吉林下四平石膏矿矿床地质特征及成因浅析

王继梅

(中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队，吉林 长春 130033)

【关健词】石膏；地质特征；成因浅析

1 地质概况

下四平石膏矿区位于中朝准地台(Ⅰ)、吉南台隆(Ⅱ)、太子河—浑江褶断束(Ⅲ)、浑江上游凹陷(Ⅳ)的南西部。

由于大地构造性质及其振荡运动的不均衡性，使成膏凹陷盆地具有明显继承性特点，控制着震旦系、寒武系、奥陶系及其上部地层均呈北东向—北东东向有规律展布。

矿区总体呈一向斜构造盆地，轴向北东60°，由南西向北东翘起并撒开，轴部为奥陶系，向外依次出露古生界各组及震旦系。

矿区位置属于下四平向斜盆地西端部地段，矿区及周围出露地层为寒武系，自下而上依次为：碱厂组(∈1j)、馒头组(∈1m)、毛庄组(∈1mo)、徐庄组(∈2x)、张夏组(∈2z)、崮山组(∈3g)、长山组(∈3c)和凤山组(∈3f)。石膏矿赋存于馒头组上部含膏岩段的上部，该组顶部为砖红色粉屑白云岩，见右图。

该石膏矿层赋存于馒头组(厚88.56～129.26m)，该组划分为五个岩段，自下而上依次为：

(1) 底部砾岩段：由杂色砾石夹不规则砂质条带组成。厚0.70～18.98m。

(2) 下部含膏岩段：由青灰色纹层状粉屑白云岩及紫红色粉屑膏质白云岩组成。厚1.42～24.79m。

(3) 青灰色粉屑白云岩与灰紫红色粉砂岩互层岩段。厚27.47～40.91m。

(4) 上部含膏岩段：由上、下两个韵律层组成。上部韵律层为本区唯一的工业石膏矿层及底板白云岩层；下部韵律层(自下而上)为灰紫色含泥质粉砂岩—深灰色薄层状粉屑灰质白云岩—青灰色纹层状粉屑藻白云岩或纹层状粉屑白云岩。厚27.75～40.84m。

下四平石膏矿地质简图

(5) 砖红色粉屑泥质白云岩段：该段为单一岩性层，是石膏矿层的直接顶板，亦是区域上的标志层之一。厚19.33～29.33m。

本矿床只有一层矿，矿层一般由淡化→咸化两个韵律构成，具有两个自然层。矿层赋存于下四平向斜北西翼，产状较平缓，走向北东，倾向南东，倾角一般8～10°，矿层展布方向与含矿层相同，呈北东向。

采区及其周围所处的构造位置决定了具备向斜翘起端的基本特征，即：寒武纪地层走向基本呈局部的南北向转为北东向，均向内倾斜，且外陡内缓，倾角7～19°。其断裂构造一般可分三组：

(1) 东西向断层：以矿区中部的正断层(F1)为代表，其总体走向260°，倾向南，倾角70～85°，水平断距最大达500m，垂直断距27～185m。另外有Fa5正断层，走向79°，倾向北西，倾角85°，断距15m。

(2) 北西向断层：如矿区南部之正断层(F10)和ZK5号钻孔南部之逆断层(F5)。F10走向340～350°，倾角近于直立，北西段倾向北东，南东段倾向南西，断距25m；F5逆断层倾向南西，倾角较缓约40°。另外有Fa3正断层，走向110°，倾向南，倾角65°，断距10m。

(3) 北东向断层：矿区内该组断层比较发育，但多与采区有一定距离，产出于南部和北东边缘地段，本矿采区内的部分地段发育有次级断层破坏石膏矿层形成的溶蚀区。如Fa1正断层，走向1～20°，倾向东，倾角85°，断距15m；Fa2正断层，走向1～30°，倾向东，倾角70～85°，断距2m；R1正断层，走向93°，倾向北，倾角75°，断距4m；R2正断层，走向121°，倾向北东，倾角70°，断距3m。

矿区岩浆活动较弱，岩浆岩不甚发育，岩性亦较单一，仅见有花岗斑岩和正长斑岩，呈脉状和小岩株产出，脉状者多见于矿区内部，小岩株多产在周边。

2 矿床地质特征

2.1 矿体(层)特征

该矿石膏矿层一般是由上、下两层矿和中间一个夹层构成。总体为层状或似层状，其产状与顶、底板围岩一致，具有确定的层位。采区内上部膏层厚1.00～4.13m，品位(CaSO4·2H2O+CaSO4)58.40%～66.91%；下部膏层厚0～3.40m，品位55.54%～69.44%；夹层厚1.05～3.74m，品位28.20%～44.49%。采区内较多无下部矿层，只有上部矿层赋存较为普遍，矿体赋存标高460～125m。

上述矿层赋存在馒头组上部含膏岩段上部，韵律层的特征(自下而上)为灰紫色微薄层状粉砂岩—灰紫色微薄层状含粉砂粉屑白云质石膏矿层—灰绿色纹层状粉屑白云岩或膏质白云岩—灰紫红色微层状泥质石膏矿层。

2.2 矿石质量

2.2.1 矿石自然类型和结构构造

根据矿物共生组合及结构类型分为泥质石膏、白云质石膏、硬石膏三种自然类型。

(1) 泥质石膏：一般为泥屑细晶结构，变形微薄层状构造。石膏呈细粒状，个别具燕尾状双晶，细晶不规则，大小不等，粒度一般在0.1～1mm。局部细晶集中，含量较高，可达60%。硬石膏呈粒状、短棱柱状变晶，星点状分布石膏中，局部比较集中，含量可达5%以上。泥质组成以碎屑及粉砂质为主，由于石膏的可缩性，则呈条带状分布，显变晶结构。

