乌兹别克斯坦撒马尔罕州昆古尔套矿区石膏矿地质特征及成因分析

2023-01-14朱灿豪许同舟

中国非金属矿工业导刊 2022年6期

朱灿豪，夏天，许同舟

(中国建筑材料工业地质勘查中心湖北总队，湖北武汉 430034)

乌兹别克斯坦是位于中亚腹地的“双内陆国”，其五个邻国均无出海口。北部和东北部与哈萨克斯坦接壤，东部、东南部与吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦相连，西部与土库曼斯坦毗邻，南部与阿富汗接壤[1]。乌兹别克斯坦政局稳定，矿业相关的各项法律法规完善及政策较优惠，吸引着国内众多的国际矿业公司投资进行矿产资源勘查开发。为进一步推动该国石膏矿资源开发工作，本研究结合相关地质工作实践，对该国昆古尔套石膏矿地质特征及矿床成因进行分析，以期为今后在乌兹别克斯坦地区寻找同类型石膏矿床提供参考。

1 区域地质背景

在乌兹别克斯坦构造单元中，北部为古亚洲洋构造域，中间为古亚洲洋和特提斯洋缝合带，是一条被大量古生代岩浆岩所连接起来的残留前寒武纪古陆块群，南部为卡拉库姆板块。根据最新区域地质理论，结合前人研究成果、区内地质构造发育特征、建造组合，将乌兹别克斯坦划分为3个一级构造单元、6个二级构造单元，部分二级构造单元细化为三级构造单元[2-3](图1)。昆古尔套石膏矿床位于撒马尔罕州263°方向约41km处，处于图尔盖—锡尔河—天山—克孜勒库姆聚合板块(Ⅰ)克孜勒库姆地块(Ⅰ-1)阿姆河古近系陆表海盆地(Ⅰ-1-2)之北部边缘，北部为志留—石炭系被动大陆边缘(Ⅰ-1-1)。该盆地分布范围约60 000km2，长期接受沉积，形成大面积的沉积层覆盖于结晶基底之上，控制了该区沉积矿产的形成。

图1 乌兹别克斯坦构造分区图

2 矿区地质特征

矿区内地层有上白垩统(K)、古近系(E)及第四系(Q)(图2)；呈单斜层状产出，产状平缓；北西向微隆起，未发现明显断裂和褶皱；区内未见岩浆岩。

图2 矿区地质简图

上白垩统(K)：主要岩性为灰黄色、灰绿色粉砂岩夹少量红色粘土；粉砂岩呈细粒状，局部含有少量石膏胶结物及小夹层(一般＜0.20m)。该组地层厚度约70～90m。

古近系(E)：主要岩性为白色、灰白色石膏与浅灰黄色白云岩、灰质白云岩互层；石膏呈白色层状，半透明。为本次石膏矿体赋存层位。根据钻孔揭露发现，矿区内石膏共3层，厚度为3.70～9.00m。白云岩为灰黄色、黄色，厚度2.60～7.00m。该组地层整体厚度约40～60m，与下伏地层整合接触。

第四系(Q)：主要岩性为黄色、黄褐色松散沙状亚粘土等沉积物组成。矿区内广泛分布，厚度一般在0.40～2.0m。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

矿层赋存于古近系(E)，共划分三个矿层，自下而上编号分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号(图3)，各膏层厚度稳定，膏层间距小，呈层状分布，与围岩产状一致，总体倾向310°～345°，倾角3°～9°，矿体与围岩界线清晰(表1)。各矿层特征如下：

表1 矿层地质特征一览表

图3 昆古尔套矿区3勘查线地质剖面图

Ⅰ矿层：沿走向长240.20m，控制长209.29m；宽约327.19～581.05m，赋存标高+363.17～+386.13m，埋深0～34.50m；矿体厚度3.70～7.50m，平均厚度5.28m，变化系数为25.00%，属厚度变化稳定型。矿石岩性为层状石膏。矿层单工程品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高94.34%，最低76.14%，平均品位86.83%；品位变化系数7.66%，属含量变化均匀型。

Ⅱ矿层：沿走向长240.20m，控制长209.29m；宽约260.57～323.57m，赋存标高+373.56～+389.88m，埋深0～25.86m；矿体厚度5.80～9.00m，平均厚度7.24m，变化系数为16.85%，属厚度变化稳定型。岩性为层状石膏、纤维石膏。矿层单工程品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高95.19%，最低77.92%，平均品位88.74%；品位变化系数6.63%，属含量变化均匀型。

