烏茲別克斯坦撒馬爾罕州昆古爾套礦區(qū)石膏礦地質(zhì)特征及成因分析

朱燦豪，夏 天，許同舟

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心湖北總隊(duì)，湖北 武漢 430034)

烏茲別克斯坦是位于中亞腹地的“雙內(nèi)陸國”，其五個鄰國均無出海口。北部和東北部與哈薩克斯坦接壤，東部、東南部與吉爾吉斯斯坦和塔吉克斯坦相連，西部與土庫曼斯坦毗鄰，南部與阿富汗接壤[1]。烏茲別克斯坦政局穩(wěn)定，礦業(yè)相關(guān)的各項(xiàng)法律法規(guī)完善及政策較優(yōu)惠，吸引著國內(nèi)眾多的國際礦業(yè)公司投資進(jìn)行礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)。為進(jìn)一步推動該國石膏礦資源開發(fā)工作，本研究結(jié)合相關(guān)地質(zhì)工作實(shí)踐，對該國昆古爾套石膏礦地質(zhì)特征及礦床成因進(jìn)行分析，以期為今后在烏茲別克斯坦地區(qū)尋找同類型石膏礦床提供參考。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

在烏茲別克斯坦構(gòu)造單元中，北部為古亞洲洋構(gòu)造域，中間為古亞洲洋和特提斯洋縫合帶，是一條被大量古生代巖漿巖所連接起來的殘留前寒武紀(jì)古陸塊群，南部為卡拉庫姆板塊。根據(jù)最新區(qū)域地質(zhì)理論，結(jié)合前人研究成果、區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育特征、建造組合，將烏茲別克斯坦劃分為3個一級構(gòu)造單元、6個二級構(gòu)造單元，部分二級構(gòu)造單元細(xì)化為三級構(gòu)造單元[2-3](圖1)。昆古爾套石膏礦床位于撒馬爾罕州263°方向約41km處，處于圖爾蓋—錫爾河—天山—克孜勒庫姆聚合板塊(Ⅰ)克孜勒庫姆地塊(Ⅰ-1)阿姆河古近系陸表海盆地(Ⅰ-1-2)之北部邊緣，北部為志留—石炭系被動大陸邊緣(Ⅰ-1-1)。該盆地分布范圍約60 000km2，長期接受沉積，形成大面積的沉積層覆蓋于結(jié)晶基底之上，控制了該區(qū)沉積礦產(chǎn)的形成。

圖1 烏茲別克斯坦構(gòu)造分區(qū)圖

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

礦區(qū)內(nèi)地層有上白堊統(tǒng)(K)、古近系(E)及第四系(Q)(圖2)；呈單斜層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀平緩；北西向微隆起，未發(fā)現(xiàn)明顯斷裂和褶皺；區(qū)內(nèi)未見巖漿巖。

圖2 礦區(qū)地質(zhì)簡圖

上白堊統(tǒng)(K)：主要巖性為灰黃色、灰綠色粉砂巖夾少量紅色粘土；粉砂巖呈細(xì)粒狀，局部含有少量石膏膠結(jié)物及小夾層(一般＜0.20m)。該組地層厚度約70～90m。

古近系(E)：主要巖性為白色、灰白色石膏與淺灰黃色白云巖、灰質(zhì)白云巖互層；石膏呈白色層狀，半透明。為本次石膏礦體賦存層位。根據(jù)鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)內(nèi)石膏共3層，厚度為3.70～9.00m。白云巖為灰黃色、黃色，厚度2.60～7.00m。該組地層整體厚度約40～60m，與下伏地層整合接觸。

第四系(Q)：主要巖性為黃色、黃褐色松散沙狀亞粘土等沉積物組成。礦區(qū)內(nèi)廣泛分布，厚度一般在0.40～2.0m。

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 礦體特征

礦層賦存于古近系(E)，共劃分三個礦層，自下而上編號分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ號(圖3)，各膏層厚度穩(wěn)定，膏層間距小，呈層狀分布，與圍巖產(chǎn)狀一致，總體傾向310°～345°，傾角3°～9°，礦體與圍巖界線清晰(表1)。各礦層特征如下：

