中國石膏分布、類型、產業(yè)應用現狀及找礦前景分析
李曉丹、王春連、黃可可、沈立建、游超、蔣徽輝、趙雨欣
成都理工大學油氣藏地質及開發(fā)工程全國重點實驗室、成都理工大學沉積地質研究院、中國地質科學礦產資源研究所，自然資源部成礦作用與資源評價重點實驗室、北京大學地球與空間科學學院、昆明理工大學國土資源工程學院
提要：【研究目的】石膏是我國儲量大且分布廣的優(yōu)勢非金屬礦產之一，其應用十分廣泛。總結分析我國石膏的分布、成因、應用以及找礦前景對于石膏的可持續(xù)利用具有重要意義。【研究方法】本文從石膏礦床類型、時空分布、應用等方面入手，總結前人的研究成果以及收集相關資料，系統(tǒng)梳理了我國石膏的資源儲量和礦山產量，提供了尋找新的石膏礦床的背景知識。【研究結果】2022 年我國石膏資源保有儲量為 17.58 億 t，安徽省保有儲量最多，礦床類型為沉積型、后生型和熱液型石膏、硬石膏礦床，其中以沉積型礦床為主。我國石膏資源主要用于建材、工業(yè)、農業(yè)以及醫(yī)學等行業(yè)。對石膏的再生利用，有利于緩解我國石膏資源緊張的局面。但是在利用工業(yè)副產石膏時產生的問題也不容忽視，所以我們也要注重天然石膏的開發(fā)、利用與保護。【結論】石膏礦床形成主要受到氣候、物源和構造的控制，封閉、半封閉的盆地、干旱、半干旱的氣候條件以及充足的物質促進了石膏礦床的形成。祁連成礦帶、天山-北山成礦帶、西昆侖-阿爾金成礦帶和長江中下游成礦帶是我國石膏重要的成礦遠景區(qū)。
關鍵詞：石膏礦床；資源特征；礦床分類；找礦前景；應用方向；礦產勘查工程
創(chuàng)新點：(1)總結石膏礦床資源概況、礦床成因分類、關鍵領域應用等方面的綜述文章；(2)根據石膏礦床的成因及分布特征預測找礦遠景區(qū)域。
1 引言
石膏（CaSO4·2H2O）和硬石膏（CaSO4）是由封閉海水、瀉湖、鹽湖等鹽水經過蒸發(fā)而析出產生的（鄭希民，2019)。石膏是分布最廣的硫酸鹽礦物，常與方解石、白云石、硬石膏、鈣芒硝、石鹽等共生，同時也出現于某些熱液礦脈中，是一種重要的非金屬礦產資源。天然石膏及其制品具有質輕、快凝、阻燃、抗噪、抵御電磁輻射等諸多特質，因此在建筑和建材行業(yè)、輕工業(yè)、精密鑄造、化工行業(yè)、農業(yè)、醫(yī)學等眾多行業(yè)得到了廣泛的使用。此外，膏鹽巖可以作為蓋巖，在石油成藏中發(fā)揮重要作用（王文強等，2017；Liao etal.，2020）。
我國具有豐富的石膏資源，但是其分布不均，優(yōu)質資源有限。當前，我國已經成為了石膏的主要消費國，且在今后的發(fā)展過程中，伴隨著經濟的穩(wěn)步增長、基建和房地產業(yè)的快速發(fā)展，中國石膏產業(yè)將會有很大的發(fā)展空間（李奇林等，2022）。同時，國家關于工業(yè)副產石膏的綜合利用政策，也促使石膏資源的利用結構不斷調整。如果將工業(yè)副產石膏合理利用，不僅可以滿足對石膏的需求，而且也會避免由工業(yè)副產石膏帶來的環(huán)境污染問題。
但是，目前我國工業(yè)副產品石膏的資源化利用還存在一些問題，工業(yè)副產品石膏中含有多種雜質，含磷和氟化物對石膏性質的影響需要進一步研究（姜春志和董風芝，2016）。因此，對中國石膏資源的分布、成因、應用、開發(fā)利用情況進行深入研究，有利于為石膏資源的合理開發(fā)和高效利用提供科學依據。
2 石膏資源概述
2.1 世界資源稟賦
世界石膏資源豐富，分布廣泛，已經有 100 多個國家和地區(qū)勘探查明了石膏儲量，但缺乏較準確的統(tǒng)計數據。根據美國地質調查局（2022）的數據統(tǒng)計，截至 2022 年，中國儲量位居第一，為 150000 萬 t，占全球已知儲量的 41%，其次為美國 70000 萬 t，儲量較為豐富的還有巴西和加拿大，為 45000 萬 t（圖 1）。在產量方面，中國石膏 2013-2022 累計產量遠超其他國家，2016 年以前，中國石膏礦山產量較多，2016 年以后，相對減少（圖 2）。
2022 年全球石膏礦山產量為 15000 萬 t，其中美國產量位于全球第一，占全球產量 14%，產量超過 1000 萬 t 的國家有美國（2100 萬 t）、伊朗（1600 萬 t）、中國（1300 萬 t）、阿曼（1200 萬 t）以及西班牙（1100 萬 t）。從成礦時代來看，石膏礦床在世界各地廣泛分布，經歷了許多地質時期，幾乎自元古代以來各個時期都有石膏礦床形成，但成礦時代主要集中于志留紀、泥盆紀、二疊和三疊紀以及第三紀（Charola et al.，2007）。目前，澳大利亞馬德烏斯盆地分布著全球儲量最大的前寒武紀石膏礦床，其沉積厚度可達 260 米（來瑞娟，2020）。
