白山市大陽岔石膏礦床地質(zhì)特征及找礦標(biāo)志

解立發(fā)，王繼梅，王抒群，丁 瑞，楊 雷，孟繁宇

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130033）

1 地質(zhì)概況

白山市大陽岔石膏礦區(qū)位于中朝準(zhǔn)地臺(Ⅰ級)，遼東臺隆(Ⅱ級)，太子河—渾江褶皺斷束(Ⅲ級)，渾江上游凹褶皺束(Ⅳ級)中部地段，即渾江盆地古生代洼地，盆地及其洼地的發(fā)展具有繼承性，控制著各時代地層分布。

礦區(qū)出露地層由老到新依次為青白口系南芬組(Qnn)、震旦系萬隆組(Z1w)、八道江組(Z1b)、青溝組(Z2q)；下寒武統(tǒng)水洞組(∈1sd)、黑溝組(∈1h)、堿廠組(∈1j)、饅頭組(∈1m)、毛莊組(∈1mz)；中寒武統(tǒng)徐莊組(∈2x)、張夏組(∈3z)；上寒武統(tǒng)崮山組(∈3g)、長山組(∈3ch)、風(fēng)山組(∈3f)；奧陶系冶里組(O1y)、亮甲山組(O1l)、馬家溝組(O2m)和石炭系本溪組(C1b)。詳見右圖。

寒武系饅頭組(∈1m)是本區(qū)唯一的含礦(石膏)層，是以紫紅色粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖與青灰色粉屑白云巖交替產(chǎn)出，細(xì)碎屑巖為主的一套巖石。根據(jù)其巖性特點和沉積韻律特征，劃分為4個巖性段。

Ⅰ巖段(∈1m1)：礫屑白云巖(簡稱礫巖段)，灰—灰綠色，礫屑結(jié)構(gòu)，具不規(guī)則層狀構(gòu)造，可見斜層理、微波狀和脈狀層理。礫屑成分主要為微晶灰?guī)r、微晶白云質(zhì)灰?guī)r，紫色粉砂巖等，其磨圓和分選均較差，多為不規(guī)則角礫狀，礫徑一般為1～2cm左右，個別可達(dá)10cm以上，排列無序。膠結(jié)物為鈣質(zhì)，填隙物為白云巖，灰?guī)r和粉砂巖的細(xì)碎屑，呈基底式膠結(jié)。巖段厚1.1～13.5m。

Ⅱ巖段(∈1m2)：粉屑狀泥質(zhì)白云巖與泥屑—粉屑白云巖互層巖段(簡稱互層巖段)，主要為青灰色砂屑、粉屑、泥屑白云巖與灰紫、紫紅色粉屑含鐵泥質(zhì)白云巖交替產(chǎn)出，一般為5個韻律層。頂部夾青灰色含鮞粒粉屑白云巖和紋層狀藻白云巖，下部粉屑狀泥質(zhì)白云巖中具有石鹽假晶、波痕、小型斜層理，微波狀層理、透鏡層理；底部青灰色紋層狀藻白云巖。該巖段厚31.63～68.72m。

Ⅲ巖段(∈1m3)：砂—粉屑狀泥質(zhì)白云巖和石膏礦層巖段(簡稱含膏巖段)，是區(qū)域上主要含礦(膏)巖段，也是本區(qū)的唯一含礦(膏)巖段。其巖性自下而上一般為紫紅色砂屑、粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖—青灰色粉屑白云巖—淺灰色粉屑白云質(zhì)石膏、硬石膏巖—綠灰色粉屑膏質(zhì)白云巖和灰紫色粉屑狀含泥膏質(zhì)白云巖—灰紫色含泥白云質(zhì)硬石膏石膏巖。該巖段于地表和淺部均為淋失帶。巖段厚2.73～13.32m。

