辽宁省辽阳盆地石膏矿地质特征及成矿规律

2018-04-25张连强

中国非金属矿工业导刊 2018年1期

关键词：白云岩灰岩盆地

张连强，张欢

（辽宁省冶金地质勘查局四0一队，辽宁大连 116100）

我国石膏矿产资源丰富，己探明储量居世界首位。从地区分布看，以山东石膏矿最多，占全国储量的65%，内蒙古、青海、湖南次之，辽宁较少。目前辽宁地区发现的大型石膏矿主要集中分布在辽阳盆地内，主要有荣官屯、东京陵、大达连沟石膏矿床。

1 成矿地质背景

辽阳盆地位于华北陆台北缘东段(Ⅰ)胶辽地块(Ⅰ1)太子河—浑江拗陷(Ⅰ12)辽阳—本溪凹陷(Ⅰ1

2-1)西端，与下辽河中新生代断陷毗邻。该盆地分布范围约700km2，自青白口纪以来长期接受沉积，形成巨厚的沉积层覆盖于结晶基底之上，厚度达1 400m，控制了该区沉积矿产的形成。区内出露和钻探揭露的地层有鞍山群、青白口系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系地层。区内主要的含膏矿带为下寒武统馒头组、碱厂组顶部层段，详细岩性特点如下，其他地层岩性见综合柱状图(图1)。

1.1 碱厂组(∈1j)

厚约112.9m。根据地层层序、岩性岩相、含膏性将其自下而上划分四个岩段，简述如下：

(1) 深灰色薄层灰岩夹竹叶状灰岩，厚度约37.6m。

(2) 灰白色结晶灰岩、厚层灰岩，厚度约54.0m。(3) Ⅴ膏岩段：为区内重要含膏岩段，主要为硬石膏、含膏白云岩，厚度约8.55m，其中石膏约4.02m。局部地段被岩溶角砾状含膏白云岩、灰岩取代。

(4) 灰色含藻硅质灰岩，厚度约13.23m。

1.2 馒头组(∈1m)

厚度约132.76m。盆地内厚度较为稳定，为重要含膏层位，全组共分四段。

(1) 一段：厚17.01～23m。

灰黑色含膏白云岩：厚7.16m。

Ⅳ膏层：厚0.58～2.59m。局部矿层薄。

Ⅲ含膏层：石膏白云岩夹石膏，厚3～4.5m。不具工业开采价值。

砖红色白云质泥岩：纤膏发育，厚2.80～3.35m。(2) 二段：厚19～25.6m。

灰白色白云岩：夹少量页岩，纤维石膏细脉发育，厚15.5～17m。

砖红色白云质泥岩：石膏矿化较好，厚2～2.4m。

灰绿色泥质白云岩：厚1.7～2.5m。

(3) 三段：厚35～43m。

深灰色条带状含泥质灰岩：厚1.8～6.8m。杂色层纹白云岩：厚11～15.2m。

砖红色白云质泥岩：夹Ⅱ膏层(厚0.2～0.5m)，石膏矿化强，具纹裂、干裂、冲刷面，厚8～11.65m。

灰绿色石膏白云岩：条纹状构造，厚3.8～5m。

砖红色白云质泥岩：石膏矿化强，厚8～9.5m。

(4) 四段：厚约55m。

灰黑色条带状泥质灰岩：厚8～10m。下部具有生物骨屑、黄铁矿。

灰绿色泥质白云岩：厚4～7.8m。条纹状构造。

紫红色泥质白云岩：石膏矿化强，厚9.5～12m。

Ⅰ膏层：由两或三层石膏层组成，夹石膏白云岩，厚3.32～5.48m。

砖红色白云质泥岩：局部见石膏矿化，厚26～32m。

图1 盆地综合地质柱状图

2 矿床地质特征

大达连沟石膏矿床由五个含膏层构成，自上而下分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ膏层，与盆地内其他已知石膏矿床一致，其中Ⅰ和Ⅴ膏层分布连续、完整，是区内主要膏层；Ⅳ膏层较主膏层连续性稍差，但总体Ⅳ膏层具有工业价值；Ⅲ膏层为石膏白云岩夹石膏构成，CaSO4·2H2O+CaSO4含量平均为30.62%，未达到工业品位要求，不具地质意义；Ⅱ膏层平均厚度约0.2m，未满足最小开采厚度，不具单独开采意义。矿层总体呈单斜层状产出，走向为125°，倾向SW，倾角6～10°，遍布整个矿区。

Ⅰ膏层：赋存于馒头组四段砖红色白云质泥岩和紫红色白云质泥岩之间，矿层与顶底板界限较清楚。矿层由两层硬石膏矿夹一层含石膏白云岩组成，局部地段为一层石膏矿或下部石膏层被厚度＜1m含石膏白云岩隔开形成三层矿。以硬石膏为主，含量97%以上。两层矿层与夹层平均厚度3.32m、1.19m，变化系数30.91%，属稳定类型。品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最大85.36%，最小57.06%，平均品位67.16%，变化系数24.67%，属均匀类型。

Ⅳ膏层：赋存于馒头组第一旋回砖红色白云质泥岩之下，与下盘灰黑色含膏白云岩渐变过渡。厚度变化较Ⅰ和Ⅴ膏层大，局部地段具石膏矿化，一般厚0.35～5.53m，平均厚2.59m，变化系数为67.34%。矿石品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)55.21%～78.12%，平均60.57%。

