山東省棗莊市張范鄉(xiāng)小屯石膏礦床的地質(zhì)特征

肖丙建,劉安同,張永翼,董文華

(1.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東臨沂 276006;2.臨沂市國土資源局,山東臨沂 276000)

地質(zhì)與礦產(chǎn)

山東省棗莊市張范鄉(xiāng)小屯石膏礦床的地質(zhì)特征

肖丙建1,劉安同2,張永翼2,董文華2

(1.山東省第七地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東臨沂 276006;2.臨沂市國土資源局,山東臨沂 276000)

該文論述了小屯石膏礦的地層、巖石和構(gòu)造等礦區(qū)地質(zhì)特征、礦床地質(zhì)特征和礦石質(zhì)量,對礦床成因進(jìn)行了分析。小屯石膏礦是山東省首次在奧陶紀(jì)東黃山段地層中發(fā)現(xiàn)的具有工業(yè)開采價值和經(jīng)過詳查的小型石膏礦床。該礦床的發(fā)現(xiàn)突破了以往的地質(zhì)認(rèn)識,拓寬了尋找石膏礦的領(lǐng)域,對以后尋找同類型的石膏礦床具有一定的借鑒意義。

石膏礦;礦床成因;地質(zhì)特征;張范鄉(xiāng)小屯村;山東棗莊

棗莊市小屯石膏礦位于華北地臺(Ⅰ)魯西隆起(Ⅱ)之魯中斷隆區(qū)(Ⅲ)南部的尼山斷隆區(qū)(Ⅳ)棗莊-陶莊斷陷盆地內(nèi)(Ⅴ),北側(cè)為山亭斷塊凸起(Ⅴ),東臨沂沭斷裂帶(Ⅲ),是山東省重要的石膏、煤、黏土礦的重要成礦區(qū)。1994年,當(dāng)?shù)卮迕裨诖蛩畷r發(fā)現(xiàn)有白色半透明的晶體,經(jīng)山東省第七地質(zhì)隊實驗室鑒定為纖維石膏。1994年3月27日,經(jīng)棗莊市地礦局牽頭,山東省第七地質(zhì)隊與棗莊市張范鄉(xiāng)政府簽訂了小屯地區(qū)石膏礦普查合同。先施工2個鉆孔,發(fā)現(xiàn)3層礦,累計厚度28.5 m。1994年5月26日,由普查轉(zhuǎn)入詳查①山東省第七地質(zhì)隊,山東省棗莊市薛城區(qū)張范鄉(xiāng)小屯石膏礦詳查地質(zhì)報告,1995年。。由于山東省的石膏資源主要賦存于古近紀(jì)官莊群卞橋組,少部分見于寒武紀(jì)饅頭組,在奧陶紀(jì)馬家溝組東黃山段發(fā)現(xiàn)成規(guī)模的具有工業(yè)開采價值的石膏礦尚屬首次。文章主要是在以往地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上,對該區(qū)的成礦地質(zhì)特征進(jìn)行總結(jié),對小屯石膏礦地層、構(gòu)造和礦床特征、礦石質(zhì)量和礦床成因等進(jìn)行論述,以期對區(qū)域上尋找相同層位的石膏礦床,擴大石膏礦的資源量起到借鑒作用。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

小屯石膏礦位于棗莊市城西15km張范鄉(xiāng)小屯村北,行政區(qū)劃屬棗莊市薛城區(qū)張范鄉(xiāng)。礦區(qū)位于棗莊-嶧城斷陷盆地的中南側(cè),區(qū)內(nèi)出露地層主要為三山子組和馬家溝組(圖1),其總體走向75°～80°,傾向345°～350°,傾角15°～20°。三山子組自下而上分為c,b,a三個段,c段巖性為厚層褐色灰色細(xì)晶-中晶白云巖,夾少量薄層狀白云巖,厚度38.8 m;b段巖性以灰黃色中薄層含泥白云巖、中層細(xì)晶白云巖為主,夾礫屑白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r,厚度51.8 m;a段為褐色中厚層含燧石結(jié)核或條帶白云巖,夾薄層粉細(xì)晶白云巖,厚度41.6 m。馬家溝組在該區(qū)僅見東黃山段至五陽山段4個段,東黃山段為灰綠色中薄層灰?guī)r,深灰色角礫狀灰質(zhì)泥巖、淡黃色泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)角礫狀泥巖,夾有多層石膏,是礦區(qū)含膏層,厚度96.7 m;北庵莊段為青灰色中厚層泥晶-細(xì)晶灰?guī)r,夾厚層云斑灰?guī)r、薄層泥質(zhì)白云巖,厚度126.7 m;土峪段巖性為灰黃-褐灰色灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖、夾數(shù)層角礫狀白云巖,厚度129.4 m;五陽山段為灰色厚層-中厚層泥晶-粉晶灰?guī)r、含藻灰?guī)r和云斑細(xì)晶灰?guī)r,中下部灰?guī)r中普遍含燧石結(jié)核或條帶,與下伏三山子組a段呈平行不整合接觸,界線清楚[1-3],礦區(qū)內(nèi)厚度77.6 m。

