泰安市大汶口石膏礦王莊礦段地質(zhì)特征及成因分析

王艷婷，劉彥奎，王 東，于 超

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014)

【礦產(chǎn)資源】

泰安市大汶口石膏礦王莊礦段地質(zhì)特征及成因分析

王艷婷，劉彥奎，王 東，于 超

(山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014)

大汶口盆地為古近紀(jì)石膏礦的一個主要賦存區(qū)，王莊礦段位于大汶口盆地的東南緣，該礦床賦存于古近系官莊群大汶口組二段，屬湖相沉積礦床。礦層傾角約1～5°，厚度1.82～13.96m，最大長度1 380m，最大斜深850m，礦段平均品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)74.50%，礦石工業(yè)類型為石膏型。同時(shí)，從構(gòu)造、古地理、古氣候、物理化學(xué)條件和成礦物質(zhì)來源方面探討了石膏礦床的成因。

石膏礦；地質(zhì)特征；成因；泰安大汶口

山東省石膏礦資源豐富，已發(fā)現(xiàn)早寒武世、早奧陶—中奧陶世和古近紀(jì)三個主要的石膏成礦期，其中以形成于古近紀(jì)的石膏礦石質(zhì)量最好、礦床規(guī)模大[1]。大汶口盆地為古近紀(jì)石膏礦的一個主要賦存區(qū)。

大汶口盆地位于泰安市西南約25km，為位于魯西隆起西部的南留弧形斷層所控制的一個北斷南超的新生代斷陷盆地。石膏礦床主要賦存于古近系官莊群大汶口組二段中，分布于膏鹽相區(qū)內(nèi)，其平面分布形態(tài)與盆地形態(tài)相似，東至東南較為開闊，大致呈橢圓形，面積約204km2，占盆地面積的64%[2]。王莊礦段位于大汶口盆地的東南緣，屬于大汶口盆地石膏礦床的一部分。

1 成礦地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

區(qū)域地層由老至新為新太古界泰山巖群、寒武系、奧陶系、石炭系、古近系和第四系。新太古界泰山巖群是區(qū)內(nèi)的結(jié)晶基底，出露于盆地外側(cè)，盆地內(nèi)被第四系所覆蓋。

盆地內(nèi)斷層構(gòu)造相對發(fā)育，主要為NE向和NW至近EW向兩組，它們不僅控制著盆地的生成和發(fā)展，而且限定和切割了盆地，詳見下頁圖。

區(qū)域巖漿巖發(fā)育于大汶口盆地南北兩側(cè)，主要為新太古代阜平期花崗閃長巖、五臺期黑云石英閃長巖和古元古代呂梁期二長花崗巖。

1.2 礦段地質(zhì)

王莊礦段全區(qū)被第四系覆蓋，據(jù)鉆孔資料揭露，古近系官莊群大汶口組二段地層不整合于奧陶系馬家溝組八陡段之上。馬家溝組八陡段多為灰白色致密塊狀灰?guī)r，大汶口組主要是一套以頁片狀泥灰?guī)r、泥灰?guī)r、石膏礦、泥巖、泥頁巖、砂巖、粘土巖等為主的巖性組合。第四系以松散砂質(zhì)粘土堆積為主，與古近系呈不整合接觸。

礦段構(gòu)造主要為區(qū)域性F6斷層，其位于礦段東南側(cè)，區(qū)內(nèi)延伸長度500m，走向北東，傾向北西，傾角70°，落差24～79m，為正斷層。

大汶口盆地地質(zhì)構(gòu)造示意圖

礦段內(nèi)通過鉆探揭露未發(fā)現(xiàn)巖漿巖。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

王莊礦段根據(jù)礦層、圍巖相對關(guān)系及巖性特征進(jìn)行對比，共劃分出9層石膏礦，各礦層特征見下表。

礦層呈層狀、似層狀產(chǎn)出，總體走向310～355°，傾向北東，傾角1～5°左右，部分礦層有分枝復(fù)合現(xiàn)象。礦層埋深56.56～306.72m，產(chǎn)出標(biāo)高33.42～-216.62m，最大長度1 380m，最大斜深850m，總厚度71.40m，單層厚度1.82～13.96m，厚度變化系數(shù)30.14%～74.54%。厚度穩(wěn)定型礦層5層，較穩(wěn)定型礦層4層。礦石品位(CaSO4·2H2O+CaSO4) 55.35%～93.74%，品位變化系數(shù)2.37%～13.70%，均屬品位變化均勻型。Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅷ礦層為主要礦層。