Ⅴ膏层：为区内主要的膏层，矿石质量和厚度均较其他膏层好。赋存于碱厂组顶部，顶板为深灰色厚层结晶灰岩，底板为灰色含藻硅质灰岩、白云质灰岩。主要为硬石膏，其含量＞98%。厚度一般在2.48～7.75m，平均厚4.02m，变化系数为37.68%，属稳定类型。品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高达92.76%，最小55.81%，平均87.03%，变化系数为17.77%，属于均匀类型。6线东南地段发生溶蚀作用，石膏矿层则被角砾状含膏白云岩替代。

3 矿石质量特征

表1 辽阳盆地石膏矿床地质特征

3.1 矿石矿物组构

(1) 矿物成分：主要矿石矿物为硬石膏、石膏，杂质有白云石、方解石、粘土矿物，少量石英及微量天青石、萤石等。

硬石膏：白、灰白或青灰色，晶质块状，半透明，硬度3.5。镜下特征：无色透明，粒状、柱状，柱长0.1～0.6mm，为重结晶作用结果。单偏光无色，正交干涉色为三级绿，解理完全，互相正交呈假正方解理(见图2、图3)。

石膏：灰白、青灰色，晶质块状，硬度2。镜下特征：无色透明，晶形多为鳞片状、纤维状、粒状、柱状。

白云石和方解石：呈微细粒状，与硬石膏及石膏混生或呈微细层与硬石膏、石膏交互产生。镜下特征：无色透明，呈他形不规则粒状，粒度0.016～0.048mm，白云石具次生长大重结晶作用。

(2) 矿石结构：常见原生结构有纤维状结构、条带状结构，微细、中粒状结构和隐晶质结构。次生结构有鳞片变晶、纤维变晶、粒状变晶、斑状变晶交代结构，以及鳞片粒状变晶和纤维粒状变晶结构等。

(3) 矿石构造：原生有均匀状和不均匀状构造。后者又可分为不均匀水平层状、波形层状和蠕虫状构造。次生构造有网脉状、角砾状和残余状。一般多见原生与次生混合型构造。

3.2 矿石类型

区内各石膏层矿石类型主要为硬石膏型，即石膏/石膏+硬石膏＜25%。

硬石膏型：青灰色，新鲜断面呈亮白色。晶质，块状，半透明。硬石膏含量97.33%(Ⅰ)，95.8%(Ⅳ)，98.4%(Ⅴ)，石膏含量0.89%(Ⅰ)，1.22%(Ⅳ)，0.77%(Ⅴ)，含少量碳酸盐及粘土质。

图2 硬石膏(单偏光，50×)

图3 硬石膏(正交偏光，100×)

辽阳盆地石膏矿地质特征见表1。

3.3 矿石化学成分

矿石中除有益组分SO3、H2O+、CaO外，尚有无益组分MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、Na2O、K2O、SrO等成分(见表2)。

从表2看出，有益组分含量高(品位较高)时，其他成分则较低，即有益组分的含量与其他组分含量呈互相消长关系。从垂向上分析，碱厂组Ⅴ膏层＞馒头组Ⅰ膏层＞Ⅳ膏层；从单层矿分析，矿层上部、下部有益组分较低，中部有益组分含量较高。

表2 矿石平均化学成分(%)

4 盆地古地理及矿床成因

区域自青白口纪末期后地壳上升，沉积间断。寒武纪时大致承袭了震旦纪古构造和古地理格局。由于地壳运动的不平衡性，当北部的铁岭靖宇古陆和南部的千山狼林古陆上升剥蚀时，太子河流域、桓仁、浑江、鸭绿江等一带相对沉降。碱厂期海盆扩张，海水逐渐加深，于太子河流域(含辽阳盆地)、浑江盆地中沉积了含白云质条带状灰岩、纹层状灰岩及纯质灰岩。而后为海侵达到高潮，海水加深形成潮下广海低能环境。碱厂后期海水逐渐退却，海盆稍有收缩，潮间带叠层藻灰岩、含灰岩角砾的碳酸盐相继出现。至碱厂末期滨海泻湖海水开始浓缩，盐类梯度增高，分异和沉淀了一些石膏和硬石膏构成了本区下寒武系最古老的蒸发岩段。盆地内Ⅴ膏层即为此阶段形成。

馒头期，陆块随总体趋于稳定，但其狭长槽形海盆的堆积速度增大，岸进作用加剧，海水继续后撤，太子河流域—浑江一带形成以浅陆表海的潮坪—泻湖—萨布哈古地理景观。海水中多处水下高地使之形成了多个封闭至半封闭的次盆地。此时气候干旱，蒸发量高于补给量，盆地内既有陆源粉砂泥质沉积物，又具有碳酸盐和膏盐类沉积物，它们彼此交替产出组成多个旋回。由于基地升降运动频繁，致使海水时进时退，总体表现为以退为主。其古地理环境依次按潮下限海—潮间坪—潮上洼地泻湖—潮上萨布哈—潮上盐泥坪的顺序重复出现，组成一套依陆源红层泥质更占优势的海退沉积序列。沉积物先后为白云质灰岩—白云岩—(硬)石膏—红色泥质岩。色序韵律为黑—灰—绿—紫—红，显示为从还原环境向氧化环境过渡。馒头期总体表现为四次旋回，每个旋回内均有含膏层与之对应，其各自旋回内岩性单元相似、尽管厚度排序有所差异，总的沉积特点基本一致。