南京石膏礦地質(zhì)特征及成因分析

陳桂榮，謝富康

（南京石膏礦業(yè)有限公司，江蘇 南京 211133）

南京石膏礦地質(zhì)特征及成因分析

陳桂榮，謝富康

（南京石膏礦業(yè)有限公司，江蘇 南京 211133）

本文總結(jié)了南京石膏礦地質(zhì)特征、礦體富集及貧化規(guī)律，對(duì)含膏地層沉積旋回進(jìn)行劃分，為礦床的開發(fā)及周邊找礦提供指導(dǎo)。

硬石膏；地質(zhì)特征；成因；南京

南京石膏礦區(qū)位于南京市中山門外周村，屬于下?lián)P子坳陷褶皺帶寧鎮(zhèn)隆起褶皺帶的西北部，為震旦系至三疊系組成的準(zhǔn)地臺(tái)蓋層及印支期形成的復(fù)式背、向斜構(gòu)造的華墅—亭子復(fù)式向斜的一部分(周村次級(jí)向斜)。含礦地層為三疊系中統(tǒng)周沖組(T2z)，三疊紀(jì)屬下?lián)P子陸表海東北部。

1 礦區(qū)地質(zhì)特征

1.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層主要為三疊系下統(tǒng)青龍組、中統(tǒng)周沖組及黃馬青組，侏羅系中下統(tǒng)象山群、上統(tǒng)云合山組、大王山組，第四系。含膏地層為三疊系，礦層頂板地層為侏羅系。

(1) 三疊系。

下統(tǒng)青龍組(T1q)：下部為黃綠色、黃褐色泥巖、頁巖夾灰色薄層灰?guī)r、蠕蟲狀灰?guī)r，產(chǎn)王氏克氏蛤、中華蛇菊石、多飾線真形蛤等化石；中部為灰色灰?guī)r、黃綠色泥巖、頁巖；上部為灰色塊狀灰?guī)r。厚度約400m。

中統(tǒng)下部周沖組(T2z): 下部為灰色中、薄層灰?guī)r夾石膏、硬石膏；上部灰黃色中、薄層泥巖夾中厚層灰?guī)r及石膏、硬石膏。含瓣鰓類化石(褐翅蛤、海扇等)，是礦區(qū)主要含礦層。周沖組在礦區(qū)絕大部分深埋于地下，僅在石頭山西北角有小塊出露。賦存標(biāo)高-200～-700m。厚度變化較大，200～600m。分布在排山、樺墅、龍?zhí)丁㈧`山等地，因石膏、硬石膏地表往往被方解石交代，在地表露頭所見的是膏溶角礫巖及次生灰?guī)r。與黃馬青組地層在礦區(qū)南部為斷層接觸，北部為整合接觸。

中統(tǒng)上部黃馬青組(T2h)：下部紫紅色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖與灰色粉砂巖互層，波狀層理發(fā)育；中部為紫紅色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖，夾薄層灰綠色粉砂巖，富含鈣質(zhì)小礫石及結(jié)核，水平、交錯(cuò)層理均發(fā)育；上部紫紅色粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉泥巖與粉砂巖互層，局部含灰綠色粉砂巖條帶或團(tuán)塊，富含云母片，泥質(zhì)膠結(jié)，具蟲管狀構(gòu)造，水平層理為主。分布在燈盞山、寶華山及范家塘一帶。與上覆象山群為不整合接觸。

(2) 侏羅系。

中下統(tǒng)象山群(J1-2xn): 為一套湖沼相碎屑沉積巖。上部由灰白色厚層含礫粗砂巖、粗砂巖、中砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖及煤線組成；中部由灰白色—灰色粗砂巖、中粒砂巖及灰黑色、灰黃色粉砂巖、粉砂質(zhì)泥頁巖及煤層組成；下部為石英礫巖、石英巖、泥巖夾煤線。含有蘇鐵杉、似木賊、拜拉等化石。零星分布在射烏山、亭子等地。

侏羅系上統(tǒng)云合山組(J3y)：上部為黃綠色、暗紫色凝灰質(zhì)砂巖、凝灰角礫巖；中部為淺黃綠色凝灰質(zhì)中—粗砂巖；下部為暗紫色、灰紫色凝灰質(zhì)礫巖夾紫紅色灰質(zhì)砂巖。分布于大牙山北坡和堰當(dāng)門水庫附近，厚度300m左右，不整合于老地層之上。

