永定洪山飾面花崗巖資源評價及開發(fā)利用探討

曾獻群

(龍巖市大地礦業(yè)發(fā)展服務有限公司，龍巖，364000)

早白堊世侵入的堿長花崗巖(洪山超單元)，構造簡單、成材率高?；◢弾r中含大量的鉀長石，因此巖石呈肉紅色，生產加工的石材被命名為G696“永定紅”，又叫“嘉士紅”、“東方紅”，其顏色鮮艷、花色穩(wěn)定、質地堅硬，制作成的板面均勻清晰，適用于各種場所的裝飾裝修，產品熱銷國內及韓國、中東、日本、泰國、歐美等國外市場。已成為華東地區(qū)優(yōu)質的飾面石材基地。

1 礦區(qū)概述

礦區(qū)位于閩粵邊界的永定縣西部，東部為汀江(棉花灘龍湖水庫)，西南部為廣東梅州松源，北部為上杭縣下都鎮(zhèn)。汀江河將其割離成相對獨立的小單元，區(qū)內人口不多，地質環(huán)境敏感性較弱。礦區(qū)屬中低山地貌類型，地形切割較強烈，溝谷縱橫，地形總體呈中部高、東西兩側低。海拔最高為+1 025 m，最低為+175 m，相對高差850 m，地形坡度一般15°～25°，局部達30°～35°，呈陡崖狀。地表無較大規(guī)模水系，多條小溪流呈樹枝狀由西往東匯入汀江河龍湖水庫。

2 礦區(qū)地質特征

該礦區(qū)位于閩南坳陷胡坊—永定隆起帶南端西南緣，上杭—云霄深大斷裂西南側，受北西向深大斷裂控制。礦區(qū)東西兩側外圍主要為震旦紀—晚泥盆世變質巖、石炭紀—二疊紀砂巖、泥巖等。總體走向為北東，傾向為北西，受北西向構造控制，呈北西向條帶狀分布；中部為中生代早侏羅世和早白堊世二期侵入的酸性巖漿巖，形成“地壘”式構造特征，地層時代相差久遠(圖1)。

圖1 永定洪山飾面花崗巖礦區(qū)地質資源分布圖及剖面圖Fig.1 The geological and resource distribution map of Hongshan facing granite deposit in Yongding county

礦區(qū)東部外圍構造較發(fā)育，礦區(qū)內構造較簡單，主要見2條北西向和1條近東西向的構造，早侏羅世和早白堊世2期酸性巖漿巖沿北西向構造侵入。

3 礦體特征

礦區(qū)飾面花崗巖礦體主要為早白堊世(燕山晚期)侵入巖，屬過鋁偏堿性深成巖體，受北西向構造控制，呈橢圓狀展布，分布面積約50 km2。以洪山巖體為代表建立的洪山超單元劃分為羅在下(K1Lz)、大山里(K1Ds)、彭古田(K1Pg)和補充期王壽山(K1W)共4個單元， Rb-Sr等時線年齡值為99 Ma，劃屬早白堊世[1]。巖體侵入于早侏羅世峰市超單元(燕山早期)巖體中，二期巖體接觸界線較平直，各期次呈脈動接觸，外接觸帶蝕變不強，內接觸帶含不規(guī)則狀的圍巖捕虜體，各單元的分界呈漸變過渡關系，無明顯界線。礦區(qū)石材顏色鮮艷，花色穩(wěn)定，質地堅硬,構造簡單，成材率高，為優(yōu)質的飾面石材。

東南部為早侏羅世侵入巖，為淺灰、灰白色，含斑或似斑狀中?；◢徑Y構。因成色和材質較差，不宜作飾面石材用。西部系老地層，北部為上杭轄區(qū)，系同一巖體。

3.1 巖性特征

礦區(qū)中部巖體為彭古田和王壽山單元，東西兩側為大山里單元，巖性以淺肉紅色中粗?；◢弾r為主。其中，王壽山單元含黑云母稍多，邊緣相為細粒黑云母花崗巖；彭古田單元含鉀長石稍多，局部為鉀長花崗巖；大山里單元斑晶粒徑較粗，以含斑中粗粒花崗巖為主。3個巖石單元礦石呈中粒-中粗?；◢徑Y構，晶洞構造，斑晶粒徑1～4 mm，含量8%～15%，基質粒徑約0.5～1 mm。晶洞分布極不均勻，含量一般在2%～4%，多分布于后期脈巖或色線發(fā)育地帶，晶洞大小不一，小者直徑2～3 cm，大者為20 cm以上。其內往往被石英晶簇充填，礦物成分中鉀長石含量39%～57%，斜長石含量15%～27%，石英含量25%～30%，黑云母含量3%～6%。

