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发布日期:2020-03-30  浏览次数:290
  摘 要:本溪大地构造位于中朝准地台胶辽台窿浑江—太子河台陷辽阳—太子河拗陷中部。范围西自辽阳市张海屯,东至本溪县碱厂镇,北至本溪县清河城镇,南至草河掌套岫峪村,东西长80公里,南北宽50公公里,面积4000平方公里。本文旨在对前人取得的地质资料进行综合研究分析,总结成矿规律,通过岩相古地理研究,大致查明石膏成矿地质条件及控矿地质条件,对石膏成矿远景区进行予测,为寻找石膏矿提供理论指导。

  关键词:本溪太子河 馒头期岩相 古地理 理论指导

  Abstract Benxi tectonics in Sino-Korean paraplatform jiao-liao platform construction of Taizi River Station in Hunjiang, Liaoyang Taizi River in central. Range from West Zhang Haitun Liaoyang City, East Benxi County soda plant Township, Benxi county to the north of Qinghe town, South to the Grass River palm sleeve Junxiu village,80 km from east to west, north-south width of50man, an area of 4000 square kilometers. The aim of this paper is to has been achieved for the comprehensive analysis of geological data, the summarization of metallogenic regularities, through the study of lithofacies paleogeography, generally identified gypsum ore forming geological conditions and ore controlling geological conditions, the gypsum mineralization were to measure, to provide theoretical guidance for gypsum mine.

  Key word:Benxi Taizi River steamed period lithofacies paleogeography academic guidance

  中图分类号:P586

  一、概述

  震旦系及下古生代地层主要分布在太子河两岸,呈东西向分布在北纬40°48′—41°35′之间。北部基底为鞍山群,南部基底为辽河群,中部及南部中生代岩浆岩十分发育,使震旦系地层支离破碎,馒头组地层主要分布在研究区北部。

  馒头期的古地理环境是一个成膏环境,西起辽阳,东至吉林通化均有石膏矿床产出,说明太子河—浑江台陷是一个成膏矿带。

  通过综合分析研究认为:

  1、太子河流域馒头组岩相古地理主要由潮上带和潮间带两个相带组成。

  按岩相及古地理位置又可划分为:

  ①、潮上云灰岩相

  ②、潮上泻湖膏云岩相

  ③、潮上泥云岩相

  ④、潮上滩脊粉砂质泥岩相

  潮间带划分为:⑤、潮间灰岩相,⑥、潮间滩灰岩相,⑦、潮间滩含颗粒灰岩相。

  2、石膏矿主要位于潮上泻湖膏云岩相内。

  3、后期向斜构造是石膏的储矿构造,已知的大—中型石膏矿床均产于后期向斜盆地内。

  二、研究方法

  主要采用地质剖面法,按沉积旋回划分。全区共收集地质剖面31条(含三个钻孔资料),剖面间距10—20公里。

  三、相分析

  馒头组地层顶底板界线清楚,组内有稳定的三大标志层,即一段黄褐色角砾状泥晶灰岩和紫色白云岩,四段底部深灰色中层理鲕状骨屑泥晶灰岩,四段顶部砖红色泥晶白云岩,以这些标志层为标准,为垂向单剖面和横向剖面相分析与对比打下了可靠的基础。

  1、单剖面相分析

  以本溪火连寨石膏矿区302孔资料为例,馒头组地层按沉积旋回划分为四个岩性段:一段为上潮间带—潮上带沉积,二段为上潮间带沉积,三段及四段为下潮间—上潮间带—潮上带沉积。

  下潮间带(潮间滩):由深灰色中层理虫孔泥晶灰岩或深灰色中层理骨屑泥晶灰岩组成,陆源粉砂及粘土较少(5%),具云斑状白云岩化,自生矿物为他形细粒黄矿。

  上潮间带:为灰色、紫色、黄褐色薄层理泥晶灰岩、白云岩,泥晶灰岩具白云岩化特征,陆源粉砂及粘土10%左右,可见低角度斜层理。

  潮上带是厚度最大的一个相带。下部为紫红色薄层理含粘土泥晶灰岩,具干裂、雨痕、鸟眼,并有薄层石膏产出,陆源粉砂及粘土10—15%, 部分为咸化泻湖,由灰色纹层状硬石膏矿组成,sr/Ba比值、B/Ga比值高达56,上部为砖红色中厚层理泥质泥晶白云岩,具石盐假晶及鸟眼,陆源粉砂及粘土15—30%产,并有肠状石膏产出。

  2、剖面对比相分析

  为研究各沉积旋回的横向变化,兹将相应剖面绘制成剖面组,以此对各旋回相带进行横向分析,结果如下:

