新疆疏附县亥斯台马拉木塔格石膏矿地质特征及成因分析

韩 冬，李磊佳，拓步瑞，何润泽，王基渊，赵 玺，苟 磊

(中国冶金地质总局西北地质勘查院，陕西 西安 710119)

0 引言

石膏的主要成分是CaSO4的水合物，在传统混凝土及建筑领域有很广泛的用途，另外众多学者借助新技术、新工艺不断扩展石膏产品的市场应用，并且将石膏工业副产品进行充分利用，极大地提高了矿山资源综合利用水平[1-4]。我国石膏矿储量十分丰富，高达570亿吨，处于世界第一位水平，但石膏中硫磺含量较高的二级以上优质石膏大约只占总量的8%，且大部分集中在西北地区[5]。因此，需要对喀什地区石膏矿矿体特征进行研究，不断增进石膏矿找矿技术与质量，提高优质石膏矿的资源储量[6-7]。

新疆疏附县亥斯台马拉木塔格石膏矿区域地处帕米尔高原东麓、塔里木盆地西缘。南、北、西三面环山，地势由东向西倾斜，中部和东部为冲积平原，有克孜勒苏河、盖孜河和喀什噶尔河等水系。区内地势南高北低，最高海拔高程1586.89 m，最低海拔高程1442.23 m，相对高差144.66 m，属低山丘陵地貌。地表植被不发育，河流以南至矿区南部山脊植被极不发育，河流以北的河谷阶地为耕地。矿区属温带大陆性干旱气候，最高气温39.6℃，最低气温-25.2℃，年均气温12.0℃，山区年平均气温10.0℃，有明显的冬夏之分，昼夜温度变化较大。年平均降雨量72.2 mm，一年四季多风，5—6月风力一般为3～4级，最大可达6级以上。

1 区域地质背景

矿区大地构造位于塔里木地台、塔里木台坳、西南坳陷的西南部。西南坳陷面积约为12万平方千米，位于塔里木盆地西南部，东北以色力布亚—玛扎塔克断裂为界，与中央隆起区分开，北临天山褶皱带以南天山山前大断裂——柯坪塔格断裂为界，西南与昆仑山构造带北缘铁克里克隆起相连接(图1)[8]。

图1 西南坳陷构造分布略图(据文献[9])Fig.1 Tectonic map of the southwest depression [9]1—盆地边界 2—塔西南坳陷 3—构造边界线 4—断裂

西南坳陷内基底表面西南陡、东北缓，呈不对称的箕状。其新生代沉积可达万米，是一个新生坳陷。从南部深坳部位往巴楚凸起方向存在一个宽缓的斜坡，在斜坡上普遍缺失中生界地层，新生界向斜坡的上倾部位逐层超覆，厚度减薄，地表褶皱和断裂大多发育在西南边缘和东北边缘[10-11]。

坳陷内地层为台型盖层，有加里东期的志留系，华力西期的泥盆系、石炭系、二叠系和中新生代后地台盖层的侏罗系、白垩系、古近系、新近系、第四系。中生代沉积从侏罗纪开始，中下统在昆仑山前印支期槽状盆地中为一套含煤碎屑岩建造，上统为河流相红色粗碎屑岩建造。早、晚白垩世，坳陷进一步下沉，特提斯海水侵入到伽师—莎车—杜瓦一线。晚白垩世末期，坳陷继续下沉更深，古近纪被海水全部浸漫，沉积了高硫酸盐的泻湖、浅海、海滩交替相，新近系中新统为棕色膏盐碎屑岩建造，边缘以山麓相巨厚碎屑岩为主，往盆地内逐渐变细。上新统不整合在中新统之上，为黄褐色砂岩、泥岩夹砾岩。第四纪堆积了一套粗碎屑岩，并伴有冰碛层[10-14]。

2 地质特征

2.1 矿区地层

图2 矿山地质简图Fig.2 The geological sketch map of the mining area1—第四系全新统残坡积物 2—第四系全新统冲积层 3—第四系上更新统—全新统洪积层 4—古近系古新统第三岩性段泥质砂岩 5—古新统第二岩性段石膏矿层 6—古新统第一岩性段泥质砂岩夹含陆源碎屑灰岩

按岩性可分为三个岩性段，现分述如下：

2)第四系(Q)

上更新统—全新统冲积层(Qp3-Qhpl)：分布于矿区东北部的一级阶地上，由砂砾、亚黏土组成。厚10～15 m。

全新统冲积层(Qhal)：主要分布与矿区中部的河床及其两岸，主要由砂砾及少量亚黏土组成。厚0～5 m。

全新统残坡积物(Qheld)：主要分布在矿区北部，山角下的一级阶地之上，主要由角砾、砂及少量亚黏土组成。厚0～10 m。

矿区未见岩浆岩出露。

2.2 构造

矿区位于喀什凹陷的西南部。地层以单斜产出，产状为183°～202°∠23～45°。矿区东南部由于地层产生了褶曲形成了波状层面，产状变为320°～5°∠20°～35°，而矿区西南部未见褶曲部分地层是由于该部分地层被剥蚀掉了。

