寧夏固原凹陷巖鹽礦床后生改造成礦作用—來自礦物學(xué)的證據(jù)

劉 芳，田景雄，何 偉,褚小東，宋新華

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)局，寧夏銀川 750021；3.寧夏回族自治區(qū)基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查院，寧夏銀川 750021；4.寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)局，寧夏銀川 750000；5.寧夏回族自治區(qū)自然資源勘測(cè)調(diào)查院，寧夏銀川 750000)

0 引言

“改造成礦作用”是涂光熾教授提出的成礦新理論(涂光熾，1979)，于1980年代至1990年代逐步完善拓展(涂光熾，1984，1988，1992；王秀璋，1992，1997)，并得到廣泛認(rèn)同和應(yīng)用(張乾，1997；冉崇英等，2010；王玉往等，2011;Snachev,2012;田竟亞等，2015；Yuste et al.,2015;Cao et al.,2017；冉崇英，2017；牛佳等，2017；單芝波，2021)。該成礦理論對(duì)鹽類礦床的改造成礦過程研究具有重要的指導(dǎo)意義(李金鎖等，2013；張西營(yíng)等，2015；苗忠英等，2017；侯學(xué)文等，2020；倪艷華等，2021；張永生等，2021；郭佩等，2022)。

寧夏固原巖鹽礦床是近年來固原凹陷內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)大型巖鹽礦床，位于寧夏中南部六盤山盆地的中西部。該礦床是一個(gè)典型的氯化物-硫酸鹽型鹽類礦床，分布范圍廣、厚度大，已達(dá)到大型巖鹽礦床規(guī)模。目前該礦床主要以勘查工作為主，研究工作較少，尤其是通過礦物學(xué)開展該礦床成因的研究還鮮有公開報(bào)道。前人研究主要集中在該礦床的地質(zhì)特征和沉積過程(曾建平，2012)、主礦物成分及沉積成因(鄭毅等，2012)，以及對(duì)礦床“高山深盆”成鹽模式的探討(宋新華等，2015，2017)。以往研究對(duì)后期改造成礦過程研究有限，對(duì)巖鹽礦的成礦期次和改造成礦機(jī)制的研究尚未開展，沒有建立起兩種成礦作用之間的關(guān)系和改造成礦作用模型，這些問題在一定程度上制約了對(duì)固原巖鹽礦成礦規(guī)律的認(rèn)識(shí)和找礦勘查工作。基于此，本文通過對(duì)不同成因類型的礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造和礦物特征進(jìn)行詳細(xì)觀察，以巖石礦物學(xué)證據(jù)，研究該巖鹽礦床的成礦作用和成礦期次，以期為該巖鹽礦床的進(jìn)一步勘查提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

固原凹陷位于寧夏中南部地區(qū)，大地構(gòu)造位置位于青藏高原東北緣，其北側(cè)是阿拉善微陸塊，西側(cè)為秦嶺-祁連造山帶，東側(cè)為鄂爾多斯地塊(趙紅格等，2006；馬風(fēng)華等，2020)，處于上述三大構(gòu)造體系結(jié)合地帶(田勤儉，1998；李松林等，2006；陳剛等，2007)(圖1)。

圖1 寧夏中南部大地構(gòu)造位置圖(a)和構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭D(b)(據(jù)寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)Fig.1 Map showing tectonic location(a)and tectonic unit division(b)of central-southern Ningxia(after Ningxia Institute of Geological Survey,2017)1-省界；2-一級(jí)構(gòu)造單元界線；3-二級(jí)構(gòu)造單元界線；4-四級(jí)構(gòu)造單元界線；5-五級(jí)構(gòu)造單元界線；6-地名1-provincial boundary;2-first-order tectonic unit boundary;3-second-order tectonic unit boundary;4-fourth-order tectonic unit boundary;5-fifth-order tectonic unit boundary;6-place name

固原凹陷內(nèi)的沉積蓋層主要為中、新生界，侏羅系、白堊系、古近系、新近系在凹陷外圍出露，第四系主要分布在凹陷內(nèi)部(圖2)。其中，白堊系下統(tǒng)乃家河組(K1n)是研究區(qū)內(nèi)巖鹽礦床的賦礦層位，是本項(xiàng)研究的目的層。

