内蒙古查干哈达石膏矿床地质特征及成因浅析

王傲雷

中国建筑材料工业地质勘查中心江苏总队，江苏 南京 210000

二连盆地是由多个具有相似构造发育史、分散的小型湖盆组成的盆地群[1]，沉积矿产主要为石膏、芒硝、天青石，目前已发现具有规模的石膏矿为四子王旗乌兰呼都格石膏矿[2]，位于二连盆地西段。查干哈达石膏矿位于乌兰呼都格石膏矿西南部，地质勘查程度较低，笔者在野外地质调查工作的基础上，总结了矿床地质特征并初步分析了矿床成因，该成果对进一步研究该区石膏矿床及周边地区的石膏找矿具有一定的意义。

1 地质背景

查干哈达石膏矿地处内蒙古高原中北部地带，海拔标高1070～1165m，总体地势相对平缓，属高原平台区，其大地构造位置位于二连中-新生代上叠盆地西段[3]（图1）。

图1 查干哈达石膏矿区位置图[3]Fig.1 Location map of Chaganhada gypsum mining area

区域地层分区属于内蒙古北部地层区二连地层分区[4]，本区大部分展布古近系和第四系，区内褶皱构造不明显，未见明显断裂构造，新构造运动构造形迹主要表现为抬升形成的多级阶地。

2 矿区地质特征

2.1 地层

矿区出露地层较为简单，主要为古近系中始新统伊尔丁曼哈组（E2y）、阿山头组（E2a2），呈近水平状产出，地表基本被第四系覆盖，仅在阶地陡坎处出露较好。

阿山头组（E2a）：由下至上分为三个岩性段，阿山头组第一岩性段（E2a1），下部为褐红色泥岩、红色含石膏泥岩，厚度大于11.5m，上部为灰白色含泥质细粒石膏层，厚度约4.0m，区内地表出露范围小，多见于老采坑；阿山头组第二岩性段（E2a2），下部为浅棕红色粉砂质泥岩，局部夹薄层灰绿色泥岩，厚度约30.0m，沿近垂直裂隙产出细脉状石膏，上部为紫红色石膏层夹薄层泥岩，厚度约8.7m，区内沿二级阶地与台地之间的陡坎呈进南北向出露；阿山头组第三岩性段（E2a3），岩性为棕红色、浅灰绿色泥岩及杂色泥岩互层，见放射状石膏，顶部为薄层天青石化钙质泥岩，该岩性段厚度约25.1m，区内沿三级阶地与二级阶地之间的陡坎腰线出露。

伊尔丁曼哈组（E2y）：岩性为灰绿色细砾岩、灰绿色粉砂质泥岩夹薄层条带状红色泥岩，厚度大于11.2m，与下伏阿山头组第三岩性段呈平行不整合接触关系，该组地层出露不全，被第四系冲洪积物覆盖，沿三级阶地前沿出露。

第四系（Q4pal）冲洪积物：多分布于河谷阶地，由砾石、松散状砂和亚黏土组成。

2.2 构造

矿区东侧呈南北向展布的艾不盖河两岸，新构造运动构造形迹明显（图2）。艾不盖河西侧发育三级阶地，阶地类型有明显区别，I级阶地显示堆积阶地特征，Ⅱ、Ⅲ级阶地直接坐落在基岩上，构成基座阶地。艾不盖河东侧阶地不发育，表明沿艾不盖河一线两侧抬升变动有明显差异。

图2 矿区地质简图Fig.2 Schematic map of Mining area

2.3 矿（化）层特征

矿区分布有两层石膏矿（化）层，均呈近水平状产出，与地层产状一致。

2.3.1 下部矿（化）层K1

赋存于中始新统阿山头组第一岩性段（E2a1）上部，由细粒石膏构成，地表露头主要沿II级阶地前沿呈“弧形”分布，受第四系覆盖断续出露，南部多被河道冲蚀。结合老采坑及槽探工程揭露情况，矿（化）层长度大于10km，厚度超过4m，厚度较为稳定。顶板岩性为紫红色泥岩，局部为第四系，底板岩性为泥岩、含石膏泥岩。

2.3.2 上部矿（化）层K2

赋存于中始新统阿山头组第二岩性段（E2a2）上部，由巨大的菊花状、放射状石膏密集连接构成，其间多有粘土质充填，地表呈“S”形出露，局部被第四系覆盖。矿区北部地势增高，矿（化）层埋藏厚度增加，矿（化）层长度大于7km，厚度1～4m，南部厚度较小，向北逐渐增厚。顶板岩性为灰绿色、杂色泥岩，局部为第四系冲洪积物，底板岩性为浅灰绿色、灰色粉砂质泥岩。

2.4 矿石特征

2.4.1 矿物组成及结构构造

矿石结构主要为细粒结构或泥质结构，构造主要为层状、放射状、细脉状。

矿石矿物组成主要有石膏（CaSO4·2H2O）、硬石膏（CaSO4），含极少量天青石。其中硬石膏呈它-自形晶，较小，一般为0.1～0.5mm，个别沿边缘已水化为石膏，少量微晶被包于石膏中；石膏呈它-半自形板状，大小不均一，一般介于1～6mm，沿晶见裂隙充填有方解石及黏土矿物；天青石以不规则粒状为主，少量斑状，粒径0.01～0.06mm，分布不均，有的呈集合体出现，主要分布在K2矿层的顶部。

2.4.2 化学成分

经取样分析，矿石中SO3含量在34.14%～36.97%，平均含量为35.54%；H2O+含量在5.13%～5.94%，平 均 含 量 为5.47%；按 照 公 式（CaSO4·2H2O）%＝4.78×（H2O+）%计算，区内矿石中石膏（CaSO4·2H2O）含量为26.15%，按照公式（CaSO4·2H2O）%＋（CaSO4）%＝4.78×（H2O+）%＋1.7×[（SO3）% -2.22×（H2O＋）%]计算，区内硬石膏（CaSO4）+石膏（CaSO4·2H2O）含量约66.11%，可知区内矿石以硬石膏为主。

