劉 曉，劉朝陽(yáng)，范天甲，張秀云,翁紅波，張 煥

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)勘查院，河南 鄭州 450008)

河南省袁家莊石膏礦床賦存于下寒武統(tǒng)朱砂洞組一段地層中，是首次在豫中汝州地區(qū)發(fā)現(xiàn)的石膏工業(yè)礦體[1]，這是繼20世紀(jì)80年代河南省寶豐縣辛集石膏礦詳查發(fā)現(xiàn)的特大型石膏礦床[2]之后，河南省地勘隊(duì)伍在石膏礦勘查找礦工作中的又一次重大突破。該成果的取得對(duì)豫中地區(qū)石膏找礦工作具有重要的指導(dǎo)意義。

本文闡述了汝州市袁家莊石膏礦礦床地質(zhì)特征、礦體及夾石等特征，總結(jié)了礦床成因，并歸納了主要找礦標(biāo)志，為進(jìn)一步在河南省內(nèi)尋找同類型石膏礦床指明了方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

袁家莊石膏礦床所處大地構(gòu)造單元位于華北陸塊區(qū)(一級(jí)構(gòu)造單元)豫皖古陸塊(二級(jí)構(gòu)造單元)內(nèi)的太華—登封新太古代巖漿弧(三級(jí)構(gòu)造單元)內(nèi)[3]，位于豫中地區(qū)華北地臺(tái)南緣，屬華北地層區(qū)的澠池—確山小區(qū)。區(qū)域上除奧陶系、志留系、泥盆系、三疊系、侏羅系地層缺失外，其余從太古界到新生界地層均有出露[4]。

區(qū)域上斷裂主要表現(xiàn)為北西—南東向和北東—南西向兩組，以北西—南東向斷裂最為主，斷裂規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)、地貌特征明顯，為區(qū)域上主要構(gòu)造線方向，基本上控制了區(qū)內(nèi)的構(gòu)造格架。礦床周邊的構(gòu)造形式以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造相對(duì)不甚發(fā)育。

區(qū)域上侵入巖不發(fā)育，中元古代熊耳群火山巖主要分布于區(qū)域外西南部，但對(duì)石膏礦床成礦無(wú)影響。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 地層

礦區(qū)內(nèi)出露地層由老至新有：中元古界汝陽(yáng)群北大尖組，上元古界洛峪群崔莊組、三教堂組、洛峪口組，震旦系羅圈組[5]，寒武系辛集組、朱砂洞組[6-7]、饅頭組[8]、張夏組，第四系沖洪積物。賦礦層位為下寒武統(tǒng)朱砂洞組一段，分布于礦區(qū)中部及西南部，地層總體走向呈北東—南西向，傾向約135°，傾角8～13°，地層產(chǎn)狀較穩(wěn)定。

2.2 構(gòu)造

礦區(qū)構(gòu)造以斷裂構(gòu)造為主，其他構(gòu)造形跡不發(fā)育。斷裂構(gòu)造主要有三組，主要分布于礦區(qū)的中北部及東部，其中F1、F2、F7和F8為北西—南東向斷裂，F(xiàn)3、F5和F9為北東—南西向斷裂，以及F4和F6近東西向斷裂，對(duì)地層切割影響較大的斷裂有F1、F3、F4、F5、F6、F7、F8和F9共8條(圖1)，其中對(duì)礦體的保存影響較大的有F1和F5斷層。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖

3 礦床地質(zhì)特征

3.1 含膏帶巖石組合特征

含膏巖系呈層狀賦存于下寒武統(tǒng)朱砂洞組地層中，與地層產(chǎn)狀一致，走向北東—南西向，傾向東南，傾角7～12°。區(qū)域上厚度較穩(wěn)定，厚36.93～63.69m，共含石膏2～3層，含膏層主要集中在朱砂洞組下部的一段(∈1z1)，局部朱砂洞組二段地層內(nèi)也可見薄層含膏層，但質(zhì)量達(dá)不到工業(yè)要求。朱砂洞組一段含膏巖系下部為灰黃色、黃褐色薄層—中厚層狀粉晶白云巖，中部為特征明顯的灰紅色、灰白色薄層狀含膏白云巖與灰紅、灰黃色薄層狀粉晶白云巖(含有薄燧石層)互層，上部為灰色、灰黃色含燧石團(tuán)塊白云巖層(圖2)。上覆地層為朱砂洞組二段塊狀藻灰?guī)r，下伏地層為辛集組淺灰色厚層狀細(xì)粒石英砂巖。