圖2 固原凹陷區(qū)域地質(zhì)略圖①Fig.2 Regional geological map of the Guyuan depression ①1-第四系；2-中新統(tǒng)干河溝組；3-中新統(tǒng)彰恩堡組；4-漸新統(tǒng)清水營(yíng)組；5-始新統(tǒng)寺口子組；6-下白堊統(tǒng)乃家河組；7-下白堊統(tǒng)馬東山組；8-下白堊統(tǒng)李洼峽組；9-下白堊統(tǒng)和尚鋪組；10-下白堊統(tǒng)三橋組；11-上侏羅統(tǒng)安定組；12-中侏羅統(tǒng)直羅組；13-中侏羅統(tǒng)延安組；14-正斷層；15-逆斷層；16-平移斷層；17-推測(cè)平移斷層；18-性質(zhì)不明斷層；19-推測(cè)性質(zhì)不明斷層；20-整合地層界線；21-平行不整合地層界線；22-角度不整合地層界線；23-研究區(qū)；24-地名1-Quaternary;2-Miocene Ganhegou Formation;3-Miocene Zhang’enbao Formation;4-Oligocene Qingshuiying Formation;5-Eocene Sikouzi Formation;6-Lower Cretaceous Naijiahe Formation;7-Lower Cretaceous Madongshan Formation;8-Lower Cretaceous Liwaxia Formation;9-Lower Cretaceous Heshangpu Formation;10-Lower Cretaceous Sanqiao Formation;11-Upper Jurassic Anding Formation;12-Middle Jurassic Zhiluo Formation;13-Middle Jurassic Yanan Formation;14-normal fault;15-reverse fault;16-translation fault;17-inferred translation fault;18-unidentified fault;19-inferred unidentified fault;20-conformable stratigraphic boundary;21-parallel unconformity;22-angular unconformity;23-study area;24-place name

區(qū)域內(nèi)發(fā)育多條北西-近南北向深大斷裂，斷裂總體走向北西，多為逆斷層，斷裂間褶皺及次級(jí)斷裂復(fù)雜多樣(圖2)。區(qū)內(nèi)發(fā)育的褶皺主要有南-北向和北西-南東向兩種展布方向。褶皺形成于兩個(gè)構(gòu)造期次：第一期為燕山晚期E-W向脆性擠壓變形(寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，2017)，表現(xiàn)為下白堊統(tǒng)地層褶皺，構(gòu)造線方向近南北向；第二期為上新世晚期-早更新世早期NE-SW向脆性擠壓變形(施煒等，2013)，表現(xiàn)為下白堊統(tǒng)、古近紀(jì)、新近紀(jì)地層褶皺，構(gòu)造線方向?yàn)楸蔽飨颉?/p>

1.2 礦床地質(zhì)

固原巖鹽礦床為一隱伏礦床，礦區(qū)地層發(fā)育白堊系、古近系和第四系(圖3)。賦礦地層白堊系下統(tǒng)六盤山群乃家河組出露于礦區(qū)的西南部和南部，可分成兩個(gè)巖性段。乃家河組下巖段(K1n1)巖性主要為灰黃色、灰綠色泥灰?guī)r、砂質(zhì)泥灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、砂質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，該層位含少量的石膏；乃家河組上巖段(K1n2)巖性主要為灰綠色、黃褐色、紫紅色灰質(zhì)白云巖、鈣質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖、粉砂巖。鉆孔工程揭示巖鹽發(fā)育在乃家河組上巖段。

圖3 固原凹陷巖鹽礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖①Fig.3 Geological sketch map of the Guyuan rock salt deposit①1-第四系；2-漸新統(tǒng)清水營(yíng)組；3-下白堊統(tǒng)乃家河組上段；4-下白堊統(tǒng)乃家河組下段；5-下白堊統(tǒng)馬東山組；6-正斷層；7-平移斷層；8-推測(cè)平移斷層；9-推測(cè)性質(zhì)不明斷層；10-推測(cè)正斷層；11-背斜軸；12-角度不整合地層界線1-Quaternary;2-Oligocene Qingshuiying Formation;3-upper section of Lower Cretaceous Naijiahe Formation;4-lower section of Lower Cretaceous Naijiahe Formation;5-Lower Cretaceous Madongshan Formation;6-normal fault;7-translation fault;8-inferred translation fault;9-inferred unidentified fault;10-inferred normal fault;11-anticlinal axis;12-angular unconformity stratigraphic boundary

礦區(qū)內(nèi)共發(fā)育8條斷層(圖3)，其中F2 ～ F8為推測(cè)斷層，斷層F1～F3主要控制著礦區(qū)的構(gòu)造格架。平面上F1、F3、F4、F5、F7、F8這6條斷層基本平行分布，呈北西-南東走向；F2和F6基本平行，呈北東-南西走向。礦區(qū)整體構(gòu)造線走向北西，傾向上被一系列的平行斷層所切割，形成了由西向東，逐次下降的一系列梯形斷塊，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等。

礦區(qū)內(nèi)褶皺不發(fā)育，僅在礦區(qū)南部出露一背斜的北翼。背斜出露地表長(zhǎng)度約700 m，背斜軸部長(zhǎng)約2.5 km，走向?yàn)楸蔽?40°。背斜核部地層為馬東山組，兩翼地層為乃家河組，總體向南東方向傾覆，背斜形態(tài)開闊，兩翼產(chǎn)狀對(duì)稱，其北段被F2斷層截?cái)唷?/p>

礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育巖鹽礦體，同時(shí)發(fā)育有鈣芒硝礦化體、硬石膏礦化體和無水芒硝礦化體。巖鹽賦礦面積約為14 km2，礦體呈層狀，局部為透鏡狀。礦區(qū)內(nèi)共見巖鹽礦體(層)52層，其中有32層達(dá)到了工業(yè)指標(biāo)。巖鹽礦體(層)的產(chǎn)狀與賦礦巖層不一致，巖鹽礦體(層)的傾角為25°～55°，變化范圍明顯大于賦礦巖層。巖鹽礦層的厚度亦變化較大，有些地方減薄，有些地方加厚，局部地方出現(xiàn)分叉或者合并，有些甚至尖滅消失。巖鹽礦體(層)之間主要由泥巖或含鹽泥巖相隔。此外，巖鹽還常常充填在碎屑巖裂隙中或碎屑巖角礫之間?？傊?，巖鹽礦礦體(層)層數(shù)多，厚度大，礦石品位高，質(zhì)量好。

2 樣品及分析方法

樣品采集于固原巖鹽礦區(qū)內(nèi)的鉆孔巖心，包括各種典型的礦石類型。對(duì)標(biāo)本仔細(xì)觀察后將巖礦石樣品磨制成光薄片，采用顯微鏡觀察樣品中礦物的光學(xué)特征，在準(zhǔn)確鑒定礦物種類之后，對(duì)其微觀構(gòu)造和礦物結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。在鏡下根據(jù)礦物的相互關(guān)系、礦物生成順序、礦物產(chǎn)出位置、礦物粒度大小等因素判識(shí)礦物的形成期次。

通過X射線粉晶衍射分析鑒定不同成因的礦物，該分析在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心完成。使用的儀器型號(hào)為Bruker SMART APEX-CC，該設(shè)備為X射線CCD面探衍射儀。射線類型為MoKα(0.71037×10-1nm)，測(cè)試的掃描方式為ω疊加方式，設(shè)置20°為掃描間隔，掃描區(qū)間30°～130°，測(cè)試電流35 mA，測(cè)試電壓45 kV，在環(huán)境濕度為30(±2)%，室溫20(±2)℃的條件下進(jìn)行測(cè)試(李國(guó)武等，2005)，通過軟件Crystallographica Search-Match Version 2.1.1.0 檢索，得到各種物相的鑒定結(jié)果。

選擇代表性礦物在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行掃描電鏡和電子探針能譜成分分析。首先將試樣表面磨平或剖光，對(duì)樣品做凈化處理，利用儀器Mira XMU進(jìn)行測(cè)試，該儀器為場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，放大倍數(shù)2～1000000倍，進(jìn)行背散射電子(SEM)成像和實(shí)時(shí)元素分析。

3 巖石礦物學(xué)特征

3.1 礦石特征

固原凹陷巖鹽礦床的礦石類型可劃分為質(zhì)純的巖鹽礦石、含泥質(zhì)角礫鹽巖礦石、無水芒硝礦石、鈣芒硝礦石和硬石膏礦石。

質(zhì)純鹽巖礦石：巖鹽含量超過95%，一般為無色透明，玻璃光澤，當(dāng)含有泥質(zhì)或有機(jī)質(zhì)時(shí)這類巖鹽礦石呈灰白、灰黑色。鹽晶粒度一般在2～15 mm，塊狀構(gòu)造(圖4a)；礦物主要成分為石鹽；該類型的礦石主要發(fā)育在構(gòu)造裂隙較大的地方，形成的礦層厚度比較小。

圖4 固原凹陷巖鹽礦不同成因類型礦石Fig.4 Photos showing different genetic types of ores from the Guyuan rock salt deposit1-第四系；2-漸新統(tǒng)清水營(yíng)組；3-下白堊統(tǒng)乃家河組上段；4-下白堊統(tǒng)乃家河組下段；5-下白堊統(tǒng)馬東山組；6-正斷層；7-平移斷層；8-推測(cè)平移斷層；9-推測(cè)性質(zhì)不明斷層；10-推測(cè)正斷層；11-背斜軸；12-角度不整合地層界線1-Quaternary;2-Oligocene Qingshuiying Formation;3-upper section of Lower Cretaceous Naijiahe Formation;4-lower section of Lower Cretaceous Naijiahe Formation;5-Lower Cretaceous Madongshan Formation;6-normal fault;7-translation fault;8-inferred translation fault;9-inferred unidentified fault;10-inferred normal fault;11-anticlinal axis;12-angular unconformity stratigraphic boundarya-塊狀粗晶巖鹽礦石；b-角礫狀巖鹽礦石；c-塊狀無水芒硝礦石;d,e-含石鹽泥質(zhì)鈣芒硝礦石；d-紋層狀鈣芒硝與白云質(zhì)泥巖互層；e-泥質(zhì)團(tuán)塊狀鈣芒硝；f,g-紋層狀硬石膏礦石；f-雪花狀硬石膏與白云質(zhì)泥巖互層；g-竹葉狀硬石膏與白云質(zhì)泥巖互層1-第四系；2-漸新統(tǒng)清水營(yíng)組；3-下白堊統(tǒng)乃家河組上段；4-下白堊統(tǒng)乃家河組下段；5-下白堊統(tǒng)馬東山組；6-正斷層；7-平移斷層；8-推測(cè)平移斷層；9-推測(cè)性質(zhì)不明斷層；10-推測(cè)正斷層；11-背斜軸；12-角度不整合地層界線1-Quaternary;2-Oligocene Qingshuiying Formation;3-upper section of Lower Cretaceous Naijiahe Formation;4-lower section of Lower Cretaceous Naijiahe Formation;5-Lower Cretaceous Madongshan Formation;6-normal fault;7-translation fault;8-inferred translation fault;9-inferred unidentified fault;10-inferred normal fault;11-anticlinal axis;12-angular unconformity stratigraphic boundarya-massive coarse crystalline salt ore;b-brecciated salt ore;c-massive anhydrous mirabilite ore;d,e-rock salt-bearing argillaceous glauberite ore;d-interbedded layered glauberite and dolomitic mudstone;e-argillaceous lumpy glauberite;f,g-layered anhydrite ore;f-interbedded snow-like anhydrite and dolomitic mudstone;g-interbedded bamboo-leaf-like anhydrite and dolomitic mudstone