Ⅲ矿层：沿走向长240.20m，控制长209.29m；宽约150.26～180.75m，赋存标高+394.49～+382.36m，埋深0～14.25m；矿体厚度5.00～8.80m，平均厚度6.90m，变化系数为38.99%，属厚度变化稳定型。岩性为层状石膏。矿层单工程品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)最高90.73%，最低88.88%，平均品位89.81%；品位变化系数1.56%，属含量变化均匀型。

3.2 矿石特征

矿石自然类型可分为层状石膏、纤维石膏两类(图4)，白色、乳白色，半透明。矿石矿物成分主要为石膏，其它有白云石、方解石、粘土矿物、少量石英及微量天青石等[7]。

图4 层状石膏、纤维石膏

矿石的化学成分为：CaO 31.74%～32.23%、SO319.44%～46.31%、H2O+8.32%～20.82%、H2O-0.02%～0.04%、MgO 1.94%～2.00%、K2O 0.034%～0.077%、Na2O 0.023%～0.10%、SiO20.83%～1.61%、Al2O30.13%～0.23%、Fe2O30.066%～0.080%、CO23.90%～4.39%、SrO 0.20%～0.22%、Cl-0.0028%～0.0067%、酸不溶物0.20%～7.24%。有益组分的含量与其他组分含量呈互相消长关系。矿石中伴生有益元素有SrO，其含量为0.20%～0.22%，由于其含量甚低无工业价值。

依据DZ/T0325-2018《石膏、天青石、硅藻土矿产地质勘查规范》，矿石品级划分标准，本区石膏矿品级以一级品(CaSO4·2H2O+CaSO4含量85%～95%)为主，二、三级品(CaSO4·2H2O+CaSO4含量65%～85%)次之[4-5]。

3.3 矿体围岩及夹层

地表覆盖层为松散沙状亚粘土，岩性为黄色、黄褐色松散沙状亚粘土；厚度0.5～2.0m。矿体(层)底板为灰绿色粉砂岩，岩性以灰黄色、灰绿色粉砂岩为主，夹少量红色粘土；呈细粒状，薄层状构造；主要成分由粉砂质碎屑、泥质组成。夹层为厚层状白云岩、白云质灰岩，主要岩石类型为含石膏的白云岩或灰质白云岩；夹石与矿石界线清晰，夹石厚度一般不大，厚2.60～7.00m，只是有益组分含量略低，SO3多在20%以下，H2O+2.02%～13.44%、CaO 26.35%～50.66%、MgO 3.87%～14.68%。矿层之间的夹石层也含有一定量的石膏，但品位达不到工业要求[6]。矿层与夹层界线清晰。

4 矿床成因

4.1 成矿构造条件

盐类矿床的生成严格受构造控制。构造运动除控制成盐盆地外，还控制着盐类矿床的形成和演化、盐类物质的来源以及盐类矿床形成后的保存和破坏[10]。

昆古尔套是在晚古生代的构造格局上，先经新生代时期喜山运动，形成呈东高西低的地形走势，并在一系列的地质活动下最终形成相对凹陷的半封闭盆地。同时海水从天山山脉和帕米尔高原退出，形成海陆过渡环境，在海陆过渡环境转变的海退过程中，出现了海相向泻湖环境的演变，经三次海水进退下形成了大面积石膏层沉积。

4.2 古气候条件

昆古尔套位于新生代时期形成的丘陵之间，呈东陡西缓，东高西低的地形走势。东部高山成为印度洋、太平洋季风的阻挡屏障，使高山后面的深盆成为干旱、半干旱气候区，从而使盆地有利于盐类的沉积。

4.3 成矿物质来源及成因分析

关于夹层中有孔虫及钙质砂岩中海绿石等证据，推断水盆内可能有海水的补给[9]。由沉积时盆地的相对隆起区，在海退后形成了昆古尔套一带泻湖与广海隔绝的障壁；同时泻湖与障壁的相对高差较大，随着蒸发作用的进行，湖面可能低于广海平面，海水在静压力的作用下，从湖底砂岩的孔隙为通道，以泉眼的形式向泻湖注入；因此初步认为是新的海水不断地向泻湖注入并提供成矿物质来源。盆地周围大量植物死亡后，随季节性流水流入沉积盆地，同时水体中浮游生物、藻类等死亡后也沉入水底，这些有机物腐烂后，在还原环境下形成大量 H2S气体[11]，H2S气体在氧化条件下形成SO42-，为石膏矿的形成创造了条件[12]。加上干旱炎热气候环境条件下湖水不断浓缩，成膏物质结晶沉淀，形成了连续的较厚的石膏矿体[8]。综上，昆古尔套石膏矿床成因类型属滨海泻湖相沉积矿床。