宁夏石记场石膏矿岩矿石类型及成因分析*

陆茂欣 李 通 杨凡燕 向连格 汪栋刚

（宁夏回族自治区基础地质调查院）

宁夏盐池县石记场石膏矿位于盐池县青山乡，东距青山乡镇所在地约6 km，行政区划隶属盐池县青山乡管辖。矿区地质工作和研究程度较高，从1980—2019年，先后有建材、地矿、石油等部门分别在矿区及外围开展过区域地质矿产调查、区域水文地质调查、地球物理调查、石膏矿勘查工作，形成了较丰富的各类成果资料。本次工作系统收集了该矿区相关的地质资料，并结合此次工作最新找矿成果及地质认识，对该矿区地质特征、矿石质量及石膏矿的矿床成因等进行了总结和分析研究，可为盐池县青山乡石膏矿的找矿勘查提供参考和借鉴。

1 区域地质

矿区大地构造位置属于天环向斜西翼，区域上未见明显断裂构造。地层总体呈南北向展布，出露的地层由老到新分别为下白垩统保安群罗汉洞组、 泾川组、古近系渐新统清水营组及第四系（图1）。

2 矿区地质

2.1 地层

矿区地层呈近水平层状产出，构造简单。石膏矿层赋存于古近系渐新统清水营组（E3q）中，矿区中部仅见自然零星出露的清水营组地层，其余地段均被第四系所覆盖，仅在矿区西北角可见季节性的湖泊沉积物。

古近系渐新统清水营组（E3q）岩性主要为灰黑—棕黑色泥岩、灰白色石膏岩、泥质石膏岩、灰绿色泥岩、粉砂岩和含膏泥岩、砂岩等，属干燥炎热气候条件下的湖泊相沉积。依据岩性及结构构造特征，区域上划分为3个岩性段，矿区出露一、二岩性段。

（1）第一岩性段（E3q1）分布于整个矿区，岩性为灰黑—棕褐色泥岩，泥质胶结，固结程度低，遇水易软化。

（2）第二岩性段（E3q2）为含矿层，该段下部为灰白色块状石膏、泥质石膏层，部分地段夹1～6层厚约0.10～1.89 m的灰绿色泥岩、含膏泥岩。与下伏第一岩性段泥岩颜色、岩性特征上区分明显。中部为灰绿色泥岩、含膏泥岩层，泥质结构，固结程度低，遇水易软化，大部分地段夹有1～5层厚0.15～1.99 m的薄层泥质石膏和块状石膏。上部为灰白色块状石膏、泥质石膏层，多夹有1～4层厚0.12～1.18 m的含膏泥岩。顶部为灰绿色泥岩、含膏泥岩层，厚约0～10.18 m，平均厚3.81 m，泥质结构，固结程度低，遇水易软化，局部地段夹有数层薄层石膏、泥质石膏。

2.2 构造

矿区内清水营组呈近水平层状产出，中部东西向微隆起，未发现明显褶皱和断裂，属构造简单地区。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

Ⅰ矿层赋存于古近系渐新统清水营组第二岩性段（E3q2），呈近似水平层状产出，微倾向北西，分布于整个矿区。岩性主要为灰—灰白色块状石膏和泥质石膏，夹少量灰绿色薄层含膏泥岩及泥岩，偶见有粉砂岩。矿层厚5.73～27.46 m，平均厚度为17.53 m，埋深为0～16.56 m，平均埋深为3.42 m。

根据钻孔资料显示，Ⅱ矿层赋存于古近系渐新统清水营组第二岩性段（E3q2）的上部，岩性为灰白色块状石膏和泥质石膏，多夹有灰绿色薄层含膏泥岩及泥岩。矿层厚度为2.20 m，矿层中未见夹石情况，矿区内零星分布，为矿区次要矿层。

3.2 矿石自然类型及特征

根据矿石的宏观特征，将矿石分为块状石膏、泥质石膏、砂质石膏3种自然类型，再结合岩矿鉴定微观矿物成分、含量、结构构造特征，将块状石膏细分为5小类。

3.2.1 块状石膏

块状石膏为矿区主要矿石类型之一，见于施工钻孔及采坑中，3个矿层内均有分布，呈灰白色，板状、片状结晶结构，块状构造。石膏+硬石膏含量一般在80%以上；黏土矿物含量较少，为1%～15%，呈网纹状、条纹状分布，其它矿物成份微量。