2.2 中國資源稟賦
我國石膏資源豐富，截止 2019 年，石膏查明資源儲量為 825.1 億 t，根據自然資源部2022 的數據統(tǒng)計，截至 2022 年，我國石膏保有儲量為 17.58 億 t，安徽保有儲量位居第一，達到 3.59 億 t，占全國總資源保有儲量的 20.4%，其次為山東（14.6%），四川（10.3%），云南（9.4%），湖北（8.9%）。其中華東地區(qū)石膏保有儲量最高，占全國的 35.38%，東北地區(qū)石膏資源較缺乏，僅有 1.53%（表 1）。
中國石膏礦床類型豐富，且遍及各地。我國石膏分布于 23 個省、市、自治區(qū)（YaoruLu et al.，1997）。將我國的石膏礦床劃分了特大型、大型、中型和小型四類，是依據《礦產資源儲量規(guī)模劃分標準》根據礦床資源儲量進行劃分的，大于 3000 萬噸為大型，1000-3000 萬噸為中型，1000 萬噸以下為小型，3-5 個大型為特大型。截至 2021 年，我國發(fā)現石膏礦床（點）900 余處（表 1，圖 3），其中特大型 35 處，主要分布在山東、湖北，大型 217處，中型 173 處、小型 537 處，主要分布在山東、湖南、湖北、四川、寧夏等地。山東石膏礦床分布數量最多，礦床數量達 104 處。安徽石膏礦床中特大型和大型所占比例較大，中小型石膏礦床數量較少。山東棗莊地區(qū)、內蒙古鄂托克旗地區(qū)、湖北應城地區(qū)、江蘇南京地區(qū)、山東大汶口地區(qū)和山西太原地區(qū)，是我國重要的石膏礦床分布區(qū)。
3 石膏礦床類型及典型礦床
盧志誠（1983）針對國內石膏礦床的成因特征，將其劃分為熱液型、蒸發(fā)型、后生沉積型和機械沉積型。根據《石膏、天青石、硅藻土礦產地質勘查規(guī)范》，中國石膏礦床可以分為沉積型、后生型和熱液交代型三類，其中以沉積型礦床為主。本文采用后者的分類方式進行討論。根據已有的數據統(tǒng)計（表 2、圖 4），我國石膏礦床類型以沉積型為主，分布廣泛，在已統(tǒng)計的每個省份都有分布，其占比達 89.5%，后生型和熱液型總占比約 10.5%，且分布范圍小。
3.1 沉積型石膏、硬石膏礦床
石膏礦床主要分布在沉積巖系中，與鹽類礦床共生，常見于干旱和半干旱地區(qū)的蒸發(fā)巖序列中。含石膏蒸發(fā)巖的起源模型分為兩大類(Liu et al., 2018)：“潮上薩布哈”和“水下濃縮沉淀”兩種模式（圖 5）。控制蒸發(fā)巖形成及特征的三大主要因素為：氣候、物源和構造（Warren，2010；劉成林等，2015）。因此，產生石膏沉淀需要具備以下條件：
一是穩(wěn)定的沉積環(huán)境：將新元古代以來的全球板塊構造旋回與蒸發(fā)巖的沉積量進行對比，顯生宙以來經歷了造山、板塊拼合和早期陸緣裂解等過程，并在此過程中產生了相當數量的蒸發(fā)巖（文華國等，2021）。巨型蒸發(fā)礦床的形成通常發(fā)生在構造周期的開始或結束（Gong，2016）；幾乎所有的大型蒸發(fā)巖礦床都沉淀在封閉或半封閉的盆地中（Warren，2010）；被動大陸邊緣穩(wěn)定的構造環(huán)境為蒸發(fā)巖的形成提供了長期穩(wěn)定的條件和充足的空間（Fenquan Xie et al，2021）；
二是干燥炎熱的氣候條件：古氣候條件在蒸發(fā)巖的形成中發(fā)揮了關鍵作用（Liu et al.，2010，2015，2016），蒸發(fā)巖通常沉積在干旱氣候條件下，含溶質水的凈流入蒸發(fā)率高（Keskin et al.，2017；Yin & Li，2022），持續(xù)的氣候干旱，有利于鹽湖發(fā)育和鹵水的持續(xù)蒸發(fā)和濃縮；
三是豐富的物質來源：海水、陸源物質、火山作用或巖漿作用、天然熱水溶液（涉及高溫，豐富的熱流和沸騰的泉水）和深部鹵水是蒸發(fā)巖形成的重要物質來源（Wang et al.，2013）。通過地幔上升流和能量積累，裂谷過程和相關的火山活動可能通過來自上地幔和深部地殼的熱液和鹽水流體的出現產生豐富的物質來源（Xie et al.，2019）。
