寧夏鹽池某大型石膏礦床地質(zhì)特征及成因

楊杰

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心寧夏總隊(duì)，寧夏 銀川 750021)

1 礦床地質(zhì)

1.1 地層

寧夏鹽池青山地層區(qū)劃屬柴達(dá)木- 華北地層大區(qū)，華北地層區(qū)，鄂爾多斯地層分區(qū)，鹽池- 環(huán)縣地層小區(qū)。區(qū)域上大面積第四系覆蓋，石膏礦層賦存于古近系漸新統(tǒng)清水營(yíng)組(E3q)地層中，近水平產(chǎn)出，該組巖性主要以泥巖、(泥質(zhì))石膏巖及含膏泥巖為主，自下而上劃分為兩個(gè)巖段，分述如下：

1.1.1 第一巖段(E3q1)：整個(gè)礦區(qū)均有分布，見(jiàn)于施工鉆孔底部，以泥巖為主，呈棕褐～灰黑色，泥質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)較軟，厚度大于6.1m。

1.1.2 第二巖段(E3q2)：整個(gè)礦區(qū)均有分布，地表零星出露，厚約23.4～36.0m，礦區(qū)內(nèi)未見(jiàn)頂，含石膏礦兩層。底部以灰白色泥質(zhì)石膏和塊狀石膏為主(主礦層K1)，見(jiàn)少量灰綠色含膏泥巖、泥巖，厚約3.8-21.2m，平均厚約10.2m；中部以灰綠色含膏泥巖和泥巖為主，厚約1.9-13.5m，平均厚約6.6m；上部以灰白色泥質(zhì)石膏和塊狀石膏為主(K2 礦層)，見(jiàn)少量薄層含膏泥巖，厚約2.0-11.5m，平均厚約4.2m；頂部以灰綠色含膏泥巖和泥巖為主，厚度在0～14.5m 間，平均厚約7.2m。

1.2 構(gòu)造

大地構(gòu)造綜合劃分屬柴達(dá)木- 華北板塊，華北陸塊，鄂爾多斯地塊，鄂爾多斯中生代坳陷，天環(huán)向斜(圖1)，由早白堊世末燕山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)形成，區(qū)域內(nèi)主要構(gòu)造如下：

圖1 區(qū)域構(gòu)造圖

1.2.1 褶皺

礦區(qū)位于天環(huán)復(fù)向斜西側(cè)，靠近軸部地帶，該向斜近南北向展布，延伸長(zhǎng)約100km，寬近20km。其中東翼較平緩，傾角一般小于5°；西翼較東翼陡，傾角多在7°～9°之間。該向斜平緩開(kāi)闊，規(guī)模較大，形成于早白堊世末燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，喜馬拉雅期再次活動(dòng)。內(nèi)部構(gòu)造微弱，地層產(chǎn)狀平緩，未發(fā)育較大斷裂構(gòu)造。頂部為新生界構(gòu)造層覆蓋，主要為坳陷盆地河湖相沉積層，其次為沖洪積、風(fēng)積層等。

1.2.2 斷裂

區(qū)域上發(fā)育有一條近南北向的斷裂，即車(chē)道- 阿色浪斷裂，該斷裂北起內(nèi)蒙古阿色浪，南至甘肅，斷裂總長(zhǎng)約500km，在寧夏境內(nèi)途經(jīng)萌城一帶。礦區(qū)位于其東側(cè)約十余公里。推測(cè)該斷裂屬于向東傾的大角度正斷層，地表基本被新生界地層所覆蓋，在萌城以南為一斷面西傾的逆斷層，傾角40°～50°，最高可達(dá)75°。斷裂東西兩側(cè)新生界的巖相及厚度差別較大，其中礦區(qū)所在的東側(cè)以河湖相沉積為主。礦區(qū)內(nèi)清水營(yíng)組呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀趨于水平，傾角1～2°，勘查工作沒(méi)有發(fā)現(xiàn)褶皺和斷裂，構(gòu)造對(duì)礦層基本沒(méi)有影響。

2 礦層地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

礦區(qū)內(nèi)共圈定石膏礦兩層，由下而上編號(hào)為K1 和K2 礦層，沿走向(南北)長(zhǎng)約2200m，沿傾向(東西)延伸長(zhǎng)約2500m。

K1 礦層：賦存于清水營(yíng)組第二巖性段下部，整個(gè)礦區(qū)均有分布，埋深7.35～26.50m，平均埋深18.83m，礦層厚3.84～21.23m，平均厚度10.17m。巖性主要為灰白色塊狀石膏和泥質(zhì)石膏(塊狀石膏厚度占比為59%，泥質(zhì)石膏厚度占比為34%)，塊狀石膏單層厚約0.43～15.44m，泥質(zhì)石膏單層厚約0.38～8.32m，局部地段夾一至三層厚約0.33～1.90m 灰綠色泥巖、含膏泥巖?？傮w上在礦區(qū)北部中間較薄，東西兩側(cè)較厚；礦區(qū)南部自西向東厚度有漸減趨勢(shì)，礦區(qū)南西部最厚(圖2)。