根据镜下鉴定微观结构特征不同，将其分为5类。

（1）细晶石膏岩。该类石膏岩为细晶结构（图2），岩石主要由石膏组成，含少量碳酸盐矿物、金属矿物、黏土矿物及铁质。各物质含量：石膏为96%～98%；碳酸盐矿物为1%～2%；金属矿物微量；黏土矿物为1%～2%、铁质为1%～2%。石膏呈不规则粒状，粒径以0.1～0.7 mm的细晶为主，颗粒边界不清，普遍呈参差状或缝合线状结合。碳酸盐矿物呈不规则细粒状，粒径＜0.01 mm，大多分布于岩石微裂隙中，少量零星散布于石膏颗粒中。金属矿物呈不规则粒状，粒径＜0.03 mm，零星可见。黏土矿物及铁质呈隐晶状集合体，大多分布于岩石微裂隙中，少量零星散布于石膏表面，显褐黄色。

（2）中细晶石膏岩。该类石膏岩为中细晶结构（图3），岩石主要由石膏组成，含少量硬石膏、碳酸盐矿物、黏土矿物及铁质。一般各物质含量：石膏、硬石膏（极少量）含量为97%～98%，碳酸盐矿物含量为1%～2%，黏土矿物含量＜1%，铁质微量。石膏呈板柱状及不规则粒状，粒径＜4.6 mm，颗粒间呈紧密状结合，极少量颗粒局部脱水变为硬石膏。

（3）中粗晶石膏岩。该类石膏岩为中粗晶结构（图4），岩石主要由石膏组成，含少量硬石膏、碳酸盐矿物、黏土矿物及铁质。一般各物质含量：石膏、硬石膏（极少）为96%～98%；碳酸盐矿物为1%～2%；黏土矿物为1%～2%；铁质微量。石膏呈不规则粒状，粒径以2.2～10 mm的中粗晶为主，颗粒边界不清，普遍呈参差状或缝合线状结合，少数颗粒局部脱水变为硬石膏。碳酸盐矿物呈细粒状不均匀散布。黏土矿物呈隐晶状集合体不均匀散布于石膏表面或分布于岩石微裂隙处。铁质呈尘点状，零星可见。

（4）巨晶石膏岩。该类石膏岩为巨晶结构（图5），岩石主要由石膏组成，含少量硬石膏、碳酸盐矿物、黏土矿物及铁质。各物质含量：石膏、硬石膏（极少量）含量为97%～98%，碳酸盐矿物＜1%，黏土矿物为1%～2%；铁质微量。石膏呈板柱状，颗粒粗大，2.5×10倍镜下视距内一般只见1～2颗石膏晶体，粒径＞20 mm，碳酸盐矿物呈不规则粒状及细粒状集合体零星散布于石膏晶体微裂隙处。黏土矿物呈隐晶状集合体大多包裹于石膏晶体表面，少量顺晶体微裂隙聚集分布。铁质呈尘点状，局部可见。

（5）不等晶石膏。该类石膏岩为不等晶结构（图6），岩石主要由石膏组成，含少量硬石膏、碳酸盐矿物、黏土矿物及铁质。各物质含量：石膏、硬石膏（少量）为96%～98%，碳酸盐矿物为1%～2%，黏土矿物为1%～2%；铁质微量。石膏呈板柱状及不规则粒状，大小不一，粒径范围可在0.8～22 mm，颗粒边界普遍不清，颗粒间呈紧密状结合，少量颗粒局部脱水变为硬石膏。碳酸盐矿物呈不规则粒状及细粒状集合体不均匀散布于石膏间隙中。黏土矿物呈隐晶状集合体不均匀散布于石膏表面，使其局部略显浑浊。铁质呈尘点状，零星可见。

以上各类型石膏以不等晶石膏岩和中细晶石膏岩为主。

3.2.2 泥质石膏

泥质石膏为勘探区主要矿石类型之一（图7），见于施工钻孔及采坑中，3个矿层内均有分布。呈深灰色—灰白色，纤维状、片状结晶结构，块状构造，主要矿物成份为片状石膏、纤维石膏，含量一般为55%～80%，黏土矿物呈团块状、薄层状充填，含量为10%～35%，其它矿物成份微量。

