宁夏贺家口子石膏矿矿床地质特征及成因探讨

王 鹏，郭亚龙，肖立雁

(中国建筑材料工业地质勘查中心宁夏总队，宁夏 银川 750021)

石膏是宁夏的优势矿种，区内分布广泛，资源储量丰富，并且有多年的开采利用历史[1]。石膏主要作为生产水泥的缓凝剂[2]，不仅满足了宁夏区内各水泥生产企业的资源需求，同时也为周边省市水泥产业的发展作出了贡献。此外，可作为制作粉刷石膏、纸面石膏板、石膏条板、石膏砌块等的原材料[3]，也可用于制作陶瓷模具及原模，拥有广阔的利用市场。

本文以近年来宁夏中宁县贺家口子一带石膏矿床的地质勘查成果为基础，分析总结了该地区古近系渐新统清水营组地层中石膏矿的矿床类型、矿层地质特征、矿石类型及矿石质量，初步探讨了矿床的成因，为今后该地区同类型石膏矿的找矿工作提供参考。

1 成矿地质背景

该区域地层区划属华北—柴达木地层大区(Ⅲ)，阿拉善地层区(Ⅲ3)，阿拉善南缘地层分区(Ⅲ31)，景泰—中宁地层小区(Ⅲ31-1)，区域主要出露有古近系、新近系及第四系等地层[4]。石膏矿带处于秦祁昆造山系北祁连弧盆系走廊过渡带南东段，六盘山复背斜的北端，北与长香复背斜相接，东以营盘水—同心—彭堡大断裂为界，南以南华山—西华山深断裂与北祁连加里东褶皱带分界，为中新生代断陷盆地[4]，总体呈北西300°～320°向展布，长约40km，面积达5 000km2以上，石膏矿床东侧受营盘水—同心—彭堡大断裂控制，断裂以东基本无大范围的清水营组膏岩层发育(图1)。

图1 区域地质简图

2 矿床地质特征

2.1 地层特征

区内出露的地层以古近系清水营组及第四系为主，其中清水营组自下而上分为三个岩段，第二岩段为石膏矿层赋存层位，该层总体走向北西—南东，矿区内呈一箱状背斜构造，沿背斜轴向南东缓倾伏，轴部岩层近水平，倾角3°～6°，背斜南西翼倾向210°～225°，倾角15°～35°；北东翼倾向40°～58°，倾角18°～40°。

(1)清水营组第一岩段(E3q1)：厚度98.01m，上部岩性主要为桔红色中—粗粒砂岩，岩层内局部见有粒径大小为0.2～1.0cm的钙质结核；中下部岩性为浅棕红色中—粗粒砂岩夹泥质粉砂岩、砂质泥岩组成。该段地表无出露，以桔红色砂岩明显区别于其他岩段。

(2)清水营组第二岩段(E3q2)：厚度为107.22～299.12m，为含矿层位。上部岩性为棕红—灰绿—灰白色厚层状泥质石膏、含膏泥岩及含膏粉砂岩，多呈互层状；中部为棕红—青灰色泥质石膏、含膏泥岩、泥岩及粉砂质泥岩，呈不等厚互层状产出；下部以灰白色—青灰色厚层状含泥质石膏及硬石膏为主，夹有同色(含膏)泥岩及粉砂质泥岩。

(3)清水营组第三岩段(E3q3)：为含矿层顶板，厚度为55m，受长期风化剥蚀作用，仅出露于矿区北西角及北部局部地段。岩性主要为棕红色厚层泥岩及粉砂质泥岩，层内偶尔可见厚度为0.5～1cm的纤维状石膏脉呈网状分布。

(4)第四系(Q)：分布于山脊、梁顶、缓坡及山前沟谷地带，山顶及缓坡处以黄—浅褐黄色粉沙质粘土为主，山前沟谷地带以灰黄、褐灰、土灰色砂砾石、砾石夹粘质砂土层为主，厚度一般0.5～50.33m。

2.2 矿层特征

矿层主要赋存于清水营组第二岩段(E3q2)，产状基本与清水营组地层产状一致，自下而上划分矿层11层，编号K1～K11(图2)，其中以K4矿层为主矿层，以青灰色厚层状硬石膏为主，平均厚度43.16m。矿层埋深10～299m，走向延伸165～2 050m，倾向延伸335～1725m，平厚度 2.81～43.16m，厚度变化系数34%～89%，其中厚度稳定型矿层1层(K4)，较稳定型矿层6层(K1、K2、K3、K5、K6及K7)，不稳定型矿层4层(K8、K9、K10、K11)。各矿层特征见表1。

表1 矿层特征一览表

图2 勘查线剖面简图

2.3 矿石质量

(1)矿石矿物成分。

矿石矿物成分主要为石膏，含少量硬石膏，脉石矿物以绢云母和石英为主，其次是方解石、白云石、氧化铁、黄铁矿及炭质等。

石膏含量＞90%，以中粗粒为主，细粒少量，粒度大小多为0.04～4.10mm。中粗粒石膏呈粗大板状、不规则粒状，定向平行排列，集合体呈纤维状—条带状团块，局部弯曲、扭折，细粒石膏呈细小板状分布在粒间，集合体呈团块状；硬石膏含量在1%～10%，呈细小粒状、板状，粒度大小多为0.05～2.25mm。解理发育，粒间解离缝隙中有微晶碳酸盐岩交代残余和粉砂质石英团块或条带，部分晶体中有黄褐色铁质色素残余，集合体常呈放射状。石膏+硬石膏含量55.10%～94.28%，平均70.36%。

