韓 冬，李磊佳，拓步瑞，何潤澤，王基淵，趙 璽，茍 磊

(中國冶金地質(zhì)總局西北地質(zhì)勘查院，陜西 西安 710119)

0 引言

石膏的主要成分是CaSO4的水合物，在傳統(tǒng)混凝土及建筑領(lǐng)域有很廣泛的用途，另外眾多學者借助新技術(shù)、新工藝不斷擴展石膏產(chǎn)品的市場應用，并且將石膏工業(yè)副產(chǎn)品進行充分利用，極大地提高了礦山資源綜合利用水平[1-4]。我國石膏礦儲量十分豐富，高達570億噸，處于世界第一位水平，但石膏中硫磺含量較高的二級以上優(yōu)質(zhì)石膏大約只占總量的8%，且大部分集中在西北地區(qū)[5]。因此，需要對喀什地區(qū)石膏礦礦體特征進行研究，不斷增進石膏礦找礦技術(shù)與質(zhì)量，提高優(yōu)質(zhì)石膏礦的資源儲量[6-7]。

新疆疏附縣亥斯臺馬拉木塔格石膏礦區(qū)域地處帕米爾高原東麓、塔里木盆地西緣。南、北、西三面環(huán)山，地勢由東向西傾斜，中部和東部為沖積平原，有克孜勒蘇河、蓋孜河和喀什噶爾河等水系。區(qū)內(nèi)地勢南高北低，最高海拔高程1586.89 m，最低海拔高程1442.23 m，相對高差144.66 m，屬低山丘陵地貌。地表植被不發(fā)育，河流以南至礦區(qū)南部山脊植被極不發(fā)育，河流以北的河谷階地為耕地。礦區(qū)屬溫帶大陸性干旱氣候，最高氣溫39.6℃，最低氣溫-25.2℃，年均氣溫12.0℃，山區(qū)年平均氣溫10.0℃，有明顯的冬夏之分，晝夜溫度變化較大。年平均降雨量72.2 mm，一年四季多風，5—6月風力一般為3～4級，最大可達6級以上。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

礦區(qū)大地構(gòu)造位于塔里木地臺、塔里木臺坳、西南坳陷的西南部。西南坳陷面積約為12萬平方千米，位于塔里木盆地西南部，東北以色力布亞—瑪扎塔克斷裂為界，與中央隆起區(qū)分開，北臨天山褶皺帶以南天山山前大斷裂——柯坪塔格斷裂為界，西南與昆侖山構(gòu)造帶北緣鐵克里克隆起相連接(圖1)[8]。

圖1 西南坳陷構(gòu)造分布略圖(據(jù)文獻[9])Fig.1 Tectonic map of the southwest depression [9]1—盆地邊界 2—塔西南坳陷 3—構(gòu)造邊界線 4—斷裂

西南坳陷內(nèi)基底表面西南陡、東北緩，呈不對稱的箕狀。其新生代沉積可達萬米，是一個新生坳陷。從南部深坳部位往巴楚凸起方向存在一個寬緩的斜坡，在斜坡上普遍缺失中生界地層，新生界向斜坡的上傾部位逐層超覆，厚度減薄，地表褶皺和斷裂大多發(fā)育在西南邊緣和東北邊緣[10-11]。

坳陷內(nèi)地層為臺型蓋層，有加里東期的志留系，華力西期的泥盆系、石炭系、二疊系和中新生代后地臺蓋層的侏羅系、白堊系、古近系、新近系、第四系。中生代沉積從侏羅紀開始，中下統(tǒng)在昆侖山前印支期槽狀盆地中為一套含煤碎屑巖建造，上統(tǒng)為河流相紅色粗碎屑巖建造。早、晚白堊世，坳陷進一步下沉，特提斯海水侵入到伽師—莎車—杜瓦一線。晚白堊世末期，坳陷繼續(xù)下沉更深，古近紀被海水全部浸漫，沉積了高硫酸鹽的瀉湖、淺海、海灘交替相，新近系中新統(tǒng)為棕色膏鹽碎屑巖建造，邊緣以山麓相巨厚碎屑巖為主，往盆地內(nèi)逐漸變細。上新統(tǒng)不整合在中新統(tǒng)之上，為黃褐色砂巖、泥巖夾礫巖。第四紀堆積了一套粗碎屑巖，并伴有冰磧層[10-14]。

