徑＜0.01 mm，大多分布于巖石微裂隙中，少量零星散布于石膏顆粒中。金屬礦物呈不規則粒狀，粒徑＜0.03 mm，零星可見。黏土礦物及鐵質呈隱晶狀集合體，大多分布于巖石微裂隙中，少量零星散布于石膏表面，顯褐黃色。

（2）中細晶石膏巖。該類石膏巖為中細晶結構（圖3），巖石主要由石膏組成，含少量硬石膏、碳酸鹽礦物、黏土礦物及鐵質。一般各物質含量：石膏、硬石膏（極少量）含量為97%～98%，碳酸鹽礦物含量為1%～2%，黏土礦物含量＜1%，鐵質微量。石膏呈板柱狀及不規則粒狀，粒徑＜4.6 mm，顆粒間呈緊密狀結合，極少量顆粒局部脫水變為硬石膏。

（3）中粗晶石膏巖。該類石膏巖為中粗晶結構（圖4），巖石主要由石膏組成，含少量硬石膏、碳酸鹽礦物、黏土礦物及鐵質。一般各物質含量：石膏、硬石膏（極少）為96%～98%；碳酸鹽礦物為1%～2%；黏土礦物為1%～2%；鐵質微量。石膏呈不規則粒狀，粒徑以2.2～10 mm的中粗晶為主，顆粒邊界不清，普遍呈參差狀或縫合線狀結合，少數顆粒局部脫水變為硬石膏。碳酸鹽礦物呈細粒狀不均勻散布。黏土礦物呈隱晶狀集合體不均勻散布于石膏表面或分布于巖石微裂隙處。鐵質呈塵點狀，零星可見。

（4）巨晶石膏巖。該類石膏巖為巨晶結構（圖5），巖石主要由石膏組成，含少量硬石膏、碳酸鹽礦物、黏土礦物及鐵質。各物質含量：石膏、硬石膏（極少量）含量為97%～98%，碳酸鹽礦物＜1%，黏土礦物為1%～2%；鐵質微量。石膏呈板柱狀，顆粒粗大，2.5×10倍鏡下視距內一般只見1～2顆石膏晶體，粒徑＞20 mm，碳酸鹽礦物呈不規則粒狀及細粒狀集合體零星散布于石膏晶體微裂隙處。黏土礦物呈隱晶狀集合體大多包裹于石膏晶體表面，少量順晶體微裂隙聚集分布。鐵質呈塵點狀，局部可見。

（5）不等晶石膏。該類石膏巖為不等晶結構（圖6），巖石主要由石膏組成，含少量硬石膏、碳酸鹽礦物、黏土礦物及鐵質。各物質含量：石膏、硬石膏（少量）為96%～98%，碳酸鹽礦物為1%～2%，黏土礦物為1%～2%；鐵質微量。石膏呈板柱狀及不規則粒狀，大小不一，粒徑范圍可在0.8～22 mm，顆粒邊界普遍不清，顆粒間呈緊密狀結合，少量顆粒局部脫水變為硬石膏。碳酸鹽礦物呈不規則粒狀及細粒狀集合體不均勻散布于石膏間隙中。黏土礦物呈隱晶狀集合體不均勻散布于石膏表面，使其局部略顯渾濁。鐵質呈塵點狀，零星可見。

以上各類型石膏以不等晶石膏巖和中細晶石膏巖為主。

3.2.2 泥質石膏

泥質石膏為勘探區主要礦石類型之一（圖7），見于施工鉆孔及采坑中，3個礦層內均有分布。呈深灰色—灰白色，纖維狀、片狀結晶結構，塊狀構造，主要礦物成份為片狀石膏、纖維石膏，含量一般為55%～80%，黏土礦物呈團塊狀、薄層狀充填，含量為10%～35%，其它礦物成份微量。

鏡下特征：巖石由石膏、方解石、石英、泥質及金屬礦物組成。石膏呈不規則粒狀，顆粒間普遍呈緊密狀結合，邊界大多不甚清楚。方解石呈不規則粒狀及細粒狀集合體，粒徑大多＜0.004 mm，少數在0.01～0.35 mm，普遍呈團塊狀或不規則脈狀集合體分布于石膏顆粒間隙中，少量不均勻散布。石英呈次棱角狀，粒徑為0.02～0.15 mm，無色透明，具一級灰干涉色，不均勻散布于方解石集合體中。泥質呈隱晶狀集合體大多散布于泥晶方解石中，少量零星散布于石膏表面，使巖石局部略顯渾濁。金屬礦物呈不規則粒狀，粒徑＜0.04 mm，零星可見。石膏含量約為85%，方解石為5%～10%，石英為1%～2%，泥質為3%～4%，金屬礦物微量。

