廣東博羅石陂坑礦區(qū)夾石成因及綜合利用分析

李昌良

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三八隊(duì)）

片麻巖是由巖漿巖或沉積巖經(jīng)深變質(zhì)作用而成的巖石［1］，以志留紀(jì)的片麻巖為主，在廣東省博羅地區(qū)中部大范圍出露。片麻巖普遍抗壓強(qiáng)度高，質(zhì)地堅(jiān)硬，吸水率低，是建房、筑路、造橋等工程建設(shè)的基礎(chǔ)材料。石陂坑礦區(qū)的微—未風(fēng)化層片麻巖是良好的建筑用石料的原巖，但片麻巖礦體中發(fā)育有一夾石層，本文對(duì)片麻巖礦夾石的形成原因進(jìn)行分析，并對(duì)夾石的綜合利用方向進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

根據(jù)1∶20 萬(wàn)廣東省惠州市地質(zhì)圖地質(zhì)資料［2］，博羅縣石陂坑礦區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造處于北東向河源深大斷裂南西段北側(cè)。

1.1 地 層

區(qū)內(nèi)出露的地層主要有震旦系大紺山組（Zd）、白堊系丹霞組（K2E1d）和第四系（Qh），見(jiàn)圖1。

震旦系大紺山組（Zd）主要分布在礦區(qū)外圍南側(cè)福田鎮(zhèn)—長(zhǎng)寧鎮(zhèn)一帶，羅浮山北東側(cè)分布少量，厚度大于1 021 m，底部為石英巖夾礫巖，下部碳酸鹽巖相對(duì)發(fā)育，并夾火山巖層，向上普遍過(guò)渡為石英云母片巖、云母石英片巖、石英巖夾炭質(zhì)千枚巖，上部為硅質(zhì)巖、灰?guī)r、凝灰?guī)r及黃鐵礦層，與上覆地層呈不整合接觸。

白堊系丹霞組（K2E1d）主要分布于長(zhǎng)寧鎮(zhèn)一帶，厚度大于481.25 m，由棕紅色粉砂質(zhì)泥巖、夾灰綠色泥灰?guī)r薄層和粉砂石英砂巖、夾雜砂質(zhì)長(zhǎng)石石英粉砂巖和粉砂質(zhì)泥巖等組成，以平行層理和大型交錯(cuò)層理發(fā)育為特征，底部以厚—巨厚層狀礫巖和砂礫巖為標(biāo)志，與下伏地層呈角度不整合或平行不整合接觸。

第四系（Qh）主要分布在于礦區(qū)南西側(cè)，厚度小于15 m，主要以沖洪積亞砂土、砂、砂礫層為主，殘坡積土、砂礫層為次。

1.2 構(gòu) 造

區(qū)域構(gòu)造主要為北東向河源深大斷裂。河源深大斷裂位于礦區(qū)南部約3 km 處，穿過(guò)博羅縣福田、長(zhǎng)寧等地，構(gòu)造巖寬幾米至幾十米，可劃分為2 個(gè)構(gòu)造巖性帶：上帶為黑色千枚似糜棱巖和斷層角礫巖，下帶為硅質(zhì)構(gòu)造巖、硅化構(gòu)造角礫巖、花崗壓碎巖、花崗糜棱巖?？傮w走向25°～62°，局部近東西向，傾向南東，具張—壓扭—張—壓扭—張扭的性質(zhì)，總體具壓扭性。

1.3 巖漿巖

巖漿巖在區(qū)域內(nèi)大面積出露，主要有早白堊系（K1γβ）黑云母花崗巖、晶洞花崗巖和晚侏羅世（J3γβ）黑云母花崗巖。

白堊系花崗巖（K1γβ）巖性以黑云母細(xì)粒花崗巖為主體，為白堊系侵入巖體，為淺肉紅色或淺灰色，其空間分布多位于巖體中心及近中心部分，細(xì)?；◢徑Y(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分為鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英及黑云母，副礦物有鋯石、磁鐵礦、磷灰石等。

晚侏羅世花崗巖（J3γβ）巖性主要為黑云母花崗巖，淺肉紅色或灰白色，細(xì)、中、粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要組成礦物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：鉀長(zhǎng)石（30%～50%）、斜長(zhǎng)石（20%～35%）、石英（25%～35%）、黑云母（1%～12%），副礦物有鋯石、榍石、磷灰石、磁鐵礦等。