2 地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地層

圖2 礦山地質(zhì)簡圖Fig.2 The geological sketch map of the mining area1—第四系全新統(tǒng)殘坡積物 2—第四系全新統(tǒng)沖積層 3—第四系上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)洪積層 4—古近系古新統(tǒng)第三巖性段泥質(zhì)砂巖 5—古新統(tǒng)第二巖性段石膏礦層 6—古新統(tǒng)第一巖性段泥質(zhì)砂巖夾含陸源碎屑灰?guī)r

按巖性可分為三個巖性段，現(xiàn)分述如下：

2)第四系(Q)

上更新統(tǒng)—全新統(tǒng)沖積層(Qp3-Qhpl)：分布于礦區(qū)東北部的一級階地上，由砂礫、亞黏土組成。厚10～15 m。

全新統(tǒng)沖積層(Qhal)：主要分布與礦區(qū)中部的河床及其兩岸，主要由砂礫及少量亞黏土組成。厚0～5 m。

全新統(tǒng)殘坡積物(Qheld)：主要分布在礦區(qū)北部，山角下的一級階地之上，主要由角礫、砂及少量亞黏土組成。厚0～10 m。

礦區(qū)未見巖漿巖出露。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于喀什凹陷的西南部。地層以單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀為183°～202°∠23～45°。礦區(qū)東南部由于地層產(chǎn)生了褶曲形成了波狀層面，產(chǎn)狀變?yōu)?20°～5°∠20°～35°，而礦區(qū)西南部未見褶曲部分地層是由于該部分地層被剝蝕掉了。

2.3 礦體及圍巖地質(zhì)特征

2.3.1 礦體特征

該石膏礦賦存于古近系古新統(tǒng)的一套碎屑巖系內(nèi)，呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀為183°～202°∠23°～45°，厚32.71～46.60 m，平均厚度為40.01 m，礦體厚度在走向上的變化特征是礦層兩端厚而中部薄，礦體厚度在傾向上的變化特征是礦層地表厚而深部薄，厚度變化系數(shù)為17.43%，屬穩(wěn)定型。礦層呈帶狀近EW向分布，礦區(qū)內(nèi)走向延伸長度520 m，出露寬度為40～130 m。礦區(qū)東南部由于礦產(chǎn)生了褶曲形成了波狀層面，產(chǎn)狀變?yōu)?20°～5°∠20°～35°，出露寬度增大，最寬處130 m。礦層出露最大高程1575.2 m，最小高程1473 m。

2.3.2 礦體頂?shù)装寮皧A石特征

礦區(qū)內(nèi)僅有一條較大的夾層，位于礦區(qū)中部的Ⅱ線兩側(cè)，與礦層整合接觸，呈透鏡狀產(chǎn)出產(chǎn)出，產(chǎn)狀與礦層一致，走向延伸200 m，傾向延伸大于100 m，厚2～5 m，地表出露厚度僅2 m，往地下延伸厚度可達5 m，夾層自地表向深部有增大的趨勢。巖性為泥質(zhì)石膏，呈褐紅色、灰白色，細纖維狀結(jié)構(gòu)，中—厚層構(gòu)造；礦物成分以石膏為主，占少量石英，長石及黏土礦物。另外在礦層的層與層之間局部夾有0.2～3 cm厚的頁巖夾層，其厚度較小，達不到夾石剔除厚度，在礦區(qū)普遍分布，但達不到剔除厚度，對礦石量影響不大。頁巖呈黃褐色、灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層構(gòu)造，頁理較發(fā)育，礦物成分為長石、石英及黏土質(zhì)。

3 礦石質(zhì)量

3.1 礦石化學成分分析

通過巖礦鑒定及X-粉晶分析，礦物成分主要為石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)，含量為55.42%～98.86%，平均值為91.25%。其中CaSO4·2H2O平均含量為81.62%，CaSO4平均含量為9.63%。其中，礦石中碳酸鹽類礦物(方解石+白云石+菱鐵礦等)含量>1%，天青石含量≤1%，未鑒出其他硫酸鹽礦物。由多元素分析知，礦石中w(CO2)平均高達4.45%，說明礦石中存在大于1%的碳酸鹽類礦物，具體分析結(jié)果見表1。