2.3 矿体及围岩地质特征

2.3.1 矿体特征

该石膏矿赋存于古近系古新统的一套碎屑岩系内，呈层状产出，产状为183°～202°∠23°～45°，厚32.71～46.60 m，平均厚度为40.01 m，矿体厚度在走向上的变化特征是矿层两端厚而中部薄，矿体厚度在倾向上的变化特征是矿层地表厚而深部薄，厚度变化系数为17.43%，属稳定型。矿层呈带状近EW向分布，矿区内走向延伸长度520 m，出露宽度为40～130 m。矿区东南部由于矿产生了褶曲形成了波状层面，产状变为320°～5°∠20°～35°，出露宽度增大，最宽处130 m。矿层出露最大高程1575.2 m，最小高程1473 m。

2.3.2 矿体顶底板及夹石特征

矿区内仅有一条较大的夹层，位于矿区中部的Ⅱ线两侧，与矿层整合接触，呈透镜状产出产出，产状与矿层一致，走向延伸200 m，倾向延伸大于100 m，厚2～5 m，地表出露厚度仅2 m，往地下延伸厚度可达5 m，夹层自地表向深部有增大的趋势。岩性为泥质石膏，呈褐红色、灰白色，细纤维状结构，中—厚层构造；矿物成分以石膏为主，占少量石英，长石及黏土矿物。另外在矿层的层与层之间局部夹有0.2～3 cm厚的页岩夹层，其厚度较小，达不到夹石剔除厚度，在矿区普遍分布，但达不到剔除厚度，对矿石量影响不大。页岩呈黄褐色、灰黑色，泥质结构，薄层构造，页理较发育，矿物成分为长石、石英及黏土质。

3 矿石质量

3.1 矿石化学成分分析

通过岩矿鉴定及X-粉晶分析，矿物成分主要为石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)，含量为55.42%～98.86%，平均值为91.25%。其中CaSO4·2H2O平均含量为81.62%，CaSO4平均含量为9.63%。其中，矿石中碳酸盐类矿物(方解石+白云石+菱铁矿等)含量>1%，天青石含量≤1%，未鉴出其他硫酸盐矿物。由多元素分析知，矿石中w(CO2)平均高达4.45%，说明矿石中存在大于1%的碳酸盐类矿物，具体分析结果见表1。

由表1可知，矿石化学成分以SO3、CaO及H2O+为主，其次含有少量CO2、SiO2、MgO，另外含有更少量的Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、H2O-及Cl-。w(SO3)为40%～50%，最大值为53.82%，最小值为25.31%，平均值为43.61%；w(H2O+)一般为16.5%～19.5%，最大值为20.01%，最小值为2.48%，平均值为17.11%；w(CaO)为31.50～33.40%，最大值为39.73%，最小值为8.31%，平均值为33.11%；w(CO2)平均值为4.45%，w(SiO2)平均值为2.62%，w(MgO)平均值为2.08%，w(Al2O3)平均值为0.53%，w(K2O+Na2O)平均值为0.33%，w(Fe2O3+FeO)平均值为0.30%，w(Cl-)平均值为0.10%，w(SrO)平均值为0.28%，w(TiO2)平均值为0.064%，w(H2O-)平均值为0.074%。

表1 矿石岩石样品多元素分析结果Table 1 Multi-element analysis data of ore and rock samples

为了解矿石所含微量元素，按矿层采取2件样品，对矿石进行了光谱分析，光谱半定量全分析样由国土资源部西安矿产研究所实验测试中心承担，具体分析结果见表2。

由表2可知，矿石中未鉴出贵金属元素，有毒、有害元素Pb、Cr、Hg、As等低于分析检出灵敏度，未检出。因此，矿石中有毒、有害元素含量低，对矿石质量、矿山开采时安全环境无明显影响。Zr元素含量低，说明矿石中天青石含量低。

表2 矿石岩石样品光谱全分析结果Table 2 Full spectrum analysis data of ore and rock samples

3.2 矿石物理性质分析

矿石呈灰白、白色，柱状、细纤维状变晶结构，条带状、厚层状构造。矿石杂质少，主要为石英、方解石、白云石，偶见天青石及黄铁矿，另外在裂隙中充填有菱铁矿。矿石的白度分析结果见表3。

表3 矿石白度测定结果Table 3 List of ore whiteness determination

由表3可知，矿石的白度最大值为95.30%，最小值为77.90%，平均值为86.72%。另外，通过钻孔数据计算可知，矿石容重平均值2.30 t/m3，矿石湿度平均值0.31%。矿石白度较高，湿度较小，容重基本接近石膏容重理论值。

3.3 矿石类型及品位

根据矿石多元素分析可知，矿石中的H2O+基本来自二水石膏(CaSO4·2H2O)，SO3只有少量来至天青石，对矿物成分计算影响不大。因此采用H2O+、SO3计算石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)含量是合理的。因此，矿石中的石膏、硬石膏品位根据基本分析中H2O+和SO3的含量进行计算。

