大汶口盆地楊家坡礦段巖鹽礦地質(zhì)特征及巖相新認(rèn)識(shí)

羅國(guó)文，張進(jìn)忠

(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 泰安 271000)

大汶口盆地地質(zhì)勘查工作始于20世紀(jì)50年代，礦產(chǎn)資源開發(fā)利用也有30年的歷史[1-2]。在以往工作中巖鹽礦的發(fā)現(xiàn)僅限于東向洼地內(nèi)，故而形成了大汶口盆地巖鹽礦僅賦存于東向洼地的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)[3]。后來，有研究者推測(cè)在F3斷層北可能存在巖鹽礦層[4]，但一直未有鉆探工程控制揭露。楊家坡礦段位于與東向洼地北東側(cè)毗鄰的滿莊-大西牛洼地北端，勘查中首次發(fā)現(xiàn)了多層巖鹽工業(yè)礦層，實(shí)現(xiàn)了找礦突破，填補(bǔ)了滿莊-大西牛洼地未發(fā)現(xiàn)巖鹽礦層的空白，擴(kuò)大了大汶口盆地巖鹽相區(qū)范圍。

1 成礦地質(zhì)背景

楊家坡礦段①位于泰安市城區(qū)西南方向直距約20km處，行政區(qū)劃隸屬岱岳區(qū)夏張鎮(zhèn)管轄(圖1)。礦段所處大地構(gòu)造位置位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)蒙山-蒙陰斷隆(Ⅳ)汶口凹陷(Ⅴ)北端[5]。

1—地質(zhì)界線；2—斷層位置及編號(hào)；3—巖鹽相區(qū)；4—礦段位置圖1 大汶口盆地巖鹽相分布示意圖

大汶口盆地以第四系覆蓋為主，下伏官莊群大汶口組為盆地的主要組成地層，其控制了石膏、巖鹽等鹽類礦產(chǎn)的賦存和分布，在盆地邊緣及盆地內(nèi)次級(jí)凸起上厚度較薄，次級(jí)構(gòu)造洼地中厚度較大，最大厚度達(dá)3000m。其次為官莊群朱家溝組，分布于盆地東部邊緣地帶。官莊群沉積基底為馬家溝群[6-7]。

盆地內(nèi)斷層為盆地邊緣斷層的伴生斷裂和基底斷裂的繼承性活動(dòng)斷裂。在盆地發(fā)展過程的不同階段有不同程度的活動(dòng)，這些斷層切割了盆地，使盆地內(nèi)進(jìn)一步形成了次一級(jí)構(gòu)造洼地和凸起。盆地內(nèi)共劃出滿莊-大西牛洼地、東向洼地、洼里洼地、汶陽(yáng)洼地、臨汶洼地和北西遙洼地等6個(gè)構(gòu)造洼地和上泉凸起。盆地?cái)嗔褬?gòu)造對(duì)礦床起著明顯的控制作用。東向洼地由F2，F(xiàn)3，F(xiàn)4，F(xiàn)g斷層分割形成并由其限制，由于其沉降幅度最大，形成洼地最深，近而導(dǎo)致了在沉降過程中鹵水向該洼地聚集，形成了與硬石膏巖相伴生的多層巖鹽、鈉鎂鹽和鉀鎂鹽等鹽類沉積。滿莊-大西牛洼地由F3，F(xiàn)6，F(xiàn)g，F(xiàn)w斷層分割形成并由其限制，其沉降幅度次之，在沉降過程中形成了與硬石膏巖相伴生的多層巖鹽巖相沉積[8-14]。

巖漿巖見于盆地北部楊家坡及東部滿莊、灌莊、漕河涯等地，分布面積約50km2。呈巖舌狀侵位于大汶口組上段內(nèi)，厚度0.56～63.33m，總體趨勢(shì)由北向南厚度逐漸變薄。巖性深部為橄欖輝綠巖，淺部漸變?yōu)楹蠙燧x綠玢巖、玄武巖，屬喜山期淺成侵入巖[15]。