由表1可知，礦石化學成分以SO3、CaO及H2O+為主，其次含有少量CO2、SiO2、MgO，另外含有更少量的Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、H2O-及Cl-。w(SO3)為40%～50%，最大值為53.82%，最小值為25.31%，平均值為43.61%；w(H2O+)一般為16.5%～19.5%，最大值為20.01%，最小值為2.48%，平均值為17.11%；w(CaO)為31.50～33.40%，最大值為39.73%，最小值為8.31%，平均值為33.11%；w(CO2)平均值為4.45%，w(SiO2)平均值為2.62%，w(MgO)平均值為2.08%，w(Al2O3)平均值為0.53%，w(K2O+Na2O)平均值為0.33%，w(Fe2O3+FeO)平均值為0.30%，w(Cl-)平均值為0.10%，w(SrO)平均值為0.28%，w(TiO2)平均值為0.064%，w(H2O-)平均值為0.074%。

表1 礦石巖石樣品多元素分析結(jié)果Table 1 Multi-element analysis data of ore and rock samples

為了解礦石所含微量元素，按礦層采取2件樣品，對礦石進行了光譜分析，光譜半定量全分析樣由國土資源部西安礦產(chǎn)研究所實驗測試中心承擔，具體分析結(jié)果見表2。

由表2可知，礦石中未鑒出貴金屬元素，有毒、有害元素Pb、Cr、Hg、As等低于分析檢出靈敏度，未檢出。因此，礦石中有毒、有害元素含量低，對礦石質(zhì)量、礦山開采時安全環(huán)境無明顯影響。Zr元素含量低，說明礦石中天青石含量低。

表2 礦石巖石樣品光譜全分析結(jié)果Table 2 Full spectrum analysis data of ore and rock samples

3.2 礦石物理性質(zhì)分析

礦石呈灰白、白色，柱狀、細纖維狀變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀、厚層狀構(gòu)造。礦石雜質(zhì)少，主要為石英、方解石、白云石，偶見天青石及黃鐵礦，另外在裂隙中充填有菱鐵礦。礦石的白度分析結(jié)果見表3。

表3 礦石白度測定結(jié)果Table 3 List of ore whiteness determination

由表3可知，礦石的白度最大值為95.30%，最小值為77.90%，平均值為86.72%。另外，通過鉆孔數(shù)據(jù)計算可知，礦石容重平均值2.30 t/m3，礦石濕度平均值0.31%。礦石白度較高，濕度較小，容重基本接近石膏容重理論值。

3.3 礦石類型及品位

根據(jù)礦石多元素分析可知，礦石中的H2O+基本來自二水石膏(CaSO4·2H2O)，SO3只有少量來至天青石，對礦物成分計算影響不大。因此采用H2O+、SO3計算石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)含量是合理的。因此，礦石中的石膏、硬石膏品位根據(jù)基本分析中H2O+和SO3的含量進行計算。

石膏品位計算見式(1)：

w(CaSO4)·2H2O%=4.78×w(H2O+)%

(1)

硬石膏品位計算見式(2)：

w(CaSO4)%=1.7×w(SO3)%-3.78×

w(H2O+)%

(2)

將式(1)與式(2)聯(lián)立，可得總礦石品位，見式(3)：

w(CaSO4)·2H2O%+w(CaSO4)%

=1.7×w(SO3)%+w(H2O+)%

(3)

將計算公式代入實際工程中，計算得出探槽中礦石品位數(shù)據(jù)(圖3)和鉆孔礦石品位數(shù)據(jù)(圖4)。

由圖3和圖4可知，礦石中石膏+硬石膏(CaSO4·2H2O+ CaSO4)含量最大值為98.86%，最小值為55.42%，一般為87%～95%，平均值為91.25%，變化系數(shù)為7.19%，變化不大，質(zhì)量穩(wěn)定。其中石膏(CaSO4·2H2O)含量最大值為95.65%，最小值為11.85%，平均值為81.62%；硬石膏(CaSO4)含量最大值為81.29%，最小值為0.76%，平均值為9.63%。

圖3 探槽礦石品位Fig.3 The grade of ore in the trench

圖4 鉆孔礦石品位 Fig.4 The grade of ore in the drilling hole

礦石中石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)含量平均為91.25%，滿足一般工業(yè)指標的要求，礦石質(zhì)量較好且穩(wěn)定，品位變化系數(shù)為7.19%。膏礦物中石膏(CaSO4·2H2O)含量占81.62%，按礦石類型劃分標準，礦石類型主要為石膏，硬石膏較少，分布于礦區(qū)中部礦層底部，可視厚12 m，呈透鏡狀產(chǎn)出，走向延伸約200 m。