  (1)、一旋回底部的黄褐色砾屑泥晶灰岩、角砾状灰岩,是上潮间带沉积,于近岸地段由砾屑泥晶灰岩向北递变为角砾状灰岩,于近海地段则为泥晶灰岩。

  (2)、二旋回底部在西部九口峪至香山子一线、桥头以北全部为上潮间带,而桥头以南的庙荒沟则为下潮间带,九口峪为潮下带。

  东部套峪至富成峪一带的二旋回底部在汪沟以南为潮下带,黄沟、磨石峪及城沟为下潮间带,而富成峪仅接受上潮间带沉积,说明二旋回海侵范围较大,庙荒沟至城沟以北为上潮间带沉积,有时可见球形藻。九口峪至套岫峪的孤形地段为潮下带沉积区。另外二旋回底部的砾屑灰岩,主要分布于磨石峪至富成峪及火连寨至香山子一带。

  3、三施回底部在九口峪至香山子一带,由下潮间带的鲕粒泥晶灰岩(九口峪)、虫孔灰岩(庙荒沟)相变为上潮间带的薄层泥晶灰岩或角砾状灰岩。顶部则全部为潮上带。而套岫峪至富成峪一带底部全部为下潮间带,顶部由套岫峪的上潮间带向北相变为潮上带。反映三旋回海侵时东部面积较大,西部仅局限在庙荒沟及九口峪附近,而海退时则西部退出较早,东部退出较晚。

  4、四旋回全部是下潮间带—上潮间带—潮上带。生物由南部狭盐性三叶虫、棘皮及腕足类向北变化为广盐性兰绿藻,自生矿物由南部的细粒他形黄铁矿向北变化为石膏、硬石膏。

  工业石膏矿位于旋回中部的潮上带泻湖内,而泻湖位置在桥头—磨石峪以北,在东部由向南扩展至黄沟。

  综上所述,馒头期岩相垂向变化是:由四个沉积旋回组成,划分四个岩性段,每一沉积旋回由潮下带向上递变为潮上带或由下潮间、上潮间递变为潮上带,是一个向上变浅序列。在每一海退期限的潮上泻湖内均有石膏矿层产出,但第四旋回海退时沉积的厚度最大,潮上泻湖的规模也广,是一个重要的成膏时期。

  馒头期岩相的横向变化:总体是自南而北由潮下带递变为潮上带,但每一旋回海侵的规模与时间都不一致。第二旋回的潮下带仅限于九口峪。第三旋回海退时套岫峪退出较晚,而九口峪一带退出较早,桥头至磨石峪以北准同生白云岩发育,浅层标志:低角度斜层理、干裂、雨痕、鸟眼、石盐假晶出现较多,兰绿藻分布普遍,石膏矿层主要分布其间。

  四、馒头期岩相古地理特征

  在单因素图的基础上,采用定量进行综合分析,得出如下结论:

  1、古陆地与古海洋

  西南部九口峪地层厚度最大(174米),北部香山子、大干沟地层厚度最小(90—100米),而大甸子至城沟及马家沟地层厚度也相对较大(135—169米),总的趋势是九口峪附近沉降幅度最大,北部香山子至大干沟一带沉降幅度最小。

  北部准同生白云岩发育,一般20—40%,桥头至八盘岭以南以泥晶灰岩为主,准同生白云岩较少,一般小于15%。

  盆内颗粒普遍较细,说明是一个低能环境,大于5%的量级局限在西部的张海屯至贵家堡子,西南部的庙荒沟至南芬龙头两处。大于10%的量级局限在南部的姜家堡子和八盘岭至胡家家堡子两处,总的趋势是南高北低。

  陆源岩层由南部的5%,向北递增为30%以上。颜色由南而北氧化色由15%增至70%,还原色则由—35%减弱至—10%。

  根据相剖面组的横向分析,每一旋回自南而北都由潮下带—下潮间带—上潮间带递变或由下潮间带—上潮间带—潮上带递变。生物也由南部的狭盐性三叶虫、棘皮类、腕足类向北变为广盐性兰藻类。

  综上所述,北部的香山子至富成峪以北为近古陆地带,发育潮上泥云岩相。九口峪至套岫峪以南为为水深稍大地段,发育下潮间带、潮下带的深灰色泥晶灰岩相。反映出南部是海,北部是陆地的岩相古地理特征而海洋性质应与华北地台相似,属于内陆海或陆表海。根据姜家堡子浅滩的存在,推测南部应是一个滩间海或局限海。

  2、浅滩与泻湖

  浅滩是根据盆内颗粒和等厚图确定的,盆内颗粒普遍较低,一般1—4%,最高达19%,故把大于10%的盆内颗粒分布区圈定为浅滩。另外桥头至磨石峪一带是一个沉降幅度较小的地段,其西南边缘盆内颗粒含量6—7%,视为浅滩,圈出三处:姜家堡子潮间滩、八盘岭潮间滩和桥头至磨石峪潮间滩。