沉積型石膏、硬石膏礦床是我國最主要的礦床類型，現有的最具工業(yè)意義的石膏礦床都屬于沉積型礦床。這類礦床在我國時空分布廣，礦體厚度大，礦石質量好，多分布在現代或古代的低緯度地區(qū)。早中寒武世，中奧陶世，早石炭世，早中三疊世，早中三疊世，白堊紀-早第三世構成了重要的石膏礦床—沉積類型礦床（化志新，2018），其成礦特征及空間展布特征顯著。根據沉積環(huán)境的不同，沉積型石膏、硬石膏礦床可以劃分為：海相沉積石膏礦床和湖相沉積石膏礦床。海相沉積型礦床多發(fā)生在早、中三疊世之前，而從侏羅紀至第四紀則以湖相沉積礦床為主。表 3 列舉了中國部分特大型、大型沉積石膏礦床的時空分布。
3.1.1 海相沉積型石膏礦床
海相沉積型石膏礦床常出現在瀉湖、海岸薩布哈、潮上帶、潮間帶和潮下帶，成礦物質除來源于海水外，還與島弧、海***山噴發(fā)產生的熱鹵水、生物死亡后產生的硫化氫、陸源物質的供應及古陸的位置等因素密切相關（陳國芳和謝飛躍，2007；劉棋勇，2014）。
一般在封閉的沉積盆地內，有礁或其它自然屏障與大洋隔開的局限海或瀉湖環(huán)境，海水蒸發(fā)后留下飽和鹽水，各種礦物質按其溶解度可從鹽水中依次析出沉淀：首先是碳酸鹽，其次是石膏（一種硫酸鈣），然后是石鹽（氯化鈉），最后是帶苦味的鎂鹽渣和鉀鹽渣（圖 6）。
我國海相石膏礦主要產于中、下三疊世、下石炭世、中奧陶世和下寒武世（鄭濤，2013）。三疊系海積石膏礦床是最年輕的，其沉積、成巖、后生變化等過程的地質特征保存得相對完好一些（陶維屏，1983）。華北中奧陶統(tǒng)為一套海相碳酸鹽巖沉積，石膏礦床廣泛分布于華北中部地區(qū)，它們遍及山西和河北的中南部、山東西部、陜西東部及河南北端（薛平，1985）。東北地區(qū)的石膏主要賦存于下寒武統(tǒng)，主要分布于遼寧東部和吉林南部，中分別產于吉林的東熱、灣溝、下四平-渾江、撫松地區(qū)和遼寧的遼陽-本溪地區(qū)（鄭濤和文燦國，2013）。西北祁連山地區(qū)的石膏賦存于下石炭統(tǒng)，集中于西段疏勒南山城墻溝組上部及東段天祝、景泰一帶下石炭統(tǒng)前黑山組（甘肅地質，1987）。由于洋殼進行擴張和板塊的移動，早石炭世早期古特提斯海水經塔里木板塊將祁連的邊緣活動帶淹沒，這一過程在祁連的邊緣活動帶造成了膏鹽坪的形成（關紹曾等，1996）。長江流域主要賦存于下、中三疊統(tǒng)（薛武，1986），該地區(qū)三疊系的石膏資源極為豐富，且分布范圍極為廣闊，由西而東，即川東，鄂，湘西北部，皖南，蘇南（白壽昌，1984）。川東地區(qū)，系指華瑩山及其以東四川盆地東部的范圍，是我國南方膏鹽礦的重要產區(qū)（徐興國和熊昌銓，1987）。從寒武紀到三疊紀石膏礦床的分布位置自北向南推移，分布面積也越來越廣。海相沉積型石膏礦床主要產地有四川渠縣、江蘇南京、山西太原、甘肅天祝、遼寧遼陽、陜西西鄉(xiāng)等地。
3.1.2 湖相沉積型石膏礦床
地史上陸相蒸發(fā)巖的形成環(huán)境與第四紀陸相蒸發(fā)巖環(huán)境類似，主要形成于水文地理條件相對封閉（一般是內流環(huán)境）的山間盆地及沙漠邊緣地區(qū)，盆地海拔一般高于海平面。
全球大型陸相蒸發(fā)巖大多形成于始新世到更新世時期，新近紀冰期環(huán)境下雨季和旱季交替為大型陸相蒸發(fā)巖的形成創(chuàng)造了有利條件。
陸相蒸發(fā)環(huán)境包括陸內薩布哈與湖泊。成巖鹵水來源復雜，有殘留海水、大氣降水、河流匯入、深源補給等（Warren，2016）。物質來源有大陸風化產物、深部來源及局部短暫海水，古構造為盆內次級斷塊分隔及多級盆地組成，古氣候多為半干旱、間有短暫潮濕。
湖相沉積過程中，斷裂起重要的溝通和補給作用，斷裂構造的活動及其發(fā)展決定含膏盆地的發(fā)生、發(fā)展和石膏的形成。北北東向的郯廬、銀昆和大興安嶺-太行山-雪峰斷裂是控制成膏斷陷湖盆形成的主要原因。這三條斷裂帶與次級斷裂交匯形成的陸內裂谷對我國東部地區(qū)白堊-古近紀鹽沉積起著重要的作用。在郯廬斷裂以西，有大汶口、棗莊、定遠、衡陽等含膏盆地；銀昆斷裂帶有杭錦、同心、大邑、紅河等含膏盆地；大興安嶺-太行山-雪峰斷裂斷層帶內有三門峽、泌陽、棗陽、余慶、黃平等含膏盆地（化志新，2018）。
我國湖相沉積石膏礦床賦存于三疊系下、中統(tǒng)、白堊系和古近系（葉立鑫，1980），以大、中型為主。湖相沉積石膏礦床明顯受到層位的控制，以白堊-老第三系地層中賦存的石膏最具有工業(yè)意義，其分布范圍幾乎遍及全國，較為集中的是我國東部地區(qū)和西北地區(qū)（薛武，1986）。山東大汶口盆地的石膏礦床是早第三世石膏礦床的一個重要賦存區(qū)（王艷婷等，2014），盆地內石膏分布面積約 204km2，蘊藏著豐富的石膏礦產資源，其經濟價值為 667.42 億 t，資源儲量位居全國首位（秦守萍等，2008）。寧夏地區(qū)晚漸新世清水營組產出的湖相沉積石膏，發(fā)育于寧夏中南部的同心-海原成礦區(qū)（含賀家口子、泥溝等大型礦床）和寧夏以東的鹽池成礦區(qū)（含侯家河、陳家圈、石記場等大型礦床）（馬智強，2000）。
