寧夏鹽池某大型石膏礦床地質特征及成因

楊杰

(中國建筑材料工業地質勘查中心寧夏總隊，寧夏 銀川 750021)

1 礦床地質

1.1 地層

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

1.1.1 第一巖段(E3q1)：整個礦區均有分布，見于施工鉆孔底部，以泥巖為主，呈棕褐～灰黑色，泥質膠結，巖質較軟，厚度大于6.1m。

1.1.2 第二巖段(E3q2)：整個礦區均有分布，地表零星出露，厚約23.4～36.0m，礦區內未見頂，含石膏礦兩層。底部以灰白色泥質石膏和塊狀石膏為主(主礦層K1)，見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；上部以灰白色泥質石膏和塊狀石膏為主(K2 礦層)，見少量薄層含膏泥巖，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 構造

大地構造綜合劃分屬柴達木- 華北板塊，華北陸塊，鄂爾多斯地塊，鄂爾多斯中生代坳陷，天環向斜(圖1)，由早白堊世末燕山期構造運動形成，區域內主要構造如下：

圖1 區域構造圖

1.2.1 褶皺

礦區位于天環復向斜西側，靠近軸部地帶，該向斜近南北向展布，延伸長約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。該向斜平緩開闊，規模較大，形成于早白堊世末燕山構造運動，喜馬拉雅期再次活動。內部構造微弱，地層產狀平緩，未發育較大斷裂構造。頂部為新生界構造層覆蓋，主要為坳陷盆地河湖相沉積層，其次為沖洪積、風積層等。

1.2.2 斷裂

區域上發育有一條近南北向的斷裂，即車道- 阿色浪斷裂，該斷裂北起內蒙古阿色浪，南至甘肅，斷裂總長約500km，在寧夏境內途經萌城一帶。礦區位于其東側約十余公里。推測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75°。斷裂東西兩側新生界的巖相及厚度差別較大，其中礦區所在的東側以河湖相沉積為主。礦區內清水營組呈層狀產出，產狀趨于水平，傾角1～2°，勘查工作沒有發現褶皺和斷裂，構造對礦層基本沒有影響。

2 礦層地質特征

2.1 礦層特征

礦區內共圈定石膏礦兩層，由下而上編號為K1 和K2 礦層，沿走向(南北)長約2200m，沿傾向(東西)延伸長約2500m。

K1 礦層：賦存于清水營組第二巖性段下部，整個礦區均有分布，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石膏(塊狀石膏厚度占比為59%，泥質石膏厚度占比為34%)，塊狀石膏單層厚約0.43～15.44m，泥質石膏單層厚約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上在礦區北部中間較薄，東西兩側較厚；礦區南部自西向東厚度有漸減趨勢，礦區南西部最厚(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石膏(塊狀石膏厚度占比為49%，泥質石膏厚度占比為44%)，塊狀石膏單層厚約0.32～9.88m，泥質石膏單層厚約0.37～5.06m，多夾有一至三層厚約0.23～1.00m 的含膏泥巖?？傮w上在礦區西部厚度較大，東部厚度較小，礦區南部由中間向東側厚度有回升趨勢(圖3)。

圖3 K2 礦層等厚線圖

2.2 礦石質量

2.2.1 礦物成分

礦區石膏礦石具有板狀、纖維狀及片狀結晶結構，塊狀構造。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%，呈無色板狀，粒度大小0.04～4.82mm，解理發育。細粒石膏呈細小板狀，為沉積形成，集合體呈團塊狀。

硬石膏：含量約1%，呈無色、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，解理發育，分布在細粒石膏集合體中。

粘土礦物：含量約1～40%，細小粒狀，褐黃色，呈細網脈狀、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%，呈無色、紫色，細晶狀，它形粒狀、半自形菱面體，集合體沿裂隙充填呈團塊狀、細脈狀。

磷灰石：微量，自形- 半自形晶，沿石膏解理定向斷續分布。

2.2.2 化學成分

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

圖4 K1 礦層品位等值線圖

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

圖5 K2 礦層品位等值線圖

經單樣品位統計：K1 礦層品位變化系數為26.0%；K2 礦層品位變化系數為33.6%，屬品位穩定的礦層。

2.2.4 礦石放射性

兩個礦層共采集了7 件樣品測試了鐳、釷、鉀三項放射性比活度。經統計計算，礦石內照射指數IRa 在0.07～0.41 之間；外照射指數Ir 在0.1～0.33 之間，內、外照射指數均小于1.0。礦區內石膏礦石屬于A 類裝修材料。

2.3 礦層頂底板及夾石

礦區內下部礦層(K1)底板為漸新統清水營組第一巖段(E3q1)棕褐- 灰黑色泥巖，根據鉆探揭露其巖性較穩定。頂板為漸新統清水營組第二巖段(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。頂板為漸新統清水營組第二巖段(E3q2)頂部灰綠色含膏泥巖和泥巖層，厚0～14.5m。

礦區礦層埋深約0.5～15.2m，平均埋深約8.2m。其中第四系砂質粘土等松散堆積物(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。總體上看，礦層埋深在礦區范圍內以ZK1003 和ZK701 為中心向四周遞減，至礦區西部有回升趨勢(圖6)。

圖6 外剝離等厚線圖

礦區內兩個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，易導致礦石品位貧化。

3 礦床成因

礦區石膏礦賦存于古近系漸新統清水營組，屬內陸河湖相紅色碎屑巖- 膏巖建造。漸新世喜馬拉雅運動后寧夏形成弧形盆- 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境，為膏巖沉積提供了有利的條件。

礦區含礦地層清水營組由泥巖、石膏、含膏泥巖等構成，顏色呈紅色- 灰白- 灰綠等雜色，水平層理和小型波狀層理發育，可能為淺水沉積環境。礦區所在的候家河(青山)聚膏盆西側為青龍山與太陽山，東、南、北側均由古地層構成高地，封閉條件較好。西側青龍山與太陽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。成膏物質主要為內陸湖盆鹵水及陸源碎屑物質，成膏物質來源豐富。

礦區礦石自然類型按含泥量可大致分為塊狀石膏和泥質石膏兩種，含泥質較少或不含泥質的塊狀石膏是在湖盆水動力環境及水化學條件較穩定的情況下，過飽和鹵水結晶沉積形成。而泥質石膏是在湖盆水動力環境及水化學條件相對動蕩的條件下，陸源碎屑物質隨流水進入湖盆，過飽和鹵水中存在部分泥質、鈣質及少量中粗粒碎屑物質與石膏晶體沉積形成。非礦泥巖及含膏泥巖是在水動力環境動蕩時，陸源碎屑物質隨流水大量涌入湖盆，碎屑物質沉積速度較石膏快，中粗粒及細粒碎屑物質等沉積形成。

礦區所屬古近系漸新世石膏成礦期有良好的古地理環境，具有豐富的物質來源，加之當時干燥炎熱的氣候，封閉環境蒸發沉淀了數米至數十米的膏巖層。在構造活動頻率較低，水動力及水化學條件相對穩定的情況下沉積了石膏礦層。在構造劇烈、水動力和水化學條件動蕩的情況下形成含膏泥巖、泥巖層。