Ⅳ巖段(∈1m4)：磚紅色粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖段(簡稱紅層)，為區(qū)域上主要標(biāo)志層之一。其巖性比較單一，為磚紅—紫紅色粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖，另外底部普遍具有鳥眼構(gòu)造，當(dāng)下伏為石膏礦層時鳥眼孔的充填物為亮晶方解石，該巖段上部鈣質(zhì)增高，白云質(zhì)減小。巖段厚16.84～29.83m。

該饅頭組屬于潮坪—瀉湖沉積環(huán)境，與下伏堿廠組為平行不整合接觸。

礦區(qū)為一單斜構(gòu)造(區(qū)域上為向斜盆地的北西翼)。地層產(chǎn)狀：走向北東30～50°，傾向南東，傾角25～35°。區(qū)內(nèi)斷層以北東向逆斷層及北西向正斷層為主，傾角較陡，斷距不大，對淺部礦層有淋失作用，最大淋失帶深度330m。

礦區(qū)內(nèi)巖漿巖不發(fā)育。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦體(層)特征

區(qū)內(nèi)僅見一個石膏礦層，賦存于下寒武統(tǒng)饅頭組Ⅲ巖段(∈1m3)上部?？刂谱呦蜷L4400m，傾向?qū)?30～1800m，控制標(biāo)高552～3m，控制最大傾斜延伸1610m，礦層平均厚度5.66m，平均品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)56.04%。礦層走向45°，傾向南東，傾角25～35°。

2.2 礦石質(zhì)量

2.3.1 礦石自然類型和結(jié)構(gòu)構(gòu)造

本礦床石膏礦石分為3種自然類型。

(1)塊狀含白云質(zhì)硬石膏—石膏(Ⅰ類型)：灰色—灰白色，細(xì)粒狀、纖維狀集晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。其中白云質(zhì)為粉屑白云石，呈不規(guī)則帶狀產(chǎn)出，含量為10%左右，硬石膏和石膏之間含量變化與礦石賦存深度有關(guān)，硬石膏的含量與賦存深度成正變關(guān)系。

該類型礦石品位80.88%。脈石礦物主要為白云石，含量僅為百分之幾。該類型是以淀晶為主的原生石膏礦石，分布普遍，位于礦層底部或中部，其厚度一般0.35～0.45m。

(2)薄層狀含泥白云質(zhì)石膏(Ⅱ類型)：灰紫色，粉屑結(jié)構(gòu)，具不規(guī)則薄層狀構(gòu)造；石膏多呈板狀晶體，少許呈細(xì)粒狀、纖維狀。于石膏晶體中常見有泥質(zhì)包裹體，亦有時為白云質(zhì)粉屑或泥屑等。另外在灰紫色粉屑狀泥質(zhì)白云巖中亦多混有板狀石膏晶體。

該類型礦石厚度不太穩(wěn)定，但在礦層中分布較普遍，品位一般50%～60%，最高64.45%，脈石礦物以白云石和泥屑為主含少量鐵質(zhì)和玉燧。該類型為回流滲透和毛隙管蒸發(fā)作用形成的準(zhǔn)同生硬石膏、石膏礦石。

(3)脈狀含泥白云質(zhì)纖維石膏(Ⅲ類型)：該類型石膏礦石與礦層圍巖及含膏白云巖的界線清晰，纖維膏呈脈狀充填于層間或裂隙間多呈平行脈狀構(gòu)造，纖維狀結(jié)構(gòu)，纖維垂直脈壁或?qū)用妫}寬一般為1～5mm，最窄顯微脈0.2mm，最寬可達(dá)2mm；纖維膏脈一般疏密不同。另外常見除脈狀纖維石膏外尚有圍巖中的板狀和細(xì)粒狀石膏(第二種類型的石膏)。

該類型礦石一般分布在第二種類型的頂及底，與其無明顯界線，與礦層之頂?shù)装逡矡o明顯界線。位于第二類型上部的該類型礦石常具有工業(yè)價值，而下部的常不具工業(yè)價值；該類型礦石的品位最低為47.10%，最高為60.78%，一般50%～55%，其脈石礦物以白云石粉屑為主，泥質(zhì)少量，氧化鐵、石英、燧石等僅為百分之幾。該類型礦石為后期鹵水在層間、裂隙間沉淀而形成的。