3.1.3 典型礦床
（1）東京陵石膏礦床
東京陵石膏礦為遼寧省遼寧市的燈塔市羅大臺鎮(zhèn)及遼陽市太子河區(qū)東陵鎮(zhèn)所轄（裴永萬，2010），西南方向距遼陽市 7km（直距），東北方向距燈塔市 13km（直距），本區(qū)的大地構造位置屬中朝準地臺(Ⅰ)、膠遼臺隆(Ⅱ)、太子河-渾江臺陷(Ⅲ)、遼寧-本溪凹陷(Ⅳ)（宋春振，2009）。該礦區(qū)下寒武統(tǒng)饅頭組和堿廠組上部為含礦帶，儲量較大，具有較好的品位，預測出的內蘊經濟資源量(333)為 10651 萬 t。礦區(qū)共為五個膏組(層)，其中Ⅱ、Ⅲ膏組因不符合工業(yè)指標要求而不具意義，I 膏組和Ⅳ膏組都賦存于饅頭組白云質泥巖下，Ⅴ膏組賦存于堿廠組上部（吳贇，2019），Ⅳ膏組共有三層礦達到可采標準，Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ膏組介紹如下（表 4）。震旦紀以來本區(qū)長期沉降，堿廠期末，濱海瀉湖海水漸趨濃縮，鹽類濃度增高，分異并沉積了部分石膏、硬石膏，是該區(qū)下寒武紀最早的蒸發(fā)巖段（裴永萬和蘆杰，2007）。在饅頭期，基底升降運動強烈，氣候炎熱，蒸發(fā)量較大，沉積了陸源紅層為代表的海退式沉積序列。幾乎所有的石膏層都被白云石-石膏或磚紅色白云質泥巖巖性序列所控制（宋春振，2009）。礦石的原生結構為纖維狀結構和隱晶結構，均勻狀構造。次生結構則有鱗片、粒狀、斑狀變晶結構，以及纖維粒狀變晶結構等，角礫狀構造，局部見混合型構造（吳贇，2019）。
（2）山東大汶口盆地石膏礦床
山東大汶口盆地是該時期第三紀早期著名的湖相蒸發(fā)巖沉積盆地，也是山東地區(qū)西部最大的沉積賦礦盆地（朱忠德，1988）。大汶口盆地向東有汶東凹陷、蒙陰凹陷、泰萊凹陷與之相連通（圖 7）。盆地擁有大量的蒸發(fā)巖型礦物，如石膏、鉀鹽和自然硫等（謝麗麗等，2023）。目前，已探明石膏資源量達 151億 t，鉀鹽 900萬噸（王自具等，2003；朱猛，2015；石厚禮，2016）。在大汶口盆地中，石膏礦層主要賦存于古近系官莊群大汶口組中段中，該地層為一套河湖相碎屑巖-化學巖-碎屑巖沉積（郝瑞娥，2023），在膏鹽相區(qū)中發(fā)育，總體上呈橢圓形，從東到東南較為開闊，面積約 204km2，占盆地總面積的 64%（王自具等，2003）。巖性為石膏夾泥灰?guī)r、泥巖、頁巖。礦石礦物主要為石膏、硬石膏，脈石礦物主要為方解石、黏土質礦物，極少量的石英及微量黃鐵礦等（郝瑞娥等，2023）。
3.2 后生型石膏、硬石膏礦床
后生型石膏、硬石膏礦床是因原生礦體被溶解或隨石灰?guī)r的次生改變之后，運移、沉積、充填于含礦巖層的裂隙或洞穴中形成（呂憲河，2011），主要分布于我國廣西、湖北、云南、湖南、貴州等地。按其充填形式可以分為層間裂隙、斜交層理和洞穴充填。
3.2.1 層間裂隙充填型
層間裂隙充填型石膏礦床的形成與地層中的裂隙發(fā)育程度密切相關。在沉積作用和構造作用的共同影響下，石灰?guī)r等含鈣巖石層內會發(fā)育出一系列不同方向和規(guī)模的裂隙。這些裂隙使得富含硫酸鹽的流體能夠在巖層間遷移(Machel H G, 1985)。當這些流體遇到還原條件或其他化學成分發(fā)生反應時，便會析出石膏等礦物，逐漸充填在這些裂隙中。
層間裂隙充填型石膏礦床在地質特征上表現為與巖層平行的礦體分布。礦體一般呈薄層狀、透鏡狀或不規(guī)則狀,石膏形態(tài)從粗大的板狀、柱狀晶體到細小的針狀、纖維狀晶體。
石膏賦存層位為古近系，礦石類型為纖維石膏，礦物組合為纖維石膏、粘土礦物、石英等。
其中優(yōu)質纖維石膏主要分布在湖北應城、荊門，湖南衡陽，廣東興寧，廣西欽州等地，儲量較少，僅占全國天然石膏總量的百分之幾，層間裂隙充填石膏礦床以大、中型為主，如湖北應城云夢石膏礦。
3.2.2 斜交層理裂隙充填型
斜交層理裂隙充填型石膏礦床的形成與構造應力場的作用有著密切的關系。在地層受到不同方向的應力作用時，容易在巖石中形成斜交于層理的裂隙系統(tǒng)。這些裂隙系統(tǒng)使得礦化流體能夠在不同的地質層面上進行遷移和沉淀。當含硫酸鹽的礦化流體沿著這些斜交裂隙運移時，由于地層中的化學反應或者物理條件的變化，導致石膏等硫酸鹽礦物的沉淀。