圖2 K1 礦層等厚線圖

K2 礦層：賦存于清水營(yíng)組第二巖性段中上部，埋深0.51～15.16m，平均埋深8.15m，礦層厚1.96～11.55m，平均厚度4.15m。巖性為灰白色塊狀石膏和泥質(zhì)石膏(塊狀石膏厚度占比為49%，泥質(zhì)石膏厚度占比為44%)，塊狀石膏單層厚約0.32～9.88m，泥質(zhì)石膏單層厚約0.37～5.06m，多夾有一至三層厚約0.23～1.00m 的含膏泥巖?？傮w上在礦區(qū)西部厚度較大，東部厚度較小，礦區(qū)南部由中間向東側(cè)厚度有回升趨勢(shì)(圖3)。

圖3 K2 礦層等厚線圖

2.2 礦石質(zhì)量

2.2.1 礦物成分

礦區(qū)石膏礦石具有板狀、纖維狀及片狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。主要由石膏、粘土礦物、硬石膏、碳酸鹽巖及少量磷灰石等礦物組成。

石膏：含量約55～95%，呈無(wú)色板狀，粒度大小0.04～4.82mm，解理發(fā)育。細(xì)粒石膏呈細(xì)小板狀，為沉積形成，集合體呈團(tuán)塊狀。

硬石膏：含量約1%，呈無(wú)色、紫色，板狀、柱狀，常呈纖維狀、束狀、放射狀集合體，粒度大小0.02～0.25mm，解理發(fā)育，分布在細(xì)粒石膏集合體中。

粘土礦物：含量約1～40%，細(xì)小粒狀，褐黃色，呈細(xì)網(wǎng)脈狀、密集塊狀集合體分布于石膏間，或分布于石膏表面，粒徑小于0.005mm，遇水易膨脹、粘手。

碳酸鹽巖：含量約1%，呈無(wú)色、紫色，細(xì)晶狀，它形粒狀、半自形菱面體，集合體沿裂隙充填呈團(tuán)塊狀、細(xì)脈狀。

磷灰石：微量，自形- 半自形晶，沿石膏解理定向斷續(xù)分布。

2.2.2 化學(xué)成分

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，K1 礦層礦石組分含量：H2O+為8.74～19.84%，平均16.80%；CaO 為20.72～40.00%，平均26.21%；SO3為26.19～52.36%，平均37.76%。K2 礦層礦石組分含量：H2O+為6.44～19.72%，平均16.12%；CaO 為21.36～31.25%，平均24.03%；SO3為27.13 ～49.84%，平 均35.97%。

礦區(qū)平均品位(CaSO4+ CaSO4·2H2O)約為79%。其中K1 礦層平均品位(CaSO4+ CaSO4·2H2O)約為80%；K2 礦層平均品位(CaSO4+ CaSO4·2H2O) 約為76%。礦石類(lèi)型以石膏為主，含量為78.04%；硬石膏含量極少，為0.97%。

2.2.3 礦石品位及變化特征

K1 礦層：在礦區(qū)范圍內(nèi)，礦石品位最低64.19%，最高93.45%(單工程品位)，大部分地區(qū)在70%以上。平面上以ZK608、ZK1004 至ZK1104 及ZK705 鉆孔為中心形成一個(gè)較低品位區(qū)帶?？傮w上礦區(qū)西部品位較高，東部較低(圖4)。

圖4 K1 礦層品位等值線圖

K2 礦層：在礦區(qū)范圍內(nèi)，礦石品位最低55.36%，最高92.95%(礦層單工程品位)，大部分地區(qū)在65%以上。平面上以ZK706 和ZK707 鉆孔為中心形成一個(gè)低品位區(qū)?？傮w上在礦區(qū)西部品位較高，東部較低，品位變化不具有明顯規(guī)律性(圖5)。

圖5 K2 礦層品位等值線圖

經(jīng)單樣品位統(tǒng)計(jì)：K1 礦層品位變化系數(shù)為26.0%；K2 礦層品位變化系數(shù)為33.6%，屬品位穩(wěn)定的礦層。

2.2.4 礦石放射性

兩個(gè)礦層共采集了7 件樣品測(cè)試了鐳、釷、鉀三項(xiàng)放射性比活度。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，礦石內(nèi)照射指數(shù)IRa 在0.07～0.41 之間；外照射指數(shù)Ir 在0.1～0.33 之間，內(nèi)、外照射指數(shù)均小于1.0。礦區(qū)內(nèi)石膏礦石屬于A 類(lèi)裝修材料。