圖2 朱砂洞組一段含膏巖系剖面圖

礦區(qū)內(nèi)含膏巖系一般含膏2層，局部3層，沿走向、傾向的延伸比較穩(wěn)定。朱砂洞組二段中僅局部見薄的含膏層(厚度約40～50cm)。朱砂洞組一段含膏巖系地表淺部厚度50.32～63.69m；深部厚度35.93～51.02m，鉆孔揭露原生石膏礦層5層，自上而下圈定了5個(gè)礦體，礦體間的夾石為含石膏細(xì)脈泥晶白云巖，但其石膏含量達(dá)不到規(guī)范要求的邊界品位。見礦鉆孔所在勘探線沿傾向向西北追索至含膏層地表露頭處，共見有三層已風(fēng)化淋慮的含膏白云巖層，這三層含膏白云巖層與鉆孔揭露的三層礦體之間沒有對(duì)應(yīng)關(guān)系，地表含膏白云巖之間為灰紅色不含石膏的泥質(zhì)白云巖夾層，二者有清楚的分界面，而鉆孔中揭露的礦體與夾石之間為漸變過(guò)渡關(guān)系。

含膏巖系經(jīng)歷長(zhǎng)期的地質(zhì)演變，溶蝕作用強(qiáng)烈，地下水循環(huán)帶內(nèi)含膏層遭到破壞，殘存的礦體為埋深較大的盲礦體。地表和淺部只有含膏層的次生殘積物—巖溶角礫巖和次生石灰?guī)r；深部為原始膏鹽層，主要由薄層狀、層狀及塊狀石膏、白云質(zhì)石膏、石膏質(zhì)白云巖及灰質(zhì)白云巖等組成；風(fēng)化淋慮帶與深部原生石膏層之間為過(guò)渡帶，主要由淋濾后富集穿插層理的脈狀石膏。

通過(guò)剖面測(cè)制及鉆孔揭露發(fā)現(xiàn)含膏層直接頂板為朱砂洞組一段灰色厚層狀含燧石團(tuán)塊泥晶白云巖，直接底板為朱砂洞組一段灰黃色中厚層狀泥晶白云巖，向下為辛集組含磷砂巖。

鉆孔中最上部的Ⅰ號(hào)礦體頂板圍巖為泥晶白云巖，石膏含量?jī)H3.31%；6號(hào)礦體底板圍巖為含少量石膏的泥晶白云巖，石膏含量6.36%。

3.2 礦體特征

礦體呈層狀、似層狀賦存于含膏巖系內(nèi)，地表無(wú)露頭，為隱伏礦體。石膏礦層單層厚度1.79～9.10m，單工程累計(jì)厚度17.51m，礦體平均厚度3.50m。單層礦體品位 49.71% ～ 57.43%，礦體平均品位51.83%。含膏層由礦層和夾石組成，按石膏總含量分為工業(yè)礦和低品位礦，礦石類型穩(wěn)定，均為石膏礦，硬石膏含量較少。礦層之間的夾石層也含有一定量的石膏，但品位達(dá)不到工業(yè)要求。礦石層與夾石層為漸變關(guān)系。