區(qū)內(nèi)變質(zhì)巖主要為志留紀(jì)（Sγδc）花崗閃長(zhǎng)片麻巖，在礦區(qū)大面積出露，為礦區(qū)礦體。

2 礦體特征

本區(qū)建筑用片麻巖礦體的巖性主要為微—未混合片麻巖，呈巖基產(chǎn)出，礦體賦存于殘坡積層及全—中風(fēng)化混合片麻巖之下，埋深一般3～46 m。礦體受自然條件的限制，呈不規(guī)則多邊形，南北向長(zhǎng)約1 580 m，東西向?qū)捈s600 m，分布連續(xù)、完整。礦體出露標(biāo)高為+210～+30 m，厚度0～174.62 m，平均厚度約62 m，礦體形態(tài)整體呈不規(guī)則楔形體，厚度隨地形起伏變化，總體由北東往南西變薄。

礦體覆蓋層主要有殘坡積層、全風(fēng)化層及中風(fēng)化層，覆蓋層揭露厚度為3～20 m，平均厚度為13 m。

3 夾石特征

3.1 夾石分布情況

根據(jù)本區(qū)鉆孔揭露情況，建筑用片麻巖礦體內(nèi)發(fā)育有一夾層，編號(hào)JS1，在礦區(qū)范圍內(nèi)均有揭露，揭露長(zhǎng)約600 m，巖性為混合片麻巖，巖心完整，發(fā)育有網(wǎng)脈狀裂隙，巖石水飽和抗壓強(qiáng)度低，平均值為44.4 MPa。夾石主要位于礦區(qū)中風(fēng)化層以下、礦體以上，夾層厚度7～31 m，平均厚度16 m。

3.2 礦物組成

混合片麻巖呈灰白色、灰黑色，鱗片粒狀變晶結(jié)構(gòu)和交代結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造。由基體和脈體組成，基體主要由黑云母（25%～40%）及少量綠泥石（1%～%）、黃鐵礦（＜1%）等組成；脈體主要由斜長(zhǎng)石（30%～35%）、石英（20%～30%）、鉀長(zhǎng)石（5%～10%）等組成。

3.3 物理特征

本區(qū)夾石的物理性能測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。夾石的水飽和抗壓強(qiáng)度值為31.2～55.5 MPa，平均為44.4 MPa，不符合建筑用石料的一般要求，即變質(zhì)巖的水飽和抗壓強(qiáng)度需要≥60 MPa。

3.4 放射性特征

夾石樣品的放射性檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。樣品中天然放射性核素Ra 比活度CRa為23.3～35.1 Bq/kg，Th 比活度CTh為9.4～27.8 Bq/kg，K 比活度CK為593.0～864.7 Bq/kg，內(nèi)照射指數(shù)IRa為0.1～0.2，外照射指數(shù)Ir為0.3。根據(jù)《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010），內(nèi)外照指數(shù)同時(shí)滿足IRa≤1.0，Ir≤1.0時(shí)，礦石可供建筑主體材料及A類裝修裝飾材料使用，其產(chǎn)銷和使用范圍不受限制。

4 夾石形成的原因分析

在大部分建筑用石料礦山中，礦區(qū)的微—未風(fēng)化層是良好的建筑用石料的原巖，在本礦山中由于巖性等原因，造成在建筑用片麻巖礦體中發(fā)育有1層夾石。由于夾石的圈定依據(jù)主要是其水飽和抗壓強(qiáng)度值，影響巖石水飽和抗壓強(qiáng)度的因素有很多，主要是巖石的自身因素，比如構(gòu)成巖石的礦物成分、顆粒大小、礦物質(zhì)的顆粒聯(lián)結(jié)情況、顆粒的膠結(jié)情況、巖石的風(fēng)化程度、巖石所包含的裂隙大小、巖石的含水量、巖石的層理等［3］，結(jié)合本區(qū)的地質(zhì)特征，認(rèn)為本區(qū)夾石水飽和抗壓強(qiáng)度低的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）巖性。本區(qū)夾石的巖性為混合片麻巖，礦物成分中黑云母含量較高，黑云母的摩氏硬度為2.5～3，硬度低，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，隨著礦物顆粒彈性模量的增加，巖石的單軸抗壓強(qiáng)度逐漸增加，其與彈性模量之間表現(xiàn)出較為明顯的線性關(guān)系［4］（圖2），即巖石中含有硬度較大礦物成分時(shí)，巖石抗壓強(qiáng)度呈增加的趨勢(shì)，由于本區(qū)的夾石中礦物成分中黑云母含量較高，是造成本區(qū)的夾石水飽和抗壓強(qiáng)度偏低的原因之一。

