襄汾縣礦產(chǎn)資源「古交東曲礦」

山西省襄汾縣浪泉石膏礦床成礦條件淺析

山西省石膏礦主要分布

摘要：本文詳細介紹了襄汾縣浪泉石膏礦的礦體特征、構(gòu)造特征、石膏類型，并劃分其礦床類型，并從地層條件、構(gòu)造條件、巖相古地理控礦條件、古氣候條件、沉積環(huán)境多角度分析本礦床的形成機理。

關(guān)鍵詞：硬石膏、成礦地質(zhì)背景、沉積交代、賦存層位、薩勃哈相、雞籠鐵絲狀石膏、沉積旋回、控礦因素、海進--海退。

一、緒論

石膏、硬石膏礦床按成礦作用可分為熱液交代型礦床、沉積型礦床、風(fēng)化型礦床3大類。我省目前開采的主要是沉積型石膏礦床。沉積型石膏礦床又分為海積碳酸鹽巖建造石膏石膏礦床、湖積碎屑巖建造石膏礦床、湖鹽類建造石膏礦床等3個亞型。

海積碳酸鹽巖建造石膏礦床:本類礦床含膏巖系賦存于中奧陶統(tǒng)，主要由海相的灰?guī)r、白云巖及其過渡類型的巖石組成，夾有不同成因的角礫巖。

內(nèi)陸湖積碎屑巖建造石膏礦:該類礦床主要分布于平陸縣平坡地一帶古近系內(nèi)陸裂谷斷陷盆地中，含膏巖系為碎屑巖建造，礦石為二水石膏，并常含纖膏夾層為其特點。

湖積鹽類建造石膏礦床:本類礦床乃產(chǎn)于一些蒸發(fā)作用強烈的干旱地區(qū)的內(nèi)陸洼地，我省的運城鹽湖即是此類礦床。石膏含于第四系下更新世運城湖淤層，分布面積廣，石膏礦中的石膏為片狀，以3～5厘米的厚度呈條帶賦存與黃色粘土巖中。本類型均未形成有價值的工業(yè)礦床。

浪泉石膏礦床作為臨汾地區(qū)較為典型的海積碳酸鹽巖建造蒸發(fā)沉積型礦床，本文詳細從礦體特征、構(gòu)造特征、石膏類型著手，劃分了礦床類型，并從地層條件、構(gòu)造條件、巖相古地理控礦條件、古氣候條件、沉積環(huán)境多角度分析本礦床的形成機理。

二、石膏基本情況

石膏是二水硫酸鈣，化學(xué)式為CaS04·2H20，有時混有SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、NaCl等雜質(zhì)，并常有粘土有機質(zhì)等機械混入物。硬石膏是無水硫酸鈣，化學(xué)式為CaSO4，理論成分為CaO 41.2%，SO3 58.8%。兩種石膏常伴生產(chǎn)出，它們在地質(zhì)作用中是可以互相轉(zhuǎn)化的。

石膏屬單斜晶系，晶體板狀或柱狀，合體一般為纖維狀、葉片狀、針狀、致密塊狀、粒狀等。晶體常呈白色，因雜質(zhì)而成灰、紅、褐色，一般不透明。解理面呈玻璃光澤或珍珠光澤，纖維石膏呈絲絹光澤。硬度2，比重2.3。性脆，粉末具有粗糙感。溶于鹽酸，微溶于水。加熱到80℃以上開始失水成熟石膏。

石膏的用途廣泛：①作水泥緩凝劑。②作建筑用的石膏預(yù)制品。③作各種模型和石膏裝飾品的原料。④作造紙、油漆的凝結(jié)劑。⑤作土壤改良劑與肥料。⑥高純石膏可用于作藥片的稀釋劑⑦透明的石膏晶體可作光學(xué)工業(yè)原料。

三、襄汾浪泉石膏礦床特征

1、礦體特征

襄汾縣浪泉石膏礦床礦體主要賦存層位有4個，即馬家溝組2段的“兩薄”中、馬家溝組3段(主膏層)及4段。勘查區(qū)內(nèi)共圈出36個礦體。其中13號、14號礦體資源量達千萬噸以上，它們占全區(qū)總資源量的90%以上。

