山東平邑盆地上冶石膏礦床地質(zhì)特征及成因探討

蘭 君

（山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，石膏越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，市場(chǎng)前景廣闊。石膏不僅用作建筑材料、制造水泥，而且在農(nóng)藥、造紙、油漆、橡膠、醫(yī)藥等行業(yè)都有廣泛的用途。我國(guó)石膏產(chǎn)量居世界第三位，已探明資源量8.9×107萬(wàn)t。山東省平邑盆地石膏礦床是我國(guó)重要石膏礦床之一，資源量豐富。上冶石膏礦床屬于平邑盆地石膏礦床的一部分，處在盆地中東部，具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 成礦地質(zhì)背景

上冶石膏礦床在大地構(gòu)造位置上地處魯西地塊、魯中隆起區(qū)東部、平邑凹陷中東部。上冶次級(jí)凹陷形成于中生代，延續(xù)至古近紀(jì)以后，呈NW－SE向狹長(zhǎng)單斜盆地，北部為蒙山凸起，南部與尼山凸起相接。

區(qū)內(nèi)出露地層主要為白堊紀(jì)青山群、古近紀(jì)官莊群固城組、卞橋組、常路組和第四紀(jì)等，卞橋組控制著石膏礦產(chǎn)的賦存分布。斷裂構(gòu)造在盆地沉降過(guò)程中將平邑盆地切割成若干洼地，洼地內(nèi)沉積了豐富的厚層石膏、硬石膏礦床，對(duì)礦床有較為明顯的控制作用[1]。

2 礦區(qū)地質(zhì)概況

2.1 地層

礦區(qū)出露地層由老至新依次為白堊紀(jì)青山群(K1Q)、古近紀(jì)官莊群固城組(K2g)、卞橋組(K2E1b)、常路組(K2E1c)和第四系臨沂組(Qhl )。官莊群在區(qū)內(nèi)主要沿蒙山斷層呈條帶狀分布于平邑凹陷中，巖石厚度變化較大，相變明顯，卞橋組(K2E1b)主要為一套湖相碎屑巖—碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖建造。據(jù)巖性、巖相特征將該段分為三個(gè)巖性段，其中二段(K2E1b

2)：主要分布于礦區(qū)中部，為礦區(qū)內(nèi)含膏巖帶，巖性組合為石膏、硬石膏、含膏(泥)灰?guī)r、泥巖，主礦層集中于本段中、下部。平邑盆地地質(zhì)構(gòu)造示意圖，見下圖。

2.2 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)僅發(fā)育新太古代晚期嶧山序列龜蒙頂單元(Ar3γ δYg)片麻狀中粒含黑云花崗閃長(zhǎng)巖，主要分布于礦段東北部，對(duì)石膏礦層沒有構(gòu)成大的破壞和影響。

平邑盆地地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)略示意圖

2.3 構(gòu)造

本礦區(qū)構(gòu)造除地層呈單斜構(gòu)造產(chǎn)出外，斷層構(gòu)造發(fā)育，大小斷層有7條。除蒙山斷層為燕山期的產(chǎn)物外，其余斷層均形成于喜山期，均為成礦期后斷層，對(duì)礦層有不同程度的破壞和影響，蒙山斷層對(duì)上冶次級(jí)凹陷的展布有重要影響。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦帶特征

礦床位于平邑盆地石膏礦田的東南延伸部位，礦層賦存于古近紀(jì)官莊群卞橋組二段中。呈單斜層狀產(chǎn)出，走向290°，傾向北東，傾角21～34°。工程控制礦層長(zhǎng)度1 500m，埋深5～430m，見礦最大厚度41.84m，石膏品位多在55%～75%，為一埋藏較淺的中型石膏礦床。

Ⅰ礦帶共分為5個(gè)礦層，礦帶最大厚度149.82m，礦層厚度6.83～36.12m，平均厚度4.12～11.71m。該礦帶礦層分布范圍較廣，厚度較大，工業(yè)意義較好。Ⅱ礦帶共分為4個(gè)礦層，分布較為穩(wěn)定，最大厚度為12.79m，礦層厚度1.36～8.26m，礦層連續(xù)性較好。其中Ⅰ-1～Ⅰ-5五個(gè)礦層礦石量占總資源量的72.58%，是該石膏礦床的主要礦層[2]。

3.2 礦層特征

礦層走向290°，傾向北東，傾角21～34°，與賦礦地層產(chǎn)狀一致，多有分枝復(fù)合特征。工程控制礦層面積1.05km2，產(chǎn)出標(biāo)高5.0～430m。礦層厚度1.36～29.22m，變化系數(shù)5.23%～47.78%，一般15%～25%，屬厚度變化較穩(wěn)定型。礦石品位50.26%～89.58%，變化系數(shù)3.65%～51.22%，一般17%～29%，屬品位變化均勻型。

