河北阜平龍王莊一帶飾面用輝綠巖礦地質特征及加工技術性能

孫寶臣

(中國建筑材料工業地質勘查中心河北總隊，河北 保定 071051)

河北省阜平縣為革命老區，飾面用花崗石資源豐富，其中輝綠巖作為黑色花崗石飾面石材質地堅硬，結構均一，色調均勻，光滑細膩，裝飾效果穩重、大方、典雅，尤其以黑色石材而著稱，產品“3號中國黑”屬高檔石材，供不應求[1-3]。本文通過收集整理勘查資料，總結了區域地質背景、礦區地質、礦床地質特征、礦石加工技術性能，對該地區飾面用輝綠巖找礦具有指導意義。

1 區域地質背景

礦區大地構造位置位于中朝準地臺山西斷隆五臺臺拱之阜平穹褶束西部[4](圖1)。區域出露地層有太古界阜平群團泊口組、南營組、漫山組、木廠組、四道河組，太古界龍泉關群跑廠泉組及五臺群鋪上組，巖性為較強烈混合巖化黑云斜長片麻巖、斜長角閃巖、大理巖等。在區域的東北部有少量元古界、古生界海相沉積碳酸鹽巖出露。區域構造主要由基底褶皺不老臺背斜、養馬樓向斜和規模宏大的北西向斷裂構造組成，這些斷裂為輝綠巖礦的形成提供了容礦空間。巖漿巖主要為元古代呂梁期侵入的輝綠巖脈，燕山期侵入的花崗巖、閃長巖、煌斑巖脈等[5-6]。其中元古代侵入的輝綠巖脈為飾面用輝綠巖的成礦母巖。

圖1 區域地質略圖

2 礦區地質特征

礦區內出露的地層為太古界阜平群漫山組(Arfm)，巖性主要為黑云斜長片麻巖及少量斜長角閃巖。礦區位于不老臺背斜的西南翼，總體為傾向南西的單斜構造,巖層內小褶曲發育。高角度張性斷裂發育7條，礦區內出露長度82～2 944m，寬度數米到二十余米。斷裂產狀相近，走向北西317°～333°，傾向北東，傾角73°～89°。這些斷裂構造對輝綠巖的形態、產狀、規模起控制作用。礦區巖漿巖主要呈巖脈狀產出，為呂梁期輝綠巖沿北西向斷裂構造侵入，共出露7條，由西向東依次編號為Ⅰ～Ⅶ號(圖2)。本區飾面用輝綠巖礦賦存于上述輝綠巖脈之中。

圖2 礦區地質簡圖

受構造應力影響，輝綠巖脈局部節理發育。根據礦區內595個節理產狀測量結果統計，礦區內共發育3組節理(圖3)。Ⅰ組走向西北—東南向，傾角有陡有緩，為礦區最發育節理組。節理條數274條，占節理總數的46.05%。本組節理的特點是節理面平直，局部可見到擦痕，沿走向、傾向延伸幾米至幾十米，節理縫寬1～2mm，節理間距一般為0.5～3.5m，節理裂隙率為2.0～0.29條/m，屬剪切節理。Ⅱ組走向東北—西南向，傾角有陡有緩，該組節理發育程度與Ⅰ組節理相仿，為礦區最發育節理組。節理條數276條，占節理總數的46.39%。本組節理的特點是節理面平直，局部可見到擦痕，沿走向、傾向延伸數米至十幾米，節理縫寬1～2mm，節理間距一般為0.3～2.6m，節理裂隙率為3.3～0.38條/m，屬剪切節理。Ⅲ組走向南北向，傾角有陡有緩，該組節理發育程度一般。節理條數45條，占節理總數的7.56%。本組節理的特點是節理面平直，局部可見到擦痕，沿走向、傾向延伸數米至十幾米，節理縫寬1～2mm，節理間距一般為0.8～3.5m，節理裂隙率為1.25～0.29條/m，屬剪切節理。根據野外觀察，節理多為X型共軛節理，產狀比較穩定，節理面平直光滑，局部可見到擦痕，因此斷定礦區內節理為剪節理。

圖3 節理等密圖

以上三組節理中，以Ⅰ、Ⅱ組節理對礦體影響最大。從以上各組的節理間距來看，礦區內發育的節理間距一般1.0～3.5mm，局部較發育地段間距為0.3～1.0m，因此礦床所出荒料以中小規格為主。局部節理異常密集地帶通過做體圖解，體圖解荒料率＜20%的劃為節理密集帶(非礦體)[7]。

3 礦床地質特征

3.1 礦體地質特征

礦區內由西向東圈定礦體8個(表1)，其中 K1、K2、K6為 主 要 礦 體。K1礦 體 位 于 礦區西部，呈脈狀產出，地表出露長度1 959m，寬11.20～24.35m，礦體出露西北低、東南高，賦存標高1 080～800m，礦體傾向55°～63°，傾角68°～86°。礦體厚度變化范圍為10.73～23.73m，平均厚度為15.81m，厚度變化系數為25.1%，礦體厚度穩定。K2礦體位于礦區中部，呈脈狀產出，礦體長度2 570m，寬14.00～32.90m，礦體出露南北低、中部高，賦存標高1 111.5～620m，礦體傾向50°～67°，傾角73°～86°。礦體厚度變化范圍14.68～32.74m，平均厚度為20.96m，厚度變化系數為24.2%，礦體厚度穩定。K6礦體出露于礦區東部，為主礦體。礦體總長2 559m，平均出露寬度約19.61m，賦存標高817～523m，礦體傾向52°～68°，傾角73°～89°。礦體厚度變化范圍為14.23～23.26m，平均厚度為18.68m，厚度變化系數為12.5%，礦體厚度穩定。