13號礦體為本區(qū)的主要礦體，賦存標(biāo)高在588～820m間。該礦體形態(tài)為厚大的層狀體，由于后期斷裂構(gòu)造和膏溶構(gòu)造的破壞，使其復(fù)雜化。從剖面圖上看，礦體雖有幅度不大的波狀起伏，但總體產(chǎn)狀為傾向130°左右，傾角5～16°。礦體走向延長2400m，傾向延深2300m，單工程最厚45.25m，最薄4.08m，平均厚度20.89m，厚度變化系數(shù)51.29%，屬中等變化范圍。礦體中白云巖夾石較少，據(jù)統(tǒng)計夾石率為12.16%，礦體中單層石膏品位多為75～85%，屬富礦石，但由于小于剔除厚度的夾石混入，相應(yīng)地降低了石膏的品位，礦體工業(yè)礦石平均品位為72.81%，礦體品位變化系數(shù)5.23%，沿層較為均勻。

本區(qū)石膏礦石工業(yè)類型屬碳酸鹽石膏—硬石膏礦。其礦物成分以普通石膏為主，硬石膏含量一般2～5％，局部達半數(shù)以上，含白云石、方解石5～15%，并含少量粘土礦物。礦石化學(xué)成分CaSO4·2H2O，含量一般65～85%，CaSO4含量5%以下，局部達70%。

礦石自然類型主要為雞籠鐵絲狀石膏和塊狀石膏，間夾紋層石膏、疊層石石膏、鮞狀石膏、腸狀石膏和脈狀石膏薄層等，不同類型的礦石，在橫向上往往呈漸變過渡關(guān)系。礦層頂板為白云巖，局部為膏溶角礫巖（白云質(zhì)泥灰?guī)r），底板為白云巖或泥灰?guī)r。該礦體共求得（331 332 333）礦石資源量7788.59萬噸，占勘查區(qū)查明總資源量的72.93%。

2、構(gòu)造特征

區(qū)內(nèi)斷層對該區(qū)的石膏礦床的連續(xù)性影響不大，另外由膏鹽性質(zhì)所引起的特殊構(gòu)造，在本礦區(qū)還產(chǎn)生了一些特殊的構(gòu)造形跡。主要是因為石膏具有以下特征：①受構(gòu)造應(yīng)力作用后的可塑性；②遇水后的易溶性。③石膏—硬石膏轉(zhuǎn)化過程中，吸水和脫水，體積相應(yīng)膨脹或收縮38%的特性，造成局部巖層斷開。

膏溶：石膏與硬石膏的溶度，在40℃時達到最大值，隨著CO2的參與溶度會大大增加。

石膏的溶解會產(chǎn)生兩種不同的結(jié)果，其一是硫酸鹽巖被水溶液溶解并被帶走，不溶物質(zhì)殘留下來，夾層及上覆巖層坍塌陷落，堆在一起，形成膏溶角礫巖；其二是硫酸鹽巖的SO4-2被水溶液中CO3-2交代置換，發(fā)生脫膏化，形成次生石灰?guī)r。在礦區(qū)內(nèi)兩種情況均有發(fā)生。

3、石膏類型

根據(jù)礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及沉積特征，本區(qū)石膏主要類型為：交代型，其次為沉積型和充填型。

交代型石膏：該區(qū)發(fā)育的瘤狀石膏、疊層石石膏、雞籠鐵絲狀石膏是典型的薩勃哈相交代成因的石膏，即在潮坪環(huán)境薩勃哈相成巖過程中交代碳酸鹽巖、鮞粒和藻疊層石碳酸鹽巖而形成的。如：瘤狀石膏中石膏呈瘤狀或團塊狀交代白云巖，接觸界線清晰而不規(guī)則；雞籠鐵絲狀石膏中沿層理常過渡為致密塊狀石膏，鏡下鑒定，不等粒花崗變晶結(jié)構(gòu)，成分為石膏和白云石。

沉積型石膏：紋層狀石膏，呈灰白色層狀，由白色石膏和暗色白云巖組成黑白相間的毫米級紋層；竹葉狀石膏，白色石膏呈扁平礫狀順層平行排列，褐灰色泥質(zhì)白云巖膠結(jié)，礦區(qū)不多見。