侏羅系上統(tǒng)大王山組(J3d)：由灰褐色、灰紫色凝灰質(zhì)安山巖、英安巖和安山質(zhì)角礫巖組成。分布在礦區(qū)中部，假整合于云合山組之上，厚度大于200m。

(3) 第四系。

礦區(qū)內(nèi)第四系地層只發(fā)育有上更新統(tǒng)的下蜀組，分布于礦區(qū)中部及西部，中部厚度0～20m，向南北變薄，向西部增厚，可達(dá)40～65m。

1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于寧鎮(zhèn)弧形構(gòu)造的西段內(nèi)側(cè)，處于區(qū)域主構(gòu)造線由北向東折轉(zhuǎn)至近東西向的轉(zhuǎn)折端，屬樺亭復(fù)式向斜的周村向斜，北與燈盞山背斜(靈—龍背斜東延部分)相接，南翼以復(fù)式褶皺形式與射烏山背斜(采區(qū)稱5405背斜)毗鄰。礦區(qū)內(nèi)由三疊系青龍組、周沖組、黃馬青組及侏羅系中下統(tǒng)象山群、上統(tǒng)云合山組、大王山組組成軸向近東西向斜，分上、下兩個(gè)構(gòu)造層：下構(gòu)造層由三疊系以前地層組成緊閉復(fù)式褶皺向斜，上構(gòu)造層為侏羅系陸相碎屑巖“繼承性”沉積向斜(圖1)。

1.2.1 褶曲

根據(jù)深部鉆孔及巷道控制，礦區(qū)內(nèi)下構(gòu)造層自北而南規(guī)模較大的褶皺有燈盞山背斜、周村向斜、防水門背斜、Ⅰ號(hào)次級(jí)向斜、5405背斜(即射烏山背斜)、Ⅱ號(hào)巖溶含水層次級(jí)向斜(與F20斷層相接而不全)。上述褶皺由于受印支運(yùn)動(dòng)和燕山運(yùn)動(dòng)近南北向不均衡壓應(yīng)力影響，早期褶曲軸面傾南，后期淺部及中深部褶曲軸面倒轉(zhuǎn)傾北，共同向東傾伏，傾伏角8～11°。其特點(diǎn)是背斜褶皺較為緊閉，向斜褶皺較為寬緩，次級(jí)背向斜至第1勘探線附近逐漸消失呈同斜褶皺產(chǎn)出。

背斜褶曲軸部及翼部常有斷層伴生，并與地層巖性的變化共同控制膏層的貧化富集和礦層頂部巖溶含水層、雜礫巖的分布。

1.2.2 斷層

按斷層形成的先后順序和展布方向可分為：近東西向、北東向、北西向及近南北向共四個(gè)斷層組，前者往往遭受后者破壞。

(1) 近東西向斷層組。

按其形成先后可分為兩期：①早期走向逆斷層。與早期褶皺軸面傾南的背斜同時(shí)產(chǎn)生，多發(fā)育于背斜的翼部。并往往為后期構(gòu)造所利用和破壞。主要有F101、F21、F103，長數(shù)百米至千余米，斷面傾南，傾角60°左右，傾斜斷矩10～40m，對(duì)膏層的破壞性較大；②后期近東西向走向斷層。除F20表現(xiàn)為逆斷層，其余多表現(xiàn)為斷面傾南的走向正斷層。

F20為成礦后生階段底劈作用所形成，斷面傾北，沿走向和傾向均波狀延展，傾角陡緩不一，縱貫全區(qū)，斷距達(dá)千余米，使周沖組(T2z)含膏地層逆復(fù)于黃馬青組(T2h)之上。斷層與5405背斜聯(lián)合控制南部巖溶灰?guī)r含水層的展布。

斷面傾向南的走向正斷層多為借助早期斷層、節(jié)理、白云巖與膏層界面而發(fā)育，并往往為雜礫巖、角礫巖充填而不易與后期非構(gòu)造成因“斷面”相區(qū)別。與早期褶皺、斷層共同控制混雜巖帶的分布，并受橫剖面主向斜膏層頂板下陷最大深度(即古地下水活動(dòng)的最大深度)的限制。