(2) 白云质石膏：粉屑—砂屑结构，变形微薄层状构造，主要矿物成分为硬石膏—石膏、白云石，少量泥质、石英及金属矿物等。

硬石膏—石膏：呈细粒状，部分石膏脱水变为硬石膏，二者混杂分布，晶粒直径在0.1～0.4mm，含量高者达85%，白云石显颗粒状菱面体，粒度大小不等，一般在0.05mm，微层状分布，含量一般30%左右，泥质及陆源碎屑等含量很少。

(3) 硬石膏或白云质硬石膏：粉屑、砂屑结构，变形微薄层状构造，主要为硬石膏，其次为白云石，少量石膏、泥质和陆源碎屑。硬石膏呈粒状、短柱状，粒径约0.05mm，含量50%～70%，白云石呈菱形，粒径0.01～0.05mm，含量10%～25%。

2.2.2 矿石矿物成分及化学成分

石膏矿层品位比较稳定，一般为60%左右，最高可达72.37%；矿石矿物主要为石膏(CaSO4·2H2O)，其次为硬石膏(CaSO4)，另外有纤维石膏(次生)。

矿石中有益组分为SO3和H2O+，另外经化学分析有MgO 5.19%、酸不溶物19.11%。光谱分析Al＞10%、Si＞10%、Fe 6%、Sr 0.3%、Ba 0.06%、Ti 0.3%、B 0.006%、Ga 0.06%、Mn 0.3%。

经统计，区内钻孔矿石中石膏含量为22.31%～64.38%，平均46.49%，硬石膏0.05%～37.92%，平均为14.30%(见下页表)。从表中可以看出，硬石膏含量以285m标高以下、靠近断层附近较高。

2.3 矿体围岩及夹层

矿体(层)底板为灰紫色粉砂岩，顶板为砖红色泥岩，其夹层为青灰色白云岩和灰紫色含泥质白云岩。

灰紫色粉砂岩(底板)：主要为泥质粉砂质结构，水平微薄层状构造，主要成分由粉砂质碎屑、泥质、白云石及少量水云母组成。

砖红色泥岩(顶板)：泥质碎屑结构，棉絮状定向结构，局部薄层状构造，主要成分粘土质、白云石或凝灰质、石英粉砂碎屑物。该层在区域上较为稳定，为区域标志层。

各钻孔硬石膏含量统计

青灰色白云岩和灰紫色含泥质白云岩(夹石)：微晶粒状结构，纹层状或薄层状构造，主要由白云石，少量泥质和石英砂屑组成。与矿体(层)属渐变过渡性质。

3 成因浅析

根据岩相古地理研究与膏岩普查找矿相结合取得的地质成果，提出以下成膏地质条件。

3.1 石膏成矿地质条件

(1) 石膏矿形成于浑江盆地的洼地中，即相对应的V级构造单元是石膏矿形成的有利场所。就本区域而言，浑江、大阳岔、湾沟等石膏矿均对应浑江洼地、大阳岔洼地和湾沟洼地。

(2) 石膏矿形成的沉积相条件是萨勃哈蒸发坪，即于馒头晚期开阔的潮上坪地带发育着一些低洼的盐(石膏)沼地，就是石膏形成的具体位置。

(3) 石膏的形成受硫酸盐、白云岩、泥质白云岩相区的控制，矿层多产于这个相区之内。

(4) 含矿建造属稳定的白云岩型蒸发建造。为砂屑、粉屑状含铁泥质白云岩—粉屑白云质石膏岩或细晶含白云石石膏岩—粉屑白云岩—粉屑状含泥白云质硬石膏岩控矿沉积韵律，应属V级韵律。

(5) 石膏矿层之上必须具有一定厚度的盖层。本区为30m厚的砖红色含铁泥质白云岩，使形成的石膏矿得以保存。

3.2 成膏机理

区域上于早寒武世馒头晚期，广阔潮上坪中分布着数个相对低洼的盐沼地，正常的高潮不能补给海水(微碱化卤水)，只有两种补给方式：一是风暴潮及其渗透回流作用；二是靠海一侧的沉积物内孔隙中的海水形成缓慢水流，即蒸发泵流。回流渗透作用与蒸发泵流作用交替进行。本区当时气候炎热而干旱，蒸发量大大的超过补给量，由于强烈的蒸发和毛细管作用，使孔隙内水的浓度增高，形成了蒸发盐矿物：石膏、硬石膏，也形成有天青石和白云石等。

3.3 找矿标志

(1) 含矿层(馒头组)的发育程度与矿层的赋存有直接关系，一般该组厚约90m时可以有石膏矿赋存，但需指出，更主要的是其中Ⅲ岩段是否发育。

(2) 石膏矿层赋存于馒头组砖红色粉屑状含铁泥质白云岩层(∈1m4)之下，该层岩性特征明显，层位稳定，为区域上的标志层之一。

(3) 地表及浅部，于上述固定层位具有盐溶角砾岩及次生灰岩，标志着深部有石膏矿层赋存，盐溶角砾岩与次生灰岩的发育情况和厚度大小，反映矿层的品位和厚度特征，二者为正变关系。

(4) 微量元素Sr的含量明显增高，Sr/Ba比例明显增大，另外B/Ga比值有降低的趋势时，标志深部一定位置有石膏矿层赋存。

(5) 水化学特征：在具有馒头组分布地带，有较高的矿化度和硫酸根(SO4-)异常时，指示地下石膏矿层的赋存，本矿区在含膏层上覆地层中取样分析，矿化度为118.95～292.66mg/L，而下伏黑沟组的水样矿化度只有63.68mg/L。