含泥質(zhì)角礫鹽巖礦石：顏色為灰色，角礫狀巖鹽(圖4b)，巖鹽為泥質(zhì)碎塊的膠結(jié)物。礦物主要成分為巖鹽，含量約55%～80%；角礫含量約25%～50%，大小不等，無磨圓，呈棱角狀，主要成分為白云質(zhì)鈉長(zhǎng)石泥巖；伴生鈣芒硝含量約5%～15%，主要分布在角礫或碎塊中；硬石膏的含量非常少。巖鹽充填于巖層裂隙或巖石碎塊的間隙中成礦，這類石鹽巖在礦區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育，是礦區(qū)主要的礦石類型。

無水芒硝礦石：顏色主要為白色或灰白色，塊狀構(gòu)造(圖4c)，不透明或半透明。礦物主要成分為無水芒硝，含量約80%，結(jié)晶粒度主體在2～5 mm之間，個(gè)別粒度較細(xì)；伴生石鹽含量約10%～20%，結(jié)晶粒度1～2 mm。該類型無水芒硝多分布在構(gòu)造裂隙中較大的地方，多數(shù)僅為礦化體，厚度一般不超過1 m，吸水可變成芒硝。

鈣芒硝礦石：主要分布在白云質(zhì)鈉長(zhǎng)石泥巖中，是石膏與芒硝的過渡產(chǎn)物，未形成大規(guī)模礦層，多數(shù)僅為礦化體；顏色以灰白、灰色為主，為紋層狀(圖4d)和團(tuán)塊狀(圖4e)構(gòu)造；主要礦物成分為鈣芒硝，透明或半透明，含量約30%～50%，結(jié)晶粒度在0.2～5 mm；伴生石鹽為半透明狀，含量約15%～20%；粘土礦物含量25%～30%；結(jié)晶粒度細(xì)小的巖鹽常與粘土礦物共生，裂隙中充填粗粒巖鹽，粒度在0.5～3 mm。

硬石膏礦石：礦石分布特征與鈣芒硝巖相似，主要分布在白云質(zhì)鈉長(zhǎng)石泥巖中，顏色為灰白色，產(chǎn)出特征表現(xiàn)為透明的雪花狀(圖4f)或竹葉狀(圖4g)，常與白云質(zhì)泥巖互層，與沉積層理平行。主要礦物成分為硬石膏，透明狀，含量約25%～35%，結(jié)晶粒度在0.5～5 mm左右；伴生的石鹽呈半透明狀，含量在10%左右，結(jié)晶粒度在2～5 mm之間，主要存在于裂隙中；還伴生少量鈣芒硝、粘土礦物等。礦區(qū)內(nèi)該類型礦石發(fā)育比較少，硬石膏巖厚度一般較小，不呈礦層分布，吸水可變成石膏。

3.2 礦石結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征

3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)特征

固原凹陷巖鹽礦石的結(jié)構(gòu)主要有自形細(xì)晶、自形粗晶、港灣交代和蠕蟲交代結(jié)構(gòu)。其中，自形細(xì)晶結(jié)構(gòu)(圖5a，b)為原生沉積結(jié)構(gòu)，代表了原生沉積成因。港灣狀(圖5c，d)、蠕蟲交代(圖5e，f)和自形粗晶(圖5g，h)結(jié)構(gòu)為后生改造結(jié)構(gòu)，代表后生改造成因。