2.3 礦層頂?shù)装寮皧A石

礦區(qū)內(nèi)下部礦層(K1)底板為漸新統(tǒng)清水營(yíng)組第一巖段(E3q1)棕褐- 灰黑色泥巖，根據(jù)鉆探揭露其巖性較穩(wěn)定。頂板為漸新統(tǒng)清水營(yíng)組第二巖段(E3q2)中部灰綠色泥巖和含膏泥巖層，屬層狀軟弱巖層，厚1.9～13.5m；上部礦層(K2)底板為K1 礦層頂板。頂板為漸新統(tǒng)清水營(yíng)組第二巖段(E3q2)頂部灰綠色含膏泥巖和泥巖層，厚0～14.5m。

礦區(qū)礦層埋深約0.5～15.2m，平均埋深約8.2m。其中第四系砂質(zhì)粘土等松散堆積物(覆蓋層)厚約0.3～3.2m，平均厚約0.9m；古近系清水營(yíng)組第二巖性段頂部灰綠色泥巖、含膏泥巖層(K2 礦層頂板)厚約0～14.5m，平均厚7.2m?？傮w上看，礦層埋深在礦區(qū)范圍內(nèi)以ZK1003 和ZK701 為中心向四周遞減，至礦區(qū)西部有回升趨勢(shì)(圖6)。

圖6 外剝離等厚線圖

礦區(qū)內(nèi)兩個(gè)礦層中多夾有一至三層厚0.2～1.9m 的非礦泥巖、含膏泥巖層，由于厚度小于夾石剔除厚度(2m)，未圈定剔除，易導(dǎo)致礦石品位貧化。

3 礦床成因

礦區(qū)石膏礦賦存于古近系漸新統(tǒng)清水營(yíng)組，屬內(nèi)陸河湖相紅色碎屑巖- 膏巖建造。漸新世喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)后寧夏形成弧形盆- 山體系，盆地接受紅色碎屑含鹽建造，干燥炎熱的氣候和封閉的湖泊環(huán)境，為膏巖沉積提供了有利的條件。

礦區(qū)含礦地層清水營(yíng)組由泥巖、石膏、含膏泥巖等構(gòu)成，顏色呈紅色- 灰白- 灰綠等雜色，水平層理和小型波狀層理發(fā)育，可能為淺水沉積環(huán)境。礦區(qū)所在的候家河(青山)聚膏盆西側(cè)為青龍山與太陽(yáng)山，東、南、北側(cè)均由古地層構(gòu)成高地，封閉條件較好。西側(cè)青龍山與太陽(yáng)山間有峽谷與海原盆地連通，有利于盆地間鹵水的遷移和蒸發(fā)。成膏物質(zhì)主要為內(nèi)陸湖盆鹵水及陸源碎屑物質(zhì)，成膏物質(zhì)來(lái)源豐富。

礦區(qū)礦石自然類(lèi)型按含泥量可大致分為塊狀石膏和泥質(zhì)石膏兩種，含泥質(zhì)較少或不含泥質(zhì)的塊狀石膏是在湖盆水動(dòng)力環(huán)境及水化學(xué)條件較穩(wěn)定的情況下，過(guò)飽和鹵水結(jié)晶沉積形成。而泥質(zhì)石膏是在湖盆水動(dòng)力環(huán)境及水化學(xué)條件相對(duì)動(dòng)蕩的條件下，陸源碎屑物質(zhì)隨流水進(jìn)入湖盆，過(guò)飽和鹵水中存在部分泥質(zhì)、鈣質(zhì)及少量中粗粒碎屑物質(zhì)與石膏晶體沉積形成。非礦泥巖及含膏泥巖是在水動(dòng)力環(huán)境動(dòng)蕩時(shí)，陸源碎屑物質(zhì)隨流水大量涌入湖盆，碎屑物質(zhì)沉積速度較石膏快，中粗粒及細(xì)粒碎屑物質(zhì)等沉積形成。

礦區(qū)所屬古近系漸新世石膏成礦期有良好的古地理環(huán)境，具有豐富的物質(zhì)來(lái)源，加之當(dāng)時(shí)干燥炎熱的氣候，封閉環(huán)境蒸發(fā)沉淀了數(shù)米至數(shù)十米的膏巖層。在構(gòu)造活動(dòng)頻率較低，水動(dòng)力及水化學(xué)條件相對(duì)穩(wěn)定的情況下沉積了石膏礦層。在構(gòu)造劇烈、水動(dòng)力和水化學(xué)條件動(dòng)蕩的情況下形成含膏泥巖、泥巖層。