礦區(qū)5個(gè)原生石膏礦體，自上而下依次為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，礦體呈上下疊置關(guān)系，整體呈層狀產(chǎn)出。Ⅰ號(hào)礦體走向長(zhǎng)約800m，傾向延伸約541m，礦體厚1.79m，石膏+硬石膏平均品位49.71%，礦體最大埋深約263m，最小埋深193m。Ⅱ號(hào)礦體位于Ⅰ號(hào)礦體3.44m之下，與Ⅰ號(hào)礦體平行產(chǎn)出，推斷礦體走向長(zhǎng)約800m，傾向延伸約550m，礦體厚9.10m，石膏+硬石膏平均品位56.19%，礦體最大埋深277.43m，最小埋深198.4m。Ⅲ號(hào)礦體位于Ⅱ號(hào)礦體約2.00m之下，與Ⅱ號(hào)礦體平行產(chǎn)出，推斷礦體走向長(zhǎng)約800m，傾向延伸約552m，礦體厚1.97m，石膏+硬石膏平均品位49.96%，礦體最大埋深282.06m，最小埋深209.70m。Ⅳ號(hào)礦體位于Ⅲ號(hào)礦體約4.00m之下，與Ⅲ號(hào)礦體平行產(chǎn)出，推斷礦體走向長(zhǎng)約800m，傾向延伸約554m，礦體厚度1.97m，石膏+硬石膏平均品位52.72%，礦體最大埋深288.82m，最小埋深215.75m。Ⅴ號(hào)礦體位于Ⅳ號(hào)礦體約2.00m之下，與Ⅳ號(hào)礦體平行產(chǎn)出，推斷礦體走向長(zhǎng)約800m，傾向延伸約555m，礦體厚度2.68m，石膏+硬石膏平均品位57.43%，礦體最大埋深294.58m，最小埋深219.74m。

礦區(qū)內(nèi)F1、F4和F9斷層對(duì)石膏礦層的影響較大，F(xiàn)1和F4斷層主要控制了賦礦層位朱砂洞組一段的出露范圍，斷層F9對(duì)礦體的形態(tài)影響很大。在靠近斷層F9附近由于斷層牽引效應(yīng)，礦體形態(tài)發(fā)生褶曲，形成一個(gè)不對(duì)稱背斜。以背斜樞紐為界，北西翼靠近F9主斷裂面，傾角稍陡，產(chǎn)狀318°∠22°；南東翼距離主斷面較遠(yuǎn)，礦層傾角稍緩，產(chǎn)狀為138°∠10°。

3.3 礦石特征

3.3.1 礦石結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

石膏礦石一般呈灰白色或無(wú)色，油脂光澤，具粉晶結(jié)構(gòu)、隱晶質(zhì)—細(xì)粒結(jié)構(gòu)，主要有薄層狀構(gòu)造、脈狀構(gòu)造、浸染狀構(gòu)造、變形構(gòu)造等。常見的是層狀構(gòu)造，其次為脈狀構(gòu)造，主要表現(xiàn)為石膏呈無(wú)色透明、半透明不規(guī)則脈狀充填于薄層狀石膏礦層或白云質(zhì)灰?guī)r圍巖中[9]。浸染狀構(gòu)造礦石主要見于深部，石膏礦物與白云石礦物混生，粒度小于0.1mm，含量約25%(圖3)。巖心中可見石膏脈寬度差距懸殊，小者1～3mm之間，大者可達(dá)35mm；石膏脈分兩類，一類與巖石中的紋理平行產(chǎn)出，另一類則切穿巖層紋理[10-11](圖4)。

鏡下觀察，石膏脈體中靠近圍巖的晶體多為板片狀，而側(cè)邊的常為彎曲片狀，有時(shí)為近乎垂直的網(wǎng)脈(圖5)，脈體中心的石膏常呈板狀，自形程度較好。較細(xì)的石膏脈則多以梳狀結(jié)構(gòu)的形式產(chǎn)出(圖6)。

在脈狀石膏礦層的下部，石膏礦以薄層狀形態(tài)產(chǎn)于白云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖夾層中，產(chǎn)狀與圍巖一致，這部分石膏與原生石膏或硬石膏水化后轉(zhuǎn)變成的脈狀石膏不同，本次將該類型石膏礦歸屬為薄層狀石膏礦(圖7)，在巖心中可見部分薄層狀石膏與圍巖共同發(fā)生彎曲的現(xiàn)象(圖8)，這是膏層中常見的次生變形。

