白山市大阳岔石膏矿床地质特征及找矿标志

解立发，王继梅，王抒群，丁 瑞，杨 雷，孟繁宇

（中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033）

1 地质概况

白山市大阳岔石膏矿区位于中朝准地台(Ⅰ级)，辽东台隆(Ⅱ级)，太子河—浑江褶皱断束(Ⅲ级)，浑江上游凹褶皱束(Ⅳ级)中部地段，即浑江盆地古生代洼地，盆地及其洼地的发展具有继承性，控制着各时代地层分布。

矿区出露地层由老到新依次为青白口系南芬组(Qnn)、震旦系万隆组(Z1w)、八道江组(Z1b)、青沟组(Z2q)；下寒武统水洞组(∈1sd)、黑沟组(∈1h)、碱厂组(∈1j)、馒头组(∈1m)、毛庄组(∈1mz)；中寒武统徐庄组(∈2x)、张夏组(∈3z)；上寒武统崮山组(∈3g)、长山组(∈3ch)、风山组(∈3f)；奥陶系冶里组(O1y)、亮甲山组(O1l)、马家沟组(O2m)和石炭系本溪组(C1b)。详见右图。

寒武系馒头组(∈1m)是本区唯一的含矿(石膏)层，是以紫红色粉屑状含铁泥质白云岩与青灰色粉屑白云岩交替产出，细碎屑岩为主的一套岩石。根据其岩性特点和沉积韵律特征，划分为4个岩性段。

Ⅰ岩段(∈1m1)：砾屑白云岩(简称砾岩段)，灰—灰绿色，砾屑结构，具不规则层状构造，可见斜层理、微波状和脉状层理。砾屑成分主要为微晶灰岩、微晶白云质灰岩，紫色粉砂岩等，其磨圆和分选均较差，多为不规则角砾状，砾径一般为1～2cm左右，个别可达10cm以上，排列无序。胶结物为钙质，填隙物为白云岩，灰岩和粉砂岩的细碎屑，呈基底式胶结。岩段厚1.1～13.5m。

Ⅱ岩段(∈1m2)：粉屑状泥质白云岩与泥屑—粉屑白云岩互层岩段(简称互层岩段)，主要为青灰色砂屑、粉屑、泥屑白云岩与灰紫、紫红色粉屑含铁泥质白云岩交替产出，一般为5个韵律层。顶部夹青灰色含鲕粒粉屑白云岩和纹层状藻白云岩，下部粉屑状泥质白云岩中具有石盐假晶、波痕、小型斜层理，微波状层理、透镜层理；底部青灰色纹层状藻白云岩。该岩段厚31.63～68.72m。

Ⅲ岩段(∈1m3)：砂—粉屑状泥质白云岩和石膏矿层岩段(简称含膏岩段)，是区域上主要含矿(膏)岩段，也是本区的唯一含矿(膏)岩段。其岩性自下而上一般为紫红色砂屑、粉屑状含铁泥质白云岩—青灰色粉屑白云岩—浅灰色粉屑白云质石膏、硬石膏岩—绿灰色粉屑膏质白云岩和灰紫色粉屑状含泥膏质白云岩—灰紫色含泥白云质硬石膏石膏岩。该岩段于地表和浅部均为淋失带。岩段厚2.73～13.32m。

Ⅳ岩段(∈1m4)：砖红色粉屑状含铁泥质白云岩段(简称红层)，为区域上主要标志层之一。其岩性比较单一，为砖红—紫红色粉屑状含铁泥质白云岩，另外底部普遍具有鸟眼构造，当下伏为石膏矿层时鸟眼孔的充填物为亮晶方解石，该岩段上部钙质增高，白云质减小。岩段厚16.84～29.83m。

该馒头组属于潮坪—泻湖沉积环境，与下伏碱厂组为平行不整合接触。

矿区为一单斜构造(区域上为向斜盆地的北西翼)。地层产状：走向北东30～50°，倾向南东，倾角25～35°。区内断层以北东向逆断层及北西向正断层为主，倾角较陡，断距不大，对浅部矿层有淋失作用，最大淋失带深度330m。

矿区内岩浆岩不发育。

2 矿床地质特征

2.1 矿体(层)特征

区内仅见一个石膏矿层，赋存于下寒武统馒头组Ⅲ岩段(∈1m3)上部。控制走向长4400m，倾向宽730～1800m，控制标高552～3m，控制最大倾斜延伸1610m，矿层平均厚度5.66m，平均品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)56.04%。矿层走向45°，倾向南东，倾角25～35°。