王莊礦段礦層基本特征

2.2 礦石特征

(1) 礦石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

礦石常見結(jié)構(gòu)有粒狀變晶、斑狀變晶、纖維狀和包含結(jié)構(gòu)。構(gòu)造主要有塊狀、薄層狀、條紋條帶狀、扇狀和柵櫛狀構(gòu)造。

(2) 礦石的礦物成分。

礦石的礦物成分可分為礦石礦物和脈石礦物。礦石礦物主要為石膏(53.82%～93.74%)，次為硬石膏。脈石礦物主要為粘土礦物，次為方解石，少量自然硫、黃鐵礦、褐鐵礦、石英。

(3) 礦石的化學(xué)成分。

礦石化學(xué)成分除SO3、CaO、H2O+等主要有益組分外，其余元素的含量均較低，對礦石質(zhì)量無影響。其中，SO3單樣最高含量43.83%，最低23.00%，平均34.77%；CaO單樣最高含量34.88%，最低32.84%，平均34.30%；H2O+單樣最高含量19.61%，最低11.26%，平均15.49%。礦石中的主要有害組分是So，它是生成有害氣體H2S的主要物質(zhì)來源，單樣含量最高5.25%，最低0.01%，平均0.60%。

王莊礦段化學(xué)成分平均含量(%)為：SO334.77、CaO 34.30、H2O+15.49、H2O-0.00、SiO21.22、MgO 0.28、Al2O30.32、SrO 0.24、Fe2O30.06、FeO 0.068、K2O 0.072、Na2O 0.018。

2.3 礦石類型及級別

礦石自然類型主要為粗—細(xì)粒塊狀石膏，其次為條紋條帶狀石膏，局部地段見纖維狀石膏和透石膏。工業(yè)類型為石膏型。

石膏級別為二級和三級。

2.4 礦層圍巖與夾石

礦層圍巖主要為泥灰?guī)r、頁片狀泥灰?guī)r、含膏泥灰?guī)r、泥頁巖等，其與各礦層之間的關(guān)系：①礦層圍巖產(chǎn)狀與礦層產(chǎn)狀基本一致；②圍巖隨礦層厚度的增加，逐漸變薄，越到深部，變薄的趨勢越明顯；③圍巖中多含石膏，石膏主要以條紋條帶狀、薄層狀、透鏡狀或角礫狀產(chǎn)出。

夾石單層厚度一般1～5m，最大6.95m。夾石厚度一般隨礦層厚度的增加而增加，礦層薄則夾石少或無。

3 礦床成因分析

大汶口盆地石膏礦床的形成主要與構(gòu)造、古氣候、古地理、物理化學(xué)及物質(zhì)來源等因素有關(guān)。

3.1 構(gòu)造條件

鹽類礦床的生成嚴(yán)格受構(gòu)造控制。構(gòu)造運(yùn)動除控制成鹽盆地外，還控制著鹽類礦床的形成和演化、鹽類物質(zhì)的來源以及鹽類礦床形成后的保存和破壞[3]。大汶口盆地是在燕山運(yùn)動末期形成的凹陷基礎(chǔ)上，經(jīng)喜山運(yùn)動逐漸形成的半封閉的湖盆，湖盆的不斷下降，接受和容納了包括成礦物質(zhì)在內(nèi)的大量沉積物。區(qū)域上NW、NE向斷裂構(gòu)造切割了盆地，形成了次一級的構(gòu)造斷塊，控制著鹵水的遷移。

3.2 古地理?xiàng)l件

大汶口盆地位于太古代形成的高山和古生代形成的丘陵之間，呈北陡南緩，東高西低的箕形。高山成為海洋季風(fēng)的阻擋屏障，使高山后面的深盆成為干熱季風(fēng)區(qū)，從而有利于盆地水域向咸化方向發(fā)展，有利于鹽類的沉積[4]。

3.3 古氣候條件

鹽類礦床是成鹽盆地中的含鹽水體經(jīng)強(qiáng)烈蒸發(fā)沉積而成。石膏與鈣泥質(zhì)巖石組成的條紋條帶狀構(gòu)造以及顏色由棕褐色→灰色→灰白色相間的巖系變化反映了氣候干燥→濕潤的交替變化。濕潤氣候時(shí)，水量豐富，帶來大量成礦物質(zhì)；干燥氣候時(shí)，湖水蒸發(fā)濃縮，當(dāng)湖盆中的蒸發(fā)量大于降水量和地表水流量時(shí)，湖盆中的水質(zhì)經(jīng)強(qiáng)烈蒸發(fā)，成礦物質(zhì)沉淀。

3.4 物理化學(xué)條件

影響石膏、硬石膏形成和轉(zhuǎn)化的物理化學(xué)條件有溫度、壓力、鹽度、pH值、Eh值、氧逸度、水逸度等。在沉積階段時(shí)，主要形成石膏。原生沉積成礦后，在盆地下沉和溫度升高的條件下，石膏脫水變?yōu)橛彩唷?/p>