圖5 固原凹陷巖鹽礦礦石結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Photos showing ore textures of the Guyuan rock salt deposita，b-自形細(xì)晶礦石結(jié)構(gòu)；a-硬石膏呈自形板狀，粒度1～2 mm，自形晶呈團(tuán)狀集合體分布；b-自形板狀鈣芒硝分布在粘土巖中，粒度1～2 mm;c，d-港灣交代礦石結(jié)構(gòu)；c-硬石膏被交代呈港灣狀；d-鈣芒硝交代呈港灣狀；e，f-蠕蟲交代礦石結(jié)構(gòu)；e-硬石膏上分布大量交代形成的蠕蟲；f-鈣芒硝上分布大量交代形成的蠕蟲；g，h-自形粗晶礦石結(jié)構(gòu)；g-深灰色巖鹽，結(jié)晶顆粒粗大；h-淡茶色巖鹽，鹽晶顆粒粗大，呈粒間鑲嵌狀；Glb-鈣芒硝；Ah-硬石膏；正交偏光a,b-euhedral fine crystalline ore structure;a-anhydrite occurs as a euhedral plate with particle size of 1～2 mm,distributed as mass aggregate;b-euhedral plate glauberite distributed in clay rock with the particle size of 1～2 mm;c,d-harbor metasomatic ore structure;c-anhydrite occurred metasomatism is harbor-shaped;d-glauberite metasomatism is harbor-shaped;e,f-worm-like metasomatic ore structure;e-a large number of metasomatic worms are distributed on anhydrite;f-a large number of metasomatic worms are distributed on glauberite;g,h-euhedral coarse crystalline ore structure;g-dark gray rock salt with coarse crystalline particles;h-light brown rock salt,coarse salt crystalline particles,intergranular mosaic;Glb-glauberite;Ah-anhydrite;orthogonal polarizing

3.2.2 礦石構(gòu)造特征

固原凹陷巖鹽礦石的構(gòu)造主要有紋層狀、條帶狀、團(tuán)塊狀、塊狀、角礫狀、網(wǎng)狀構(gòu)造。其中紋層、條帶、團(tuán)塊狀構(gòu)造為原生沉積構(gòu)造，塊狀、角礫狀和網(wǎng)脈狀為后生改造構(gòu)造。

紋層狀構(gòu)造(圖6a)主要見于鈣芒硝、硬石膏礦石中，紋層狀的鈣芒硝或硬石膏與泥巖互層；條帶狀構(gòu)造(圖6b)主要見于硬石膏、鈣芒硝礦石中，硬石膏或鈣芒硝呈條帶狀分布，與泥巖呈條帶狀互層；團(tuán)塊狀構(gòu)造(圖6c)主要發(fā)育在團(tuán)塊狀鈣芒硝巖中，結(jié)構(gòu)致密，結(jié)晶較細(xì)。塊狀構(gòu)造(圖6d)主要見于塊狀的巖鹽礦石，結(jié)構(gòu)致密，一般發(fā)育的礦層厚度較角礫狀巖鹽礦層厚度小；角礫狀構(gòu)造(圖6e)主要見于角礫狀巖鹽礦石，該類型礦石在礦區(qū)普遍存在，角礫為巖石的破碎塊，泥巖為角礫主要成分，膠結(jié)物主要為巖鹽；網(wǎng)脈狀構(gòu)造(圖6f)主要發(fā)育在巖鹽礦石中，礦石呈網(wǎng)脈狀。

圖6 固原凹陷巖鹽礦礦石構(gòu)造圖Fig.6 Photos showing ore structures of the Guyuan rock salt deposita-層理狀構(gòu)造，泥質(zhì)條帶和鈣芒硝巖呈紋層狀互層，間隙充填粗晶石鹽；b-條帶狀構(gòu)造，竹葉狀硬石膏與泥巖呈條帶狀分布；c-團(tuán)塊狀構(gòu)造，泥質(zhì)團(tuán)塊狀鈣芒硝；d-塊狀構(gòu)造，石鹽呈致密塊狀；e-角礫狀構(gòu)造，泥質(zhì)角礫2 mm～2 cm，棱角狀，石鹽為泥質(zhì)角礫膠結(jié)物；f-巖鹽呈網(wǎng)脈狀分布a-layered structure,interbedded laminae of clay bands and glauberite,gap filling coarse crystalline salt;b-banded structure,striped distribution of bamboo-leaf-like anhydrite and mudstone;c-lumpy structure,argillaceous lumpy glauberite;d-massive structure,the rock salt is dense and massive;e-brecciated structure,argillaceous breccia with particle size of 2 mm～2 cm,angular shape,rock salt is cemented by mud;f-rock salt distribued in reticulate vein

3.3 鹽類礦物特征對(duì)比

固原凹陷巖鹽礦床包含的主要礦物有：石鹽、鈣芒硝、硬石膏以及粘土礦物、鈉長(zhǎng)石、白云石。鹽類礦物可分為原生沉積型和后生改造型兩大類。

3.3.1 原生沉積型礦物

原生沉積型石鹽：這類石鹽呈半透明-透明狀。主要分布在灰色泥巖中，其集合體結(jié)構(gòu)致密、塊狀，可見溶蝕現(xiàn)象。其晶體粒度為20～40 μm，具有凹陷晶面，為自形立方體，晶體表面干凈，具有面狀、階梯狀界面，表現(xiàn)為原生沉積結(jié)構(gòu)特征。掃描電鏡下可見細(xì)粒微晶沉積型石鹽(圖7a)；X射線粉晶衍射譜圖上，此類礦物譜線簡(jiǎn)單(圖7b)；電鏡下能譜的出峰位置主要在Cl、Na、Si元素處(圖7c)，Cl和Na較多，而Si含量較低。