斷裂以EW向為主,主要有南部的嶧城斷裂和北部的陶棗斷裂,2條斷裂控制了盆地發(fā)育及地層展布。礦區(qū)內(nèi)出露的斷裂為上述大斷裂的次級斷裂,主要有 F1,F2斷裂。F1斷裂走向20°～25°,斷面E傾,傾角70°～80°,破碎帶寬2～3 m,為右行壓扭性,錯距30～50 m;F2斷裂走向320°,傾向NE,傾角60°～70°,為左行壓扭性。該斷裂在小屯村東錯斷F1斷裂,錯距達(dá)50～100 m,并造成地層錯動。另外在小屯村西約500 m發(fā)育一小型背斜,對礦體影響不大。礦區(qū)內(nèi)未見侵入巖體出露,鉆孔中也未發(fā)現(xiàn)侵入巖。

圖1 棗莊市小屯石膏礦地質(zhì)略圖1—山前組;2—馬家溝組五陽山段;3—馬家溝組土峪段;4—馬家溝組北庵莊段;5—馬家溝組東黃山段;6—三山子組a段; 7—三山子組b段;8—三山子組c段;9—勘探線及鉆孔;10—斷層及編號;11—礦區(qū)范圍

2 礦床地質(zhì)特征

小屯石膏礦賦存于奧陶紀(jì)馬家溝組東黃山段地層中,礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出,局部呈透鏡狀,其總體產(chǎn)狀與圍巖一致,走向75°～80°,傾向NNW,傾角10°左右。東黃山段總厚度96.7 m,其中含石膏巖層厚度17.1～59.4m,以礦區(qū)中部ZK1附近厚度最大,最大厚度59.4 m,最小厚度17.1 m。礦體沿走向控制400 m,沿傾向控制370 m。礦層沿走向自中心向兩側(cè)變薄,礦層層數(shù)減少。有明顯的分支和復(fù)合現(xiàn)象。沿傾向中東部礦層層數(shù)較多,厚度較大,向西礦層層數(shù)較少,厚度變薄。根據(jù)鉆孔控制情況,自上而下分為3層礦(圖2)。

圖2 棗莊市小屯石膏礦Ⅰ號勘探線剖面圖1—山前組;2—馬家溝組土峪段;3—馬家溝組北庵莊段;4—馬家溝組東黃山段;5—三山子組a段;6—地質(zhì)界線與平行不整合界線;7—鉆孔位置及編號;8—第四系;9—灰?guī)r;10—泥質(zhì)白云巖;11—角礫狀灰質(zhì)泥巖;12—云斑灰?guī)r;13—角礫狀白云巖;14—含膏灰質(zhì)泥巖;15—石膏層(礦體)及編號

第一礦層位于東黃山段的上部,呈層狀產(chǎn)出。礦層傾向7°～10°,傾角10°～12°。礦層距離地表60 m,厚度2.1～2.8 m,平均厚度2.5 m,厚度變化系數(shù)15.31%,屬厚度變化穩(wěn)定的礦體。礦石品位52.28%～80.75%,平均品位59.42%,品位變化系數(shù)28.12%,屬品位變化均勻的礦體。中東部厚度穩(wěn)定,向南西逐漸尖滅,沿傾向上延伸約150 m,沿走向上延伸130 m。

第二礦層位于東黃山段的中部,與第一礦層間有4 m厚的夾石,呈層狀、似層狀產(chǎn)出。礦層傾向8°～12°,傾角12°～15°。礦層最小厚度7.4 m,最大厚度19.7 m,平均厚度13.55 m,厚度變化系數(shù)45.22%,屬厚度變化較穩(wěn)定的礦體。礦石品位47.36%～68.23%,平均品位59.68%,品位變化系數(shù)7.59%,屬品位變化均勻的礦體。該礦層中部厚度最大,向南、向西、向北有逐漸變薄的趨勢。

