遼寧省遼陽盆地石膏礦地質(zhì)特征及成礦規(guī)律

張連強(qiáng)，張 歡

（遼寧省冶金地質(zhì)勘查局四0一隊(duì)，遼寧 大連 116100）

我國石膏礦產(chǎn)資源豐富，己探明儲(chǔ)量居世界首位。從地區(qū)分布看，以山東石膏礦最多，占全國儲(chǔ)量的65%，內(nèi)蒙古、青海、湖南次之，遼寧較少。目前遼寧地區(qū)發(fā)現(xiàn)的大型石膏礦主要集中分布在遼陽盆地內(nèi)，主要有榮官屯、東京陵、大達(dá)連溝石膏礦床。

1 成礦地質(zhì)背景

遼陽盆地位于華北陸臺(tái)北緣東段(Ⅰ)膠遼地塊(Ⅰ1)太子河—渾江拗陷(Ⅰ12)遼陽—本溪凹陷(Ⅰ1

2-1)西端，與下遼河中新生代斷陷毗鄰。該盆地分布范圍約700km2，自青白口紀(jì)以來長期接受沉積，形成巨厚的沉積層覆蓋于結(jié)晶基底之上，厚度達(dá)1 400m，控制了該區(qū)沉積礦產(chǎn)的形成。區(qū)內(nèi)出露和鉆探揭露的地層有鞍山群、青白口系、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系地層。區(qū)內(nèi)主要的含膏礦帶為下寒武統(tǒng)饅頭組、堿廠組頂部層段，詳細(xì)巖性特點(diǎn)如下，其他地層巖性見綜合柱狀圖(圖1)。

1.1 堿廠組(∈1j)

厚約112.9m。根據(jù)地層層序、巖性巖相、含膏性將其自下而上劃分四個(gè)巖段，簡(jiǎn)述如下：

(1) 深灰色薄層灰?guī)r夾竹葉狀灰?guī)r，厚度約37.6m。

(2) 灰白色結(jié)晶灰?guī)r、厚層灰?guī)r，厚度約54.0m。(3) Ⅴ膏巖段：為區(qū)內(nèi)重要含膏巖段，主要為硬石膏、含膏白云巖，厚度約8.55m，其中石膏約4.02m。局部地段被巖溶角礫狀含膏白云巖、灰?guī)r取代。

(4) 灰色含藻硅質(zhì)灰?guī)r，厚度約13.23m。

1.2 饅頭組(∈1m)