這些礦物隨后充填在裂隙中，形成了斜交層理裂隙充填型的礦床。這類石膏礦體賦存于古近系地層中，礦床規(guī)模多為礦點，如貴州黃平舊州紅梅。
3.2.3 洞穴充填型
洞穴充填型石膏礦床的形成與巖溶作用密切相關。在石灰?guī)r地區(qū)，由于地下水的溶蝕作用，常常會在巖石中形成大小不一的洞穴。這些洞穴為礦化流體提供了存儲空間，并在特定的地質條件下，導致石膏等硫酸鹽礦物在洞穴中沉淀，從而形成洞穴充填型礦床(Kirkland D W, 1982)。
洞穴充填型石膏礦床通常表現為在洞穴內壁或底部沉積的礦物充填層(Galdenzi S &Maruoka T, 2003)。礦物層可能呈層狀、透鏡狀或不規(guī)則狀,礦床的規(guī)模通常較小，但由于洞穴內部空間的封閉性，礦物充填往往較為密集，礦床品位相對較高。石膏的形態(tài)有晶體簇、纖維狀、粉狀等。石膏賦存層位為寒武系上統(tǒng)，礦床規(guī)模多為礦點，如貴州綏陽雙河。
3.2.4 典型礦床
（1）云應盆地纖維石膏礦
云應盆地是白堊紀以來，受襄（樊）-廣（濟）斷裂帶活動形成的箕狀斷陷-斷拗盆地。纖維石膏層脈主要賦礦層位為古近紀始新世膏鹽組下含硬石膏巖段，分為上、下兩個含礦層。白色纖維石膏因次生水化作用而富集成層，并以薄層群賦存，單層厚度數厘米至十幾厘米，個別厚達 20 厘米。原生礦物為硬石膏和部分泥質石膏（朱德軍，1980）。云應地區(qū)同后生沉積纖維石膏層脈礦床的成因（圖 8）模式圖如下。纖維狀石膏呈乳白色，有時略帶淡紅，纖維結構，纖維近垂直裂隙壁。脈狀、網脈、放射狀、薄層狀、層狀構造。脈體的形成離不開物質基礎、成脈空間、熱液運移及充填沉淀結晶機制（方明等，2022）。
（2）貴州綏陽雙河洞石膏晶洞
貴州綏陽雙河洞探測長度為 257.4km，有 34 個洞口，是中國已探明的最長洞（羅書文等，2019）。石膏晶洞為雙河洞系的一支洞，石膏類洞穴次生化學沉積物分布于石膏晶洞內，呈現多種形態(tài)，在洞穴內分布極為廣泛，范圍較大，整體純凈透亮，極其罕見，也異于其他的地區(qū)的石膏洞，洞穴內不可觸摸易碎掉落。石膏晶洞位于皮硝洞內皮硝洞東南側的支洞，洞道相對密閉，溶洞中含有大量的石膏，由大量的淋濾次生形成，構成石膏體（張紹云等，2017），其中約 800 米長的洞頂和洞壁上覆有石膏層，石膏沉積類型多樣，如石膏、石筍、石鐘乳、石柱和石膏卷曲石等。該礦體主要主要在溶洞底部堆積層中富集，受溶洞底板所限，礦體厚度從 0-0.53 米不等，最厚可以達 3.45m，礦體延長 40~150m，寬度10~20m 不等。石膏礦石類型主要為致密狀、土狀，其次為皮殼狀，雪花狀和纖維狀的較為少見。
3.3 熱液交代型石膏、硬石膏礦床
熱液交代型石膏礦床主要由內生作用形成，是巖體中的硫化物和圍巖中的硫酸鹽發(fā)生熱液交代作用時，因為有熱水和天然降水的參與，故而形成晶質石膏及硬石膏(彭大明，1996)。物質來源于深部巖漿和鹵水，與內生金屬礦床緊密共生，在我國主要分布于長江中下游地區(qū)。石膏的分布受斷裂構造、含鈣質的圍巖和含有金屬硫化物的侵入體及其熱液等三個條件的綜合控制（圖 9）。根據賦存的位置可以將其分成與中性侵入巖和與中性噴出巖有關的石膏、硬石膏礦床。
3.3.1 與中性侵入巖有關的石膏、硬石膏礦床
礦床形成與深部巖漿侵入體有關，在巖漿侵入過程中，高溫的巖漿體可以提供大量的熱量和礦化元素。由于巖漿冷卻過程中會釋放出熱液流體，這些流體富含各種礦化元素，包括硫酸鹽。當這些熱液流體在地殼中上升、遷移和冷卻時，它們會與圍巖發(fā)生交代作用，導致硫酸鹽與圍巖中的鈣離子發(fā)生化學反應，形成石膏。由于侵入巖通常在較深的地殼層次形成，與之相關的石膏礦床可能會在深部裂隙充填形成，或者在侵入巖體的接觸帶附近形成。這些石膏礦床可能與其他類型的礦床，如斑巖型銅礦床、鉬礦床等共生。石膏賦存層位為三疊系下統(tǒng)燕山期中性巖漿侵入地層中，礦體沿接觸帶產出，礦體常呈透鏡狀（呂憲河等，2011）；礦床規(guī)模為中、小型，典型礦床有湖北鄂城程潮，湖北大冶金山店張敬簡。
3.3.2 與中性噴出巖有關的石膏、硬石膏礦床
礦床形成與火山活動有關，通常形成于島弧或其他構造環(huán)境下，中性噴出巖可能與地熱系統(tǒng)有關，這些地熱系統(tǒng)可以產生大量的熱液流體。這些流體可能沿著火山管道、裂隙或斷層上升，并在較淺的地殼層次與圍巖發(fā)生交代，形成石膏礦床。石膏賦存層位為燕山期初期（對應于侏羅紀地層）的中性噴出巖，礦床規(guī)模以小型為主，典型礦床有安徽馬鞍山市向山，安徽盧江羅河。