2 楊家坡礦段地質(zhì)特征

2.1 礦層特征

礦段內(nèi)共施工6個(gè)鉆孔，除西北部ZK302孔未見礦外，其余5個(gè)鉆孔均不同程度的見到巖鹽礦層。控制含鹽段沿走向最大長(zhǎng)度1471m、沿傾向最大寬度493m。共含巖鹽礦10層，自下而上編號(hào)為：y1，y2，y6，y7，y8，y9，y10-1，y10-2，y11，y23。

巖鹽礦層賦存于大汶口組中段第Ⅱ石膏礦帶中下部，與石膏礦互層產(chǎn)出，產(chǎn)狀一致，產(chǎn)狀為320°∠4°～5°。含鹽段頂板埋深784.73～969.98m，底板埋深971.08～1024.14m，厚度1.10～226.45m，礦層單層真厚度0.84～6.25m，品位NaCl含量81.70%～97.14%。各礦層基本特征見表1。

表1 大汶口礦區(qū)楊家坡礦段巖鹽礦層特征

礦段巖鹽礦層平面形態(tài)呈NE向條帶狀分布于礦段東南部，西北部未見礦。y23礦層距下伏的y11礦層間隔較大，為98.15 ～102.16m；自y11以下至y1礦層等9層鹽分布相對(duì)集中，礦層厚度在東南部最大，單工程礦層累計(jì)鉛直厚度23.23～29.55m，明顯高于中部鉆孔的累計(jì)鉛直厚度(1.10 ～11.83m)，說明上述9層礦形成時(shí)期其沉積中心在礦段東南部位。礦層中NaCl含量沿走向變化起伏較大，單工程平均品位在82.85%～94.10%之間，沿傾向變化較小，單工程平均品位在94.10%～96.08%之間，總體呈厚而貧、薄而富的反向關(guān)系。原因是厚度大的礦層一般含硬石膏、泥質(zhì)等雜質(zhì)層較多，厚度小的礦層則相對(duì)較少，進(jìn)而影響了礦層的NaCl含量。

2.2 礦石質(zhì)量

巖鹽礦石中常見的有中粒他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、中粗粒他形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造和薄層狀構(gòu)造。礦石礦物以石鹽為主，次為硬石膏、泥質(zhì)(黏土礦物)等。

(1)石鹽(NaCl)：肉眼觀察多呈自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)，淡茶色、煙灰色、少量無色，半透明，含量一般≥95%,粒度以0.2～1.0cm的中粗晶居多，集合體多呈塊狀；多為玻璃光澤，潮解后為油脂光澤，參差狀斷口，易溶于水，味咸。

(2)硬石膏(CaSO4)：作為鹽層中的雜質(zhì)礦物，硬石膏多呈厚度10～20cm的薄層或呈條紋條帶狀賦存，常和泥質(zhì)條紋條帶互層產(chǎn)出。在巖鹽礦物中，常有硬石膏呈包體狀、鱗片狀、柱狀產(chǎn)于巖鹽晶隙之間,含量一般在2%～3%之間；硬石膏多呈青灰色，灰白色，少量灰褐色，細(xì)—微粒結(jié)構(gòu)，玻璃光澤。

(3)泥質(zhì)(黏土礦物)：呈細(xì)小的鱗片狀，褐灰色，半透明，集合體多呈細(xì)小角礫狀、斑點(diǎn)狀充填于巖鹽晶粒間或晶體內(nèi)，含量一般在1%～2%之間。

2.3 礦石類型及其特征

根據(jù)礦石顏色、礦物成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及成因類型，將礦石的自然類型劃分為2個(gè)，按工業(yè)類型劃分2個(gè)(表2)。

表2 礦石類型劃分對(duì)應(yīng)關(guān)系

(1)灰白色塊狀巖鹽(巖鹽礦石)：主要礦石類型，所占比例在70%以上。常呈灰白色、淺煙灰色，中粗粒結(jié)構(gòu)為主，其次為細(xì)粒，局部巨晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造為主，局部薄層狀。礦物成分以巖鹽為主，NaCl量一般在80%以上。雜質(zhì)主要為星點(diǎn)狀泥質(zhì)物及團(tuán)塊狀、條紋條帶狀硬石膏、泥灰質(zhì)等，雜質(zhì)含量一般5%～10%,水不溶物一般約占2%，這些雜質(zhì)與巖鹽共生，分布在巖鹽晶粒間或呈條紋條帶與巖鹽互層交替產(chǎn)出。