厚度約132.76m。盆地內(nèi)厚度較為穩(wěn)定，為重要含膏層位，全組共分四段。

(1) 一段：厚17.01～23m。

灰黑色含膏白云巖：厚7.16m。

Ⅳ膏層：厚0.58～2.59m。局部礦層薄。

Ⅲ含膏層：石膏白云巖夾石膏，厚3～4.5m。不具工業(yè)開采價(jià)值。

磚紅色白云質(zhì)泥巖：纖膏發(fā)育，厚2.80～3.35m。(2) 二段：厚19～25.6m。

灰白色白云巖：夾少量頁巖，纖維石膏細(xì)脈發(fā)育，厚15.5～17m。

磚紅色白云質(zhì)泥巖：石膏礦化較好，厚2～2.4m。

灰綠色泥質(zhì)白云巖：厚1.7～2.5m。

(3) 三段：厚35～43m。

深灰色條帶狀含泥質(zhì)灰?guī)r：厚1.8～6.8m。雜色層紋白云巖：厚11～15.2m。

磚紅色白云質(zhì)泥巖：夾Ⅱ膏層(厚0.2～0.5m)，石膏礦化強(qiáng)，具紋裂、干裂、沖刷面，厚8～11.65m。

灰綠色石膏白云巖：條紋狀構(gòu)造，厚3.8～5m。

磚紅色白云質(zhì)泥巖：石膏礦化強(qiáng)，厚8～9.5m。

(4) 四段：厚約55m。

灰黑色條帶狀泥質(zhì)灰?guī)r：厚8～10m。下部具有生物骨屑、黃鐵礦。

灰綠色泥質(zhì)白云巖：厚4～7.8m。條紋狀構(gòu)造。

紫紅色泥質(zhì)白云巖：石膏礦化強(qiáng)，厚9.5～12m。

Ⅰ膏層：由兩或三層石膏層組成，夾石膏白云巖，厚3.32～5.48m。

磚紅色白云質(zhì)泥巖：局部見石膏礦化，厚26～32m。

圖1 盆地綜合地質(zhì)柱狀圖

2 礦床地質(zhì)特征

大達(dá)連溝石膏礦床由五個(gè)含膏層構(gòu)成，自上而下分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膏層，與盆地內(nèi)其他已知石膏礦床一致，其中Ⅰ和Ⅴ膏層分布連續(xù)、完整，是區(qū)內(nèi)主要膏層；Ⅳ膏層較主膏層連續(xù)性稍差，但總體Ⅳ膏層具有工業(yè)價(jià)值；Ⅲ膏層為石膏白云巖夾石膏構(gòu)成，CaSO4·2H2O+CaSO4含量平均為30.62%，未達(dá)到工業(yè)品位要求，不具地質(zhì)意義；Ⅱ膏層平均厚度約0.2m，未滿足最小開采厚度，不具單獨(dú)開采意義。礦層總體呈單斜層狀產(chǎn)出，走向?yàn)?25°，傾向SW，傾角6～10°，遍布整個(gè)礦區(qū)。

Ⅰ膏層：賦存于饅頭組四段磚紅色白云質(zhì)泥巖和紫紅色白云質(zhì)泥巖之間，礦層與頂?shù)装褰缦掭^清楚。礦層由兩層硬石膏礦夾一層含石膏白云巖組成，局部地段為一層石膏礦或下部石膏層被厚度＜1m含石膏白云巖隔開形成三層礦。以硬石膏為主，含量97%以上。兩層礦層與夾層平均厚度3.32m、1.19m，變化系數(shù)30.91%，屬穩(wěn)定類型。品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最大85.36%，最小57.06%，平均品位67.16%，變化系數(shù)24.67%，屬均勻類型。

Ⅳ膏層：賦存于饅頭組第一旋回磚紅色白云質(zhì)泥巖之下，與下盤灰黑色含膏白云巖漸變過渡。厚度變化較Ⅰ和Ⅴ膏層大，局部地段具石膏礦化，一般厚0.35～5.53m，平均厚2.59m，變化系數(shù)為67.34%。礦石品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)55.21%～78.12%，平均60.57%。

Ⅴ膏層：為區(qū)內(nèi)主要的膏層，礦石質(zhì)量和厚度均較其他膏層好。賦存于堿廠組頂部，頂板為深灰色厚層結(jié)晶灰?guī)r，底板為灰色含藻硅質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r。主要為硬石膏，其含量＞98%。厚度一般在2.48～7.75m，平均厚4.02m，變化系數(shù)為37.68%，屬穩(wěn)定類型。品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高達(dá)92.76%，最小55.81%，平均87.03%，變化系數(shù)為17.77%，屬于均勻類型。6線東南地段發(fā)生溶蝕作用，石膏礦層則被角礫狀含膏白云巖替代。

3 礦石質(zhì)量特征

表1 遼陽盆地石膏礦床地質(zhì)特征

3.1 礦石礦物組構(gòu)

(1) 礦物成分：主要礦石礦物為硬石膏、石膏，雜質(zhì)有白云石、方解石、粘土礦物，少量石英及微量天青石、螢石等。

硬石膏：白、灰白或青灰色，晶質(zhì)塊狀，半透明，硬度3.5。鏡下特征：無色透明，粒狀、柱狀，柱長0.1～0.6mm，為重結(jié)晶作用結(jié)果。單偏光無色，正交干涉色為三級(jí)綠，解理完全，互相正交呈假正方解理(見圖2、圖3)。

石膏：灰白、青灰色，晶質(zhì)塊狀，硬度2。鏡下特征：無色透明，晶形多為鱗片狀、纖維狀、粒狀、柱狀。

白云石和方解石：呈微細(xì)粒狀，與硬石膏及石膏混生或呈微細(xì)層與硬石膏、石膏交互產(chǎn)生。鏡下特征：無色透明，呈他形不規(guī)則粒狀，粒度0.016～0.048mm，白云石具次生長大重結(jié)晶作用。