何家寨、黑云寨和王壽山礦段采場中均見圍巖捕虜體，總體呈淺灰綠色，礦物成分復雜，呈串珠狀鑲嵌于近地表半風化花崗巖中。捕虜體呈不規(guī)則的橢圓狀，長軸2～5 m，短軸1～1.5 m，系邊緣相侵入巖的典型特征(照片1)。

現(xiàn)有采場中巖體大多為彭古田和王壽山單元，產品以肉紅色“中花”石材為主，占70%以上，少量屬“粗花”和“細花” 石材。

照片1 洪山飾面花崗巖圍巖捕虜體Photo.1 The surrounding rock xenoliths of Hongshan facing granite

3.2 礦體形態(tài)及規(guī)模

該區(qū)飾面石材礦體即為洪山超單元中新鮮的堿長花崗巖體，規(guī)模巨大，分布范圍大，呈巖基狀產出。礦區(qū)構造較簡單，構造裂隙不甚發(fā)育，以球形風化為典型特征。礦體頂板形態(tài)隨地形起伏變化，頂部為覆蓋殘坡積層和強風化層，山頂及山脊的覆蓋層厚度較薄，一般為5～8 m，局部地區(qū)基巖裸露；山腳及緩坡地帶一般為10～20 m，局部超過25 m，由花崗巖強風化產生的含礫砂質粘土組成。覆蓋層下部為半風化-微風化花崗巖，也是裂隙密集發(fā)育帶，基本保留了原巖的結構，厚度較穩(wěn)定，一般為15～20 m。由于長石類礦物風化后強度極大降低，影響石材質量，礦山開采時隨覆蓋層一并剝離，剝離層總厚度一般為35～45 m，風化層下即為飾面石材礦體，見礦區(qū)典型剖面圖(圖2)。

圖2 永定洪山飾面花崗巖礦區(qū)典型剖面圖Fig.2 The typical section map of Hongshan facing granite deposit in Yongding county

3.3 巖石裂隙特征

巖石裂隙的性質、規(guī)模及密度直接影響到飾面花崗巖的荒料率和成材率。受構造活動及風化作用共同影響，巖體內主要發(fā)育風化裂隙和構造裂隙2類。裂隙的發(fā)育深度一般30～40 m，深部巖體風化裂隙不發(fā)育，屬典型的球形風化類型，裂隙發(fā)育程度總體較弱。

風化裂隙：近地表巖石的風化裂隙極為發(fā)育，主要為巖體表層風化剝蝕、卸載回彈形成的卸荷裂隙。特點是裂隙面大致和風化剝蝕界面平行，產狀較緩，傾角一般小于35°，裂面不平直，其密度由地表往深部迅速降低。裂隙發(fā)育帶深淺不一，一般為15～20 m。巖石往往被切割成碎塊狀、碎裂狀，荒料率和成材率低。

構造裂隙：受區(qū)域構造影響，構造裂隙主要發(fā)育有走向近南北和近東西2組，產狀分別為走向350°～5°，傾角60°～70°和走向40°～60°，傾角70°～80°，空間上呈“X”型展布。該裂隙傾角較陡，裂隙面平直、閉合，寬度一般小于2 cm，發(fā)育深度一般30～50 m，密度總體較稀疏，裂隙間距一般2.0～10.0 m，僅在構造帶附近較密集，往往成束出現(xiàn)。

3.4 礦石質量

3.4.1 礦石的色線和色斑

礦石中少見色線(帶)和色斑(塊)，但于構造裂隙密集帶往往成群成束出現(xiàn)，每米可見2～3條，產狀與構造裂隙基本相同。按顏色分類成淺色、深色2類，淺色的色線由酸性斑巖、石英脈構成；深色為基性巖脈、捕虜體構成。一般長2～10 m，寬0.5～20 cm。野外少見硫化物侵染體，構造帶附近偶見黃鐵礦細脈，長3.0～5.0 m，寬0.5～2.0 cm，色線、色斑的出現(xiàn)既影響礦體的荒料率又降低了石板材品質。

