王 鵬，郭亞龍，肖立雁

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)，寧夏 銀川 750021)

石膏是寧夏的優(yōu)勢礦種，區(qū)內(nèi)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(chǎn)水泥的緩凝劑[2]，不僅滿足了寧夏區(qū)內(nèi)各水泥生產(chǎn)企業(yè)的資源需求，同時(shí)也為周邊省市水泥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作出了貢獻(xiàn)。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(zhì)勘查成果為基礎(chǔ)，分析總結(jié)了該地區(qū)古近系漸新統(tǒng)清水營組地層中石膏礦的礦床類型、礦層地質(zhì)特征、礦石類型及礦石質(zhì)量，初步探討了礦床的成因，為今后該地區(qū)同類型石膏礦的找礦工作提供參考。

1 成礦地質(zhì)背景

該區(qū)域地層區(qū)劃屬華北—柴達(dá)木地層大區(qū)(Ⅲ)，阿拉善地層區(qū)(Ⅲ3)，阿拉善南緣地層分區(qū)(Ⅲ31)，景泰—中寧地層小區(qū)(Ⅲ31-1)，區(qū)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(fù)背斜的北端，北與長香復(fù)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(dá)5 000km2以上，石膏礦床東側(cè)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(fā)育(圖1)。

圖1 區(qū)域地質(zhì)簡圖

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 地層特征

區(qū)內(nèi)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(gè)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(qū)內(nèi)呈一箱狀背斜構(gòu)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(nèi)局部見有粒徑大小為0.2～1.0cm的鈣質(zhì)結(jié)核；中下部巖性為淺棕紅色中—粗粒砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)泥巖組成。該段地表無出露，以桔紅色砂巖明顯區(qū)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(zhì)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(zhì)石膏、含膏泥巖、泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，呈不等厚互層狀產(chǎn)出；下部以灰白色—青灰色厚層狀含泥質(zhì)石膏及硬石膏為主，夾有同色(含膏)泥巖及粉砂質(zhì)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(fēng)化剝蝕作用，僅出露于礦區(qū)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(zhì)泥巖，層內(nèi)偶爾可見厚度為0.5～1cm的纖維狀石膏脈呈網(wǎng)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(zhì)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(zhì)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(chǎn)狀基本與清水營組地層產(chǎn)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(shù)34%～89%，其中厚度穩(wěn)定型礦層1層(K4)，較穩(wěn)定型礦層6層(K1、K2、K3、K5、K6及K7)，不穩(wěn)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(zhì)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(zhì)等。

石膏含量＞90%，以中粗粒為主，細(xì)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(guī)則粒狀，定向平行排列，集合體呈纖維狀—條帶狀團(tuán)塊，局部彎曲、扭折，細(xì)粒石膏呈細(xì)小板狀分布在粒間，集合體呈團(tuán)塊狀；硬石膏含量在1%～10%，呈細(xì)小粒狀、板狀，粒度大小多為0.05～2.25mm。解理發(fā)育，粒間解離縫隙中有微晶碳酸鹽巖交代殘余和粉砂質(zhì)石英團(tuán)塊或條帶，部分晶體中有黃褐色鐵質(zhì)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(jié)構(gòu)構(gòu)造。

石膏礦石結(jié)構(gòu)主要有板狀粒狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)、碎屑狀結(jié)構(gòu)、碎屑—粒狀變晶鑲嵌結(jié)構(gòu)、變斑泥狀(或粉砂狀)結(jié)構(gòu)及纖維狀變晶結(jié)構(gòu)等。礦石構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造、條帶狀構(gòu)造，其次為纖維狀構(gòu)造、團(tuán)塊狀構(gòu)造。

(3)礦石化學(xué)成分。

礦石的化學(xué)成分主要有CaO、SO3及H2O+，其他 化 學(xué) 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(guān)[5]，此外，石膏化學(xué)成分的含量是均勻的，它反映了沉積環(huán)境比較穩(wěn)定且沉積物來源比較規(guī)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(qū)內(nèi)石膏單礦層平均品位67.81%～79.55%，品位變化系數(shù)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(jù)礦石礦物成分含量及結(jié)構(gòu)構(gòu)造，將礦石分為塊狀石膏、泥質(zhì)石膏及砂質(zhì)石膏三種自然類型，其中以泥質(zhì)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(zhì)石膏主要集中分布于K9礦層。

礦石品級依據(jù)石膏+硬石膏含量分為5個(gè)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(qū)內(nèi)礦石主要為品位75%～65%的泥質(zhì)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(zhì)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(tǒng)前黑山組地層以及青銅峽石峽口、廟山一帶及六盤山區(qū)分布的白堊系部分地層所產(chǎn)膏鹽，經(jīng)風(fēng)化再溶或機(jī)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(jīng)長期風(fēng)化水解作用為湖盆提供豐富的Ca2+，湖盆四周各時(shí)代地層，通過風(fēng)化、搬運(yùn)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(jìn)入湖盆后，成為膏巖物質(zhì)組成的一部分。

(2)成礦古氣候、古地理環(huán)境。

紅色碎屑含膏巖相，足以證明當(dāng)時(shí)為干旱氣候環(huán)境。膏鹽盆地為內(nèi)陸山間湖盆，只有在干旱氣候條件下，蒸發(fā)量遠(yuǎn)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(qū)氧化作用迅速而徹底，巖石中高價(jià)鐵普遍較高，而且能夠滯留在粘土礦物中，一方面說明當(dāng)時(shí)雨量稀少，淋濾作用微弱；另一方面說明當(dāng)時(shí)植被不發(fā)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(jià)鐵的氧化物，氣候環(huán)境有利于膏巖的形成。

受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)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(zhuǎn)向北西向，其沉積中心亦由南向北轉(zhuǎn)移。石膏沉積后期，湖水由北東向南西轉(zhuǎn)移，沉積中心也朝這個(gè)方向轉(zhuǎn)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(zhì)石膏、塊狀石膏及砂質(zhì)石膏，是內(nèi)陸湖盆水動力環(huán)境和水化學(xué)條件較為動蕩的情況下，由于陸源碎屑物質(zhì)經(jīng)常伴隨流水進(jìn)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(shù)量的泥、鈣質(zhì)礦物，甚至含有中、粗粒的碎屑物質(zhì)共同與石膏晶體沉積而成。

當(dāng)水動力條件動蕩時(shí)，陸源碎屑物大量進(jìn)入湖盆，此時(shí)碎屑物質(zhì)的沉積速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于結(jié)晶碎屑物石膏等的沉積速度，中、粗粒的碎屑物質(zhì)率先沉積，從而形成了含膏細(xì)砂巖；而后細(xì)粒的碎屑物質(zhì)泥、鈣質(zhì)礦物沉積，形成了含膏泥巖。由此可知，石膏礦床是在水化學(xué)條件較穩(wěn)定，構(gòu)造活動頻率較小、強(qiáng)度較低，內(nèi)陸湖盆緩慢下沉條件下形成的[10]。

4 結(jié)論

(1)賀家口子一帶石膏礦層賦存于古近系漸新統(tǒng)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(chǎn)出，該層厚度107.22～299.12m。礦層總體近水平層狀產(chǎn)出，主礦層形態(tài)規(guī)則、延伸穩(wěn)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(shù)34%～89%。

(3)礦床礦石自然類型為塊狀石膏、泥質(zhì)石膏及砂質(zhì)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(shù)9%～18%，屬品位穩(wěn)定的礦層。

(4)礦床成礦物質(zhì)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(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量，保持湖水快速持久的濃縮。