礦層中3種不同類型的礦石具有垂直分帶性：即Ⅰ類型塊狀含白云質(zhì)硬石膏—石膏礦石(淀晶原生)，一般位于礦層的下部或底部；Ⅱ類型薄層狀含泥白云質(zhì)石膏礦石(成巖期準(zhǔn)同生)，一般位于礦層中部和上部；Ⅲ類型脈狀含泥白云質(zhì)纖維石膏礦石(后期次生)，一般位于礦層頂部或上部。

2.3.2 礦石礦物成分及化學(xué)成分

礦石礦物為石膏、硬石膏，脈石礦物有白云石、方解石、水云母、石英、玉髓和赤鐵礦等。

石膏、硬石膏的含量因礦石類型不同而異，但二者含量之比例關(guān)系與礦石的賦存標(biāo)高有明顯的相關(guān)性，即賦存標(biāo)高越高，石膏所占的比例越大，硬石膏所占的比例越小，如14線不同埋深石膏、硬石膏含量不同，詳見表1。

表1 不同埋深石膏、硬石膏含量

白云質(zhì)在礦石中的含量亦因礦石類型不同而異，其賦存狀態(tài)一種是白云巖的粉屑、另一種是白云巖化而形成的白云石，常以前一種為主。其他如方解石、水云母等，含量很低，均為次生；石英的含量極微，粒狀星點分布；赤鐵礦的含量亦較低，粒度極細(xì)(電鏡下只見星點分布在白云巖粉屑上)。

礦石化學(xué)成分中除有益組分SO3和H2O+外，尚有H2O-8.52%、Fe2O32.86%、Al2O34.96%、酸不溶物28.16%、燒失量10.48%。

礦層及頂、底板的平均化學(xué)成分見表2。

表2 礦層及頂、底板平均化學(xué)成分(%)

2.3 礦體圍巖及夾層

礦層的項板及夾層界線均不清晰，主要因后期鹵水活動形成的纖維膏細(xì)脈干擾所至，當(dāng)纖維膏細(xì)脈密集時可達(dá)工業(yè)要求，若較稀疏時則達(dá)不到工業(yè)要求。礦層雖然底板界線較清晰，亦需采樣控制，所以礦層頂、底板均利用分析結(jié)果劃分。

礦層頂板均為磚紅色粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖，巖石呈粉屑結(jié)構(gòu)，層理不發(fā)育，致密塊層狀構(gòu)造，近礦層部分鳥眼構(gòu)造較發(fā)育，多平行層理呈帶狀(成群)產(chǎn)出，其鳥眼孔，多為次生石膏充填。礦物成分主要是白云石粉屑，含量約為55%，泥質(zhì)次之含量為30%～35%；再次為鐵質(zhì)(氧化鐵)，與泥質(zhì)混合分布，含量為5%～7%；硅質(zhì)主要為燧石，含量為1%～2%；次生方解石含量2%～3%，多充填于裂隙及溶孔中；在接近礦層處有脈狀分布的纖維膏，一般含量為5%～25%，最高可達(dá)40%以上。

該頂板巖層是石膏礦層的良好蓋層，能較好的保護(hù)礦層，該層總厚一般25～30m。

礦層底板為紫紅色粉屑狀泥質(zhì)白云巖，粉屑結(jié)構(gòu)，粒徑0.1～0.3mm，常見巖石具有水平紋層及微波狀層理。主要礦物成分是白云石粉屑含量為70%～80%，泥鐵質(zhì)25%左右，另外見有極少量其他陸源碎屑星散分布。

該底板巖層接近石膏礦層部分亦含有一定的石膏，但多不及頂板，最低0.65%，最高36.64%，一般5%～15%，該層厚2.50～5.00m。

礦層夾層由含有一定量石膏和硬石膏的粉屑白云巖及粉屑狀泥質(zhì)白云巖構(gòu)成，不很穩(wěn)定，其厚度為0.55～2.08m，亦有部分鉆孔控制的礦層不具有夾層。含礦情況為：最低38.14%(ZK182)，最高46.04(ZK145)，平均43.11%。