3.2.3 砂質石膏

砂質石膏為勘探區次要礦石類型（圖8），見于施工鉆孔及采坑中。呈深灰色—灰白色，纖維狀、片狀結晶結構，塊狀構造，主要礦物成份為片狀石膏、纖維石膏，含量一般為55%～80%，砂質礦物呈團塊狀、薄層狀充填，含量為10%～35%，其它礦物成份微量。

鏡下特征：巖石由碎屑物及膠結物組成。碎屑物以石英及長石為主，含少量巖屑、綠簾石及金屬礦物，各礦物呈混雜無序狀分布，粒徑以0.06～0.49 mm的中細粒為主，個別顆粒可達0.6 mm。石英呈次棱角—次圓狀，無色透明，具一級灰干涉色，顆粒較大者可見明顯波狀消光；長石呈棱角狀，不同程度土化、絹云母化，由斜長石及堿性長石組成；巖屑呈渾圓狀，其成分為硅質巖，不均勻散布于巖石中；綠簾石呈他形粒狀，粒徑＜0.12 mm，零星散布；金屬礦物呈不規則粒狀，粒徑＜0.08 mm，零星可見。膠結物以石膏為主，含少量碳酸鹽礦物及黏土礦物。石膏呈不規則連晶狀略均勻充填于碎屑物間隙中，使巖石整體呈現基底式膠結；碳酸鹽礦物呈不規則粒狀及細粒狀集合體，粒徑＜0.1 mm，零星可見；黏土礦物呈塵點狀略均勻散布于石膏晶體表面，使其略顯渾濁。

3.3 圍巖自然類型及特征

清水營組巖性主要為黃綠—磚紅色長石砂巖、灰黑—棕黑色泥巖、灰白色石膏巖及泥質石膏巖、灰綠色泥巖、粉砂巖和含膏泥巖、砂巖，屬干燥炎熱氣候條件下的湖泊相沉積，其中長石砂巖及泥巖為礦區含礦圍巖。

3.3.1 砂巖

礦區砂巖多為黃綠色、磚紅色，粒狀結構，塊狀構造（圖9）。鏡下特征：中細粒砂狀結構，基底式膠結。巖石由碎屑物及膠結物組成。碎屑物以石英及長石為主，含少量巖屑、綠簾石及金屬礦物，各礦物呈混雜無序狀分布，粒徑以0.06～0.49 mm的中細粒為主，個別顆粒可達0.6 mm。石英呈次棱角—次圓狀，無色透明，具一級灰干涉色，顆粒較大者可見5×10正交偏光明顯波狀消光；長石呈棱角狀，不同程度土化、絹云母化，由斜長石及堿性長石組成；巖屑呈渾圓狀，其成分為硅質巖，不均勻散布于巖石中；綠簾石呈他形粒狀，粒徑＜0.12 mm，零星散布；金屬礦物呈不規則粒狀，粒徑＜0.08 mm，零星可見。

3.3.2 泥巖

礦區泥巖為灰黑色、棕褐色、灰綠色（圖10、圖11），泥質膠結，固結程度低，遇水易軟化。故在薄片制作過程中，泥質極易流失，鏡下僅見少量殘余泥質呈隱晶狀集合體混合分布于方解石或石膏中，使礦物整體略顯渾濁。

4 礦床成因

石記場石膏礦為內陸湖盆相沉積礦床。內陸湖盆石膏的化學沉積作用主要受湖盆內水動力和水化學因素控制。只有內陸湖盆動力條件較為穩定，而內陸湖盆地內鹵水達到過飽和并有SO42-持續補充的條件下，才能形成石膏。此外，內陸湖盆的形成，受到斷裂構造控制，只有內陸湖盆逐漸加深，使湖盆中心區域所搬運沉積的粗碎屑物質不斷減少，而細碎屑物質不斷下沉，此時湖盆進入結晶碎屑沉積的階段，最終才能形成石膏礦層［1］。