(2) 北東向正斷層組。

井下該組斷層較為常見，已編號(hào)的有F100、F102、F104、F106等斷層，斷層皆呈高角度產(chǎn)出，斷面平直，傾向北西，西盤南移，常使早期東西向斷層、褶皺、膏層及雜礫巖帶錯(cuò)斷移位，斷距十至數(shù)十米，對(duì)膏層的局部貧富變化和雜礫巖帶的膨縮起一定的控制作用。

(3) 北西向正斷層組。

井下僅見于Ⅱ號(hào)豎井井筒(為F15斷層在井筒中的延伸)、－308m西大巷西二穿脈口、－300m主通風(fēng)巷西三采巷轉(zhuǎn)折處(規(guī)模小，多位于褶皺的轉(zhuǎn)折處，對(duì)膏層破壞性較小)等少數(shù)地段。

(4) 近南北向斷層組。

生成時(shí)間最晚，規(guī)模大小不等，傾向不定，傾角急陡。井下見于東一采巷回風(fēng)巷、東二采巷28#礦房、西一采巷6#礦房等處，斷層橫切早期褶皺、斷層和雜礫巖帶，斷距一般較小，常使膏層錯(cuò)斷。

1.3 巖漿巖

主要分布在礦區(qū)東部美人山—下鮑亭一帶，其巖性主要為石英閃長斑巖，與上覆火山巖無明顯界線，二者呈漸變關(guān)系。被侵入的地層有：周沖組、黃馬青組、象山群等。接觸處有不同程度的蝕變和礦化，侵入硬石膏層的巖體使硬石膏褪色硅化，另外在部分鉆孔中也見有小的巖脈穿插，主要為煌斑巖脈，但其規(guī)模小，礦化蝕變?nèi)?，?duì)硬石膏礦層影響甚微。

2 含膏地層沉積特征及膏層富集及貧化規(guī)律

本礦區(qū)含膏巖系沉積具有如下特征：①含膏巖系底部為同生角礫白云巖，鮞粒、生物碎屑白云巖等分布；②大多數(shù)由灰?guī)r—白云巖—硬石膏—白云巖—灰?guī)r組成韻律層；③膏層以白云巖與硬石膏互層為主；④膏層中同生溶蝕角礫巖及表生溶崩角礫巖較為發(fā)育；⑤藻類生物較為發(fā)育，形成具藻類構(gòu)造灰?guī)r、白云巖(普遍硬石膏化)。

據(jù)上述特征得出：①瀉湖盆地原始水體深度甚淺，且基底不平，海水時(shí)淡時(shí)濃，微層狀白云巖硬石膏為相對(duì)寧靜環(huán)境產(chǎn)物，且持續(xù)時(shí)間較長，其余巖石組合皆為潮間帶產(chǎn)物。②瀉湖沉積中心有自下而上逐步向南轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)，形成所謂“多級(jí)盆地”。三個(gè)二級(jí)旋回中各含1～2層主要礦層，即第I旋回2、5層礦，第Ⅱ旋回為第9層礦(具有多個(gè)分層)，第Ⅲ旋回第10、11層礦。其中第Ⅱ旋回頂部已發(fā)育至氯化物階段甚至鉀鹽階段，其不復(fù)存在系由于成礦期后受CaSO4溶液溶解形成“反應(yīng)石膏”(礦區(qū)井下見有一種與四川東部某礦區(qū)雜鹵石相似的褐灰色不規(guī)則條帶硬石膏)，繼而在地下溶解鹵水與地表水聯(lián)通后溶解流失，不排除在其他礦區(qū)和本礦區(qū)F20斷層下盤深部尋找到其他鹽類礦床的可能。③本區(qū)硬石膏層的富集明顯受原生沉積、后期改造和構(gòu)造控制三因素的制約。

海相沉積石膏礦石原生品位一般比較高，薄礦層CaSO4含量也在80%左右。從縱向上看，主要膏層均位于Ⅱ級(jí)旋回中上部，各礦層的結(jié)構(gòu)韻律明顯，中部質(zhì)純，以粒狀、細(xì)粒狀半自形晶為主，向兩端白云質(zhì)含量增高，由微層理硬石膏漸變?yōu)闂l帶狀硬石膏、白云巖。