镜下特征：岩石由石膏、方解石、石英、泥质及金属矿物组成。石膏呈不规则粒状，颗粒间普遍呈紧密状结合，边界大多不甚清楚。方解石呈不规则粒状及细粒状集合体，粒径大多＜0.004 mm，少数在0.01～0.35 mm，普遍呈团块状或不规则脉状集合体分布于石膏颗粒间隙中，少量不均匀散布。石英呈次棱角状，粒径为0.02～0.15 mm，无色透明，具一级灰干涉色，不均匀散布于方解石集合体中。泥质呈隐晶状集合体大多散布于泥晶方解石中，少量零星散布于石膏表面，使岩石局部略显浑浊。金属矿物呈不规则粒状，粒径＜0.04 mm，零星可见。石膏含量约为85%，方解石为5%～10%，石英为1%～2%，泥质为3%～4%，金属矿物微量。

3.2.3 砂质石膏

砂质石膏为勘探区次要矿石类型（图8），见于施工钻孔及采坑中。呈深灰色—灰白色，纤维状、片状结晶结构，块状构造，主要矿物成份为片状石膏、纤维石膏，含量一般为55%～80%，砂质矿物呈团块状、薄层状充填，含量为10%～35%，其它矿物成份微量。

镜下特征：岩石由碎屑物及胶结物组成。碎屑物以石英及长石为主，含少量岩屑、绿帘石及金属矿物，各矿物呈混杂无序状分布，粒径以0.06～0.49 mm的中细粒为主，个别颗粒可达0.6 mm。石英呈次棱角—次圆状，无色透明，具一级灰干涉色，颗粒较大者可见明显波状消光；长石呈棱角状，不同程度土化、绢云母化，由斜长石及碱性长石组成；岩屑呈浑圆状，其成分为硅质岩，不均匀散布于岩石中；绿帘石呈他形粒状，粒径＜0.12 mm，零星散布；金属矿物呈不规则粒状，粒径＜0.08 mm，零星可见。胶结物以石膏为主，含少量碳酸盐矿物及黏土矿物。石膏呈不规则连晶状略均匀充填于碎屑物间隙中，使岩石整体呈现基底式胶结；碳酸盐矿物呈不规则粒状及细粒状集合体，粒径＜0.1 mm，零星可见；黏土矿物呈尘点状略均匀散布于石膏晶体表面，使其略显浑浊。

3.3 围岩自然类型及特征

清水营组岩性主要为黄绿—砖红色长石砂岩、灰黑—棕黑色泥岩、灰白色石膏岩及泥质石膏岩、灰绿色泥岩、粉砂岩和含膏泥岩、砂岩，属干燥炎热气候条件下的湖泊相沉积，其中长石砂岩及泥岩为矿区含矿围岩。

3.3.1 砂岩

矿区砂岩多为黄绿色、砖红色，粒状结构，块状构造（图9）。镜下特征：中细粒砂状结构，基底式胶结。岩石由碎屑物及胶结物组成。碎屑物以石英及长石为主，含少量岩屑、绿帘石及金属矿物，各矿物呈混杂无序状分布，粒径以0.06～0.49 mm的中细粒为主，个别颗粒可达0.6 mm。石英呈次棱角—次圆状，无色透明，具一级灰干涉色，颗粒较大者可见5×10正交偏光明显波状消光；长石呈棱角状，不同程度土化、绢云母化，由斜长石及碱性长石组成；岩屑呈浑圆状，其成分为硅质岩，不均匀散布于岩石中；绿帘石呈他形粒状，粒径＜0.12 mm，零星散布；金属矿物呈不规则粒状，粒径＜0.08 mm，零星可见。

3.3.2 泥岩

矿区泥岩为灰黑色、棕褐色、灰绿色（图10、图11），泥质胶结，固结程度低，遇水易软化。故在薄片制作过程中，泥质极易流失，镜下仅见少量残余泥质呈隐晶状集合体混合分布于方解石或石膏中，使矿物整体略显浑浊。

4 矿床成因

石记场石膏矿为内陆湖盆相沉积矿床。内陆湖盆石膏的化学沉积作用主要受湖盆内水动力和水化学因素控制。只有内陆湖盆动力条件较为稳定，而内陆湖盆地内卤水达到过饱和并有SO42-持续补充的条件下，才能形成石膏。此外，内陆湖盆的形成，受到断裂构造控制，只有内陆湖盆逐渐加深，使湖盆中心区域所搬运沉积的粗碎屑物质不断减少，而细碎屑物质不断下沉，此时湖盆进入结晶碎屑沉积的阶段，最终才能形成石膏矿层［1］。