（2）構(gòu)造。河源深大斷裂從礦區(qū)南部約3 km 處經(jīng)過(guò)，由于大斷裂構(gòu)造經(jīng)過(guò)的地方，對(duì)巖石的完整性造成影響，也會(huì)對(duì)巖石物理性能產(chǎn)生影響，這也是本區(qū)的夾石水飽和抗壓強(qiáng)度偏低的原因之一。

（3）片麻理。本區(qū)巖石屬于片麻巖，具有片麻狀構(gòu)造，即片麻理，根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，片麻巖的各向異性特征在單軸抗壓強(qiáng)度方面表現(xiàn)十分明顯，垂直片麻理方向的強(qiáng)度明顯大于平行片麻理方向的強(qiáng)度［5］。故本區(qū)的巖石水飽和抗壓強(qiáng)度結(jié)果偏低，可能是片麻巖的各向異性造成的結(jié)果。

（4）微細(xì)裂隙。本層夾石巖性完整，但發(fā)育有網(wǎng)脈狀微細(xì)裂隙，根據(jù)有關(guān)資料，隨著巖石中節(jié)理（裂隙）條數(shù)的逐漸增加，巖石抗壓強(qiáng)度相應(yīng)降低［6］，故本區(qū)夾石中的微細(xì)裂隙發(fā)育也是造成本區(qū)夾石水飽和抗壓強(qiáng)度偏低原因之一。

5 夾石的綜合利用方向分析

以往非金屬礦山開(kāi)發(fā)時(shí)，采富棄貧、采厚棄薄等現(xiàn)象普遍，造成資源破壞和浪費(fèi)嚴(yán)重，許多企業(yè)重生產(chǎn)、輕環(huán)保，礦山廢石、尾礦隨意堆放，占用大量土地［7］。根據(jù)綠色礦山建設(shè)要求，礦山應(yīng)對(duì)夾石進(jìn)行綜合利用，提高資源的利用率，減少對(duì)土地資源的占用。

參照《礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范建筑用石料類》（DZ/T 0341—2020）［8］，對(duì)于本區(qū)微細(xì)裂隙發(fā)育的微—未風(fēng)化混合片麻巖夾石，按照砌石料原巖質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求對(duì)夾石進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表3，其中11 個(gè)夾石平均值為44.4 MPa，符合指標(biāo)要求；有4 個(gè)樣品做了軟化系數(shù)的測(cè)試，其平均值為0.76，符合指標(biāo)要求；吸水率平均值為0.41%，符合指標(biāo)要求；干密度的平均值為2.67 g/cm3，符合指標(biāo)要求；原巖的SO3為0.11%，符合指標(biāo)要求；本砌石主要銷售區(qū)為廣東省惠州地區(qū)，該區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候區(qū)，年平均氣溫23.1 ℃，冬季平均氣溫12.8 ℃，夏季平均氣溫28.4 ℃，極端最高氣溫38.4 ℃（2004 年7 月2 日），年極端最低氣溫1 ℃。該區(qū)極端的冷凍天氣極少，不存在凍融情況，符合指標(biāo)要求。

注：引自《水利水電工程天然建筑材料勘察規(guī)程》（SL 251—2015）［9］。

根據(jù)本區(qū)夾石的測(cè)試分析結(jié)果，礦區(qū)的夾石基本上可符合砌石料原巖的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求。建議礦山生產(chǎn)時(shí)對(duì)夾石進(jìn)行綜合利用，主要可考慮將夾石加工成砌石使用。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）建筑用片麻巖礦體主要由于巖性因素形成夾石，夾石的巖性為混合片麻巖，其黑云母含量高造成水飽和抗壓強(qiáng)度低；礦區(qū)周邊的河源深大斷裂對(duì)巖石物理性能產(chǎn)生影響；巖石的片麻理體現(xiàn)在其各向異性特征；本區(qū)巖石中發(fā)育微細(xì)裂隙，巖石的抗壓強(qiáng)度降低。

（2）根據(jù)對(duì)夾石的測(cè)試分析結(jié)果，其符合砌石料原巖的質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)要求，未來(lái)礦山生產(chǎn)時(shí)應(yīng)對(duì)夾石進(jìn)行綜合利用，可提高資源的利用率，減少對(duì)土地資源的占用，有較大的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境效益，同時(shí)也是新時(shí)代綠色礦山建設(shè)的要求。