3 成礦規(guī)律及找礦標(biāo)志

3.1 成礦地質(zhì)條件

(1)石膏礦形成于渾江盆地的洼地中，即相對應(yīng)的V級構(gòu)造單元是石膏礦形成的有利場所。就本區(qū)域而言，渾江、大陽岔、灣溝等石膏礦均對應(yīng)渾江洼地、大陽岔洼地和灣溝洼地。

(2)石膏礦形成的沉積相條件是薩勃哈蒸發(fā)坪，即于饅頭組晚期開闊的潮上坪地帶發(fā)育著一些低洼的鹽(石膏)沼地，是石膏形成的具體位置。

(3)石膏的形成受硫酸鹽、白云巖、泥質(zhì)白云巖相區(qū)的控制，礦層多產(chǎn)于這個巖相區(qū)之內(nèi)。

(4)含礦建造屬穩(wěn)定的白云巖型蒸發(fā)建造。為砂屑、粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖—粉屑白云質(zhì)石膏巖或細(xì)晶含白云石石膏巖—粉屑白云巖—粉屑狀含泥白云質(zhì)硬石膏巖控礦沉積韻律，應(yīng)屬V級韻素。

(5)石膏礦層之上必須具有一定厚度的蓋層。本區(qū)蓋層為30m厚的磚紅色含鐵泥質(zhì)白云巖，使形成的石膏得以保存。

3.2 成礦機(jī)理

區(qū)域上于早寒武世晚期，廣闊潮上坪中分布著數(shù)個相對低洼的鹽沼地，正常的高潮不能補(bǔ)給海水(微堿化鹵水)，因而只有兩種補(bǔ)給方式：一是風(fēng)暴潮及其滲透回流作用；二是靠海一側(cè)的沉積物內(nèi)孔隙中的海水形成緩慢水流，即蒸發(fā)泵流，或者蒸發(fā)形成重鹽(鹵)水而形成滲透回流。

另外應(yīng)指出：回流滲透作用與蒸發(fā)泵作用不是同時進(jìn)行的，而是交替的。又加之本區(qū)當(dāng)時氣候炎熱而干旱，蒸發(fā)量大大的超過補(bǔ)給量，由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)和毛細(xì)管作用，使孔隙內(nèi)水的濃度增高，形成蒸發(fā)鹽礦物：石膏、硬石膏，也形成有天青石和白云石等。

3.3 找礦標(biāo)志

(1)含礦層(饅頭組)的發(fā)育程度與礦層的賦存有直接關(guān)系，一般該組厚達(dá)90m左右時可以有石膏礦賦存，但需指出，更主要的是其中Ⅲ巖段是否發(fā)育。

(2)石膏礦層賦存于饅頭組磚紅色粉屑狀含鐵泥質(zhì)白云巖層之下，該層巖性特征明顯，層位穩(wěn)定為區(qū)域上的標(biāo)志層之一。

(3)地表及淺部，于上述固定層位具有鹽溶角礫巖及次生灰?guī)r，標(biāo)志著深部有石膏礦層賦存，鹽溶角礫巖與次生灰?guī)r的發(fā)育情況和厚度大小，反映礦層的品位和厚度特征，二者為正變關(guān)系。

(4)微量元素Sr的含量明顯增高，Sr/Ba比例明顯增大，另外B/Ga比值有降低的趨勢時，標(biāo)志深部一定位置有石膏礦層賦存。

(5)水化學(xué)特征：在饅頭組分布地帶，有較高的礦化度和硫酸根(SO4-)異常時，指示地下石膏礦層的賦存，本礦區(qū)在含膏層上覆地層中取樣分析，礦化度為118.95～292.66mg/L，而下伏黑溝組的水樣礦化度只有63.68mg/L。