2.4.3 矿石自然类型

依据矿石的结晶粒度和黏土矿物的含量划分，原生矿石自然类型可分为棕红色放射状半透明石膏、灰白色细粒石膏两类，其中以第一类为主。

细粒石膏呈层状产出，灰白色，矿石矿物主要为石膏、硬石膏，杂质主要为泥质及粉砂碎屑，矿物呈它-自形晶，可见少量棱角-次棱角状晶粒被泥质胶结。放射状石膏呈层状产出，半透明棕红色，矿石矿物主要为石膏、硬石膏，含少量天青石。

3 石膏矿化特征

区内石膏可分为原生与次生两种，其中原生石膏呈放射状、细粒状，以放射状为主，次生石膏呈细脉状（图3）。根据赋存地层产出状态可知，细粒石膏位于下部，放射状石膏位于上部，细脉状石膏多见于两者之间。

图3 石膏宏观特征Fig.3 Macro characteristics of gypsum

3.1 原生石膏矿化特征

细粒石膏多呈厚层状、块状，细粒结构，局部可见角砾状石膏被泥质胶结，质地坚硬，该层石膏产状近水平，与围岩产状一致，厚度较稳定。放射状石膏单个结核多呈椭球状，大小一般为10×14～12×18cm，最大者可达15×25cm，结核间隙多有棕红色泥岩充填，厚度相对较稳定，层状特征明显，与地层岩层平行，显示放射状石膏与成岩作用同时。由化学分析结果可知，区内石膏矿由石膏与硬石膏构成。成矿过程中，盆地中沉积形成石膏，受成岩作用及水化反应影响，石膏与硬石膏相互转化[5]，构成区内原生石膏。

3.2 次生石膏矿化特征

细脉状石膏紧邻原生石膏层的上下部产出，形态呈不规则“脉状”，沿地层的垂直节理、斜切节理分布，呈透明状，延长短、厚度薄，晶体发育较好，纯度较高，可见脉状石膏的纤维层纹与脉壁垂直，显示成岩后生成的地质特征，认为是古地层中膏岩被水溶解后发生迁移，沿岩层裂隙在特定的环境下结晶而成。厚度不等，多在1～2cm，地表观察走向最大延伸可达4.0m，断续出露，老采坑处观察垂向最大延伸可达0.8m，在区内不成规模。

4 矿床成因浅析

二连盆地为一多期活动的中-新生代叠加盆地，期间发生多次升降运动[6]，查干哈达石膏矿位于该盆地西段。前人对二连盆地中新生代气候演化分析认为，在早白垩世，二连盆地为湿润-半湿润热带气候，形成了一套杂色中-粗粒碎岩建造，晚白垩世为半干旱亚热带气候，沉积了一套红绿色沉积岩建造，古近系为干燥-炎热亚热带气候，以棕红-灰绿色泥质沉积为主，含石膏层[7-8]。

二连盆地在早白垩世普遍经历了一个持续稳定的沉积环境，晚白垩世受太平洋板块俯冲的影响，形成了多个封闭或者半封闭的断层陷落湖盆，湖盆的淡水补给受到阻断，随着地壳持续隆升[9]，湖水退缩，沉积的红绿色沉积岩建造中富含Ca2+、K+、S2-、CO32-等离子。晚白垩世至古近系中始新统，二连盆地基本处于一个炎热干燥的气候环境，湖盆水源补给量大大减少，湖水中矿物离子浓度增高，随着蒸发量的增大而形成盐水盆地，盐水经蒸发浓缩，矿物离子在氧化环境下形成盐类矿物，湖盆接收盐类沉积作用，当湖水中的矿化度提高到3.5倍时，硫酸盐矿物析出成矿[10-11]，沉积了一套含膏地层，后期含膏地层中硫酸盐矿物受水流溶解迁移，在构造裂隙中重新结晶形成细脉状石膏。中始新统中晚期沉积环境变化，矿区沉积了一套碎屑岩建造，随后地壳持续缓慢抬升，上始新统湖泊全面干涸。

矿区地层成层有序，厚度及岩性受古环境地理的控制十分明显，具有多层石膏层与泥岩、粉砂质泥岩互层的地质特征，反映了蒸发盐层与蒸发盐层间的湖泊淡化期沉积物互层的特点[12]，说明了石膏成矿期间出现过短暂的湿润环境，在盐类沉积过程中受到了间歇性的淡水补给。区内未发现成规模的角砾状石膏，说明石膏是在相对封闭的环境下沉积而成。综上，认为查干哈达石膏矿形成于内陆湖泊浅湖相沉积环境。

5 结语

通过对查干哈达石膏矿地质特征及成因分析，取得了以下认识：

（1）区内含矿地层为一套红色碎屑岩系，原生石膏矿与成岩作用同时形成，属于内陆湖泊浅湖相沉积环境。

（2）区内矿石自然类型分为细粒状、放射状石膏及细脉状石膏，其中细粒状、放射状石膏呈层状产出，与地层产状一致，为原生矿，细脉状石膏与成矿后淋滤富集有关。

（3）区内石膏层呈近水平状产出，下部石膏层厚度约4.0m，品质较差，上部石膏层厚度约9.0m，品质较高。石膏矿展布范围广、蕴藏的资源量大，找矿前景较好，但石膏层上覆地层较厚，且围岩顶底板岩性多为泥岩、粉砂质泥岩，后期开发利用具有一定难度。