2.2 矿石质量

2.3.1 矿石自然类型和结构构造

本矿床石膏矿石分为3种自然类型。

(1)块状含白云质硬石膏—石膏(Ⅰ类型)：灰色—灰白色，细粒状、纤维状集晶结构，块状构造。其中白云质为粉屑白云石，呈不规则带状产出，含量为10%左右，硬石膏和石膏之间含量变化与矿石赋存深度有关，硬石膏的含量与赋存深度成正变关系。

该类型矿石品位80.88%。脉石矿物主要为白云石，含量仅为百分之几。该类型是以淀晶为主的原生石膏矿石，分布普遍，位于矿层底部或中部，其厚度一般0.35～0.45m。

(2)薄层状含泥白云质石膏(Ⅱ类型)：灰紫色，粉屑结构，具不规则薄层状构造；石膏多呈板状晶体，少许呈细粒状、纤维状。于石膏晶体中常见有泥质包裹体，亦有时为白云质粉屑或泥屑等。另外在灰紫色粉屑状泥质白云岩中亦多混有板状石膏晶体。

该类型矿石厚度不太稳定，但在矿层中分布较普遍，品位一般50%～60%，最高64.45%，脉石矿物以白云石和泥屑为主含少量铁质和玉燧。该类型为回流渗透和毛隙管蒸发作用形成的准同生硬石膏、石膏矿石。

(3)脉状含泥白云质纤维石膏(Ⅲ类型)：该类型石膏矿石与矿层围岩及含膏白云岩的界线清晰，纤维膏呈脉状充填于层间或裂隙间多呈平行脉状构造，纤维状结构，纤维垂直脉壁或层面，脉宽一般为1～5mm，最窄显微脉0.2mm，最宽可达2mm；纤维膏脉一般疏密不同。另外常见除脉状纤维石膏外尚有围岩中的板状和细粒状石膏(第二种类型的石膏)。

该类型矿石一般分布在第二种类型的顶及底，与其无明显界线，与矿层之顶底板也无明显界线。位于第二类型上部的该类型矿石常具有工业价值，而下部的常不具工业价值；该类型矿石的品位最低为47.10%，最高为60.78%，一般50%～55%，其脉石矿物以白云石粉屑为主，泥质少量，氧化铁、石英、燧石等仅为百分之几。该类型矿石为后期卤水在层间、裂隙间沉淀而形成的。

矿层中3种不同类型的矿石具有垂直分带性：即Ⅰ类型块状含白云质硬石膏—石膏矿石(淀晶原生)，一般位于矿层的下部或底部；Ⅱ类型薄层状含泥白云质石膏矿石(成岩期准同生)，一般位于矿层中部和上部；Ⅲ类型脉状含泥白云质纤维石膏矿石(后期次生)，一般位于矿层顶部或上部。

2.3.2 矿石矿物成分及化学成分

矿石矿物为石膏、硬石膏，脉石矿物有白云石、方解石、水云母、石英、玉髓和赤铁矿等。

石膏、硬石膏的含量因矿石类型不同而异，但二者含量之比例关系与矿石的赋存标高有明显的相关性，即赋存标高越高，石膏所占的比例越大，硬石膏所占的比例越小，如14线不同埋深石膏、硬石膏含量不同，详见表1。

表1 不同埋深石膏、硬石膏含量

白云质在矿石中的含量亦因矿石类型不同而异，其赋存状态一种是白云岩的粉屑、另一种是白云岩化而形成的白云石，常以前一种为主。其他如方解石、水云母等，含量很低，均为次生；石英的含量极微，粒状星点分布；赤铁矿的含量亦较低，粒度极细(电镜下只见星点分布在白云岩粉屑上)。

矿石化学成分中除有益组分SO3和H2O+外，尚有H2O-8.52%、Fe2O32.86%、Al2O34.96%、酸不溶物28.16%、烧失量10.48%。

矿层及顶、底板的平均化学成分见表2。

表2 矿层及顶、底板平均化学成分(%)

2.3 矿体围岩及夹层

矿层的项板及夹层界线均不清晰，主要因后期卤水活动形成的纤维膏细脉干扰所至，当纤维膏细脉密集时可达工业要求，若较稀疏时则达不到工业要求。矿层虽然底板界线较清晰，亦需采样控制，所以矿层顶、底板均利用分析结果划分。

