广东博罗石陂坑矿区夹石成因及综合利用分析

李昌良

（广东省有色金属地质局九三八队）

片麻岩是由岩浆岩或沉积岩经深变质作用而成的岩石［1］，以志留纪的片麻岩为主，在广东省博罗地区中部大范围出露。片麻岩普遍抗压强度高，质地坚硬，吸水率低，是建房、筑路、造桥等工程建设的基础材料。石陂坑矿区的微—未风化层片麻岩是良好的建筑用石料的原岩，但片麻岩矿体中发育有一夹石层，本文对片麻岩矿夹石的形成原因进行分析，并对夹石的综合利用方向进行探讨。

1 区域地质概况

根据1∶20 万广东省惠州市地质图地质资料［2］，博罗县石陂坑矿区区域大地构造处于北东向河源深大断裂南西段北侧。

1.1 地 层

区内出露的地层主要有震旦系大绀山组（Zd）、白垩系丹霞组（K2E1d）和第四系（Qh），见图1。

震旦系大绀山组（Zd）主要分布在矿区外围南侧福田镇—长宁镇一带，罗浮山北东侧分布少量，厚度大于1 021 m，底部为石英岩夹砾岩，下部碳酸盐岩相对发育，并夹火山岩层，向上普遍过渡为石英云母片岩、云母石英片岩、石英岩夹炭质千枚岩，上部为硅质岩、灰岩、凝灰岩及黄铁矿层，与上覆地层呈不整合接触。

白垩系丹霞组（K2E1d）主要分布于长宁镇一带，厚度大于481.25 m，由棕红色粉砂质泥岩、夹灰绿色泥灰岩薄层和粉砂石英砂岩、夹杂砂质长石石英粉砂岩和粉砂质泥岩等组成，以平行层理和大型交错层理发育为特征，底部以厚—巨厚层状砾岩和砂砾岩为标志，与下伏地层呈角度不整合或平行不整合接触。

第四系（Qh）主要分布在于矿区南西侧，厚度小于15 m，主要以冲洪积亚砂土、砂、砂砾层为主，残坡积土、砂砾层为次。

1.2 构 造

区域构造主要为北东向河源深大断裂。河源深大断裂位于矿区南部约3 km 处，穿过博罗县福田、长宁等地，构造岩宽几米至几十米，可划分为2 个构造岩性带：上带为黑色千枚似糜棱岩和断层角砾岩，下带为硅质构造岩、硅化构造角砾岩、花岗压碎岩、花岗糜棱岩。总体走向25°～62°，局部近东西向，倾向南东，具张—压扭—张—压扭—张扭的性质，总体具压扭性。

1.3 岩浆岩

岩浆岩在区域内大面积出露，主要有早白垩系（K1γβ）黑云母花岗岩、晶洞花岗岩和晚侏罗世（J3γβ）黑云母花岗岩。

白垩系花岗岩（K1γβ）岩性以黑云母细粒花岗岩为主体，为白垩系侵入岩体，为浅肉红色或浅灰色，其空间分布多位于岩体中心及近中心部分，细粒花岗结构，块状构造，矿物成分为钾长石、斜长石、石英及黑云母，副矿物有锆石、磁铁矿、磷灰石等。

晚侏罗世花岗岩（J3γβ）岩性主要为黑云母花岗岩，浅肉红色或灰白色，细、中、粗粒结构，块状构造，主要组成矿物（质量分数）：钾长石（30%～50%）、斜长石（20%～35%）、石英（25%～35%）、黑云母（1%～12%），副矿物有锆石、榍石、磷灰石、磁铁矿等。

区内变质岩主要为志留纪（Sγδc）花岗闪长片麻岩，在矿区大面积出露，为矿区矿体。

2 矿体特征

本区建筑用片麻岩矿体的岩性主要为微—未混合片麻岩，呈岩基产出，矿体赋存于残坡积层及全—中风化混合片麻岩之下，埋深一般3～46 m。矿体受自然条件的限制，呈不规则多边形，南北向长约1 580 m，东西向宽约600 m，分布连续、完整。矿体出露标高为+210～+30 m，厚度0～174.62 m，平均厚度约62 m，矿体形态整体呈不规则楔形体，厚度随地形起伏变化，总体由北东往南西变薄。

矿体覆盖层主要有残坡积层、全风化层及中风化层，覆盖层揭露厚度为3～20 m，平均厚度为13 m。

3 夹石特征

3.1 夹石分布情况

根据本区钻孔揭露情况，建筑用片麻岩矿体内发育有一夹层，编号JS1，在矿区范围内均有揭露，揭露长约600 m，岩性为混合片麻岩，岩心完整，发育有网脉状裂隙，岩石水饱和抗压强度低，平均值为44.4 MPa。夹石主要位于矿区中风化层以下、矿体以上，夹层厚度7～31 m，平均厚度16 m。

3.2 矿物组成

混合片麻岩呈灰白色、灰黑色，鳞片粒状变晶结构和交代结构，片麻状构造。由基体和脉体组成，基体主要由黑云母（25%～40%）及少量绿泥石（1%～%）、黄铁矿（＜1%）等组成；脉体主要由斜长石（30%～35%）、石英（20%～30%）、钾长石（5%～10%）等组成。