表1 礦層地質(zhì)特征一覽表

圖3 昆古爾套礦區(qū)3勘查線地質(zhì)剖面圖

Ⅰ礦 層：沿 走 向 長240.20m，控 制 長209.29m；寬 約327.19～581.05m，賦 存 標(biāo) 高+363.17～+386.13m，埋深0～34.50m；礦體厚度3.70～7.50m，平均厚度5.28m，變化系數(shù)為25.00%，屬厚度變化穩(wěn)定型。礦石巖性為層狀石膏。礦層單工程品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高94.34%，最低76.14%，平均品位86.83%；品位變化系數(shù)7.66%，屬含量變化均勻型。

Ⅱ礦 層：沿 走 向 長240.20m，控 制 長209.29m；寬 約260.57～323.57m，賦 存 標(biāo) 高+373.56～+389.88m，埋深0～25.86m；礦體厚度5.80～9.00m，平均厚度7.24m，變化系數(shù)為16.85%，屬厚度變化穩(wěn)定型。巖性為層狀石膏、纖維石膏。礦層單工程品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高95.19%，最低77.92%，平均品位88.74%；品位變化系數(shù)6.63%，屬含量變化均勻型。

Ⅲ礦 層：沿 走 向 長240.20m，控 制 長209.29m；寬 約150.26～180.75m，賦 存 標(biāo) 高+394.49～+382.36m，埋 深0～14.25m；礦 體厚度5.00～8.80m，平均厚度6.90m，變化系數(shù)為38.99%，屬厚度變化穩(wěn)定型。巖性為層狀石膏。礦層單工程品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高90.73%，最低88.88%，平均品位89.81%；品位變化系數(shù)1.56%，屬含量變化均勻型。

3.2 礦石特征

礦石自然類型可分為層狀石膏、纖維石膏兩類(圖4)，白色、乳白色，半透明。礦石礦物成分主要為石膏，其它有白云石、方解石、粘土礦物、少量石英及微量天青石等[7]。

圖4 層狀石膏、纖維石膏

礦石的化學(xué)成分為：CaO 31.74%～32.23%、SO319.44%～46.31%、H2O+8.32%～20.82%、H2O-0.02%～0.04%、MgO 1.94%～2.00%、K2O 0.034%～0.077%、Na2O 0.023%～0.10%、SiO20.83%～1.61%、Al2O30.13%～0.23%、Fe2O30.066%～0.080%、CO23.90%～4.39%、SrO 0.20%～0.22%、Cl-0.0028%～0.0067%、酸不溶物0.20%～7.24%。有益組分的含量與其他組分含量呈互相消長關(guān)系。礦石中伴生有益元素有SrO，其含量為0.20%～0.22%，由于其含量甚低無工業(yè)價值。

依據(jù)DZ/T0325-2018《石膏、天青石、硅藻土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》，礦石品級劃分標(biāo)準(zhǔn)，本區(qū)石膏礦品級以一級品(CaSO4·2H2O+CaSO4含量85%～95%)為主，二、三級品(CaSO4·2H2O+CaSO4含量65%～85%)次之[4-5]。

3.3 礦體圍巖及夾層

地表覆蓋層為松散沙狀亞粘土，巖性為黃色、黃褐色松散沙狀亞粘土；厚度0.5～2.0m。礦體(層)底板為灰綠色粉砂巖，巖性以灰黃色、灰綠色粉砂巖為主，夾少量紅色粘土；呈細(xì)粒狀，薄層狀構(gòu)造；主要成分由粉砂質(zhì)碎屑、泥質(zhì)組成。夾層為厚層狀白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r，主要巖石類型為含石膏的白云巖或灰質(zhì)白云巖；夾石與礦石界線清晰，夾石厚度一般不大，厚2.60～7.00m，只是有益組分含量略低，SO3多在20%以下，H2O+2.02%～13.44%、CaO 26.35%～50.66%、MgO 3.87%～14.68%。礦層之間的夾石層也含有一定量的石膏，但品位達(dá)不到工業(yè)要求[6]。礦層與夾層界線清晰。