圖7 原生沉積型石鹽掃描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.7 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the primary sedimentary type rock salta-掃描電鏡下細(xì)粒微晶沉積型石鹽；b-石鹽衍射圖，上圖為石鹽，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-石鹽能譜分析圖，能譜的出峰位置主要在Cl、Na、Si元素處a-fine microcrystalline sedimentary type rock salt under SEM;b-diffraction diagram of rock salt,with the upper rock salt and lower ICDD card data;c-energy spectra of rock salt,with the peak at the positions of Cl,Na and Si

原生沉積型鈣芒硝：這類礦物主要分布在白云質(zhì)鈉長(zhǎng)石泥巖中，集合體呈條帶狀、層理狀、針狀、放射狀，單晶狀多與粘土共生，晶體粒度為20～50 μm。掃描電鏡下見針狀鈣芒硝(圖8a)；粉晶X衍射譜圖上，此類礦物譜線也比較簡(jiǎn)單(圖8b)，電鏡下能譜的出峰位置主要在O、Na、S、Cl、K、Ca元素處(圖8c)，其中S、Na、O、Ca的含量較高。

圖8 原生沉積型鈣芒硝掃描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.8 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the primary sedimentary type glauberitea-掃描電鏡照片，鈣芒硝可見針狀集合體、放射狀集合體；b-鈣芒硝衍射圖，上圖為鈣芒硝，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-鈣芒硝能譜分析圖，能譜的出峰位置主要在O、Na、S、Ca元素處a-SEM image,with needle-like and radial glauberite aggregates;b-diffraction diagram of glauberite,with the upper glauberite and lower ICDD card data;c-energy spectra of glauberite,with the peak at the positions of O,Na,S and Ca

原生沉積型無水芒硝：此類礦物含量比較少，粒度小，常與粘土礦物共生，集合體呈纖維狀。粉晶X衍射譜圖上，此類礦物譜線比較復(fù)雜(圖9a)，電鏡下能譜分析的出峰位置主要在O、Na、S元素處(圖9b)。

圖9 原生沉積型無水芒硝粉晶衍射、能譜特征圖Fig.9 Diagrams of X-ray powder diffraction and energy spectra of primary sedimentary type anhydrous mirabilitea-無水芒硝衍射圖，上圖為無水芒硝，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；b-無水芒硝能譜分析圖，能譜分析的出峰位置主要在O、Na、S元素處a-diffraction diagram of anhydrous mirabilite,with the upper anhydrous mirabilite and lower ICDD card data;b-energy spectra of anhydrous mirabilite,with the peak at the positions of O,Na and S

原生沉積型硬石膏：這類礦物主要分布在白云質(zhì)泥巖中，呈半自形-自形晶板狀，晶體粒度在0.5～5 mm，分布在裂隙中硬石膏晶體呈它形粒狀；集合體呈紋層狀、條帶狀。掃描電鏡下原生沉積型硬石膏呈放射狀(圖10a)，粉晶X衍射譜圖上，此類礦物譜線比較簡(jiǎn)單(圖10b)，電鏡下能譜的出峰位置主要在O、S、Ca元素處(圖10c)，S和Ca含量較高。

圖10 原生沉積型硬石膏掃描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.10 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the primary sedimentary type anhydritea-掃描電鏡照片，硬石膏集合體呈放射狀；b-硬石膏衍射圖，上圖為硬石膏，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-硬石膏能譜分析圖，能譜的出峰位置主要在O、S、Ca元素處a-SEM image,with radial anhydrite aggregates;b-diffraction diagram of anhydrite,with the upper anhydrite and lower ICDD card data;c-energy spectra of anhydrite,with the peak at the positions of O,Na,S and Ca

3.3.2 后生改造型礦物

后生改造型石鹽：此類礦物主要分布在構(gòu)造裂隙中或巖石碎塊的裂隙中，表現(xiàn)為裂隙充填成礦，或者為角礫的膠結(jié)物成礦。石鹽主要呈半自形晶體，結(jié)晶粒度在0.5～15 mm之間，結(jié)晶顆粒粗大。石鹽立方體略具定向性，呈被拉長(zhǎng)狀，可能是由于后期擠壓作用所致。掃描電鏡下后生改造成因的石鹽晶體顆粒較粗大(圖11a)，粉晶X衍射譜圖與原生沉積型石鹽類似(圖11b)，礦物譜線比較簡(jiǎn)單；電鏡下能譜的出峰位置主要在Cl、Na元素處(圖11c)。

圖11 后生改造型石鹽掃描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.11 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the subsequent transformation type rock salta-掃描電鏡照片，石鹽結(jié)晶顆粒較粗；b-石鹽衍射圖，上圖為石鹽，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-石鹽能譜分析圖，能譜的出峰位置主要在Cl、Na元素處a-SEM image,with coarse crystalline rock salt；b-diffraction diagram of rock salt,with the upper rock salt and lower ICDD card data;c-energy spectra of rock salt,with the peak at the positions of Cl,Na

