宁夏盐池某大型石膏矿床地质特征及成因

杨杰

(中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021)

1 矿床地质

1.1 地层

宁夏盐池青山地层区划属柴达木- 华北地层大区，华北地层区，鄂尔多斯地层分区，盐池- 环县地层小区。区域上大面积第四系覆盖，石膏矿层赋存于古近系渐新统清水营组(E3q)地层中，近水平产出，该组岩性主要以泥岩、(泥质)石膏岩及含膏泥岩为主，自下而上划分为两个岩段，分述如下：

1.1.1 第一岩段(E3q1)：整个矿区均有分布，见于施工钻孔底部，以泥岩为主，呈棕褐～灰黑色，泥质胶结，岩质较软，厚度大于6.1m。

1.1.2 第二岩段(E3q2)：整个矿区均有分布，地表零星出露，厚约23.4～36.0m，矿区内未见顶，含石膏矿两层。底部以灰白色泥质石膏和块状石膏为主(主矿层K1)，见少量灰绿色含膏泥岩、泥岩，厚约3.8-21.2m，平均厚约10.2m；中部以灰绿色含膏泥岩和泥岩为主，厚约1.9-13.5m，平均厚约6.6m；上部以灰白色泥质石膏和块状石膏为主(K2 矿层)，见少量薄层含膏泥岩，厚约2.0-11.5m，平均厚约4.2m；顶部以灰绿色含膏泥岩和泥岩为主，厚度在0～14.5m 间，平均厚约7.2m。

1.2 构造

大地构造综合划分属柴达木- 华北板块，华北陆块，鄂尔多斯地块，鄂尔多斯中生代坳陷，天环向斜(图1)，由早白垩世末燕山期构造运动形成，区域内主要构造如下：

图1 区域构造图

1.2.1 褶皱

矿区位于天环复向斜西侧，靠近轴部地带，该向斜近南北向展布，延伸长约100km，宽近20km。其中东翼较平缓，倾角一般小于5°；西翼较东翼陡，倾角多在7°～9°之间。该向斜平缓开阔，规模较大，形成于早白垩世末燕山构造运动，喜马拉雅期再次活动。内部构造微弱，地层产状平缓，未发育较大断裂构造。顶部为新生界构造层覆盖，主要为坳陷盆地河湖相沉积层，其次为冲洪积、风积层等。

1.2.2 断裂

区域上发育有一条近南北向的断裂，即车道- 阿色浪断裂，该断裂北起内蒙古阿色浪，南至甘肃，断裂总长约500km，在宁夏境内途经萌城一带。矿区位于其东侧约十余公里。推测该断裂属于向东倾的大角度正断层，地表基本被新生界地层所覆盖，在萌城以南为一断面西倾的逆断层，倾角40°～50°，最高可达75°。断裂东西两侧新生界的岩相及厚度差别较大，其中矿区所在的东侧以河湖相沉积为主。矿区内清水营组呈层状产出，产状趋于水平，倾角1～2°，勘查工作没有发现褶皱和断裂，构造对矿层基本没有影响。

2 矿层地质特征

2.1 矿层特征

矿区内共圈定石膏矿两层，由下而上编号为K1 和K2 矿层，沿走向(南北)长约2200m，沿倾向(东西)延伸长约2500m。

K1 矿层：赋存于清水营组第二岩性段下部，整个矿区均有分布，埋深7.35～26.50m，平均埋深18.83m，矿层厚3.84～21.23m，平均厚度10.17m。岩性主要为灰白色块状石膏和泥质石膏(块状石膏厚度占比为59%，泥质石膏厚度占比为34%)，块状石膏单层厚约0.43～15.44m，泥质石膏单层厚约0.38～8.32m，局部地段夹一至三层厚约0.33～1.90m 灰绿色泥岩、含膏泥岩。总体上在矿区北部中间较薄，东西两侧较厚；矿区南部自西向东厚度有渐减趋势，矿区南西部最厚(图2)。

图2 K1 矿层等厚线图

K2 矿层：赋存于清水营组第二岩性段中上部，埋深0.51～15.16m，平均埋深8.15m，矿层厚1.96～11.55m，平均厚度4.15m。岩性为灰白色块状石膏和泥质石膏(块状石膏厚度占比为49%，泥质石膏厚度占比为44%)，块状石膏单层厚约0.32～9.88m，泥质石膏单层厚约0.37～5.06m，多夹有一至三层厚约0.23～1.00m 的含膏泥岩。总体上在矿区西部厚度较大，东部厚度较小，矿区南部由中间向东侧厚度有回升趋势(图3)。

图3 K2 矿层等厚线图

2.2 矿石质量

2.2.1 矿物成分

矿区石膏矿石具有板状、纤维状及片状结晶结构，块状构造。主要由石膏、粘土矿物、硬石膏、碳酸盐岩及少量磷灰石等矿物组成。

石膏：含量约55～95%，呈无色板状，粒度大小0.04～4.82mm，解理发育。细粒石膏呈细小板状，为沉积形成，集合体呈团块状。

硬石膏：含量约1%，呈无色、紫色，板状、柱状，常呈纤维状、束状、放射状集合体，粒度大小0.02～0.25mm，解理发育，分布在细粒石膏集合体中。

粘土矿物：含量约1～40%，细小粒状，褐黄色，呈细网脉状、密集块状集合体分布于石膏间，或分布于石膏表面，粒径小于0.005mm，遇水易膨胀、粘手。

碳酸盐岩：含量约1%，呈无色、紫色，细晶状，它形粒状、半自形菱面体，集合体沿裂隙充填呈团块状、细脉状。

磷灰石：微量，自形- 半自形晶，沿石膏解理定向断续分布。

2.2.2 化学成分

经统计，K1 矿层矿石组分含量：H2O+为8.74～19.84%，平均16.80%；CaO 为20.72～40.00%，平均26.21%；SO3为26.19～52.36%，平均37.76%。K2 矿层矿石组分含量：H2O+为6.44～19.72%，平均16.12%；CaO 为21.36～31.25%，平均24.03%；SO3为27.13 ～49.84%，平 均35.97%。