矿层顶板均为砖红色粉屑状含铁泥质白云岩，岩石呈粉屑结构，层理不发育，致密块层状构造，近矿层部分鸟眼构造较发育，多平行层理呈带状(成群)产出，其鸟眼孔，多为次生石膏充填。矿物成分主要是白云石粉屑，含量约为55%，泥质次之含量为30%～35%；再次为铁质(氧化铁)，与泥质混合分布，含量为5%～7%；硅质主要为燧石，含量为1%～2%；次生方解石含量2%～3%，多充填于裂隙及溶孔中；在接近矿层处有脉状分布的纤维膏，一般含量为5%～25%，最高可达40%以上。

该顶板岩层是石膏矿层的良好盖层，能较好的保护矿层，该层总厚一般25～30m。

矿层底板为紫红色粉屑状泥质白云岩，粉屑结构，粒径0.1～0.3mm，常见岩石具有水平纹层及微波状层理。主要矿物成分是白云石粉屑含量为70%～80%，泥铁质25%左右，另外见有极少量其他陆源碎屑星散分布。

该底板岩层接近石膏矿层部分亦含有一定的石膏，但多不及顶板，最低0.65%，最高36.64%，一般5%～15%，该层厚2.50～5.00m。

矿层夹层由含有一定量石膏和硬石膏的粉屑白云岩及粉屑状泥质白云岩构成，不很稳定，其厚度为0.55～2.08m，亦有部分钻孔控制的矿层不具有夹层。含矿情况为：最低38.14%(ZK182)，最高46.04(ZK145)，平均43.11%。

3 成矿规律及找矿标志

3.1 成矿地质条件

(1)石膏矿形成于浑江盆地的洼地中，即相对应的V级构造单元是石膏矿形成的有利场所。就本区域而言，浑江、大阳岔、湾沟等石膏矿均对应浑江洼地、大阳岔洼地和湾沟洼地。

(2)石膏矿形成的沉积相条件是萨勃哈蒸发坪，即于馒头组晚期开阔的潮上坪地带发育着一些低洼的盐(石膏)沼地，是石膏形成的具体位置。

(3)石膏的形成受硫酸盐、白云岩、泥质白云岩相区的控制，矿层多产于这个岩相区之内。

(4)含矿建造属稳定的白云岩型蒸发建造。为砂屑、粉屑状含铁泥质白云岩—粉屑白云质石膏岩或细晶含白云石石膏岩—粉屑白云岩—粉屑状含泥白云质硬石膏岩控矿沉积韵律，应属V级韵素。

(5)石膏矿层之上必须具有一定厚度的盖层。本区盖层为30m厚的砖红色含铁泥质白云岩，使形成的石膏得以保存。

3.2 成矿机理

区域上于早寒武世晚期，广阔潮上坪中分布着数个相对低洼的盐沼地，正常的高潮不能补给海水(微碱化卤水)，因而只有两种补给方式：一是风暴潮及其渗透回流作用；二是靠海一侧的沉积物内孔隙中的海水形成缓慢水流，即蒸发泵流，或者蒸发形成重盐(卤)水而形成渗透回流。

另外应指出：回流渗透作用与蒸发泵作用不是同时进行的，而是交替的。又加之本区当时气候炎热而干旱，蒸发量大大的超过补给量，由于强烈的蒸发和毛细管作用，使孔隙内水的浓度增高，形成蒸发盐矿物：石膏、硬石膏，也形成有天青石和白云石等。

3.3 找矿标志

(1)含矿层(馒头组)的发育程度与矿层的赋存有直接关系，一般该组厚达90m左右时可以有石膏矿赋存，但需指出，更主要的是其中Ⅲ岩段是否发育。

(2)石膏矿层赋存于馒头组砖红色粉屑状含铁泥质白云岩层之下，该层岩性特征明显，层位稳定为区域上的标志层之一。

(3)地表及浅部，于上述固定层位具有盐溶角砾岩及次生灰岩，标志着深部有石膏矿层赋存，盐溶角砾岩与次生灰岩的发育情况和厚度大小，反映矿层的品位和厚度特征，二者为正变关系。

(4)微量元素Sr的含量明显增高，Sr/Ba比例明显增大，另外B/Ga比值有降低的趋势时，标志深部一定位置有石膏矿层赋存。

(5)水化学特征：在馒头组分布地带，有较高的矿化度和硫酸根(SO4-)异常时，指示地下石膏矿层的赋存，本矿区在含膏层上覆地层中取样分析，矿化度为118.95～292.66mg/L，而下伏黑沟组的水样矿化度只有63.68mg/L。