寧夏賀家口子石膏礦礦床地質特征及成因探討

王 鵬，郭亞龍，肖立雁

(中國建筑材料工業地質勘查中心寧夏總隊，寧夏 銀川 750021)

石膏是寧夏的優勢礦種，區內分布廣泛，資源儲量豐富，并且有多年的開采利用歷史[1]。石膏主要作為生產水泥的緩凝劑[2]，不僅滿足了寧夏區內各水泥生產企業的資源需求，同時也為周邊省市水泥產業的發展作出了貢獻。此外，可作為制作粉刷石膏、紙面石膏板、石膏條板、石膏砌塊等的原材料[3]，也可用于制作陶瓷模具及原模，擁有廣闊的利用市場。

本文以近年來寧夏中寧縣賀家口子一帶石膏礦床的地質勘查成果為基礎，分析總結了該地區古近系漸新統清水營組地層中石膏礦的礦床類型、礦層地質特征、礦石類型及礦石質量，初步探討了礦床的成因，為今后該地區同類型石膏礦的找礦工作提供參考。

1 成礦地質背景

該區域地層區劃屬華北—柴達木地層大區(Ⅲ)，阿拉善地層區(Ⅲ3)，阿拉善南緣地層分區(Ⅲ31)，景泰—中寧地層小區(Ⅲ31-1)，區域主要出露有古近系、新近系及第四系等地層[4]。石膏礦帶處于秦祁昆造山系北祁連弧盆系走廊過渡帶南東段，六盤山復背斜的北端，北與長香復背斜相接，東以營盤水—同心—彭堡大斷裂為界，南以南華山—西華山深斷裂與北祁連加里東褶皺帶分界，為中新生代斷陷盆地[4]，總體呈北西300°～320°向展布，長約40km，面積達5 000km2以上，石膏礦床東側受營盤水—同心—彭堡大斷裂控制，斷裂以東基本無大范圍的清水營組膏巖層發育(圖1)。

圖1 區域地質簡圖

2 礦床地質特征

2.1 地層特征

區內出露的地層以古近系清水營組及第四系為主，其中清水營組自下而上分為三個巖段，第二巖段為石膏礦層賦存層位，該層總體走向北西—南東，礦區內呈一箱狀背斜構造，沿背斜軸向南東緩傾伏，軸部巖層近水平，傾角3°～6°，背斜南西翼傾向210°～225°，傾角15°～35°；北東翼傾向40°～58°，傾角18°～40°。

(1)清水營組第一巖段(E3q1)：厚度98.01m，上部巖性主要為桔紅色中—粗粒砂巖，巖層內局部見有粒徑大小為0.2～1.0cm的鈣質結核；中下部巖性為淺棕紅色中—粗粒砂巖夾泥質粉砂巖、砂質泥巖組成。該段地表無出露，以桔紅色砂巖明顯區別于其他巖段。

(2)清水營組第二巖段(E3q2)：厚度為107.22～299.12m，為含礦層位。上部巖性為棕紅—灰綠—灰白色厚層狀泥質石膏、含膏泥巖及含膏粉砂巖，多呈互層狀；中部為棕紅—青灰色泥質石膏、含膏泥巖、泥巖及粉砂質泥巖，呈不等厚互層狀產出；下部以灰白色—青灰色厚層狀含泥質石膏及硬石膏為主，夾有同色(含膏)泥巖及粉砂質泥巖。

(3)清水營組第三巖段(E3q3)：為含礦層頂板，厚度為55m，受長期風化剝蝕作用，僅出露于礦區北西角及北部局部地段。巖性主要為棕紅色厚層泥巖及粉砂質泥巖，層內偶爾可見厚度為0.5～1cm的纖維狀石膏脈呈網狀分布。

(4)第四系(Q)：分布于山脊、梁頂、緩坡及山前溝谷地帶，山頂及緩坡處以黃—淺褐黃色粉沙質粘土為主，山前溝谷地帶以灰黃、褐灰、土灰色砂礫石、礫石夾粘質砂土層為主，厚度一般0.5～50.33m。

2.2 礦層特征

礦層主要賦存于清水營組第二巖段(E3q2)，產狀基本與清水營組地層產狀一致，自下而上劃分礦層11層，編號K1～K11(圖2)，其中以K4礦層為主礦層，以青灰色厚層狀硬石膏為主，平均厚度43.16m。礦層埋深10～299m，走向延伸165～2 050m，傾向延伸335～1725m，平厚度 2.81～43.16m，厚度變化系數34%～89%，其中厚度穩定型礦層1層(K4)，較穩定型礦層6層(K1、K2、K3、K5、K6及K7)，不穩定型礦層4層(K8、K9、K10、K11)。各礦層特征見表1。

表1 礦層特征一覽表

圖2 勘查線剖面簡圖

2.3 礦石質量

(1)礦石礦物成分。

礦石礦物成分主要為石膏，含少量硬石膏，脈石礦物以絹云母和石英為主，其次是方解石、白云石、氧化鐵、黃鐵礦及炭質等。

石膏含量＞90%，以中粗粒為主，細粒少量，粒度大小多為0.04～4.10mm。中粗粒石膏呈粗大板狀、不規則粒狀，定向平行排列，集合體呈纖維狀—條帶狀團塊，局部彎曲、扭折，細粒石膏呈細小板狀分布在粒間，集合體呈團塊狀；硬石膏含量在1%～10%，呈細小粒狀、板狀，粒度大小多為0.05～2.25mm。解理發育，粒間解離縫隙中有微晶碳酸鹽巖交代殘余和粉砂質石英團塊或條帶，部分晶體中有黃褐色鐵質色素殘余，集合體常呈放射狀。石膏+硬石膏含量55.10%～94.28%，平均70.36%。