3.4.2 荒料率

荒料率取決于節(jié)理裂隙發(fā)育程度，是評價飾面石材成材性能的重要指標，決定了礦山的開采價值。該礦區(qū)巖體以球形風化為典型特征，節(jié)理裂隙發(fā)育程度總體較弱，近地表巖石的節(jié)理裂隙成束出現(xiàn)，以風化裂隙為主，巖石較破碎，往深度裂隙發(fā)育程度由強變弱。采場調查統(tǒng)計表明，開采深度0～20 m為殘坡積及強風化層；20～40 m為節(jié)理裂隙發(fā)育帶，荒料率低于8%，不可采；40～60 m荒料率10%～15%；60～80 m荒料率15%～20%；80～100 m荒料率20%～25%；大于100 m荒料率為30%以上。目前礦山的開采深度多為50～80 m，荒料率為15%～20%，平均為17%。隨著開采深度的深入，荒料率將逐步提高。

3.4.3 礦石的物理力學性能

不同單元礦石的物理力學性能變化不大，各項指標分別為：孔隙率2.11%～2.58%，平均2.17%；吸水率0.28%～0.54%，平均0.46%；干燥抗壓強度96.60～191.70 MPa，平均126.54 MPa；干燥抗折強度10.40～13.68 MPa，平均12.42 MPa；干燥抗拉強度6.33～8.78 MPa，平均7.53 MPa；光澤度91～95，平均92.9；硬度91.0～96.5，平均93.03；磨耗量0.72～0.95 g/cm2，平均0.82 g/cm2。不同單元礦石的物理力學性能的各項指標能夠滿足飾面石材質量要求，但近地表巖石中的長石類礦物風化后，抗壓、抗折和抗拉強度極大降低，影響石材質量。

3.4.4 放射性濃度

各采場工作面的放射性照射量率(伽馬)普遍較低，一般為34～40 γ，單點最高可達到46 γ，未發(fā)現(xiàn)伽馬異?；蚱邎觥７派湫院怂乇然疃葴y試結果：鐳(Ra-226)34.96 Bq/kg，釷(Th-232)80.31 Bq/kg，鉀(K-40)1 073.46 Bq/kg，內照射指數(shù)(Ira)為0.17，外照射指數(shù)(Ir)為0.66。鐳當量濃度CeRa和CRa達到了國標A類裝飾材料要求，產銷與使用范圍不受限制。

3.5 礦石的加工性能

將礦體中裂隙發(fā)育的廢石剔除后切割成各種規(guī)格的荒料，送至當?shù)丶庸S切割成厚2.5～4.0 cm的毛坯料，經(jīng)打磨、拋光后即為飾面板材，板材率可達25～35 m2/m3。多年生產經(jīng)驗表明該礦石致密堅硬、磨耗量小、花色均勻穩(wěn)定，工藝流程簡單，加工成本較低，礦石加工技術性能較好。

3.6 板材加工的尾渣(石粉)化學成分

飾面石材打磨、拋光過程中有大量的石粉產生，石粉呈細粒粉末狀，一部分被風機鼓動后隨風飛揚，大部分隨冷卻水流出，使溪流呈乳白色，并呈固體狀沉淀于河床中，是飾面石材加工過程中主要的環(huán)境問題之一。

石粉化學成分測試成果表明SiO2為68.31%～71.03%、Al2O3為14.25%～16.68%、(K2O+ Na2O)為7.27%～8.91%，具有一定的再利用價值。

4 開發(fā)利用現(xiàn)狀

礦區(qū)已設置采礦權25個，采場60個，均采用露天臺階式開采，由于石材礦體埋藏較深，覆蓋層按合理邊坡角放坡剝離至新鮮基巖面后，以坑采方式開采深部礦體，形成3個或4個近直立的深坑。采坑底面積為0.2×104～0.4×104m2，坑深為50～80 m。2013年開采荒料量約32×104m3，生產面石材毛坯料約800×104m2，實現(xiàn)礦業(yè)產值約4.0億元。