(2) 礦石結(jié)構(gòu)：常見原生結(jié)構(gòu)有纖維狀結(jié)構(gòu)、條帶狀結(jié)構(gòu)，微細(xì)、中粒狀結(jié)構(gòu)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)。次生結(jié)構(gòu)有鱗片變晶、纖維變晶、粒狀變晶、斑狀變晶交代結(jié)構(gòu)，以及鱗片粒狀變晶和纖維粒狀變晶結(jié)構(gòu)等。

(3) 礦石構(gòu)造：原生有均勻狀和不均勻狀構(gòu)造。后者又可分為不均勻水平層狀、波形層狀和蠕蟲狀構(gòu)造。次生構(gòu)造有網(wǎng)脈狀、角礫狀和殘余狀。一般多見原生與次生混合型構(gòu)造。

3.2 礦石類型

區(qū)內(nèi)各石膏層礦石類型主要為硬石膏型，即石膏/石膏+硬石膏＜25%。

硬石膏型：青灰色，新鮮斷面呈亮白色。晶質(zhì)，塊狀，半透明。硬石膏含量97.33%(Ⅰ)，95.8%(Ⅳ)，98.4%(Ⅴ)，石膏含量0.89%(Ⅰ)，1.22%(Ⅳ)，0.77%(Ⅴ)，含少量碳酸鹽及粘土質(zhì)。

圖2 硬石膏(單偏光，50×)

圖3 硬石膏(正交偏光，100×)

遼陽盆地石膏礦地質(zhì)特征見表1。

3.3 礦石化學(xué)成分

礦石中除有益組分SO3、H2O+、CaO外，尚有無益組分MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、SrO等成分(見表2)。

從表2看出，有益組分含量高(品位較高)時(shí)，其他成分則較低，即有益組分的含量與其他組分含量呈互相消長關(guān)系。從垂向上分析，堿廠組Ⅴ膏層＞饅頭組Ⅰ膏層＞Ⅳ膏層；從單層礦分析，礦層上部、下部有益組分較低，中部有益組分含量較高。

表2 礦石平均化學(xué)成分(%)

4 盆地古地理及礦床成因

區(qū)域自青白口紀(jì)末期后地殼上升，沉積間斷。寒武紀(jì)時(shí)大致承襲了震旦紀(jì)古構(gòu)造和古地理格局。由于地殼運(yùn)動(dòng)的不平衡性，當(dāng)北部的鐵嶺靖宇古陸和南部的千山狼林古陸上升剝蝕時(shí)，太子河流域、桓仁、渾江、鴨綠江等一帶相對(duì)沉降。堿廠期海盆擴(kuò)張，海水逐漸加深，于太子河流域(含遼陽盆地)、渾江盆地中沉積了含白云質(zhì)條帶狀灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r及純質(zhì)灰?guī)r。而后為海侵達(dá)到高潮，海水加深形成潮下廣海低能環(huán)境。堿廠后期海水逐漸退卻，海盆稍有收縮，潮間帶疊層藻灰?guī)r、含灰?guī)r角礫的碳酸鹽相繼出現(xiàn)。至堿廠末期濱海瀉湖海水開始濃縮，鹽類梯度增高，分異和沉淀了一些石膏和硬石膏構(gòu)成了本區(qū)下寒武系最古老的蒸發(fā)巖段。盆地內(nèi)Ⅴ膏層即為此階段形成。