3.5 成礦物質(zhì)來源

(1) 大汶口盆地位于汶蒙盆帶的最西端，汶蒙盆帶湖盆自東向西逐漸下降對鹽類物質(zhì)向大汶口盆地遷移創(chuàng)造了條件。蒙陰盆地和汶東盆地成為大汶口盆地鹽類來源的預(yù)備盆地，預(yù)備盆地中鹵水內(nèi)鹽類物質(zhì)來源以陸源為主。但汶東盆地大汶口組中段有孔蟲及鈣質(zhì)砂巖中海綠石等證據(jù)，推斷水盆內(nèi)可能有海水的補(bǔ)給[1]。

(2) 大汶口盆地東鄰新甫山凸起，南鄰蒙山凸起，由基底古老變質(zhì)巖系構(gòu)成的蝕源區(qū)長期遭受風(fēng)化剝蝕，使大量的鹽類成礦物質(zhì)(Ca2+、Na+、K+等)隨地表循環(huán)水體，源源不斷地匯集到盆地中。

(3) 大汶口盆地南側(cè)和東側(cè)大面積分布的寒武—奧陶紀(jì)地層中有石膏礦層存在[5]，石膏經(jīng)過長期的風(fēng)化淋濾作用，會隨水流呈離子狀態(tài)進(jìn)入湖盆重新成礦。在盆地邊部的大汶口組內(nèi)粗碎屑組分中含有較多寒武—奧陶紀(jì)灰?guī)r礫石，就表明了寒武—奧陶紀(jì)中膏鹽物質(zhì)經(jīng)過風(fēng)化溶蝕后進(jìn)入古近紀(jì)盆地。

(4) 盆地周圍大量植物死亡后，隨季節(jié)性流水進(jìn)入湖盆，同時(shí)湖盆水體中浮游生物、藻類等死亡后也沉入湖底，這些有機(jī)物腐爛后，在還原環(huán)境下形成大量H2S氣體，H2S氣體在氧化條件下形成SO42-，最后與Ca2+結(jié)合成礦。

4 結(jié)語

經(jīng)過對大汶口盆地王莊礦段石膏礦床地質(zhì)特征及礦床成因分析，得出以下結(jié)論：

(1) 石膏礦層產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致，受控于盆地的形態(tài)。

(2) 盆地的發(fā)生、發(fā)展及演化受斷裂構(gòu)造的控制。盆地內(nèi)的次級構(gòu)造對鹵水的聚集、保存、成礦起到重要作用。

(3) 石膏礦床是以陸源湖相沉積為主，經(jīng)后生脫水、水化、交代等多成因多期次形成的。

[1]孔慶友，張?zhí)斓潱谘┓?，?山東礦床[M].濟(jì)南：山東省科學(xué)技術(shù)出版社，2006.

[2]王自具，李強(qiáng)，李宗成.山東省泰安市大汶口盆地石膏礦資源潛力評價(jià)礦產(chǎn)品需求預(yù)測及開發(fā)建議[J].山東國土資源，2003，19 (5)：23-25.

[3]關(guān)紹增，江宗龍，魏東巖，等.中國板塊構(gòu)造與鹽類礦產(chǎn)[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，1996，18(2)：73-81.

[4]袁見齊，蔡克勤.鹽類礦床成因理論的新發(fā)展[J].地球科學(xué)，1981，14(1)：197-205.

[5]薛平.華北中奧陶世石膏礦床的某些成礦規(guī)律研究[J].建材地質(zhì)，1985(4)：28-33.

Geological Features and Genesis of Wangzhuang Ore Section in Dawenkou Gypsum Mine in Tai'an City

WANG Yan-ting, WANG Dong, YU Chao, LIU Yan-kui
(No.1 Exploration Institute of Geology and Mineral Resources, Jinan 250014, China)

Dawenkou gypsum is a major region of Paleogene gypsum mine. Wangzhuang ore section is located in southeast margin of Dawenkou basin. This deposit occurs in second section of Dawenkou formation in Paleogene Guanzhuang group, belongs to lacustrine sedimentary deposits. Inclination of ore strata is about 1～5°. The thickness is 1.82～13.96m. The maximum length is 1 380m. The maximum oblique depth is 850m. The average grade is 74.50%. Through study on the structure of ancient geography, ancient climate, physist and chemistry and ore-forming material sources, origin of gypsum deposits are analyzed.

gypsum mine; geological features; ginesis; Tai'an Dawenkou

P578.72

A

1007-9386(2014)05-0042-03

2014-05-12