礦山采用電鋸切割法開采荒料，首先對新鮮花崗巖礦體進行場地整平，在平整的采場內敷設間距0.75 m的平行軌道；在軌道上安裝圓盤板材切割機進行交替切割，切割深度為1.25 m，寬度為0.75 m；完成切割后，在礦體底部鑿一排小眼，打入鐵楔，把毛坯料從巖體中分離出來；再根據(jù)毛坯料規(guī)格要求及節(jié)理裂隙的情況進行裁切，一般裁切長度為2.0 m、2.5 m或4.0 m，荒料塊度一般為1.9 m3、2.3 m3和3.8 m3(圖3)。該采礦方法鋸縫小、廢料少，極大提高資源利用率，減少油料燃燒和荒料排放帶來的環(huán)境污染，系目前國內外最為先進的采礦方法之一。

由于礦體埋藏較深，開采時將產生大量的廢土、棄渣，同時還產生大量的小塊料，多數(shù)礦山就地排放，對生態(tài)環(huán)境造成一定破壞。

圖3 洪山飾面石材礦山開采方法示意圖 Fig.3 The sketch map of mining metheod of Hongshan facing granite deposit in Yongding county

5 礦區(qū)資源量估算

根據(jù)礦區(qū)地形(地貌)、礦體貯存形態(tài)及規(guī)模，結合當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，洪山圩至下逕地形低洼處小溪流兩側村莊、人口密集，同時規(guī)劃建設省際公路，故規(guī)劃道路兩側各500 m作為禁采區(qū)，不估算資源量。規(guī)劃道路將礦區(qū)劃分為南、北2個區(qū)塊，南部王壽山已列為國家級森林自然保護區(qū)，暫不能開采。故劃分何家寨(北部)、黑云寨(西南部)、王壽山(東南部)和大山里(南部)共4個礦段以洪山超單元堿長花崗巖作為資源量估算對象。以最低侵蝕基準面作為最低估算標高，即+200 m水平以上，地表剝離總厚度按40 m計算，以A剖面線為中心，按北西向1.0 km間距圖切剖面8條，采用平行斷面法估算資源量(表1)。

估算全礦區(qū)飾面花崗巖資源量92.41×109m3，開采動用0.038 6×109m3，扣除暫不能開發(fā)利用的王壽山礦段，實際保有資源量46.84×109m3，荒料率按20%計算，可生產荒料約9.0×109m3左右，達到大型-特大型規(guī)模。

剝離厚度平均按40.0 m計算，扣除暫不能開發(fā)利用的王壽山礦段后，剝離總量為11.97×10-9m3，剝采比為0.255∶1，適宜露天開采。

表1 永定縣洪山飾面花崗巖礦區(qū)資源量估算

6 開發(fā)利用探討

(1)礦山目前開采規(guī)模普遍較小，造成“多、小、散、亂”的開采格局。應開展資源勘查，在查明資源狀況的基礎上，科學、合理地編制礦區(qū)開采規(guī)劃，實現(xiàn)“統(tǒng)一規(guī)劃、科學設計、規(guī)模開采”。

(2)礦山開采必然產生大量的廢土、棄渣，須選擇合理地段建設排土場，科學、規(guī)范堆土、排渣。渣(土)場坡面進行綠化，并于前緣修筑擋土墻和沉淀池，防止山洪夾帶大量泥、沙直接排入汀江。制定嚴格的生態(tài)環(huán)境保護措施，規(guī)范開采行為，實現(xiàn)“紅色礦山、綠色開采”。

(3)礦石裁切時將產生大量的小塊料，材質與石材礦體基本相同。應拓寬資源利用渠道，推廣小塊料開發(fā)應用工藝，如加工成觀賞石雕、石柱等石材工藝品。廢棄石料加工成片石、碎石等建筑用石料，高效利用礦產資源。

(4)礦體及其頂、底板均屬穩(wěn)固類巖體，裂隙不發(fā)育。開采技術條件宜于空場采礦法采準、切割等礦房的設計與布置?？蛇M行地下開采試點，以減少地表剝離，減輕礦山開采對生態(tài)環(huán)境的破壞。

(5)板材加工過程中將產生大量的石粉，污染大氣和水體，應設立板材集中加工區(qū)，將分散設立的加工廠集中于區(qū)內，改進板材加工工藝。加工區(qū)下游建設沉淀池，將沉淀后的石粉采取技術措施，分別提取SiO2、Al2O3和(K2O+ Na2O)等有用成分作為工業(yè)原料，變廢為寶，減少廢物排放，有效保護環(huán)境。

1 地礦部福建地質礦產勘查開發(fā)局.福建省地質圖1∶50萬說明書.福州：福建省地質出版社，1998.