石记场石膏矿矿石的自然类型为块状石膏、泥质石膏、砂质石膏3类。前者较后两者矿石品位明显偏高。块状石膏的形成是内陆湖盆水动力环境、水化学条件持续稳定，过饱和卤水接近真溶液的情况下结晶沉积形成的。泥质石膏和砂质石膏则是在内陆湖盆水动力环境和水化学条件较为动荡的情况下，由于陆源碎屑物质经常伴随流水进入湖盆，使过饱和卤水变成一种悬浊溶液，陆源碎屑物质包含有一定数量的泥、钙质矿物悬浮物质，甚至还含有中、粗粒的碎屑物质，其与石膏晶体共同沉积形成的。

当水动力条件动荡时，陆源碎屑物大量进入湖盆，此时碎屑物质的沉积速度远远大于结晶碎屑物石膏等的沉积速度，中、粗粒的碎屑物质率先沉积，从而形成了含膏细砂岩；而后细粒的碎屑物质泥、钙质矿物沉积，形成了含膏泥岩。

4.1 岩相古地理

石记场石膏矿形成于内陆坳陷盆地的沉积环境中，含膏地层中石膏、硬石膏等指相矿物的出现，反映出普遍干旱古气候条件［2］。

石记场石膏矿赋存于古近系渐新统清水营组，属早渐新世红层，上部为红色碎屑岩建造，中下部为灰色蒸发石膏岩建造—红色碎屑建造。区内缺失古生代之前地层。早白垩世以前，为大型坳馅盆地，沉积了巨厚的陆相碎屑岩含煤、含油建造。早白垩世后期，晚期燕山运动使该区产生轻微褶皱，盆地开始隆起，一直到渐新世后才局部坳陷，构成孤立小盆地，形成诸多内陆湖。在主要成盐期，构造地貌反差不大，地壳活动逐渐变弱，由于每个盆地基底构造活动的差异性而导致盆地沉降幅度及速度也不同。其中，沉降幅度较大且沉降速度较慢的盆地为膏盐的沉积提供了有利条件，沉积了陆相红色含膏岩建造。反之，沉降幅度较小且沉降速度较快的盆地则不利于膏岩的沉积，形成红色碎屑岩建造［3-5］。

4.2 成矿物质来源

矿区沉积盆地中的膏盐物质，主要来自周围出露的古石膏风化壳，也有老地层岩石风化分解后的矿物碎屑。由于该区域古地层仅有中生代沉积地层，无岩浆岩及火山物质补给，故矿石组分单一。

4.3 气候条件

形成膏盐的必要气候条件是干旱或极端干旱，水的蒸发量远超过补给量，水体才能浓缩，使膏盐达到过饱和而发生沉淀。

湖盆中的水主要依靠自然降水与地下水补充，地下潜水经过松散的或半固结的碳酸盐沉积物中的毛细管上升不断补充湖盆。在强烈蒸发的作用下，水的补给量远远低于蒸发量，并不断被蒸发浓缩，盐类浓度渐增。陆源碎屑物和碳酸盐、膏盐类沉积物交替产出组成旋回，膏盐层在各相应阶段形成，当达到一定浓度时，卤水中的硫酸根离子将交代碳酸盐沉积物而形成石膏［6-7］。

4.4 保存条件

膏盐类矿床形成以后，受构造、气候、水文等条件影响，特别是地表水的渗入造成的溶解作用，可能会使膏盐层遭受后期破坏。石记场石膏矿层的顶板为泥岩、含膏泥岩，说明当时构造活动较为频繁，水动力、水化学条件在时间、空间上变化较大，从而导致碎屑物质沉积与结晶碎屑物质沉积交替起主导作用，并相互伴随，形成含泥石膏层，覆盖于石膏矿层上部。

矿区近地表矿层平均埋深为3.68 m左右，其上为含膏泥岩、泥岩层，是良好的隔水层，淋滤作用、水化作用对矿体的影响较小，使矿层得到了较好的保存条件。

5 结论

石记场石膏矿赋矿地层为渐新世清水营组，为1套蒸发石膏岩建造—红色碎屑建造。矿床形成于内陆坳馅盆地的湖泊中，矿床类型为以细碎屑岩为主的含石膏的矿床。成矿物质来源于周围出露的古石膏风化壳及老地层岩石风化分解后的矿物碎屑。该矿床分布广，厚度大，储量丰富，且保存良好，是具有重要经济价值的矿床。通过对矿区岩矿石特征、岩相古地理、成矿物质来源及气候条件综合分析认为，石记场石膏矿床类型为内陆蒸发湖盆沉积型。