3.3.3 典型礦床
（1）鄂城程潮礦區(qū)
程潮礦區(qū)位于湖北省鄂州，處于丘陵地帶，山脊線與構造線方向基本一致，呈北西西-南東東方向延伸，地勢總體趨勢是東北高、西南低（鄧洋洋等，2019）。礦區(qū)巖漿活動極為強烈，以燕山期巖漿活動為主，嚴格受印支—燕山運動所形成的構造格局控制。其中活動時期以燕山晚期為主，燕山晚期巖漿活動又主要發(fā)生在凹陷帶中。程潮鐵礦及其外圍鐵礦床的形成與區(qū)域地層、構造及巖漿巖侵入作用有著十分密切關系。本區(qū)的硬石膏礦屬巖漿期后中低溫熱液充填交代類（黃麗梅等，2021）。礦體下盤圍巖為花崗巖，上盤近礦體圍巖為閃長巖。介于上、下盤圍巖是角巖和大理巖組成的變質巖帶。鄂州市石膏礦主要與程潮鐵礦伴生，現已探明硬石膏礦儲量為 3752 萬噸。區(qū)內主要礦產為硬石膏巖和鐵礦，均呈脈狀、透鏡體狀分布于花崗巖與大理巖接觸帶、花崗巖與角巖接觸帶、閃長巖與花崗巖接觸帶附近。礦區(qū)典型剖面如圖 10 所示（宋許根等，2018）
硬石膏礦主要發(fā)育于礦區(qū)的西段，已知的 13 個較大礦體中，又以 1 號、6 號、7 號、9號及 10 號等五個礦體規(guī)模較大，是共生硬石膏的主體（見表 6）。
4 石膏應用
4.1 主要用途
石膏是一種用途廣泛的工業(yè)材料和建筑材料。可用于水泥緩凝劑、石膏建筑制品、模型制作、醫(yī)用食品添加劑、硫酸生產、紙張?zhí)盍稀⒂推崽盍系取?/p>
石膏主要應用于建材行業(yè)，是制造水泥、混凝土等建筑材料的原料之一。石膏可用于生產建筑石膏，石膏板和砌塊(Jia et al.，2021；Sultana et al.，2022）。它具有能耗低、性價比高、耐火性好、隔熱隔音高效等優(yōu)點（Fantilli et al.，2021；Li et al.，2023），在適當的制備過程中可循環(huán)利用。石膏具有很低的導熱率和良好的膠結性，在水泥工業(yè)中作為緩凝劑和重要的水泥添加劑，有效地控制凝固時間，防止快速凝固，同時還可以改善強度和抗凍性。在化學工業(yè)中可以用來制作硫酸、硫酸銨化肥原料。
在醫(yī)學方面，石膏對體溫調節(jié)中樞和發(fā)汗中樞有一定的抑制作用，因此可以作為解熱藥用，徐富業(yè)教授（黃彬，2005）應用石膏治療外感高熱經驗擷要中就有使用石膏治療外感高熱的案例。石膏也具有鎮(zhèn)痙、抗?jié)B、抗過敏、抗炎的作用。因石膏具有良好的膠凝性，還常用于骨科治療的固定材料（楊輝，2022）。石膏及其制品的微孔結構和加熱脫水的特性，使得它具有良好的隔音、保溫、防火等特性。這在建筑和生物醫(yī)學用途中尤其廣泛，例如，作為絕緣板和骨植入物（Gao K，2021）。
在裝飾方面也用途廣泛，它具有防火、防潮、隔音、隔熱、抗老化、防蛀、防腐、輕質高強等性能，產品光亮潔白，包括高強、防潮、吸音、防輻射。防火又具有環(huán)保功能的石膏裝飾板、石膏線條、燈盤、門柱、門窗拱眉等裝飾制品。石膏在造紙、橡膠、油漆、塑料、紡織、化工工業(yè)中用作填料。在生活上用作制豆腐的添加劑，其它用做粉筆、雕塑、美術工藝品等。
在農業(yè)上，被用作肥料、脫鹽劑和土壤 pH校正劑。當用作土壤改良劑時，石膏和硬石膏可以產生有益的效果。它們降低含鹽土壤的鹽度，改善粘土的滲透性，并提供硫、鈣和催化支持，從而減少肥料的使用，最大限度地提高作物生產的經濟效益。在工業(yè)模具方面，石膏可以用作精密制造模具、金銀飾品及鋁合金模具，飛機、汽車、機床工業(yè)中高標準的模具和日用陶瓷模具、高級衛(wèi)生陶瓷模具（李逸晨，2019）。
加強石膏深加工工藝及其產品的應用能緩解我國石膏開發(fā)利用程度低的問題，石膏深加工產品有超高強石膏、石膏超細粉和硫酸鈣晶須等（韓躍新，1998）。超高強石膏材料主要應用于石膏陶瓷母模、精密鑄造、工藝美術品和玩具制造、永久建筑模板、裝飾板、隔離板以及塑料制品的吸塑模具等方面（李愛玲，2004；張凡凡等，2017；段慶奎等，2001）。
硫酸鈣晶須大規(guī)模應用到橡膠、塑料、催化劑以及耐磨材料中，顯著提高材料的抗張強度和彈性模量（牛小超等，2022），也能代替石棉（石棉毒性大）用于摩擦材料、建筑材料、密封材料、保溫材料等方面。石膏超細粉可作塑料和橡膠的填料，改善高聚物的機械強度、耐熱性及變形性，也可作為造紙的白色涂料，改善紙張質量。
4.2 工業(yè)副產石膏應用