圖3 石膏礦石（灰白色）的浸染狀構(gòu)造

圖4 半透明脈狀石膏切穿巖層層理

圖5 石膏礦石的網(wǎng)脈狀構(gòu)造

圖6 石膏晶體在脈體中呈梳狀構(gòu)造

3.3.2 礦石礦物組成

主要礦石礦物成分為石膏，少量硬石膏，石膏總量49.71%～64.52%，平均54.63%。石膏呈粒狀或柱粒狀緊密鑲嵌分布，局部聚集成不規(guī)則條帶。硬石膏呈粒狀點(diǎn)鑲嵌與石膏及白云石顆粒間。石膏在鏡下多呈片狀、板狀，干涉色一級(jí)灰白，可見明顯的解理，極低的硬度，指甲可劃動(dòng)。較粗的石膏脈體中，可見自脈體中心到圍巖邊界處石膏晶體依次為板狀、彎曲片狀和板片狀的形式產(chǎn)出。白云石呈松散狀分布于石膏顆粒之間，有時(shí)也聚集成不規(guī)則條帶或團(tuán)塊狀緊密鑲嵌。

圖7 薄層狀石膏與灰質(zhì)白云巖互層

圖8 石膏礦石的變形構(gòu)造

脈石礦物主要有白云石、海綠石、長(zhǎng)石、膠磷礦、黑云母等碎屑，少量石英，局部見少量次生方解石、鋯石及粘土礦物等。

3.3.3 礦石化學(xué)成分

礦石的化學(xué)成分 (%)為：SO323.24～ 30.16，CaO 24.52 ～ 28.43，H2O+2.53 ～ 13.25，H2O-0.15 ～ 0.26，MgO 5.47 ～ 8.34，SiO23 ～ 6，Al2O30.50 ～ 1.10，F(xiàn)e2O30.25 ～ 0.35，TiO20.05～0.13，K2O 0.15～0.30，Na2O 0.04～0.07，P2O50.016 ～ 0.026，SrO 0.03 ～ 0.06，LOSS 13～23，酸不溶物4～8。

主要有害組分MgO含量5.47%～8.34%，其變化與白云石礦物多寡有關(guān)，與礦石品位呈反比，品位45%～55%時(shí)MgO含量6.75%～9.46%，品位55%～65%時(shí)MgO含量5.47%～6.85%。

3.4 礦石類型和品級(jí)

石膏礦石自然類型為沉積型石膏礦。依據(jù)DZ/T0325-2018《石膏、天青石、硅藻土礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范》，根據(jù)石膏和硬石膏礦物的相對(duì)含量可將石膏礦劃分為石膏和硬石膏兩種工業(yè)類型。礦區(qū)內(nèi)石膏(CaSO4·2H2O)與石膏總含量(CaSO4·2H2O+CaSO4)的比值遠(yuǎn)大于75%，硬石膏的含量則普遍較低，一般0.66%～5.28%，故僅存在一種石膏工業(yè)類型[12]。本次工作Ⅱ和Ⅴ兩個(gè)礦體石膏總含量分別為56.19%和57.43%，結(jié)晶水含量9.87%～13.25%，石膏產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)為4～5級(jí)，主要用于水泥緩凝劑組分、農(nóng)用或含硫肥料等。

3.5 夾石

夾石層厚度一般不大，厚1.97～3.94m，主要巖石類型為含石膏的白云巖或灰質(zhì)白云巖，巖性特征與礦石基本相似，只是有用組分含量略低，SO3多 在 25% 以 下，H2O+2.07% ～ 8.83%，CaO20.64%～27.66%，與工業(yè)礦層呈過(guò)渡關(guān)系，僅在上部的脈狀石膏礦段與圍巖界線較清楚。

