展茂征
(山東省煤田地質(zhì)局第五勘探隊(duì),山東 濟(jì)南 251000)
平邑盆地蘊(yùn)藏石膏礦資源極為豐富,本文以左莊礦區(qū)石膏礦為例,擬通過詳細(xì)解剖其礦帶、礦層及礦石特征,探討其成因,分析其找礦標(biāo)志,以期為更好地指導(dǎo)山東含膏巖系的找礦方向提供參考與指導(dǎo)。
左莊礦區(qū)大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山-平邑?cái)嗦。á簦┢揭匕枷荩á酰┪鞑浚▓D 1)。
平邑凹陷呈NW-SE 向,其中沉積了侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和古近紀(jì)的地層[1]。礦區(qū)內(nèi)廣被第四系覆蓋,第四系下伏為晚白堊-古近紀(jì)官莊群卞橋組地層,該組地層為單斜地層,呈NW-SE 走向,傾向NE,傾角20°~25°,局部略有變化。該組地層由下而上分為三段,即卞橋組一段、卞橋組二段、卞橋組三段,石膏礦賦存于卞橋組二段地層中[2-4]。礦區(qū)構(gòu)造簡單,礦區(qū)構(gòu)造總體以NE 傾斜的單斜構(gòu)造為主,地層傾角一般在22°左右。礦區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)巖漿巖。
根據(jù)勘探報(bào)告,礦區(qū)內(nèi)石膏礦層賦存于古近紀(jì)官莊群卞橋組中段地層中,礦層產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀一致,走向305°~320°,傾向NE,傾角20°~25°,賦存標(biāo)高在+115~ -184.9 m 之間,含礦4 層,自下而上編號為I-1、I-2、I-3、I-4。礦層呈層狀、似層狀,與頂、底板圍巖大致平行產(chǎn)出。
左莊礦區(qū)主要為I-1、I-2、I-3、I-4 礦層(圖2),其特征分述如下:
(1)I-1 礦層特征
礦段內(nèi)主礦層,除礦區(qū)東北部缺失外分布于整個(gè)礦區(qū)。I-1 礦層呈層狀,產(chǎn)狀43°∠20°,具分叉復(fù)合現(xiàn)象,局部由單層厚度1.73~28.28 m 的2~5 層石膏組成。礦層賦存標(biāo)高+115~ -147.0 m,長802.4 m,寬609.8 m,厚度11.72~32.33 m,平均24.17 m,厚度變化系數(shù)29.3%,屬穩(wěn)定類型。礦層品位55.58%~94.30%,平均74.59%,品位變化系數(shù)12.8%,屬均勻類型。
圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡圖
(2)I-2 礦層特征
主要分布于礦區(qū)的東南部。礦層呈層狀,產(chǎn)狀45°∠22°,賦存標(biāo)高+24.3~ -100.2 m,長451 m,寬457 m。礦層由厚1.70~7.61 m 的單層石膏組成,平均厚4.60 m,厚度變化系數(shù)57.3%,屬局部較穩(wěn)定類型。礦層品位55.98%~78.10%,平均69.98%,品位變化系數(shù)8.4%,屬均勻類型。I-2 礦層沿走向由礦區(qū)東南部向西北部具尖滅再現(xiàn)之特點(diǎn),礦層傾向上由淺部向深部逐漸尖滅。礦層品位沿走向由東至西逐漸降低,沿傾向變化不明顯。與I-1 礦層間距3.50~11.98 m,平均8.73 m。
(3)I-3 礦層特征
分布于礦區(qū)的北部。礦層呈層狀,產(chǎn)狀43°∠20°,具分叉復(fù)合現(xiàn)象,由單層厚度1.30~5.05 m 的1~3 層石膏組成,長789.4 m,寬381.4 m,賦存標(biāo)高+86.2~ -105.8 m。厚度2.00~6.35 m,平均3.93 m,厚度變化系數(shù)41.3%,屬較穩(wěn)定類型。礦層品位55.58%~86.66%,平均66.77%,品位變化系數(shù)12.6%,屬均勻類型。I-3 礦層沿走向由東至西逐漸變薄,沿傾向略有增厚之趨勢。礦層品位沿走向變化不明顯,沿傾向由南至北略有降低之趨勢。與I-2礦層間距8.88~27.50 m,平均15.25 m。
(4)I-4 礦層特征
礦層呈層狀,產(chǎn)狀43°∠20°。工程控制最大延長1 163.9 m,延深200 m,賦存標(biāo)高+90.3~-79.2 m。礦層由厚1.40~6.60 m 的單層石膏組成,平均厚3.61 m,厚度變化系數(shù)59.6%,屬較穩(wěn)定類型。礦層品位62.90%~94.12%,平均72.35%,品位變化系數(shù)18.0%,屬均勻類型。礦層總體自西北向東南逐漸變薄,沿傾向變化不明顯。礦層品位沿走向自礦區(qū)中部向兩端逐漸增高,沿傾向變化不明顯。礦層品位走向上由西至東逐漸變低,沿傾向變化不明顯。與I-3 礦層間距5.55~11.44 m,平均8.48 m。