(2)矿石结构构造。

石膏矿石结构主要有板状粒状结晶结构、碎屑状结构、碎屑—粒状变晶镶嵌结构、变斑泥状(或粉砂状)结构及纤维状变晶结构等。矿石构造主要为块状构造、条带状构造，其次为纤维状构造、团块状构造。

(3)矿石化学成分。

矿石的化学成分主要有CaO、SO3及H2O+，其他 化 学 成 分 有 H2O-、MgO、SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、SrO、CO2及Cl-等。矿石矿物中CaO含量18.08%～36.36%，平均27.54%；SO3含量22.61%～50.88%，平均36.46%；H2O+含量1.75%～20.21%，平均8.35%，CaO、SO3及H2O+为石膏、硬石膏的矿物主要组分。通过样品测试分析，矿石品位与SO3、H2O+含量变化呈正相关[5]，此外，石膏化学成分的含量是均匀的，它反映了沉积环境比较稳定且沉积物来源比较规律，石膏含量越高则MgO含量越低，Al2O3、Fe2O3含量变化与MgO类似。

(4)矿层品位变化情况。

区内石膏单矿层平均品位67.81%～79.55%，品位变化系数9%～18%，均属品位变化均匀型矿层。矿层品位变化特征见表2。

表2 矿层品位(石膏+硬石膏)变化特征一览表

(5)矿石类型及品级。

根据矿石矿物成分含量及结构构造，将矿石分为块状石膏、泥质石膏及砂质石膏三种自然类型，其中以泥质石膏为主要矿石类型；块状石膏零散分布于除K4、K9之外的矿层中；砂质石膏主要集中分布于K9矿层。

矿石品级依据石膏+硬石膏含量分为5个品级：特级品(≥95%)、一级品(95%～85%)、二级品(85%～75%)、三级品(75%～65%)、四级品(65%～55%)。区内矿石主要为品位75%～65%的泥质石膏/硬石膏，以三级品为主，二、四级品次之。

3 矿床成因探讨

(1)成矿物质来源。

石膏矿物来源于湖盆老地层的膏盐，为香山隆起南缘分布的下石炭统前黑山组地层以及青铜峡石峡口、庙山一带及六盘山区分布的白垩系部分地层所产膏盐，经风化再溶或机械碎屑被地表泾流带入湖盆[6]。湖盆周边的古生代碳酸盐岩隆起及南华山的大理岩经长期风化水解作用为湖盆提供丰富的Ca2+，湖盆四周各时代地层，通过风化、搬运沉积，也为湖盆提供丰富的SO42-、Mg2+、K+、Na+、CO32-等元素，各种离子以溶液形式进入湖盆后，成为膏岩物质组成的一部分。

(2)成矿古气候、古地理环境。

红色碎屑含膏岩相，足以证明当时为干旱气候环境。膏盐盆地为内陆山间湖盆，只有在干旱气候条件下，蒸发量远大于降雨量[7]，保持湖水快速持久的浓缩，形成石膏层。红层的形成说明蚀源区氧化作用迅速而彻底，岩石中高价铁普遍较高，而且能够滞留在粘土矿物中，一方面说明当时雨量稀少，淋滤作用微弱；另一方面说明当时植被不发育，地表水和地下水的pH值较高，呈中性或弱碱性[8]，没能力溶解高价铁的氧化物，气候环境有利于膏岩的形成。

受区域地质构造影响，自中生代以来盆地不断沉降，至渐新世膏盐沉积期，断陷盆地由南北向逐渐转向北西向，其沉积中心亦由南向北转移。石膏沉积后期，湖水由北东向南西转移，沉积中心也朝这个方向转移。

(3)石膏沉积的理化过程。

该石膏矿床矿石自然类型为泥质石膏、块状石膏及砂质石膏，是内陆湖盆水动力环境和水化学条件较为动荡的情况下，由于陆源碎屑物质经常伴随流水进入湖盆[9]，使得过饱和卤水变成一种悬浊液，其中含有一定数量的泥、钙质矿物，甚至含有中、粗粒的碎屑物质共同与石膏晶体沉积而成。

当水动力条件动荡时，陆源碎屑物大量进入湖盆，此时碎屑物质的沉积速度远远大于结晶碎屑物石膏等的沉积速度，中、粗粒的碎屑物质率先沉积，从而形成了含膏细砂岩；而后细粒的碎屑物质泥、钙质矿物沉积，形成了含膏泥岩。由此可知，石膏矿床是在水化学条件较稳定，构造活动频率较小、强度较低，内陆湖盆缓慢下沉条件下形成的[10]。

4 结论

(1)贺家口子一带石膏矿层赋存于古近系渐新统清水营组第二岩段(E3q2)，岩性主要为石膏、泥岩、含膏泥岩等，互层产出，该层厚度107.22～299.12m。矿层总体近水平层状产出，主矿层形态规则、延伸稳定，属大型矿床。

(2)矿床自下而上共圈定石膏矿11层，矿层埋深10～299m，走向延伸165～2 050m，倾向延伸335～1 725m，平均厚度2.81～43.16m，厚度变化系数34%～89%。

(3)矿床矿石自然类型为块状石膏、泥质石膏及砂质石膏三种，以二、三级品为主。矿层平均品位67.81%～79.55%，品位变化系数9%～18%，属品位稳定的矿层。

(4)矿床成矿物质主要由湖盆周边陆源碎屑矿物形成的卤水悬浊液汇入湖盆沉积而成，古气候条件为干旱炎热，蒸发量远大于降雨量，保持湖水快速持久的浓缩。