石膏品位计算见式(1)：

w(CaSO4)·2H2O%=4.78×w(H2O+)%

(1)

硬石膏品位计算见式(2)：

w(CaSO4)%=1.7×w(SO3)%-3.78×

w(H2O+)%

(2)

将式(1)与式(2)联立，可得总矿石品位，见式(3)：

w(CaSO4)·2H2O%+w(CaSO4)%

=1.7×w(SO3)%+w(H2O+)%

(3)

将计算公式代入实际工程中，计算得出探槽中矿石品位数据(图3)和钻孔矿石品位数据(图4)。

由图3和图4可知，矿石中石膏+硬石膏(CaSO4·2H2O+ CaSO4)含量最大值为98.86%，最小值为55.42%，一般为87%～95%，平均值为91.25%，变化系数为7.19%，变化不大，质量稳定。其中石膏(CaSO4·2H2O)含量最大值为95.65%，最小值为11.85%，平均值为81.62%；硬石膏(CaSO4)含量最大值为81.29%，最小值为0.76%，平均值为9.63%。

图3 探槽矿石品位Fig.3 The grade of ore in the trench

图4 钻孔矿石品位 Fig.4 The grade of ore in the drilling hole

矿石中石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)含量平均为91.25%，满足一般工业指标的要求，矿石质量较好且稳定，品位变化系数为7.19%。膏矿物中石膏(CaSO4·2H2O)含量占81.62%，按矿石类型划分标准，矿石类型主要为石膏，硬石膏较少，分布于矿区中部矿层底部，可视厚12 m，呈透镜状产出，走向延伸约200 m。

3.4 矿石加工技术性能

由于矿石质地较纯，杂质少，质量稳定，硬度小，易于研磨，主要利用原矿加工生产石膏粉。其加工流程：第一道破碎(粒径达到15 cm)→除尘→第二道破碎(粒径达到3 cm)→除尘→粉磨(粒径达到120目)→除尘→分解→熟料→包装→成品，矿石的最终回收率为78%。

4 矿床成因探讨

疏附县亥斯台马拉木塔格石膏矿是新生代古近纪古新世时，在塔里木地台、塔里木台坳、西南坳陷、喀什凹陷盆地沉积形成的蒸发沉积型石膏矿。在古新世时，由于蒸发作用，盆地中沉积形成了二水石膏(CaSO4·2H2O)，后在沉积成岩的作用下，二水石膏(CaSO4·2H2O)脱水转变为硬石膏(CaSO4)，继续在构造作用下，硬石膏(CaSO4)矿层被暴露在地表，在地表水的渗透淋滤作用之下，处在地表及浅部的硬石膏(CaSO4)发生水化作用，转变为二水石膏(CaSO4·2H2O)，该水化作用由地表向地下逐渐变弱，所以该矿区矿层表现出由地表的二水石膏(CaSO4·2H2O)带—过渡带(软硬石膏交互产出)—硬石膏(CaSO4)带的变化规律。

5 找矿标志

通过成矿地质特征与矿石质量数据，并结合相关喀什地区的成矿理论研究成果，可以为该区进一步开展地质找矿工作给予一定的指导。该区找矿标志具有以下特点的地层或地质体：

1)矿区位于新疆喀什凹陷的西南部，出露地层主要为古近系古新统一套内陆河湖相沉积及第四系河谷阶地相。

3)矿石呈灰白、白色，柱状、细纤维状变晶结构，条带状、厚层状构造，总体上不含有毒、有害元素Pb、Cr、Hg、As，白度最大值为95.30%，石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)含量平均为91.25%。矿层出露最大高程1575.2 m，最小高程1473 m。

6 结论

1)亥斯台马拉木塔格石膏矿区位于喀什凹陷的西南部，区内出露地层主要为古近系古新统一套内陆河湖相沉积及第四系河谷阶地相，地层以单斜产出，该石膏矿赋存于古近系古新统的一套碎屑岩系内。西南坳陷内基底表面西南陡、东北缓，呈不对称的箕状，矿区东南部由于地层产生了褶曲形成了波状层面。

2)通过岩矿鉴定及X-粉晶分析，矿物成分主要为石膏(CaSO4·2H2O+CaSO4)，含量为55.42%～98.86%，平均值为91.25%，满足一般工业生产指标的要求。由多元素分析与光谱分析可知，矿石中w(CO2)平均高达4.45%，说明矿石中存在大于1%的碳酸盐类矿物，且矿石中有毒、有害元素含量低，对矿石质量、矿山开采时安全环境无明显影响。

4)疏附县亥斯台马拉木塔格矿区是新生代古近纪古新世时喀什凹陷盆地沉积形成的蒸发沉积型石膏矿，该矿区矿层表现出由地表的二水石膏(CaSO4·2H2O)带—过渡带(软硬石膏交互产出)—硬石膏(CaSO4)带的变化规律。