(2)礦石結構構造。

石膏礦石結構主要有板狀粒狀結晶結構、碎屑狀結構、碎屑—粒狀變晶鑲嵌結構、變斑泥狀(或粉砂狀)結構及纖維狀變晶結構等。礦石構造主要為塊狀構造、條帶狀構造，其次為纖維狀構造、團塊狀構造。

(3)礦石化學成分。

礦石的化學成分主要有CaO、SO3及H2O+，其他 化 學 成 分 有 H2O-、MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、SrO、CO2及Cl-等。礦石礦物中CaO含量18.08%～36.36%，平均27.54%；SO3含量22.61%～50.88%，平均36.46%；H2O+含量1.75%～20.21%，平均8.35%，CaO、SO3及H2O+為石膏、硬石膏的礦物主要組分。通過樣品測試分析，礦石品位與SO3、H2O+含量變化呈正相關[5]，此外，石膏化學成分的含量是均勻的，它反映了沉積環境比較穩定且沉積物來源比較規律，石膏含量越高則MgO含量越低，Al2O3、Fe2O3含量變化與MgO類似。

(4)礦層品位變化情況。

區內石膏單礦層平均品位67.81%～79.55%，品位變化系數9%～18%，均屬品位變化均勻型礦層。礦層品位變化特征見表2。

表2 礦層品位(石膏+硬石膏)變化特征一覽表

(5)礦石類型及品級。

根據礦石礦物成分含量及結構構造，將礦石分為塊狀石膏、泥質石膏及砂質石膏三種自然類型，其中以泥質石膏為主要礦石類型；塊狀石膏零散分布于除K4、K9之外的礦層中；砂質石膏主要集中分布于K9礦層。

礦石品級依據石膏+硬石膏含量分為5個品級：特級品(≥95%)、一級品(95%～85%)、二級品(85%～75%)、三級品(75%～65%)、四級品(65%～55%)。區內礦石主要為品位75%～65%的泥質石膏/硬石膏，以三級品為主，二、四級品次之。

3 礦床成因探討

(1)成礦物質來源。

石膏礦物來源于湖盆老地層的膏鹽，為香山隆起南緣分布的下石炭統前黑山組地層以及青銅峽石峽口、廟山一帶及六盤山區分布的白堊系部分地層所產膏鹽，經風化再溶或機械碎屑被地表涇流帶入湖盆[6]。湖盆周邊的古生代碳酸鹽巖隆起及南華山的大理巖經長期風化水解作用為湖盆提供豐富的Ca2+，湖盆四周各時代地層，通過風化、搬運沉積，也為湖盆提供豐富的SO42-、Mg2+、K+、Na+、CO32-等元素，各種離子以溶液形式進入湖盆后，成為膏巖物質組成的一部分。

(2)成礦古氣候、古地理環境。

紅色碎屑含膏巖相，足以證明當時為干旱氣候環境。膏鹽盆地為內陸山間湖盆，只有在干旱氣候條件下，蒸發量遠大于降雨量[7]，保持湖水快速持久的濃縮，形成石膏層。紅層的形成說明蝕源區氧化作用迅速而徹底，巖石中高價鐵普遍較高，而且能夠滯留在粘土礦物中，一方面說明當時雨量稀少，淋濾作用微弱；另一方面說明當時植被不發育，地表水和地下水的pH值較高，呈中性或弱堿性[8]，沒能力溶解高價鐵的氧化物，氣候環境有利于膏巖的形成。

受區域地質構造影響，自中生代以來盆地不斷沉降，至漸新世膏鹽沉積期，斷陷盆地由南北向逐漸轉向北西向，其沉積中心亦由南向北轉移。石膏沉積后期，湖水由北東向南西轉移，沉積中心也朝這個方向轉移。

(3)石膏沉積的理化過程。

該石膏礦床礦石自然類型為泥質石膏、塊狀石膏及砂質石膏，是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[9]，使得過飽和鹵水變成一種懸濁液，其中含有一定數量的泥、鈣質礦物，甚至含有中、粗粒的碎屑物質共同與石膏晶體沉積而成。

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。由此可知，石膏礦床是在水化學條件較穩定，構造活動頻率較小、強度較低，內陸湖盆緩慢下沉條件下形成的[10]。

4 結論

(1)賀家口子一帶石膏礦層賦存于古近系漸新統清水營組第二巖段(E3q2)，巖性主要為石膏、泥巖、含膏泥巖等，互層產出，該層厚度107.22～299.12m。礦層總體近水平層狀產出，主礦層形態規則、延伸穩定，屬大型礦床。

(2)礦床自下而上共圈定石膏礦11層，礦層埋深10～299m，走向延伸165～2 050m，傾向延伸335～1 725m，平均厚度2.81～43.16m，厚度變化系數34%～89%。

(3)礦床礦石自然類型為塊狀石膏、泥質石膏及砂質石膏三種，以二、三級品為主。礦層平均品位67.81%～79.55%，品位變化系數9%～18%，屬品位穩定的礦層。

(4)礦床成礦物質主要由湖盆周邊陸源碎屑礦物形成的鹵水懸濁液匯入湖盆沉積而成，古氣候條件為干旱炎熱，蒸發量遠大于降雨量，保持湖水快速持久的濃縮。