4 礦床成因

4.1 成礦構(gòu)造條件

鹽類礦床的生成嚴(yán)格受構(gòu)造控制。構(gòu)造運(yùn)動除控制成鹽盆地外，還控制著鹽類礦床的形成和演化、鹽類物質(zhì)的來源以及鹽類礦床形成后的保存和破壞[10]。

昆古爾套是在晚古生代的構(gòu)造格局上，先經(jīng)新生代時期喜山運(yùn)動，形成呈東高西低的地形走勢，并在一系列的地質(zhì)活動下最終形成相對凹陷的半封閉盆地。同時海水從天山山脈和帕米爾高原退出，形成海陸過渡環(huán)境，在海陸過渡環(huán)境轉(zhuǎn)變的海退過程中，出現(xiàn)了海相向?yàn)a湖環(huán)境的演變，經(jīng)三次海水進(jìn)退下形成了大面積石膏層沉積。

4.2 古氣候條件

昆古爾套位于新生代時期形成的丘陵之間，呈東陡西緩，東高西低的地形走勢。東部高山成為印度洋、太平洋季風(fēng)的阻擋屏障，使高山后面的深盆成為干旱、半干旱氣候區(qū)，從而使盆地有利于鹽類的沉積。

4.3 成礦物質(zhì)來源及成因分析

關(guān)于夾層中有孔蟲及鈣質(zhì)砂巖中海綠石等證據(jù)，推斷水盆內(nèi)可能有海水的補(bǔ)給[9]。由沉積時盆地的相對隆起區(qū)，在海退后形成了昆古爾套一帶瀉湖與廣海隔絕的障壁；同時瀉湖與障壁的相對高差較大，隨著蒸發(fā)作用的進(jìn)行，湖面可能低于廣海平面，海水在靜壓力的作用下，從湖底砂巖的孔隙為通道，以泉眼的形式向?yàn)a湖注入；因此初步認(rèn)為是新的海水不斷地向?yàn)a湖注入并提供成礦物質(zhì)來源。盆地周圍大量植物死亡后，隨季節(jié)性流水流入沉積盆地，同時水體中浮游生物、藻類等死亡后也沉入水底，這些有機(jī)物腐爛后，在還原環(huán)境下形成大量 H2S氣體[11]，H2S氣體在氧化條件下形成SO42-，為石膏礦的形成創(chuàng)造了條件[12]。加上干旱炎熱氣候環(huán)境條件下湖水不斷濃縮，成膏物質(zhì)結(jié)晶沉淀，形成了連續(xù)的較厚的石膏礦體[8]。綜上，昆古爾套石膏礦床成因類型屬濱海瀉湖相沉積礦床。

5 結(jié)論

(1)昆古爾套石膏礦賦存于古近系(E)地層中，礦體走向長＞240.20m，寬度150.26～180.75m，產(chǎn)狀310°～345°∠3°～9°，區(qū)內(nèi)查明礦石資源量236.41萬t。

(2)礦層自下而上劃分3層石膏礦層，礦層平均厚度5.28～7.24m；礦石自然類型為層狀石膏、纖維石膏2類，礦石品級以一級品為主，二、三級品次之，平均品位 86.83%～89.81%。

(3)昆古爾套石膏礦床形成環(huán)境為濱海瀉湖相沉積，是在干旱氣候下瀉湖環(huán)境中沉積，經(jīng)后生脫水、交代等成因多期次形成的。