4 礦床成因及找礦標(biāo)志

4.1 礦床成因

據(jù)河南省早寒武世海陸分布，本區(qū)位于寶臨海灣西南部。繼震旦紀(jì)羅圈期山岳冰川后，早寒武世豫西出現(xiàn)廣泛的海侵，在寶臨海灣南緣分布有較多的瀉湖盆地和潮坪，受明顯的周期性潮汐作用影響，這些高低不平的淺灘潮坪在海水上漲時(shí)淹沒了一般的海岸平原和較低的海岸潮坪。在低潮線附近及其下，能量較高，形成了以砂質(zhì)沉積為主的砂坪。早寒武世初期(辛集期)古氣候溫暖潮濕，形成了磷礫巖和具交錯(cuò)層理、干裂、泥皮構(gòu)造以及夾有層間礫石的含磷砂巖。辛集組上端出現(xiàn)紅砂巖，說(shuō)明古氣候由溫濕向干熱變化。到朱砂洞期早期，已變得干燥炎熱。當(dāng)較高的海岸潮坪受到高潮或特大潮汐作用時(shí)將其淹沒，而海潮退時(shí)留下的一部分海水，受蒸發(fā)濃縮，沉積形成白云巖和具雞籠鐵絲網(wǎng)狀、瘤狀和鳥眼構(gòu)造的硬石膏層。周期性潮汐作用反復(fù)多次，就形成多層狀膏鹽層(朱砂洞組含膏巖系)。到朱砂洞期中期，新的海侵發(fā)生，結(jié)束了膏鹽層沉積，正常淺海相碳酸鹽巖蓋層形成。膏層形成以后，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代演化，由于地下水的溶蝕作用，淺部膏層流失，深部得以保存硬石膏水化和重結(jié)晶，形成了淋濾帶與原生石膏層過(guò)渡地帶的脈狀充填型石膏。根據(jù)工作成果，結(jié)合以往及鄰區(qū)成果資料，初步認(rèn)為本區(qū)石膏礦成因類型為海相蒸發(fā)瀉湖相碳酸鹽巖硫酸鹽巖沉積型石膏礦床。

4.2 找礦標(biāo)志

通過(guò)本次工作及以往資料的綜合研究，總結(jié)豫西地區(qū)該類型石膏礦床的找礦標(biāo)志如下。

(1)含膏巖系中的鹽溶角礫巖—次生石灰?guī)r，常分布在地下水循環(huán)帶內(nèi)，是深部膏鹽層的地表露頭，發(fā)育深度不等，向下與原生石膏層呈漸變過(guò)渡關(guān)系，具有一定層位和區(qū)域上的穩(wěn)定性，受膏鹽層控制，是較可靠的地表直接找礦標(biāo)志。

(2)朱砂洞組一段內(nèi)部含膏層淋濾使上部巖層崩塌，在朱砂洞組二段豹皮灰?guī)r層上部發(fā)育巖溶角礫巖，可作為含膏層上部的標(biāo)志層之一。

(3)區(qū)域上分布的震旦系羅圈組礫巖作為辛集組含磷砂巖層位的底板，砂質(zhì)磷塊巖和膏鹽層，其成因有著機(jī)理上的聯(lián)系，區(qū)域上平行相伴產(chǎn)出，又有一定的垂向間距，其特征明顯，易于辨識(shí)，故辛集組含磷砂巖，可視為膏鹽層存在的間接找礦標(biāo)志。

(4)含膏巖系地表露頭中，伴有“脆變”及“塑變”現(xiàn)象，含膏白云巖層常伴有塑性變形及層間撓曲等現(xiàn)象，露頭的泥晶白云巖中的石鹽假晶或假晶模、空洞，以及蜂窩狀溶蝕洞發(fā)育等現(xiàn)象，指示著深部可能有原始石膏層的存在。

4.3 礦床遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

袁家莊石膏礦雖為小型規(guī)模，但受限于勘查范圍以及斷裂構(gòu)造的影響，礦體沿走向及傾向均未封閉，尚有擴(kuò)大遠(yuǎn)景的可能。區(qū)域上辛集組至張夏組地層出露完整，地表可見風(fēng)化淋慮后形成的灰白色殘余次生石灰?guī)r及膏溶角礫巖帶，指示其深部可能有原生石膏礦層的存在，今后應(yīng)加強(qiáng)在該區(qū)域的石膏礦找礦工作，有望發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的石膏礦床。