饅頭期，陸塊隨總體趨于穩(wěn)定，但其狹長槽形海盆的堆積速度增大，岸進(jìn)作用加劇，海水繼續(xù)后撤，太子河流域—渾江一帶形成以淺陸表海的潮坪—瀉湖—薩布哈古地理景觀。海水中多處水下高地使之形成了多個(gè)封閉至半封閉的次盆地。此時(shí)氣候干旱，蒸發(fā)量高于補(bǔ)給量，盆地內(nèi)既有陸源粉砂泥質(zhì)沉積物，又具有碳酸鹽和膏鹽類沉積物，它們彼此交替產(chǎn)出組成多個(gè)旋回。由于基地升降運(yùn)動(dòng)頻繁，致使海水時(shí)進(jìn)時(shí)退，總體表現(xiàn)為以退為主。其古地理環(huán)境依次按潮下限?！遍g坪—潮上洼地瀉湖—潮上薩布哈—潮上鹽泥坪的順序重復(fù)出現(xiàn)，組成一套依陸源紅層泥質(zhì)更占優(yōu)勢(shì)的海退沉積序列。沉積物先后為白云質(zhì)灰?guī)r—白云巖—(硬)石膏—紅色泥質(zhì)巖。色序韻律為黑—灰—綠—紫—紅，顯示為從還原環(huán)境向氧化環(huán)境過渡。饅頭期總體表現(xiàn)為四次旋回，每個(gè)旋回內(nèi)均有含膏層與之對(duì)應(yīng)，其各自旋回內(nèi)巖性單元相似、盡管厚度排序有所差異，總的沉積特點(diǎn)基本一致。

5 成礦規(guī)律及找礦潛力

(1) 遼陽—本溪凹陷的次級(jí)構(gòu)造單元—遼陽盆地嚴(yán)格制約該區(qū)域石膏的富集場(chǎng)所，其持續(xù)升降背景以及來自周邊古陸的豐富成礦物質(zhì)，對(duì)石膏礦床的形成起到重要的作用。

(2) 具有固定的賦存層位。區(qū)域已知的石膏礦床，無一例外的均賦存于下寒武統(tǒng)饅頭組和堿廠組。饅頭組主膏層產(chǎn)于頂部磚紅色白云質(zhì)泥巖之下，堿廠組膏層則產(chǎn)于上部石灰?guī)r中；前者屬于碳酸鹽—硫酸鹽—紅色泥巖建造，后者屬于碳酸鹽—硫酸鹽建造。石膏礦均賦存于這些建造的海退韻律中。

(3) 巖相古地理?xiàng)l件。饅頭期石膏蒸發(fā)巖形成于以淺陸表海為特征的潮上坪—瀉湖—薩布哈景觀環(huán)境中，縱向上具有明顯的旋回性，橫向上具有環(huán)帶性。堿廠期石膏則形成于海退閉塞海灣環(huán)境。

(4) 石膏礦層具有巖性序列。饅頭期主石膏層嚴(yán)格受控于磚紅色白云石泥巖—石膏礦—白云巖，勘探結(jié)果表明：紅層厚度越大，白云質(zhì)成分越高，石膏礦厚度越大，品位越高。堿廠組石膏層產(chǎn)于含碎屑灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r間，一般是組段巖石厚度越大，白云質(zhì)成分越高，石膏礦厚度越大，質(zhì)量越好。

(5) 含膏巖層中指相礦物有石膏、硬石膏、天青石、微晶白云巖，指相標(biāo)志為食鹽假晶、紅層、干裂、雨痕等。反映古氣候干旱，并象征著海水濃縮過程，曾達(dá)到氯化物階段。

(6) 距遼陽盆地中心越近，膏層埋深越大，石膏礦石類型以硬石膏為主。就已勘探的石膏礦床看，大部分以硬石膏為主，只有少部分淺表發(fā)育有石膏。主要是因?yàn)槁裆钤酱螅喜快o壓力越大，致使二水石膏發(fā)生脫水作用變成硬石膏。

(7) 盆地內(nèi)構(gòu)造簡(jiǎn)單，沒有大斷裂構(gòu)造，水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，地表水與深部水力徑流微弱，使礦層免受淋失，且主膏層頂?shù)装寰懈羲畬颖Ｗo(hù)。這些都為石膏礦的保存提供了條件。

(8) 遼陽盆地面積達(dá)700km2，已勘探的石膏礦床分布范圍累計(jì)僅有60km2。依據(jù)區(qū)內(nèi)石膏礦特點(diǎn)，呈平緩層狀，礦層連續(xù)、穩(wěn)定，厚度、品位變化小等特征，遼陽盆地具有較好的石膏找礦潛力。

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