石記場石膏礦礦石的自然類型為塊狀石膏、泥質石膏、砂質石膏3類。前者較后兩者礦石品位明顯偏高。塊狀石膏的形成是內陸湖盆水動力環境、水化學條件持續穩定，過飽和鹵水接近真溶液的情況下結晶沉積形成的。泥質石膏和砂質石膏則是在內陸湖盆水動力環境和水化學條件較為動蕩的情況下，由于陸源碎屑物質經常伴隨流水進入湖盆，使過飽和鹵水變成一種懸濁溶液，陸源碎屑物質包含有一定數量的泥、鈣質礦物懸浮物質，甚至還含有中、粗粒的碎屑物質，其與石膏晶體共同沉積形成的。

當水動力條件動蕩時，陸源碎屑物大量進入湖盆，此時碎屑物質的沉積速度遠遠大于結晶碎屑物石膏等的沉積速度，中、粗粒的碎屑物質率先沉積，從而形成了含膏細砂巖；而后細粒的碎屑物質泥、鈣質礦物沉積，形成了含膏泥巖。

4.1 巖相古地理

石記場石膏礦形成于內陸坳陷盆地的沉積環境中，含膏地層中石膏、硬石膏等指相礦物的出現，反映出普遍干旱古氣候條件［2］。

石記場石膏礦賦存于古近系漸新統清水營組，屬早漸新世紅層，上部為紅色碎屑巖建造，中下部為灰色蒸發石膏巖建造—紅色碎屑建造。區內缺失古生代之前地層。早白堊世以前，為大型坳餡盆地，沉積了巨厚的陸相碎屑巖含煤、含油建造。早白堊世后期，晚期燕山運動使該區產生輕微褶皺，盆地開始隆起，一直到漸新世后才局部坳陷，構成孤立小盆地，形成諸多內陸湖。在主要成鹽期，構造地貌反差不大，地殼活動逐漸變弱，由于每個盆地基底構造活動的差異性而導致盆地沉降幅度及速度也不同。其中，沉降幅度較大且沉降速度較慢的盆地為膏鹽的沉積提供了有利條件，沉積了陸相紅色含膏巖建造。反之，沉降幅度較小且沉降速度較快的盆地則不利于膏巖的沉積，形成紅色碎屑巖建造［3-5］。

4.2 成礦物質來源

礦區沉積盆地中的膏鹽物質，主要來自周圍出露的古石膏風化殼，也有老地層巖石風化分解后的礦物碎屑。由于該區域古地層僅有中生代沉積地層，無巖漿巖及火山物質補給，故礦石組分單一。

4.3 氣候條件

形成膏鹽的必要氣候條件是干旱或極端干旱，水的蒸發量遠超過補給量，水體才能濃縮，使膏鹽達到過飽和而發生沉淀。

湖盆中的水主要依靠自然降水與地下水補充，地下潛水經過松散的或半固結的碳酸鹽沉積物中的毛細管上升不斷補充湖盆。在強烈蒸發的作用下，水的補給量遠遠低于蒸發量，并不斷被蒸發濃縮，鹽類濃度漸增。陸源碎屑物和碳酸鹽、膏鹽類沉積物交替產出組成旋回，膏鹽層在各相應階段形成，當達到一定濃度時，鹵水中的硫酸根離子將交代碳酸鹽沉積物而形成石膏［6-7］。

4.4 保存條件

膏鹽類礦床形成以后，受構造、氣候、水文等條件影響，特別是地表水的滲入造成的溶解作用，可能會使膏鹽層遭受后期破壞。石記場石膏礦層的頂板為泥巖、含膏泥巖，說明當時構造活動較為頻繁，水動力、水化學條件在時間、空間上變化較大，從而導致碎屑物質沉積與結晶碎屑物質沉積交替起主導作用，并相互伴隨，形成含泥石膏層，覆蓋于石膏礦層上部。

礦區近地表礦層平均埋深為3.68 m左右，其上為含膏泥巖、泥巖層，是良好的隔水層，淋濾作用、水化作用對礦體的影響較小，使礦層得到了較好的保存條件。

5 結論

石記場石膏礦賦礦地層為漸新世清水營組，為1套蒸發石膏巖建造—紅色碎屑建造。礦床形成于內陸坳餡盆地的湖泊中，礦床類型為以細碎屑巖為主的含石膏的礦床。成礦物質來源于周圍出露的古石膏風化殼及老地層巖石風化分解后的礦物碎屑。該礦床分布廣，厚度大，儲量豐富，且保存良好，是具有重要經濟價值的礦床。通過對礦區巖礦石特征、巖相古地理、成礦物質來源及氣候條件綜合分析認為，石記場石膏礦床類型為內陸蒸發湖盆沉積型。