矿区平均品位(CaSO4+ CaSO4·2H2O)约为79%。其中K1 矿层平均品位(CaSO4+ CaSO4·2H2O)约为80%；K2 矿层平均品位(CaSO4+ CaSO4·2H2O) 约为76%。矿石类型以石膏为主，含量为78.04%；硬石膏含量极少，为0.97%。

2.2.3 矿石品位及变化特征

K1 矿层：在矿区范围内，矿石品位最低64.19%，最高93.45%(单工程品位)，大部分地区在70%以上。平面上以ZK608、ZK1004 至ZK1104 及ZK705 钻孔为中心形成一个较低品位区带。总体上矿区西部品位较高，东部较低(图4)。

图4 K1 矿层品位等值线图

K2 矿层：在矿区范围内，矿石品位最低55.36%，最高92.95%(矿层单工程品位)，大部分地区在65%以上。平面上以ZK706 和ZK707 钻孔为中心形成一个低品位区。总体上在矿区西部品位较高，东部较低，品位变化不具有明显规律性(图5)。

图5 K2 矿层品位等值线图

经单样品位统计：K1 矿层品位变化系数为26.0%；K2 矿层品位变化系数为33.6%，属品位稳定的矿层。

2.2.4 矿石放射性

两个矿层共采集了7 件样品测试了镭、钍、钾三项放射性比活度。经统计计算，矿石内照射指数IRa 在0.07～0.41 之间；外照射指数Ir 在0.1～0.33 之间，内、外照射指数均小于1.0。矿区内石膏矿石属于A 类装修材料。

2.3 矿层顶底板及夹石

矿区内下部矿层(K1)底板为渐新统清水营组第一岩段(E3q1)棕褐- 灰黑色泥岩，根据钻探揭露其岩性较稳定。顶板为渐新统清水营组第二岩段(E3q2)中部灰绿色泥岩和含膏泥岩层，属层状软弱岩层，厚1.9～13.5m；上部矿层(K2)底板为K1 矿层顶板。顶板为渐新统清水营组第二岩段(E3q2)顶部灰绿色含膏泥岩和泥岩层，厚0～14.5m。

矿区矿层埋深约0.5～15.2m，平均埋深约8.2m。其中第四系砂质粘土等松散堆积物(覆盖层)厚约0.3～3.2m，平均厚约0.9m；古近系清水营组第二岩性段顶部灰绿色泥岩、含膏泥岩层(K2 矿层顶板)厚约0～14.5m，平均厚7.2m。总体上看，矿层埋深在矿区范围内以ZK1003 和ZK701 为中心向四周递减，至矿区西部有回升趋势(图6)。

图6 外剥离等厚线图

矿区内两个矿层中多夹有一至三层厚0.2～1.9m 的非矿泥岩、含膏泥岩层，由于厚度小于夹石剔除厚度(2m)，未圈定剔除，易导致矿石品位贫化。

3 矿床成因

矿区石膏矿赋存于古近系渐新统清水营组，属内陆河湖相红色碎屑岩- 膏岩建造。渐新世喜马拉雅运动后宁夏形成弧形盆- 山体系，盆地接受红色碎屑含盐建造，干燥炎热的气候和封闭的湖泊环境，为膏岩沉积提供了有利的条件。

矿区含矿地层清水营组由泥岩、石膏、含膏泥岩等构成，颜色呈红色- 灰白- 灰绿等杂色，水平层理和小型波状层理发育，可能为浅水沉积环境。矿区所在的候家河(青山)聚膏盆西侧为青龙山与太阳山，东、南、北侧均由古地层构成高地，封闭条件较好。西侧青龙山与太阳山间有峡谷与海原盆地连通，有利于盆地间卤水的迁移和蒸发。成膏物质主要为内陆湖盆卤水及陆源碎屑物质，成膏物质来源丰富。

矿区矿石自然类型按含泥量可大致分为块状石膏和泥质石膏两种，含泥质较少或不含泥质的块状石膏是在湖盆水动力环境及水化学条件较稳定的情况下，过饱和卤水结晶沉积形成。而泥质石膏是在湖盆水动力环境及水化学条件相对动荡的条件下，陆源碎屑物质随流水进入湖盆，过饱和卤水中存在部分泥质、钙质及少量中粗粒碎屑物质与石膏晶体沉积形成。非矿泥岩及含膏泥岩是在水动力环境动荡时，陆源碎屑物质随流水大量涌入湖盆，碎屑物质沉积速度较石膏快，中粗粒及细粒碎屑物质等沉积形成。

矿区所属古近系渐新世石膏成矿期有良好的古地理环境，具有丰富的物质来源，加之当时干燥炎热的气候，封闭环境蒸发沉淀了数米至数十米的膏岩层。在构造活动频率较低，水动力及水化学条件相对稳定的情况下沉积了石膏矿层。在构造剧烈、水动力和水化学条件动荡的情况下形成含膏泥岩、泥岩层。