(2)雜色塊狀巖鹽(含雜質(zhì)巖鹽礦石)：次要礦石類型，所占比例在20%～30%之間。因雜質(zhì)種類、多少不同，其顏色隨之變化，主要顏色有淺棕、淡茶、褐黃等色，中粗粒結(jié)構(gòu)，細(xì)粒次之，薄層狀、條帶狀構(gòu)造。礦物成分以巖鹽為主，NaCl含量一般大于70%。雜質(zhì)種類以硬石膏為主，少量泥晶碳酸鹽礦物，這些雜質(zhì)多組成條帶狀、薄層狀、塊狀與巖鹽互層產(chǎn)出，接觸面一般較為清楚、平直。此類巖鹽多出現(xiàn)在含鹽段的上部，少量在中下部，礦層中雜質(zhì)一般多出現(xiàn)在中上部，往下逐漸減少。

3 巖鹽礦層對(duì)比

該礦段巖鹽礦為首次在滿莊-大西牛洼地發(fā)現(xiàn)的巖鹽礦床，其與東向洼地巖鹽礦存在著成因上的關(guān)系。ZK6孔是東向洼地控鹽的主要鉆孔，其控制了盆地全部32層巖鹽的30層。采用大汶口組中段膏下泥巖段紅色泥巖頂界，即鹽下膏層段與膏下泥巖段的分界線作為兩洼地巖鹽礦層連接的標(biāo)志層，參照第y9巖鹽礦層、第44層石膏礦層、第y6層鹽與下伏第y2層鹽間隔等特征，經(jīng)東向洼地的ZK6孔與礦段內(nèi)的ZK303，ZK001孔柱狀剖面對(duì)比，劃分了礦段巖鹽礦層，并與整個(gè)盆地巖鹽礦層統(tǒng)一編號(hào)(圖2)。

4 盆地巖鹽礦分布特征

結(jié)合楊家坡礦段見礦工程控制及推測(cè)，整個(gè)大汶口盆地巖鹽相平面形態(tài)呈“冰壺”狀，其中壺柄分布于滿莊-大西牛洼地，南北長(zhǎng)約4km，東西寬約1.3km；壺體分布于東向洼地，東西最大長(zhǎng)度約11km，南北最大寬度約6km；巖鹽相分布面積約53km2，礦層沉積特點(diǎn)為：

(1)第1層鹽礦在東向洼地ZK6和滿莊-大西牛洼地ZK303，ZK001等3孔中獨(dú)有，其余鉆孔未見。說明盆地沉積初期，兩洼地不僅是同一洼地，而且最早巖鹽的沉積中心就位于兩洼地的接壤部位。

(2)諸礦層沉積時(shí)其沉淀中心不斷發(fā)生位移，盆地內(nèi)施工的所有見鹽鉆孔單孔均未控制全部礦層，說明大汶口盆地鹽類礦床沉積時(shí)其盆底形態(tài)和沉積中心在不斷地發(fā)生位移變化。

(3)巖鹽礦層埋藏深度在東向洼地和滿莊-大西牛洼地均呈現(xiàn)自東南向西北逐漸加深的趨勢(shì)。

1—膏下泥巖段；2—鹽下膏層段；3—泥灰?guī)r；4—泥巖；5—石膏礦；6—巖鹽礦；7—巖鹽礦層及編號(hào)；8—石膏礦層及編號(hào)圖2 鉆孔ZK6，ZK303，ZK001巖鹽礦層柱狀連接對(duì)比圖

5 礦床成因探討

依據(jù)剩余重力異常圖(圖3)分析，該礦段巖鹽礦總體呈NE向港灣狀分布于盆地巖鹽礦床的北端，在其NW側(cè)，正等值線密集分布，說明所處位置已瀕臨盆地邊緣凸起部位，在其SE側(cè)，為賈家橋凸起，二者相間形成一狹窄的重力低異常帶，為礦段巖鹽礦床的沉積既提供了有利場(chǎng)所，又控制了展布形態(tài)。