后生改造型鈣芒硝：此類礦物多呈粒狀，晶體粒度在0.3～1 mm；少數(shù)為板狀、菱板狀的自形-半自形晶，粒度在2～5 mm。偏光顯微鏡下可見鈣芒硝交代硬石膏。掃描電鏡下鈣芒硝集合體呈放射狀(圖12a)；粉晶X衍射譜圖上，此類礦物譜線較原生沉積型鈣芒硝復(fù)雜(圖12b)，能譜的出峰位置與原生沉積型鈣芒硝一樣，主要都在O、Na、Ca、S元素處(圖12c)。

圖12 后生改造型鈣芒硝描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.12 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the subsequent transformation type glauberitea-掃描電鏡照片，鈣芒硝集合體呈放射狀；b-鈣芒硝衍射圖，上圖為鈣芒硝，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-鈣芒硝能譜分析圖，能譜的出峰位置主要在O、Na、S、Ca元素處a-SEM image,with radial glauberite aggregates;b-diffraction diagram of glauberite,with the upper glauberite and lower ICDD card data;c-energy spectra of glauberite,with the peak at the positions of O,Na,S and Ca

后生改造型無水芒硝：這類礦物主要出現(xiàn)在巖石的裂隙中。掃描電鏡下無水芒硝呈半自形-它形粒狀，晶體粒度在1～5 mm之間，呈細(xì)粒狀集合體(圖13a)。粉晶X衍射譜圖上，此類礦物譜線同原生沉積型無水芒硝類似，都比較復(fù)雜(圖13b)；電鏡下能譜分析的出峰位置主要在O、Na、S元素處(圖13c)。

圖13 后生改造型無水芒硝掃描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.13 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the subsequent transformation type anhydrous mirabilitea-掃描電鏡照片，無水芒硝呈細(xì)粒狀集合體；b-無水芒硝衍射圖，上圖為無水芒硝，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-無水芒硝能譜分析圖，能譜分析的出峰位置主要在O、Na、S元素處a-SEM image,with fine granular anhydrous mirabilite aggregates;b-diffraction diagram of anhydrous mirabilite,with the upper anhydrous mirabilite and lower ICDD card data;c-energy spectra of anhydrous mirabilite,with the peak at the positions of O,Na and S

后生改造型硬石膏：這類礦物主要在裂隙中可見，呈它形粒狀，晶體粒度在2～5mm。掃描電鏡下硬石膏呈粒狀集合體(圖14a)，粉晶X衍射譜圖上，此類礦物譜線較原生沉積型硬石膏復(fù)雜(圖14b)，電鏡下能譜分析的出峰位置與原生沉積硬石膏一致，主要在O、Ca、S元素處(圖14c)。

圖14 后生改造型硬石膏掃描電鏡、粉晶衍射、能譜特征圖Fig.14 SEM image,X-ray powder diffraction analysis and energy spectra of the subsequent transformation type anhydritea-掃描電鏡照片，硬石膏呈粒狀集合體；b-硬石膏衍射圖，上圖為硬石膏，下圖為ICDD卡片數(shù)據(jù)；c-硬石膏能譜分析圖，能譜分析的出峰位置主要在O、S、Ca元素處a-SEM image,with granular anhydrite aggregates;b-diffraction diagram of anhydrite,with the upper anhydrite and lower ICDD card data;c-energy spectra of anhydrite,with the peak at the positions of O,S and Ca

4 討論

固原凹陷巖鹽礦床具有明顯的原生沉積特征，同時(shí)遭受后期構(gòu)造活動(dòng)、溶解、重結(jié)晶等改造作用的特征也很明顯。根據(jù)礦體之間的穿插關(guān)系(圖15)和礦物之間的交生關(guān)系(圖16)，是后期改造的有力證據(jù)，認(rèn)為固原凹陷巖鹽礦成礦經(jīng)歷了原生沉積成礦期和后生改造成礦期兩個(gè)成礦期次(表1)。

圖15 固原凹陷巖鹽礦床巖心中礦脈穿插圖Fig.15 Crosscutting relationship of ore veins from cores of the Guyuan rock salt deposita-第二期成礦石鹽穿插第一期成礦石鹽；b-第二期成礦硬石膏穿插第一期沉積型硬石膏層

圖16 固原凹陷巖鹽礦床礦物交生關(guān)系圖Fig.16 Micrographs showing mineral intergrowth of the Guyuan rock salt deposita-鈣芒硝交代硬石膏呈網(wǎng)狀殘留；b-白云石被鈣芒硝包裹;Glb-鈣芒硝；Ah-硬石膏；Do-白云石a-anhydrite was metasomatised by glauberite appears reticular;b-dolomite is wrapped in glauberite;Glb-glauberite;Ah-anhydrite;Do-dolomite