表1 礦體特征一覽表

3.2 礦石質量特征

(1)礦石類型。

礦石自然類型屬輝綠巖。礦石工業類型為飾面用輝綠巖礦[8-10]。礦石呈灰黑色或暗灰綠色，具中—細粒輝綠結構，塊狀構造，主要礦物為斜長石含量45%～50%，為中細粒他形粒狀，多見聚片雙晶及卡鈉復合雙晶，略具不明顯的環帶結構，屬拉長石。普通輝石含量為40%～45%，為中細粒他形粒狀，礦物晶體局部邊緣被角閃石交代，常被黑云母或綠泥石交代呈假象。輝綠結構中可見鉀長石和石英呈微文象連晶，充填于其他礦物空隙中，含量＜5%。磷灰石和磁鐵礦為最常見的副礦物，綠泥石化、絹云母化較為普遍。

(2)礦石化學成分。

礦石的化學成分SiO247.76%～53.58%，Al2O313.16%～19.57%，Fe2O31.91%～2.97%，FeO 9.08%～ 12.95%，CaO 6.47%～ 8.41%，MgO 3.90%～5.56%，其他成分見表2。

表2 化學全分析測試結果表 (單位：%)

(3)礦石物理化學性能。

中共中央政治局委員、上海市委書記李強在《求是》雜志撰文寫道：習近平總書記講，一滴水可以反映出太陽的光輝，一個地方可以體現一個國家的風貌。浦東發展可以說是我國改革開放的一個重要見證。

礦石的物理性能主要是指礦石的抗壓強度、彎曲強度、耐磨率、光澤度、體重及吸水率等。礦石的干燥抗壓強度為153～224MPa，飽和抗壓強度為148～216MPa，干燥彎曲強度為64.75～89.43MPa，飽和彎曲強度為61.73～85.75MPa。塊體密度2.88～3.04g/cm3，平均2.97g/cm3；吸水率最高為0.02%，最低為0.01%。耐磨性最高為32(1/cm3)，最低為30(1/cm3)，平均31(1/cm3)。

礦石耐酸度平均為99.68%；耐堿度平均為99.82%，抗腐蝕性能良好。礦石的各項物理化學性能滿足飾面石材礦地質勘查規范的要求[11]。光澤度測試結果分別為92、88、94，說明礦區內的輝綠巖板材具有良好的鏡面光澤效果[12]。

(4)礦石的放射性。

放射性測試結果為IRa=0～0.040Bq/kg、Ir=0.127～0.21Bq/kg，為A類裝飾裝修材料，其產銷與使用范圍不受限制。

3.3 荒料率

荒料率是衡量一個石材礦山經濟指標的重要參數，荒料率的高低與礦區內的節理裂隙特征及其密度相關。通過對礦區14個體圖解荒料率和7個試采荒料率統計，體圖解荒料率為23.39%～29.93%，試采荒料率為19.35%～24.06%。試采荒料率比體圖解荒料率略低，試采荒料率和實際荒料率最接近。無論體圖解荒料率還是試采荒料率均＞18%，滿足飾面石材礦開采荒料率的要求(表3)[13]。

表3 荒料率統計結果表 (單位：%)

4 礦石的加工技術性能

4.1 礦石的加工性能

礦石礦物成分簡單，無色斑、色線，結構致密，硬度適中，具有較好的鋸切磨拋光等加工技術性能，易加工成材。礦山將開采出的毛料外運至附近加工廠，進行成品加工。礦石加工流程為：大鋸切割(1.6～2.2m2)→小鋸切割(80鋸)→打磨→造型→手磨→包裝→運輸。板材加工采用大圓盤鋸，鋸寬1cm，每小時解毛板3m2，板材率為28m2/m3，板材厚度2cm，磨板拋光1.2m2/t，礦石加工技術性能良好(圖4)。

圖4 標準拋光樣

本礦山荒料開采工藝成熟，易開采，回采率為95%，回采率較高。

4.2 礦石的裝飾性能

裝飾性能是指板材的可飾性，以其顏色、圖案美觀性來評述，對花崗石石材評價具有重要意義。輝綠巖作為黑色花崗石飾面石材以其莊重的黑色而著稱，產品“3號中國黑”屬高檔石材。礦石粒度0.5～2.0mm，質地堅硬，結構均一，色調均勻，切片拋光后，底色以黑色為主，細小的白色顆粒均勻散布其中，黑白顆粒界限清楚，表面呈玻璃光澤，光滑細膩，裝飾效果穩重、大方、典雅[14-15]。

5 結論

(1)飾面用輝綠巖礦賦存于呂梁期輝綠巖脈中。礦體沿走向和傾向連續，礦床規模為大型。

(2)礦石的化學成分穩定，物理性能良好，達到A類裝飾裝修材料標準，使用范圍不受限制。

(3)礦石具有良好的鋸、切、磨、拋光等加工技術性能，易加工成材，板材率高于中高檔飾面石材一般要求，裝飾性能良好。

(4)建議礦山企業加大對礦山綜合利用的研究，對本區輝綠巖的廢料和廢石的測試評價，如能作為建筑用碎石使用，即能變廢為寶，又能減少對生態環境方面的影響，最大程度增加礦山開發的經濟效益。