  姜家堡子潮间滩:地层厚度89米,颗粒以生物碎屑、鲕粒及砂屑为主,砾屑次之,总量19%,颜色以氧化色为主(45%),还原色—26%,说明沉降幅度小,为经常暴露的浅水潮间滩。

  八盘岭潮间滩:地层厚度112—143米,颗粒以鲕粒为主,生物碎屑次之,总量13—14%,氧化色41—45%,还原色—28%,反映水动力能量相对较高,沉积幅度不大,水下时间多于暴露时间环境,故不含石膏层,具沉积矿化。

  桥头—磨石峪潮间滩:地层厚度在100米以下,是一个近园形的潮间滩,在滩边缘处准生白云岩发育(24—34%),南缘小于20%渐减少。盆内颗粒以砂屑、鲕粒及生物碎屑为主,总量一般在1—2%,最高6—7%,南缘以还原色为主(—20——30%),北缘以氧化色为主(46—58%),反映北缘为暴露环境,南缘为水下环境。

  泻湖是根据馒头组等厚图、岩相特征、自生矿物和生物标志确定的,据此在潮上带圈定了高台子至城沟及马家沟两个泻湖盆地,南侧有桥头至磨石峪潮间滩及八盘岭潮间滩构成障壁,造成两泻湖的封闭环境,泻湖内沉降幅度较大(135—169米),颜色以氧化色居优势(56—68%),准同生白云岩发育(20—40%),盐度较高,Sr/Ba比值大于3,膏溶角砾岩厚度大于1.5米,并有层状石膏矿产出,藻分布较广,浅水层间构造和层面标志发育,故称潮上泻湖膏云岩相。

  高台子—城沟潮上泻湖:呈东西向分布,北邻潮上泥云岩相,南靠潮上云灰岩相,西与辽阳泻湖相通,东有富成峪滩脊潮上粉砂质泥岩相,面积大于500平方公里。

  本溪地区大—中型石膏矿床,均产于此泻湖内。

  马家沟潮上泻湖:呈东西向展布,南邻潮上云灰岩相,西有富成峪潮上滩脊与高台子—城沟潮上泻湖相隔。泻湖内准同生白云岩20—27%,盆内颗粒4%,能量较低,颜色以氧化色占优势54—73%,是一个良好的成膏盆地。

  综上所述,北部为陆地,南部为海洋,潮上泻湖是成矿有利环境。

  潮上滩脊:呈北北西向分布在富成峪一带,地层厚度116米,以粉砂质页岩、泥岩为主,反映沉降幅度不大的隆起地带。

  3、历史演化

  馒头期的沉积是继承碱厂期的海浸沉积的,表现为两者为连续沉积,没有沉积间断。馒头期沉积物分布轮廓大体与碱厂期相当,现根据馒头期各旋回岩相特征来探讨其历史演化。

  馒头期第一旋回地层厚度30—38米,形成四个沉降幅度较大的地段,即大甸子、大阳、城沟及马家沟。海退时大甸子、大阳及马家沟是潮上带发育地段,地层厚度20—28米,但城沟不发育,地层厚度仅3.81米,说明第一旋回基本上是潮上带和上潮间带沉积,下潮间带仅见于九口峪 附近。

  大甸子、马家沟一带潮上带厚度较大,膏溶角砾岩分布较广,而大阳附近厚度较小,无膏溶角砾岩产出。

  馒头期第二旋回地层厚度11—61米,而沉降面貌与第一旋回差异较大,即第一旋回沉降幅度大的地段反而变小,如大甸子、大阳、城沟、马家沟。沉降幅度小的地段反而变大。西南部的九口峪及东部的小峪后沟是两处沉降幅度较大地段,潮上带发育区由第一旋回的大甸子扩展到欢喜岭以及由马家沟移至城沟。

  馒头期第三旋回的沉积厚度为8—68米,由第二沉积旋回两个沉降幅度较大地区,相向向中部移动,即九口峪移向细河,小峪后沟移向马家沟至八盘岭一带,另外欢喜岭和偏岭成为沉积盆地,沉积厚度最大达68米,于偏岭见膏溶角砾岩。大阳附近变为沉降幅度小的地区,沉降幅度大的偏岭、欢喜岭一带是潮上发育地区,潮上带厚度达31—42米,由于潮上带向南扩展,造成此旋回缺失潮下带沉积。