1—正等值線；2—零等值線；3—負(fù)等值線；4—斷層位置及編號(hào)；5—鉆孔位置及編號(hào)；6—礦段位置圖3 東向—大西牛地段剩余重力異常平面圖

以F3斷層為界，以南為東向洼地，以北為滿莊-大西牛洼地[15-16]。東向洼地ZK6孔和滿莊-大西牛洼地ZK303孔雖然相距3300余米，但兩洼地鉆孔各鹽層之間、與紅色泥巖標(biāo)志層間隔距離卻有極大的相似之處。因此，初步分析認(rèn)為，滿莊-大西牛洼地的巖鹽礦層與東向洼地ZK6孔相對(duì)應(yīng)的巖鹽礦層屬同一礦層，即2個(gè)洼地巖鹽礦為同一巖鹽礦床(圖4)。

1—大汶口組上段；2—大汶口組中段膏上泥灰?guī)r段；3—鹽上膏層段；4—含鹽段；5—鹽下膏層段；6—膏下泥巖段；7—砂巖；8—礫巖；9—泥灰?guī)r；10—泥巖；11—斷層位置及編號(hào)；12—石膏礦層；13—石鹽礦層及編號(hào)圖4 鉆孔ZK6，ZK303剖面示意圖

在官莊群沉積初期，NW向的F3斷層已初見雛形，但發(fā)育規(guī)模較小，在斷層兩側(cè)還沒有形成截然分開的2個(gè)洼地；東向洼地和滿莊-大西牛洼地不僅是同一洼地，而且最早巖鹽的沉積中心就位于現(xiàn)在的東向洼地和滿莊-大西牛洼地的接壤部位。在沉積第y11層鹽之后，F(xiàn)3斷層進(jìn)入劇烈活動(dòng)期，其規(guī)模沿走向方向延伸，致使原本貫通的東向、大西牛地段，逐漸形成了東向和滿莊-大西牛2個(gè)高差有別的洼地，而F3斷層則成為這2個(gè)洼地的分界斷裂。在F3斷層的持續(xù)作用下，位于斷層上盤的東向洼地持續(xù)下降且幅度較大，因此接受了后續(xù)巖鹽物質(zhì)的補(bǔ)給，形成了繼y11層鹽之后的y12～y32層鹽的沉積，而位于斷層下盤的滿莊-大西牛洼地隨F3斷層的持續(xù)活動(dòng)在不斷上升，未能繼續(xù)接受來自東向洼地巖鹽鹵水的補(bǔ)給，致使?jié)M莊-大西牛地段未再形成除第y23層鹽之外的其他鹽層沉積。至于該洼地的第y23層鹽，可能是由于F3斷層活動(dòng)間歇期間兩洼地的短暫貫通而形成(圖4)。

6 結(jié)論

根據(jù)該礦段巖鹽礦地質(zhì)特征，對(duì)比區(qū)域成果，形成以下新認(rèn)識(shí)：

(1)礦段內(nèi)鉆探工程揭露多層巖鹽工業(yè)礦層，新發(fā)現(xiàn)賦鹽洼地，據(jù)此重新劃出了巖鹽相區(qū)，對(duì)整個(gè)大汶口盆地巖鹽相范圍進(jìn)行了補(bǔ)充。

(2)重新認(rèn)識(shí)了F3斷層活動(dòng)特征：初見雛形—?jiǎng)×一顒?dòng)—活動(dòng)間歇—?jiǎng)×一顒?dòng)。

(3)沉積初期，東向洼地和滿莊-大西牛洼地為同一洼地，中后期，在F3斷層的持續(xù)作用下，分隔成2個(gè)洼地。東向洼地沉積了32層巖鹽礦，而滿莊-大西牛洼地該礦段內(nèi)僅沉積了底部10層巖鹽礦。

(4)在該礦段以東、以南區(qū)域仍有巖鹽礦層賦存，有待勘查開發(fā)。

致謝：該文得到山東省泰安市大汶口礦區(qū)楊家坡礦段石膏、巖鹽礦詳查項(xiàng)目的大力支持，在此表示衷心的感謝！