對工業(yè)副產石膏綜合利用不僅可以節(jié)約用于填埋的土地資源，有效控制二次污染，也使資源得到了充分的利用。我國對于工業(yè)副產石膏利用研究起步較晚，且多為低端利用，低于國際上歐美、日本等地區(qū)的石膏利用率。對工業(yè)石膏資源利用化提供了更高的要求。
工業(yè)副產石膏包括脫硫石膏、磷石膏、鈦石膏、氟石膏、檸檬石膏等，其中脫硫石膏和磷石膏產量占工業(yè)副產石膏總產量的 80%以上。以下主要介紹磷石膏和脫硫石膏的應用。
磷石膏約占工業(yè)副產石膏總產量的 40%，是工業(yè)副產石膏回收處理的重點。2022 年我國磷石膏產量約為 75.1Mt，綜合利用量為 36Mt，綜合利用率為 47.9%，從 2010-2022 年我國磷石膏產量、利用情況及預測圖（圖 11）可以看出由于近年來我國相關產業(yè)和環(huán)保政策的影響下，綜合利用率有了一定的增長（李逸晨，2019）。Zhou et al（2020）進行了一項實驗研究，旨在僅使用磷石膏作為原料生產紙和無纖維石膏板。最終的石膏板具有高的本體密度和高的機械強度，有潛力成為一種具有良好防火性、成本效益、環(huán)保性的新型墻體材料。Mesic et al（2016）發(fā)現 PG 對土壤、水和植物具有有益的影響。Xiao et al（2022）針對如何從磷石膏中回收石膏進行了研究。結果表明，從磷石膏中可以得到純度為 99%的石膏，CaSO4·2H2O 的回收率達到 80%，白度為 37.05。該石膏可作為生產 α-半水高強石膏或β-半水建筑石膏的優(yōu)質原料。
根據 2010-2019 脫硫石膏產量和利用情況圖（圖 12），我們可以知道自從 2013 年以來我國脫硫石膏利用率一直在 75%以上，2018 年產量為 72Mt，利用量為 57.9Mt，利用率為近十年來最高的一年，為 80.5%，2019 年產量為 71.5Mt，利用量為 54.4Mt，利用率為76.1%。作為輔助材料或代替天然石膏，可廣泛用于混凝土、防水材料、水泥緩凝劑、墻體、膠凝材料、路基回填等（Sen Liu，2021；Pedreno-Rojas et al.，2020）。脫硫石膏與天然石膏在物理性質、化學性質和礦物組成方面都相近，脫硫石膏能夠代替天然石膏用作水泥緩凝劑，適宜摻量可提高水泥的抗壓、抗折強度（郭大江，2010）。脫硫石膏最重要的特性之一是其高純度。脫硫石膏的純度通常超過 90%天然石膏，雜質極少。這種高純度使得脫硫石膏非常適合用于各種制造工藝，例如水泥和墻板的生產（Maiti et al.，2023）。它可以用于農業(yè)和土壤，作為優(yōu)質硫和鈣資源的來源，有利于提高植物產量（Tao et al.，2019）和改善土壤鹽度（Wang et al.，2021）。利用煙氣脫硫石膏合成高附加值材料也是當前研究熱點之一。主要合成材料有 α-半水石膏二水合物、碳酸鈣、吸附材料和復合材料（Wang etal.，2019；Wang et al.，2020；Yang et al.，2019）。合成材料是實現煙氣脫硫石膏高值利用的有效途徑。但大多處于實驗室規(guī)模，工業(yè)化生產規(guī)模相對較小，因此無法實現脫硫石膏的大規(guī)模利用（Sen Liu，2021）。
5 石膏產業(yè)現狀及找礦利用前景
5.1 石膏產業(yè)現狀
2022年，中國石膏進口金額為5859.43萬美元，出口金額為3071.72萬美元。根據2016-2022 年海關總署石膏進出口相關數據圖（圖 13），中國石膏產業(yè)進口量大致呈上升趨勢，出口量大致呈下降趨勢，持續(xù)處于貿易逆差狀態(tài)，表明我國生產的石膏基本為國內所用。說明我國對石膏的需求量在增大，而且對外依存度也在增加，因此，要進一步加大找礦力度。
近幾年來，隨著石膏生產規(guī)模的不斷擴大，到 2020 年末，已有 47.8 億平方米的石膏板生產規(guī)模。另外，公司在石膏產業(yè)上的布局也在加快，石膏的生產項目也在陸續(xù)投產。貴州磷化集團開迪綠色建筑材料有限公司生產的無水石膏項目于 2021 年 6 月 29 號正式投產。年生產無水石膏 30 萬噸，年消耗 42 萬噸磷石膏。隨著石膏生產項目的增多，不僅會對天然石膏的需求量增加，也會促使工業(yè)副產石膏不斷提升利用率，但是工業(yè)石膏本身存在的問題暫時無法解決，因此更需要對天然石膏進行合理利用。
5.2 沉積型礦床找礦利用前景