  馒头期第四旋回沉积在马家沟至八盘岭一带,与第三沉积旋回基本一致,只是范围有所扩大。偏岭至欢喜岭沉积盆地也向西扩展至火连寨,细河北岸第三旋回沉降中心,又移回至九口峪附近,桥头至磨石峪一带沉降幅度变小,形成一个东西向高地,而汪沟沉降幅度相对增大,潮上带发育区主要集中在大阳至磨石峪以北的东西向地带内,潮下带主要位于胡家堡子和汪沟等处。

  纵观馒头期岩相古地理的演化,可以得出如下结论:九口峪至套岫峪及胡家堡子一带为潮下带,沉各了较厚的薄层泥晶灰岩。潮上带沉盆地虽几经迁移,但基本上是位于桥头至磨石峪潮间滩以北地区,由下而上总的趋势是潮上泻湖规模逐渐扩大,到第四旋回达到高峰,沉积厚度达40—54米,反映成膏条件逐渐发育成熟,沉积环境逐渐趋于稳定。

  桥头至磨石峪潮间滩是逐渐发育起来的,于第四旋回才基本成型,其它浅滩及浅脊也大体如此,对潮上泻湖起到障壁作用。

  高台子至城沟潮上泻湖在每一旋回上部见有石膏矿层沉积,但大都产于每一旋回潮上带地层厚度较大部位,由于第一、二、三旋回沉积盆地的规模较小,而且几经迁移,所以膏层模向变化较大,稳定性不好,加上第一、二、三旋回潮间障壁滩尚未完全成型,封闭条件差,所以膏层较薄,品位较低,唯独第四旋回的末期潮上泻湖规模较广,地层厚度较大,潮间滩发育成型,封闭条件好,形成了区域上比较稳定的工业膏层。

  五、成膏预测

  根据馒头期岩相古地理特征,膏层预测如下:

  1、成膏相带及分布

  高台子至城沟潮上泻湖膏云岩相及马家沟泻湖上泻湖膏云岩相带,是主要的成膏相带,其间准同生白云岩发育,氧化色岩层含量65—73%,膏溶角砾岩分布及厚度稳定,厚度一般1—1.87米(石膏/膏溶角砾岩比值全区为4.16),Sr/Ba比值大于3,浅水标志及藻和石盐假晶分布普遍,火连寨、高台子大—中型石膏矿位于其中,因此潮上泻湖膏云岩相带是最有利的成膏相带,其中以高台子至城沟潮上泻湖膏云岩相带成膏条件最佳,封闭条件好,规模大,面积约500平方公里,是石膏成矿的重点地区。

  潮上泻湖膏云岩相带呈东西向展布,位于本溪至小峪后沟以北地区,而潮间灰岩相带及潮间滩云灰岩相带或含颗粒灰岩相带,虽然也见有膏溶角砾岩,但厚度小于1米,分布零散,膏层底板以弱氧化色和弱还原色为主,成膏条件较差,故难以形成工业矿体。

  2、成膏有利的层段

  馒头组一段、二段、三段、四段的潮上红层内,都是成膏的有利地段,这在火连寨、高台子矿区已经得到证实,但以四段成膏条件为最好,三段较差。

  四段的潮上带沉积厚度最大,红色泥晶准同生白云岩发育,盐度高,膏层下部常见有云斑状白云岩化灰岩,岩层中浅水标志、藻类、石盐假晶发育明显,是馒头期潮上泻湖环境表现最为明显的一个层段,因此四段具备较好的成膏古地理环境和干旱的古气候条件,是成膏的有利层段。

  3、储膏的构造条件

  石膏矿体的储存或流失与后期构造运动密切相关,有工业意义的石膏矿层均赋存在断裂构造不发育的向斜盆地内。凡是潮上泻湖膏云岩相带中有构造简单的向斜盆地,便是赋存石膏矿层的良好构造条件。

  4、石膏矿预测及远景

  按上述石膏矿成矿的有利相带、层段和构造条件分析,高台子至城沟潮上泻湖膏云岩相带中深窝向斜、火连寨向斜、高台子向斜、牛心台向斜及城沟向斜,是石膏成矿的重点区域。马家沟潮上泻湖膏云岩相带及八盘岭等地,具有成膏的古地理环境,也是石膏成矿的较重要区域。

  根据馒头期潮上泻湖膏云岩相带的分布特点推测本溪周边地区如抚顺的大四平、宽甸的步达远和桓仁等地,也应存在潮上泻湖环境及发育相应的膏云岩相带,故上述地区是石膏矿成矿的远景区。

  参考文献:

  1、冯增昭、王英华:《碳酸盐及岩相古地理》1982年版

  2、华东石油学院:《沉积岩石学》石油出版社1981年

  3、何起祥:《沉积岩及沉积矿床》地质出版社1978年

  4、《本溪市火连寨石膏矿详查报告》1990年提交

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