充填型—脈狀石膏：脈狀石膏系指次生白色纖維狀石膏呈脈狀、網(wǎng)脈狀充填于暗灰色白云巖和泥灰?guī)r的裂隙中，脈體與圍巖界線清晰，在白云巖和泥灰?guī)r中常夾有具毫米級紋層狀構(gòu)造的石膏薄層。

四、礦床類型劃定

山西省襄汾縣浪泉石膏礦區(qū)屬于薩勃哈相蒸發(fā)沉積交代石膏礦床，根據(jù)礦床礦層所在層位，主要礦層在中奧陶統(tǒng)馬家溝組三段。

作為薩勃哈相沉積特征的是：

①泥云巖中具有石鹽假晶和干縮紋等暴露相標(biāo)志。

②具有鑲嵌結(jié)構(gòu)的鮞狀石膏—潮間沉積的鮞粒灰泥，在潮上帶成巖中石膏化。

③竹葉狀石膏，系石膏薄層暴露地表后，在干旱炎熱氣候條件下，濃縮龜裂，后被暴風(fēng)吹來的灰泥膠結(jié)起來，形成這種扁平礫狀石膏。

④保留于石膏層中的聚環(huán)柱狀藻和穹狀藻疊層石，說明是潮間沉積潮上石膏化。

⑤白云巖—石膏—泥云巖三韻素組成的韻律垂向變化和現(xiàn)代潮坪沉積頗為相似。

⑥大量存在的雞籠鐵絲狀石膏、瘤狀石膏和疊層石石膏，是潮上環(huán)境成巖作用下石膏化生成的。

其形成機理：

沉積型石膏是指潮坪環(huán)境淺盆淺水中形成的。據(jù)本區(qū)厚大的石膏體，表明水體還是比較深大的。這種淺盆與海隔絕，只有特大的海潮泛濫，才得以補給海水。在干旱炎熱的氣候條件下，經(jīng)強烈蒸發(fā)，被濃縮干涸，相繼沉積了碳酸鹽巖泥和石膏。由于季節(jié)性的變化，周期性的海水補給—蒸發(fā)，就形成了紋層狀構(gòu)造和韻律性明顯的巖石組合。

交代型石膏，系在潮上帶薩勃哈成巖過程中通過蒸發(fā)泵作用，石膏交代碳酸鹽巖而生成的。這種交代作用不單對潮間帶沉積的灰泥、鮞粒灰泥和藻疊層石灰泥石膏化，而且對長期暴露地表的淺盆淺水濃縮干涸而沉積的灰泥和紋層狀石膏的暗層（灰泥）石膏化。這也就是在紋層狀石膏中見到的雞籠鐵絲狀石膏，和在雞籠鐵絲狀石膏中見紋層狀石膏殘跡的原因。依據(jù)石膏發(fā)育的剖面結(jié)構(gòu)，膏層的空間展布，石膏的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及地球化學(xué)特征，表明本區(qū)石膏一部分潮坪淺盆淺水沉積的，一部分是潮間沉積、潮上成巖作用石膏化形成的，二者常共生在一起。在側(cè)向上和垂向上互相過渡。因此，本區(qū)石膏形成的環(huán)境既不同于傳統(tǒng)的沙洲—瀉湖相模式，也不能簡單地完全套用薩勃哈成膏模式。

五、礦床成因淺析

⒈ 石膏礦形成的地層條件

中奧陶世沉積石膏礦都賦存在一定的層位中，嚴格受地層的控制。主要分布面馬家溝組一段、馬家溝組三段、馬家溝組五段三個層位。

⒉ 石膏礦形成的構(gòu)造條件

中、上奧陶世的古構(gòu)造決定了成膏盆地的形成和演化；而中生代以來的構(gòu)造運動又決定了石膏的保存、埋藏和開采條件。構(gòu)造控礦因素主要表現(xiàn)在以下兩個方面：

⑴成膏盆地周圍被隆起所包圍，中部為一寬緩的構(gòu)造凹陷，并通過隆起間或隆起內(nèi)的低凹處，作為水通道與周圍外海相通，當(dāng)?shù)貧は鲁了俣容^快時，盆地內(nèi)與外海水體通暢，海水淡化，生物繁盛，沉積了灰?guī)r、當(dāng)盆地抬升或沉降速度減慢，沉積盆地則處于半封閉一封閉狀態(tài)，此時就沉積了白云巖和石膏。