沉積型石膏礦床在我國占比較大，也是最具工業(yè)價值的一類礦床，并且其他類型石膏礦床工業(yè)利用價值不大，所以，本文僅對沉積型石膏礦床進行找礦利用前景分析。沉積型石膏礦床形成條件主要有：(1)處于封閉、半封閉盆地中；(2)干旱、半干旱的氣候條件；(3)充足的物質來源。根據上述資源特征的基礎上預測中國石膏礦的找礦遠景。我國石膏礦床分布十分廣泛，海相沉積型石膏、硬石膏礦床主要分布于遼吉地區(qū)、華北地區(qū)、西北祁連山地區(qū)以及新疆、西藏、四川、云南、湖北、湖南、安徽、江蘇及貴州、陜西等省；湖相石膏、硬石膏礦床主要分布于東部地區(qū)和西北地區(qū)，分布于山東、內蒙古、河北等省區(qū)，受裂谷附近的斷陷盆地控制，產于古近系-新近系雜色碎屑巖含膏建造中（覃志安和李俊建，2005）。勘查工作已發(fā)現的特大型、大中型礦床主要位于祁連成礦帶、天山-北山成礦帶、西昆侖-阿爾金成礦帶、晉冀成礦區(qū)、上揚子東緣、西緣成礦帶、長江中下游成礦帶，主要分布于山東、湖北、安徽以及湖南。其中，大部分山東石膏礦產出于寒武紀、奧陶紀和古近紀，又以古近紀石膏礦石質量最好，古近紀的含膏盆地多被開發(fā)利用，主要礦物是石膏，少見硬石膏。山東地區(qū)侏羅紀—白堊紀為陸相干旱氣候，至始新世早期，干旱氣候加劇，成礦物質不斷沉淀。晚白堊世以來，魯西地區(qū)以斷塊隆起為主，兼有隆中有陷，形成一系列內陸斷陷盆地。盆地內部沉積構造作用下，形成次一級洼地，為礦床沉積提供良好條件。因此，從成礦時代、氣候、構造條件角度分析，在山東，古近紀的內陸斷陷盆地是尋找湖相沉積礦床的遠景區(qū)。
海相碳酸鹽巖型石膏礦床的生成嚴格地受控于地質構造（肖丙建等，2010）。中奧陶世時山西地區(qū)處于陸緣海環(huán)境，曾多次發(fā)生自北而南的海侵。當海水退卻時，西南部的潮上帶處于干燥炎熱環(huán)境，形成了薩勃哈相的石膏沉積（陳國芳和謝飛躍，2007）。山西省西南部中奧陶紀的構造凹陷地帶有利于石膏的尋找。在東北地區(qū)找礦中，凡下寒武統(tǒng)饅頭組與堿廠組地層發(fā)育,巖性以磚紅色白云質泥巖、紫紅色泥質白云巖、灰色含膏白云巖為主，斷裂與褶皺構造不發(fā)育，且埋深較深的地區(qū)具有石膏找礦前景（吳贇，2019）。我國華北和東北南部寒武紀海區(qū)具塊體大而相對穩(wěn)定的陸表淺海邊緣臺地特征。成膏盆地大地構造位置均處于中朝準地臺內部拗陷區(qū)，如遼東太子河復式向斜中的遼陽凹陷、本溪凹陷、大套峪凹陷、吉林渾江凹陷和柳海輝凹陷，以及具有成礦遠景的遼西凹陷和遼南凹陷（羅大有，1985）。華北一些地區(qū)早寒武世饅頭組中，以及與太子河區(qū)堿廠組相當的層位，如朱砂洞組（河南魯山、河南袁家莊）、猴家山組（蘇北徐州）中，也相繼發(fā)現了海相蒸發(fā)巖層，提供了尋找石膏的依據。長江中下游地區(qū)建南、利川、恩施、遠安、蒲圻、黃石、貴池、南京無為和常州等 9 個膏盆，皆發(fā)現含膏層位，其共同特點是埋藏較淺，而厚度較大，質量較佳。這些含膏盆地都是今后找礦的主要方向（白壽昌，1984）。湘中地區(qū)冷水江盆地、隆回盆地和雙峰盆地是有豐富儲量的石膏盆地（劉衛(wèi)紅等，1993）。
6 結論
(1) 我國石膏礦床（點）分布在山東、湖南、湖北、四川和寧夏等地。其中山東石膏礦床分布數量最多。2022 年石膏保有儲量為 17.58 億，其中安徽最多，山東、四川、云南和湖北儲量也比較豐富。按其區(qū)域，華東地區(qū)儲量最高，華北地區(qū)石膏資源較缺乏。世界石膏礦床主要分布在二疊紀和三疊紀地層中。中國儲量位居第一，美國、巴西和加拿大儲量豐富。2022 年全球石膏礦山產量豐富國家有美國、伊朗、中國、阿曼以及西班牙。
(2) 根據石膏礦床成因，可以把石膏、硬石膏礦床可以分為沉積型、后生型和熱液交代型，其中沉積型最為重要，可以分為海相沉積型石膏礦床和湖相沉積型石膏礦床。沉積型石膏礦床受到氣候、物源和構造決定。海相沉積礦床的形成年代為早、中三疊世及之前，從侏羅世至第四世多為湖相沉積礦床。
(3) 石膏應用廣泛，在建筑、醫(yī)學、裝飾、化工、農業(yè)和其他方面都有應用，還可以加工為超高強材料，用作石膏晶須，制備超細粉，對工業(yè)副產石膏的應用特別是磷石膏和煙氣脫硫石膏的應用也有利于緩解我國優(yōu)質石膏資源緊缺。
（4）特大型、大中型礦床主要分布于山東、湖北、安徽以及湖南，主要位于祁連成礦帶、天山-北山成礦帶、西昆侖-阿爾金成礦帶、晉冀成礦區(qū)、上揚子東緣、西緣成礦帶、長江中下游成礦帶。古近紀的內陸斷陷盆地是尋找山東地區(qū)湖相沉積礦床的遠景區(qū)。
轉載：中建研石膏產業(yè)分會