第三礦層位于東黃山段的下部,與第二礦層間有7.8m的夾石,呈層狀、似層狀產(chǎn)出,局部呈膨大的透鏡狀。礦層傾向8°～12°,傾角10°～13°。礦層最小厚度3.6m,最大厚度6.7 m,局部厚度可達(dá)20～30 m,平均厚度6.4 m,厚度變化系數(shù)85.77%,屬厚度變化不穩(wěn)定的礦體。礦石品位 54.38%～58.45%,平均品位56.79%,品位變化系數(shù)5.32%,屬品位變化均勻的礦體。向南、西、北三方逐漸尖滅,沿走向上延伸約200 m,沿傾向上延長約150 m。

礦層在小屯村東被 F1斷裂錯斷,在村南西被F2斷裂錯斷。礦層向南面和西面逐漸過渡為礦體頂?shù)装宓牡貙印?/p>

3 礦石質(zhì)量

3.1 礦石的礦物成分

礦石礦物主要為石膏和硬石膏。脈石礦物以碳酸鹽巖礦物為主,主要有方解石、白云石,含有少量的鐵質(zhì)礦物、黏土礦物,呈條帶狀、條紋狀或網(wǎng)脈狀分布于石膏或硬石膏中。

3.2 礦石的化學(xué)成分

礦石的化學(xué)成分見表1,表2,微量元素含量見表3,有益組分CaSO4+CaSO4·2H2O的平均品位為56.84%,最高品位為80.75%,SO3的平均含量為27.98%,品位變化系數(shù)5.32%～28.12%,屬品位變化較均勻的礦體。影響礦石質(zhì)量的組分CaO, M gO的含量高,是由礦石中灰?guī)r、泥灰?guī)r角礫引起,可以剔除,而A l2O3,Fe2O3,K2O,Na2O的含量較低,有害組分中AS,Pb等元素的含量低。

表1 石膏礦體化學(xué)樣分析結(jié)果

表2 組合樣分析結(jié)果(%)

表3 光譜樣分析結(jié)果(10-6)

3.3 礦石的品位品級及分布規(guī)律

根據(jù)化學(xué)樣品分析結(jié)果,礦床的平均品位為58.3%,最高品位為80.75%,最低品位為56.79%,根據(jù)礦體中礦石的石膏含量和國家規(guī)定,將礦石品級分為3個等級:三級膏、四級膏和五級膏,其中五級膏占80%,三級、四級膏各占10%。在礦床中,第一礦層品位為62%,為五級膏;第二礦層最高品位為80.75%,為三級、四級膏,占16.7%,中東部品位較高,向南、西、北品位降低,為56%～62%,為五級膏,占礦床的83.3%;第三礦層,最高品位55.43%,平均品位為52.3%,均為五級膏,分布于礦床中東部,向南、西、北品位降低趨勢。

3.4 礦石類型

礦石的成分主要由石膏與泥質(zhì)灰?guī)r角礫組成。根據(jù)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造,石膏的顏色及含量,將礦石分為3種自然類型。

(1)角礫狀石膏:多為灰白色,中粗粒晶質(zhì)結(jié)構(gòu),角礫狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。角礫成分以白色雪花狀石膏為主,含量90%,少量的灰質(zhì)泥巖。角礫一般呈棱角狀,粒度0.4～1.0 cm,個別達(dá)2.0 cm。石膏以角礫存在,為三級或三級以上石膏,品位較穩(wěn)定,主要分布于礦床中東部地區(qū),向南、西、北三面逐漸減少。

(2)角礫狀灰質(zhì)石膏:灰黑色,角礫狀結(jié)構(gòu),中細(xì)粒晶質(zhì)結(jié)構(gòu),纖維晶質(zhì)結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。主要成分由石膏及角礫巖組成。角礫巖以灰質(zhì)泥巖為主,含量60%～70%,部分石膏,呈次棱角狀,粒度0.4～1.0 cm,石膏以白色脈狀,網(wǎng)狀充填于灰質(zhì)泥巖之間,品位較低,多為四級或五級石膏,分布于整個礦床。

(3)纖維狀石膏:乳白色,半透明—透明,纖維狀結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,呈細(xì)脈狀或薄板狀產(chǎn)出,厚度一般0.2～0.5 cm,局部可達(dá)2.5 cm,以細(xì)脈狀,網(wǎng)狀充填于角礫之間。石膏含量在90%以上,分為一、二級石膏,但數(shù)量較少,主要分布于第一礦層及第二礦層西部。

3.5 礦床的圍巖與夾石

礦體頂板主要為灰黑色角礫狀灰質(zhì)泥巖或含膏灰質(zhì)泥巖,局部為黃褐色白云質(zhì)泥巖。底板為灰黑色角礫狀含膏灰質(zhì)泥巖及灰綠色泥灰?guī)r。夾石主要為角礫狀膏質(zhì)泥巖,少量為含膏灰質(zhì)泥巖。