⑵構(gòu)造運動的脈動性與石膏礦層的多層性，中奧陶世總體處于穩(wěn)定下沉狀態(tài)，但其中有三次較明顯的振蕩使地殼抬升，或地殼沉降速度小于沉積速度，構(gòu)成了三個海侵一海退Ⅰ級沉積旋回，依次出現(xiàn)了馬家溝組一段、馬家溝組三段，馬家溝組五段三個主要含膏巖段，它們分別位于各旋回的海退階段，地殼的次一級振蕩同樣控制了次級沉積旋回及石膏的富集層位與韻律，總之地殼運動的脈動性，導(dǎo)至了地層的旋回和韻律的出現(xiàn)以及石膏礦層的多層性。由于其間為連續(xù)沉積，使石膏得以保存。直至奧陶世以后，地臺全面抬升為陸，幾經(jīng)倉桑，至使部分地區(qū)石膏遭到剝蝕。

⒊ 巖相古地理控礦條件

山西整個中、上奧陶世的沉積可分為四個向上變淺的碳酸鹽巖沉積旋回。每一完整的旋回由下部的潮下帶開始，向上過渡為潮間帶，頂部以潮上帶結(jié)束。潮上帶又可分為潮上坪碳酸鹽相、潮上鹽池相及薩勃哈相。石膏沉積在每一旋回上部潮上帶的潮上鹽池相區(qū)及薩勃哈相區(qū)，受巖相的明顯控制，潮下帶及潮間帶一般不產(chǎn)石膏。

馬家溝一、三、五段三個主要含膏巖段是在周邊還有一系列隆起圍限與外海相隔的封閉淺海盆地中沉積的，它們是在間歇性抬升面積較大的局限海基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。封閉淺海盆地中的石膏，主要發(fā)育于陸緣相區(qū)的潮坪一瀉湖相帶中。此相帶的展布是受水下隆起帶邊緣的局部凹地控制，即與厚度趨勢而正殘值區(qū)基本一致，海退階段，由于海盆面積縮小和蒸發(fā)作用，海水不斷濃縮，白云巖開始沉積，并加速了成膏過程；因為沉積是在相對封閉、靜滯、低能的水體中進行的，此時水體可能有垂直分帶、下濃上淡、濃縮的鹵水就集中在坳陷帶中局部凹地內(nèi)，至一定濃度就沉積了石膏，凹地的進一步抬升，就形成了薩勃哈成巖交代成因的石膏。不同層位中有利成膏的巖相區(qū)在一個地區(qū)往往重迭出現(xiàn)，即所謂繼承性。如臨汾地區(qū)的某些礦點常有多個層位的石膏礦同時存在。總的來看這些有利成膏的巖相區(qū)主要集中在汾河流域。

⒋ 古氣候條件

山西中、上奧陶世時，位于古北緯15°左右，屬亞熱帶氣候，有利于石膏的形成，之所以主要發(fā)展到石膏一硬石膏階段，除水體成分外，可能與古溫度、濕度有關(guān)，特別是濕度大了就限制了鹽度繼續(xù)增高。局部地段出現(xiàn)硬石膏、鈣芒硝、石鹽、瀉利鹽等。

⒌ 沉積環(huán)境

含膏巖層中的薄層泥云巖、云泥巖及泥灰?guī)r層面上,往往能見到泥裂及石鹽假晶, 有時還發(fā)育著烏眼構(gòu)造, 迭層藻被石膏交代的現(xiàn)象也屢見不鮮, 這都說明成膏環(huán)境是一個干燥炎熱的潮上環(huán)境。從石膏礦石的結(jié)構(gòu)分析,又可進一步劃分為兩種亞環(huán)境。臨汾地區(qū)馬家溝三段的石膏,其礦石類型有瘤狀石膏、腸狀石膏、雞籠鐵絲狀石膏、藻迭層石膏及白云質(zhì)鮞粒石膏等,通過顯微鏡或肉眼觀察可見其中有交代殘留的白云質(zhì)和藻絲、藻斑,有的還見交代殘留的鮞粒,這表明是薩勃哈環(huán)境中交代形成的。

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