3.3 物理特征

本区夹石的物理性能测定结果见表1。夹石的水饱和抗压强度值为31.2～55.5 MPa，平均为44.4 MPa，不符合建筑用石料的一般要求，即变质岩的水饱和抗压强度需要≥60 MPa。

3.4 放射性特征

夹石样品的放射性检测结果见表2。样品中天然放射性核素Ra 比活度CRa为23.3～35.1 Bq/kg，Th 比活度CTh为9.4～27.8 Bq/kg，K 比活度CK为593.0～864.7 Bq/kg，内照射指数IRa为0.1～0.2，外照射指数Ir为0.3。根据《建筑材料放射性核素限量》（GB 6566—2010），内外照指数同时满足IRa≤1.0，Ir≤1.0时，矿石可供建筑主体材料及A类装修装饰材料使用，其产销和使用范围不受限制。

4 夹石形成的原因分析

在大部分建筑用石料矿山中，矿区的微—未风化层是良好的建筑用石料的原岩，在本矿山中由于岩性等原因，造成在建筑用片麻岩矿体中发育有1层夹石。由于夹石的圈定依据主要是其水饱和抗压强度值，影响岩石水饱和抗压强度的因素有很多，主要是岩石的自身因素，比如构成岩石的矿物成分、颗粒大小、矿物质的颗粒联结情况、颗粒的胶结情况、岩石的风化程度、岩石所包含的裂隙大小、岩石的含水量、岩石的层理等［3］，结合本区的地质特征，认为本区夹石水饱和抗压强度低的原因主要有以下几点：

（1）岩性。本区夹石的岩性为混合片麻岩，矿物成分中黑云母含量较高，黑云母的摩氏硬度为2.5～3，硬度低，根据相关数据表明，随着矿物颗粒弹性模量的增加，岩石的单轴抗压强度逐渐增加，其与弹性模量之间表现出较为明显的线性关系［4］（图2），即岩石中含有硬度较大矿物成分时，岩石抗压强度呈增加的趋势，由于本区的夹石中矿物成分中黑云母含量较高，是造成本区的夹石水饱和抗压强度偏低的原因之一。

（2）构造。河源深大断裂从矿区南部约3 km 处经过，由于大断裂构造经过的地方，对岩石的完整性造成影响，也会对岩石物理性能产生影响，这也是本区的夹石水饱和抗压强度偏低的原因之一。

（3）片麻理。本区岩石属于片麻岩，具有片麻状构造，即片麻理，根据相关试验结果，片麻岩的各向异性特征在单轴抗压强度方面表现十分明显，垂直片麻理方向的强度明显大于平行片麻理方向的强度［5］。故本区的岩石水饱和抗压强度结果偏低，可能是片麻岩的各向异性造成的结果。

（4）微细裂隙。本层夹石岩性完整，但发育有网脉状微细裂隙，根据有关资料，随着岩石中节理（裂隙）条数的逐渐增加，岩石抗压强度相应降低［6］，故本区夹石中的微细裂隙发育也是造成本区夹石水饱和抗压强度偏低原因之一。

5 夹石的综合利用方向分析

以往非金属矿山开发时，采富弃贫、采厚弃薄等现象普遍，造成资源破坏和浪费严重，许多企业重生产、轻环保，矿山废石、尾矿随意堆放，占用大量土地［7］。根据绿色矿山建设要求，矿山应对夹石进行综合利用，提高资源的利用率，减少对土地资源的占用。

参照《矿产地质勘查规范建筑用石料类》（DZ/T 0341—2020）［8］，对于本区微细裂隙发育的微—未风化混合片麻岩夹石，按照砌石料原岩质量技术指标要求对夹石进行对比，见表3，其中11 个夹石平均值为44.4 MPa，符合指标要求；有4 个样品做了软化系数的测试，其平均值为0.76，符合指标要求；吸水率平均值为0.41%，符合指标要求；干密度的平均值为2.67 g/cm3，符合指标要求；原岩的SO3为0.11%，符合指标要求；本砌石主要销售区为广东省惠州地区，该区位于亚热带季风性湿润气候区，年平均气温23.1 ℃，冬季平均气温12.8 ℃，夏季平均气温28.4 ℃，极端最高气温38.4 ℃（2004 年7 月2 日），年极端最低气温1 ℃。该区极端的冷冻天气极少，不存在冻融情况，符合指标要求。

注：引自《水利水电工程天然建筑材料勘察规程》（SL 251—2015）［9］。

根据本区夹石的测试分析结果，矿区的夹石基本上可符合砌石料原岩的质量技术指标要求。建议矿山生产时对夹石进行综合利用，主要可考虑将夹石加工成砌石使用。

6 结语

（1）建筑用片麻岩矿体主要由于岩性因素形成夹石，夹石的岩性为混合片麻岩，其黑云母含量高造成水饱和抗压强度低；矿区周边的河源深大断裂对岩石物理性能产生影响；岩石的片麻理体现在其各向异性特征；本区岩石中发育微细裂隙，岩石的抗压强度降低。

（2）根据对夹石的测试分析结果，其符合砌石料原岩的质量技术指标要求，未来矿山生产时应对夹石进行综合利用，可提高资源的利用率，减少对土地资源的占用，有较大的社会效益、经济效益以及环境效益，同时也是新时代绿色矿山建设的要求。