4 礦床成因分析

該礦床屬海相沉積的石膏-硬石膏礦床。海相碳酸鹽巖型石膏礦床的生成嚴(yán)格地受控于地質(zhì)構(gòu)造。小屯石膏礦床產(chǎn)于棗莊-陶莊斷陷盆內(nèi),明顯地受到南部的嶧城斷裂和北部的陶棗斷裂的控制。早奧陶世—中奧陶世時期,魯西地塊由于海平面上升,使其遭受海侵,形成陸表海,其四周因有島群分布,阻礙了海水正常流通,是魯西地塊成為巨大的蒸發(fā)巖澙湖,形成了該區(qū)的石膏層沉積(東黃山段石膏層沉積)。中奧陶世末期,華北板塊整體抬升,結(jié)束了海相膏鹽沉積[4,5]。小屯石膏礦床就是在這一時期形成的,賦存于奧陶紀(jì)馬家溝組東黃山段地層中,含礦層位穩(wěn)定,礦體形態(tài)呈層狀、似層狀,部分透鏡狀,含礦巖系為碳酸鹽巖—碎屑巖石膏硬石膏巖,是在半封閉高濃度咸化環(huán)境下由化學(xué)沉積而形成的,明顯具干燥氣候條件下湖坪帶碳酸鹽巖—蒸發(fā)巖建造的特點。受同期構(gòu)造變動作用的影響,礦石多呈角礫和碎屑產(chǎn)出;纖維石膏多呈脈狀或膠結(jié)物存在,礦體中有的石膏則有蜂窩狀,說明膏巖在形成后期受淋濾作用,使膏鹽轉(zhuǎn)移富集充填到裂隙中,或作為膠結(jié)物形成纖維石膏,而流失了鹽分的膏巖便形成蜂窩狀。

5 結(jié)論

(1)棗莊市小屯石膏礦是山東省首次于奧陶紀(jì)東黃山段地層中發(fā)現(xiàn)的具有工業(yè)開采價值和經(jīng)過詳查的小型礦床。該礦床的發(fā)現(xiàn)和評價填補了山東省在奧陶紀(jì)地層中無工業(yè)石膏礦的空白。

(2)根據(jù)以往的地質(zhì)資料,在奧陶紀(jì)東黃山段地層中發(fā)現(xiàn)有膏溶現(xiàn)象和石鹽假晶,但沒有發(fā)現(xiàn)工業(yè)礦體。小屯小型石膏礦的發(fā)現(xiàn),突破了奧陶紀(jì)地層中沒有工業(yè)用石膏礦體的認(rèn)識,在尋找石膏礦方面是一個突破,為尋找新的石膏礦資源基地提供了方向。

致謝:該文承蒙宋奠南高級工程師指導(dǎo),在此表示感謝。

[1] 山東省地礦局區(qū)調(diào)隊.山東省區(qū)域礦產(chǎn)總結(jié)[M].北京:地質(zhì)出版社,1989.

[2] 張增奇,劉明渭.山東省巖石地層[M].北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1996.

[3] 張增奇,張淑芳,宋志勇,等.山東省奧陶紀(jì)馬家溝組厘定意見[J].山東國土資源(原山東地質(zhì)),1994,10(增刊):40-45.

[4] 張?zhí)斓?石玉臣.山東非金屬礦地質(zhì)[M].濟南:山東科學(xué)技術(shù)出版社,1998:38-52.

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Geological Characteristics of Xiaotun Gypsum Deposits in Zhangfanxiang of Zaozhuang City in Shandong Province

XIAO Bingjian1,L IU Antong2,ZHANG Yongyi2,DONGWenhua2
(1.No.7 Exp lo ration Institute of Geology and M ineral Resources,Shandong Linyi 276006,China;2.Linyi Bureau of Land and Resources,Shandong Linyi 276000,China)

Through introduction to geological characteristicsof strata,rocks and structure,geological characteristics of deposit and ore quality of Xiaotun gypsum deposit are analyzed.Xiaotun gypsum deposit is a small scale gypsum deposit firstly found in Ordovician Donghuangshan section in Shandong p rovince w ith mining industry value after a detailed investigation.Discovery of the deposit exceeded the p revious geological know ledge and w idened the searching scope of gyp sum deposit.It w ill p rovide some references fo r searching gypsum deposits w ith the same type in the future.

Gypsum deposit;origin;geological characteristics;Xiaotun village of Zhangfanxiang tow n; Zaozhuang in Shandong p rovince

book=12,ebook=191

P619.26+1

A

2009-06-30;

2010-02-05;編輯:陶衛(wèi)衛(wèi)

肖丙建(1970—),男,山東郯城人,工程師,主要從事區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)勘查和管理工作;E-mail:qiyuanxbj@126.com。