礦層圍巖以含膏~膏質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r為主,其次為含膏~膏質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖??偟淖兓?guī)律是:在垂向上與含礦建造有關(guān),以泥巖為主,局部見砂巖及泥灰?guī)r;橫向上,淺部泥巖、砂巖較多,深部泥灰?guī)r、灰?guī)r增多。
礦區(qū)內(nèi)礦層夾石巖性主要為含膏泥巖、膏質(zhì)泥巖組成,通過取樣結(jié)果顯示,夾石品位為22.08%~54.64%,故多數(shù)夾石系礦石貧化所致。
礦石礦物主要為石膏、硬石膏。礦石中石膏的含量一般為40.87%~85.9%,硬石膏的含量為0~34.39%。
礦石的化學(xué)組分主要為SO3、CaO、H2O+、MgO、AL2O3、Fe2O3及酸不溶物等。其中組成CaSO4·2H2O 和CaSO4的化學(xué)成分為礦石的主要有益組分。礦石平均品位69.73%,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。礦石中CaO 含量平均33.36%,SO3含量平均34.08%,H2O+含量平均12.86%。
主要有他形~半自形粒狀變晶結(jié)構(gòu)(圖3),其次為鱗片變晶結(jié)構(gòu)、纖維狀結(jié)構(gòu)等,局部見放射狀結(jié)構(gòu)、板狀自形晶結(jié)構(gòu)。各礦層結(jié)構(gòu)差異不大,各礦層都以半自形~他形粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主,局部鱗片變晶結(jié)構(gòu)、放射狀結(jié)構(gòu)和板狀自形晶結(jié)構(gòu),纖維狀結(jié)構(gòu)相對較多。
圖3 粒狀變晶結(jié)構(gòu)(石膏呈等粒狀)
根據(jù)石膏和硬石膏的含量,將礦石劃分為石膏和硬石膏兩種工業(yè)類型。礦層淺部均以石膏型為主,深部則以硬石膏型為主。
以往區(qū)域地質(zhì)工作確定礦床屬內(nèi)陸湖相沉積礦床。石膏礦床形成受鹽類物質(zhì)來源、古氣候、古地理環(huán)境、沉積時(shí)的物理化學(xué)過程等因素的控制。
平邑盆地北界的蒙山斷裂,為一長期活動(dòng)的斷裂,控制了盆地的發(fā)展,形成了一個(gè)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)的大量沉積物,盆地中的次級構(gòu)造控制著鹵水的遷移。因此,構(gòu)造不僅對礦床的形成提供了空間,也控制了礦床的產(chǎn)出層位和規(guī)模。
鹽類物質(zhì)來源可能與以下幾方面有關(guān):
(1)盆地周圍隆起的古陸區(qū)
盆地以北為太古代老結(jié)晶基底的花崗巖、閃長巖等,以南為古生代、中生代的海相地層,隆起區(qū)巖石風(fēng)化后,其化學(xué)成分隨水流進(jìn)入湖盆為成礦提供了大量的和Ca2+。
(2)湖盆內(nèi)外大量的生物碎屑,為成礦提供了大量的(主要為Ca2+)物質(zhì)來源。
(3)深部鹵水?dāng)y帶成礦物質(zhì)沿蒙山斷裂上升進(jìn)入湖盆也可能是物質(zhì)來源的一方面。
石膏礦屬蒸發(fā)鹽類礦床,其形成離不開炎熱干旱氣候,礦帶中的紅色、褐色巖石就是干旱氣候的有利證據(jù)。干旱氣候持續(xù)階段愈長,石膏沉積愈厚。如果濕潤氣候與干旱氣候頻繁交替,就會(huì)形成條帶狀石膏。
沉淀的石膏顆粒細(xì)小,結(jié)晶程度差,與水的結(jié)合能力很小,成巖過程中,易失去水分變成纖狀、鱗片狀硬石膏。硬石膏經(jīng)水化重結(jié)晶,形成含結(jié)晶水的石膏,晶體粒徑增大,自形程度提高,于是硬石膏便留在石膏礦層中,偏光鏡下呈被“交代”侵蝕狀殘留在石膏礦物中。
(1)地貌
礦帶與其頂、底板灰?guī)r在地貌上有明顯差異,礦帶易風(fēng)化呈相對負(fù)地形,沿走向呈凹槽狀。
(2)標(biāo)志層
礦帶頂部灰?guī)r~泥灰?guī)r帶,層位穩(wěn)定,特征明顯,以灰~灰黑色為主,其向連續(xù)紅色層過渡的位置,可視為礦帶的開始。底板灰?guī)r、泥灰?guī)r呈灰~藍(lán)灰色,他的連續(xù)出現(xiàn)標(biāo)志著礦帶的結(jié)束。
(3)次生灰?guī)r
石膏直接風(fēng)化而成的次生灰?guī)r,具白色粉砂泥狀方解石,地表呈次圓、不規(guī)則礫、姜狀結(jié)石等,具多孔構(gòu)造,原始層理不清,鏡下常見石膏菱板狀假象等特征,可作為找礦的直接標(biāo)志。
本文通過左莊石膏礦地質(zhì)特征、成因探討及找礦標(biāo)志,得出以下結(jié)論:
(1)左莊礦區(qū)含礦四層,其中I-1礦層為主礦層。
(2)礦石礦物為石膏和硬石膏,結(jié)構(gòu)以他形~半自形粒狀變晶結(jié)構(gòu)為主。淺部礦層均以石膏型為主,深部則以硬石膏型為主。
(3)石膏礦床形成受鹽類物質(zhì)來源、古氣候、古地理環(huán)境、沉積時(shí)的物理化學(xué)過程等因素的控制,確定礦床屬內(nèi)陸湖相沉積礦床。