成礦后生階段飽含CaSO4溶液對(duì)包括“原生”硬石膏、白云巖沿裂隙、孔隙充填溶解交代重結(jié)晶成鱗片狀硬石膏及強(qiáng)硬石膏化白云巖。

礦區(qū)構(gòu)造控礦作用極為顯著，凡向斜軸部礦層明顯增厚富集，有利于CaSO4溶液濃縮聚集交代重結(jié)晶，反之，次級(jí)背斜軸部、兩翼及斷層經(jīng)過處往往擠壓變薄，膏層溶解垮塌、雜礫巖充填造成膏層相對(duì)貧化。

礦區(qū)東部美人山區(qū)石英閃長玢巖、花崗閃長巖體的侵入和烘烤作用既造成采區(qū)東部硬石膏褪色加大重結(jié)晶成半透明鱗片狀硬石膏，也造成淺部膏層溶解去膏鹽化作用的加速進(jìn)行和礦區(qū)中部膏層頂板巖溶灰?guī)r的消失。與礦區(qū)西部的硬石膏相比，成分上無明顯的增富變化。

深部的膏鹽溶解鹵水在與地表水聯(lián)通形成新的“回流”循環(huán)，使硬石膏轉(zhuǎn)化為二水石膏，形成膏溶角礫巖造成膏層貧化的同時(shí)，在地下滯水帶滲入的含膏溶液也產(chǎn)生膏層的局部富集(膏層和白云巖層中后期充填硬石膏脈)，但其作用有限。

3 含膏巖系沉積旋回劃分

本礦區(qū)由于早三疊世奧倫尼克期的開闊局限海臺(tái)地轉(zhuǎn)化為潮間—咸化瀉湖微相沉積，并隨著海水的全部退出，經(jīng)海陸過渡相到陸相沉積環(huán)境，構(gòu)成由海進(jìn)到海退的完整海退序列。沉積旋回大致可分為三套，每一旋回底界均為含藻絲球粒內(nèi)碎屑蠕蟲狀灰?guī)r、藻丘白云巖(灰?guī)r)、含球粒內(nèi)碎屑灰?guī)r、鮞粒白云巖(灰?guī)r)、生物碎屑灰?guī)r、微層理白云巖—硬石膏等組成韻律。白云巖、灰?guī)r在向斜有利部位均不同程度硬石膏化，且大部分可達(dá)到工業(yè)品位要求，每一旋回都有1～2層主要礦層(圖2)。第I沉積旋回是淺海碳酸鹽相轉(zhuǎn)為硫酸鹽相沉積階段，藻類發(fā)育，含較多生物碎屑，主要為白云巖及薄層硬石膏互層狀。第Ⅱ旋回是成礦溶液咸化濃縮階段，表現(xiàn)為厚層硬石膏與微層理白云巖互層更替產(chǎn)出。第Ⅲ旋回以硬石膏、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r為主，海水時(shí)濃時(shí)淡，可能是向氯化物沉積的過渡階段。三個(gè)旋回中以第Ⅱ旋回成礦最好，礦層厚150m以上；第I、Ⅲ旋回礦層，厚數(shù)十米至百余米。礦區(qū)含硬石膏層13層，總厚度大于350m。

4 礦床成因分析

礦區(qū)位于寧鎮(zhèn)弧形構(gòu)造西翼內(nèi)側(cè)、樺亭復(fù)式向斜之周村次級(jí)向斜，三疊紀(jì)時(shí)屬下?lián)P子陸表海東北部，早三疊世以海相碳酸鹽沉積為主，中三疊世開始海水有較大規(guī)模的退卻，轉(zhuǎn)為瀉湖—潮坪硫酸鹽—碳酸鹽相沉積，沉積了周沖組(即本區(qū)石膏沉積期)。至中三疊世末經(jīng)金子運(yùn)動(dòng)(印支運(yùn)動(dòng)第一幕)隆起抬升，海水全部退出，沉積黃馬青組海陸交替相、陸相沉積，與下伏地層呈假整合接觸。三疊紀(jì)末南象運(yùn)動(dòng)(印支運(yùn)動(dòng)第二幕)由于受近南北向不均衡壓應(yīng)力作用和古構(gòu)造的牽制，產(chǎn)生一組近東西—北東向強(qiáng)烈褶皺和逆斷層，軸(斷)面傾南，侏羅紀(jì)象山群廣泛角度不整合于黃馬青組及老地層之上，基本奠定礦區(qū)構(gòu)造輪廓。