表1 固原凹陷巖鹽礦床主要鹽類礦物生成期次表Table 1 Mineral sequence of the Guyuan rock salt deposit

4.1 原生沉積成礦期

早白堊世早期，六盤山地區(qū)持續(xù)沉降，形成斷陷盆地，盆地開始接受沉積，含大量鹽類的陸源物質(zhì)被不斷搬運(yùn)到盆地中，多方向物源以及水流匯聚到盆地。早白堊世晚期，發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，湖盆持續(xù)緩慢抬升，進(jìn)入了湖盆的萎縮階段，鹽鹵水濃度不斷增加，鹽類物質(zhì)開始不斷沉積。巖鹽礦含鹽地層在垂向上具有明顯的旋回沉積特征，垂直分層特征明顯。旋回底部沉積硬石膏，向上沉積鈣芒硝、無水芒硝和厚層的石鹽，隨著水體的淡化，又有少量的鈣芒硝沉積，再到硬石膏沉積，然后進(jìn)入下一個(gè)沉積旋回。硬石膏—鈣芒硝(無水芒硝)—石鹽的礦物沉淀順序符合蒸發(fā)巖的沉積規(guī)律。沉積成因?yàn)橹鞯牡V石具有比較明顯的沉積特征，集合體往往呈紋層狀、條帶狀或團(tuán)塊狀產(chǎn)出，礦石結(jié)構(gòu)主要為自形細(xì)晶結(jié)構(gòu)。

4.2 后生改造成礦期

早白堊世以后，在強(qiáng)烈的構(gòu)造作用下，形成了大量的構(gòu)造裂隙。由于巖鹽比圍巖的密度低，在一定溫壓條件下巖鹽具有塑性和流動(dòng)性，因此隨著上覆地層不斷沉積增厚以及構(gòu)造活動(dòng)的誘導(dǎo)，在應(yīng)力薄弱處巖鹽可突破圍巖的束縛而發(fā)生底辟作用，巖鹽發(fā)生塑性流動(dòng)，作為裂隙充填物或角礫膠結(jié)物成礦?，F(xiàn)今礦區(qū)內(nèi)普遍存在的含泥質(zhì)角礫石鹽巖、裂隙充填型石鹽巖，即是這種成因所致，具有后生改造作用成礦的特點(diǎn)。巖鹽還可在地下水或熱液的作用下發(fā)生礦物重結(jié)晶、交代、遷移等次生作用，導(dǎo)致晶體粒徑較大、鈣芒硝交代硬石膏、泥巖微孔或微裂隙中出現(xiàn)石鹽等現(xiàn)象的出現(xiàn)。宏觀上，礦區(qū)內(nèi)厚層狀、塊狀巖鹽礦石雜質(zhì)含量較低、晶體粒徑較大、多出現(xiàn)在較寬的裂隙中，是典型的后生改造成因型礦體。

固原凹陷巖鹽礦床是原生沉積型與后生改造型礦體共存的礦床。原生沉積型礦體是母質(zhì)，它最先在各種成鹽條件綜合作用下沉積成礦，現(xiàn)存部分是后期改造的殘留。后生改造型礦體是子體，它是在地質(zhì)條件發(fā)生變化的條件下對(duì)原礦床的調(diào)整和改造，其中既有破壞作用，又有建設(shè)性的成礦作用。

5 結(jié)論

(1)固原凹陷巖鹽礦床是原生沉積-后生改造型礦床。該礦床經(jīng)歷了原生沉積成礦期和后生改造成礦期兩個(gè)成礦期次。鈣芒硝和硬石膏礦主要由早期沉積作用形成礦化體，經(jīng)歷了后期微弱的改造作用；而石鹽礦主要由早期沉積作用形成礦體，在后期盆地構(gòu)造變化中發(fā)生塑性流動(dòng)、溶解-重結(jié)晶或構(gòu)造變形而充填于圍巖的裂隙或構(gòu)造活動(dòng)形成的有利空間中成礦。

(2)固原凹陷巖鹽礦礦石結(jié)構(gòu)中自形細(xì)晶代表了原生沉積成因，自形粗晶、港灣和蠕蟲交代指示了原生礦體的后生改造成因。礦石構(gòu)造中紋層、條帶、團(tuán)塊狀構(gòu)造為原生沉積構(gòu)造，塊狀、角礫狀和網(wǎng)脈狀為后生改造構(gòu)造。固原凹陷巖鹽礦床具有早期沉積和后期改造礦物組合特征，鹽類礦物均可見原生沉積型和后生改造型礦物。

致謝：野外工作得到寧夏礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查院以及寧夏固原巖鹽資源勘查開發(fā)關(guān)鍵問題研究項(xiàng)目組的大力支持，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)杜楊松教授對(duì)論文進(jìn)行了認(rèn)真的評(píng)閱和修改，匿名審稿專家認(rèn)真審閱并提出了寶貴的意見，在此一并表示誠摯的感謝！

[注 釋]

① 寧夏礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查院. 2010. 寧夏固原市原州區(qū)硝口-上店子巖鹽礦詳查報(bào)告[R]．