3.3 礦石質(zhì)量

(1) 礦物組成。

礦石礦物為石膏和硬石膏。脈石礦物主要為方解石、粘土礦物、白云石、天青石、石英、黃鐵礦，局部見陸源碎屑礦物石英、斜長(zhǎng)石、綠泥石等[3-6]。

(2) 礦石化學(xué)成分及其變化規(guī)律。礦石的化學(xué)成分見表1、表2。

表1 組合分析一覽(%)

表2 礦石化學(xué)全分析(%)

(3) 礦石的主要有益組分。

CaSO4·2H2O和CaSO4為礦石的主要有益組分，其含量之和為礦石品位。礦石品位一般60%～70%，最高87.47%(單樣)。礦層平均品位最高72.71%，最低56.27%，一般55%～65%，礦層平均品位情況見表3。礦層品位變化系數(shù)一般0～13.08%，Ⅰ礦層最大，Ⅵ礦層最小。礦石品位和礦石類型有關(guān)，一般纖維膏、塊狀石膏品位較高，泥質(zhì)石膏等較低。

(4) 礦石中的有害組分及伴生有益組分。

礦石中主要有害組分為K2O和Na2O，其中K2O含量為0.22%～0.70%，Na2O含量為0.10%～0.16%，含量極低，對(duì)礦石的工業(yè)利用無(wú)影響和破壞。

礦石中的伴生有益組分有Sr和S，其中Sr含量為0.48%～1.51%，S含量為0.003%～0.005%，均無(wú)工業(yè)利用價(jià)值。

(5) 結(jié)構(gòu)、構(gòu)造。

礦石中原生沉積結(jié)構(gòu)已不多見，出現(xiàn)各種變晶結(jié)構(gòu)和包含狀結(jié)構(gòu)，其次為纖維狀結(jié)構(gòu)，個(gè)別為放射狀結(jié)構(gòu)、扇狀、柱狀、板狀自形結(jié)構(gòu)。礦石的構(gòu)造主要為塊狀構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造，其次為條帶狀構(gòu)造、脈狀和網(wǎng)脈狀，局部有致密塊狀構(gòu)造和薄層狀構(gòu)造。

表3 礦層品位情況一覽(%)

(6) 礦石類型、品級(jí)。

礦石自然類型可劃分為6類，分別為塊狀石膏—硬石膏、鈣泥質(zhì)石膏—硬石膏、泥質(zhì)石膏—硬石膏、條帶狀石膏、纖維狀石膏、泥質(zhì)石膏質(zhì)硬石膏。礦石品級(jí)可分為二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)。其中，以三、四級(jí)為主，占總礦石量的85.61%。

4 礦床成因

(1) 古構(gòu)造條件。

平邑凹陷盆地的演化嚴(yán)格受蒙山斷裂控制。石膏成礦期蒙山斷裂長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)活動(dòng)，為礦床形成發(fā)展提供了空間和時(shí)間，斷裂活動(dòng)的階段性、同期異地的差異性以及盆內(nèi)次級(jí)凹陷的控制，為鹵水聚集、保存、富集乃至成礦物質(zhì)沉淀提供了必要條件，使含膏巖系帶狀沿蒙山斷裂的走向展布，且形成了以上冶、卞橋、柏林為中心的次級(jí)凹陷[2]。

(2) 古氣候、古地理環(huán)境。

平邑盆地石膏成礦期有周邊盆地的鹵水補(bǔ)給，處于盆地內(nèi)東部的上冶，中部的卞橋，西部的柏林次級(jí)凹陷，為湖盆膨大部位，膏巖富集。盆地內(nèi)部在構(gòu)造作用下，形成次一級(jí)沉積洼地，為礦床沉積提供了容礦空間。

(3) 成礦物質(zhì)來(lái)源。

平邑盆地上冶次級(jí)凹陷由老變質(zhì)巖系基底及含石膏鹽沉積的寒武系、奧陶系沉積蓋層組成，巖石富含Na+、K+、Ca2+、Mg2+、S2-、CO32-等。古地層中的膏巖可溶解、運(yùn)移到上冶凹陷中直接成礦。硫化物在氧化環(huán)境條件下形成SO42-，進(jìn)入盆地與Ca2+結(jié)合形成石膏礦。

(4) 理化條件。

適宜的溫壓、鹽度、酸堿度、氧逸度，使得鹵水中成礦離子沉淀，形成礦體。沉積成礦后，隨盆地下降、埋深增大等環(huán)境條件改變，石膏脫水形成硬石膏[7]。

綜上，上冶石膏礦床成因類型屬內(nèi)陸湖相沉積礦床。