晚侏羅世寧鎮(zhèn)運(yùn)動(dòng)(燕山運(yùn)動(dòng)早期)在印支褶皺構(gòu)造的基礎(chǔ)上再次發(fā)生強(qiáng)烈地殼變動(dòng)，進(jìn)一步加劇褶皺斷裂活動(dòng)(主壓應(yīng)力方向相同，作用力相反，褶皺軸面傾北)，隨后并伴隨多期次火山巖噴發(fā)和中酸性巖漿巖侵入，在礦區(qū)中部象山群及黃馬青組的剝蝕面上“繼承性”地接受云合山組和大王山組沉積，形成具有明顯差異的上、下兩個(gè)構(gòu)造層。喜山運(yùn)動(dòng)旋回在礦區(qū)主要表現(xiàn)為上覆地層輕微平緩褶皺和北北東向斷裂活動(dòng)，一般斷距較小。

與上述各沉積構(gòu)造期相應(yīng)，中三疊世開始海水大規(guī)模退卻，下?lián)P子陸表海海水逐漸變淺，沉積了薄層灰?guī)r和蠕蟲狀灰?guī)r，并逐漸進(jìn)入瀉湖—潮坪硫酸鹽相沉積，藻類發(fā)育，沉積藻丘白云巖，形成了相對(duì)封閉的沉積環(huán)境，隨著海水的進(jìn)一步變淺，海水咸化濃縮，沉積了微層理白云巖和石膏，由于咸化階段時(shí)間較長，且有多次反復(fù)海水浸入，形成了巨厚的石膏及白云巖。中三疊世經(jīng)早期印支運(yùn)動(dòng)抬升，海水完全退去，沉積了黃馬青組海陸交替相至陸相沉積。后經(jīng)南象運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一組北東東向強(qiáng)烈褶皺、斷層活動(dòng)，并伴有多期火山巖噴發(fā)和中酸性巖漿侵入，在礦區(qū)中部象山群及黃馬青組剝蝕面上“繼承性”地接受了云合山組和大王山組地層沉積，形成礦區(qū)具有明顯差異的上、下兩個(gè)構(gòu)造層。

礦區(qū)膏層隨著構(gòu)造作用和上覆地層的重力作用，也經(jīng)歷了成巖固結(jié)、收縮脫水、張裂柔皺、溶解交代富集、褶皺底壁穿刺等作用，直至地下溶解鹵水與地表水溝通，產(chǎn)生溶崩垮塌交代等一系列退變質(zhì)作用，其淺層部分形成“混雜層”，名之為“交代角礫巖”、“溶崩角礫巖”、“次生灰?guī)r”等多種名稱。據(jù)井下資料，地下溶解鹵水與地表水聯(lián)通的時(shí)限大致可定在燕山運(yùn)動(dòng)中晚期云合山組沉積之前，直至近晚期仍在繼續(xù)活動(dòng)，形成了南京石膏礦獨(dú)有的特征。

綜上，通過對(duì)南京石膏礦地質(zhì)特征及礦床成因的重新認(rèn)識(shí)，對(duì)礦山開采、三疊系下?lián)P子地區(qū)地層中其他同類礦床的找礦提供指導(dǎo)。

Geological Features of Nanjing Anhydrite Deposit and Its Genetic Analysis

CHEN Gui-rong, XIE Fu-kang
(Nanjing Anhydriet Mine Industry Co., LTD., Nanjing 211133, China)

The geological features, genetic type, cycle of sedimintation of Nanjing anhyodrite deposit were introduced. It provided guidance to exploration of the anhydrite deposit and its mineral prospecting in perimeter.

anhydrite; geological features; genesis; Nanjing

P619.261

A

1007-9386(2011)01-0048-04

2010-11-30