3.4 礦石加工技術(shù)性能

由于礦石質(zhì)地較純，雜質(zhì)少，質(zhì)量穩(wěn)定，硬度小，易于研磨，主要利用原礦加工生產(chǎn)石膏粉。其加工流程：第一道破碎(粒徑達到15 cm)→除塵→第二道破碎(粒徑達到3 cm)→除塵→粉磨(粒徑達到120目)→除塵→分解→熟料→包裝→成品，礦石的最終回收率為78%。

4 礦床成因探討

疏附縣亥斯臺馬拉木塔格石膏礦是新生代古近紀古新世時，在塔里木地臺、塔里木臺坳、西南坳陷、喀什凹陷盆地沉積形成的蒸發(fā)沉積型石膏礦。在古新世時，由于蒸發(fā)作用，盆地中沉積形成了二水石膏(CaSO4·2H2O)，后在沉積成巖的作用下，二水石膏(CaSO4·2H2O)脫水轉(zhuǎn)變?yōu)橛彩?CaSO4)，繼續(xù)在構(gòu)造作用下，硬石膏(CaSO4)礦層被暴露在地表，在地表水的滲透淋濾作用之下，處在地表及淺部的硬石膏(CaSO4)發(fā)生水化作用，轉(zhuǎn)變?yōu)槎?CaSO4·2H2O)，該水化作用由地表向地下逐漸變?nèi)?，所以該礦區(qū)礦層表現(xiàn)出由地表的二水石膏(CaSO4·2H2O)帶—過渡帶(軟硬石膏交互產(chǎn)出)—硬石膏(CaSO4)帶的變化規(guī)律。

5 找礦標志

通過成礦地質(zhì)特征與礦石質(zhì)量數(shù)據(jù)，并結(jié)合相關(guān)喀什地區(qū)的成礦理論研究成果，可以為該區(qū)進一步開展地質(zhì)找礦工作給予一定的指導。該區(qū)找礦標志具有以下特點的地層或地質(zhì)體：

1)礦區(qū)位于新疆喀什凹陷的西南部，出露地層主要為古近系古新統(tǒng)一套內(nèi)陸河湖相沉積及第四系河谷階地相。

3)礦石呈灰白、白色，柱狀、細纖維狀變晶結(jié)構(gòu)，條帶狀、厚層狀構(gòu)造，總體上不含有毒、有害元素Pb、Cr、Hg、As，白度最大值為95.30%，石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)含量平均為91.25%。礦層出露最大高程1575.2 m，最小高程1473 m。

6 結(jié)論

1)亥斯臺馬拉木塔格石膏礦區(qū)位于喀什凹陷的西南部，區(qū)內(nèi)出露地層主要為古近系古新統(tǒng)一套內(nèi)陸河湖相沉積及第四系河谷階地相，地層以單斜產(chǎn)出，該石膏礦賦存于古近系古新統(tǒng)的一套碎屑巖系內(nèi)。西南坳陷內(nèi)基底表面西南陡、東北緩，呈不對稱的箕狀，礦區(qū)東南部由于地層產(chǎn)生了褶曲形成了波狀層面。

2)通過巖礦鑒定及X-粉晶分析，礦物成分主要為石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)，含量為55.42%～98.86%，平均值為91.25%，滿足一般工業(yè)生產(chǎn)指標的要求。由多元素分析與光譜分析可知，礦石中w(CO2)平均高達4.45%，說明礦石中存在大于1%的碳酸鹽類礦物，且礦石中有毒、有害元素含量低，對礦石質(zhì)量、礦山開采時安全環(huán)境無明顯影響。

4)疏附縣亥斯臺馬拉木塔格礦區(qū)是新生代古近紀古新世時喀什凹陷盆地沉積形成的蒸發(fā)沉積型石膏礦，該礦區(qū)礦層表現(xiàn)出由地表的二水石膏(CaSO4·2H2O)帶—過渡帶(軟硬石膏交互產(chǎn)出)—硬石膏(CaSO4)帶的變化規(guī)律。