河北阜平龙王庄一带饰面用辉绿岩矿地质特征及加工技术性能

孙宝臣

(中国建筑材料工业地质勘查中心河北总队，河北 保定 071051)

河北省阜平县为革命老区，饰面用花岗石资源丰富，其中辉绿岩作为黑色花岗石饰面石材质地坚硬，结构均一，色调均匀，光滑细腻，装饰效果稳重、大方、典雅，尤其以黑色石材而著称，产品“3号中国黑”属高档石材，供不应求[1-3]。本文通过收集整理勘查资料，总结了区域地质背景、矿区地质、矿床地质特征、矿石加工技术性能，对该地区饰面用辉绿岩找矿具有指导意义。

1 区域地质背景

矿区大地构造位置位于中朝准地台山西断隆五台台拱之阜平穹褶束西部[4](图1)。区域出露地层有太古界阜平群团泊口组、南营组、漫山组、木厂组、四道河组，太古界龙泉关群跑厂泉组及五台群铺上组，岩性为较强烈混合岩化黑云斜长片麻岩、斜长角闪岩、大理岩等。在区域的东北部有少量元古界、古生界海相沉积碳酸盐岩出露。区域构造主要由基底褶皱不老台背斜、养马楼向斜和规模宏大的北西向断裂构造组成，这些断裂为辉绿岩矿的形成提供了容矿空间。岩浆岩主要为元古代吕梁期侵入的辉绿岩脉，燕山期侵入的花岗岩、闪长岩、煌斑岩脉等[5-6]。其中元古代侵入的辉绿岩脉为饰面用辉绿岩的成矿母岩。

图1 区域地质略图

2 矿区地质特征

矿区内出露的地层为太古界阜平群漫山组(Arfm)，岩性主要为黑云斜长片麻岩及少量斜长角闪岩。矿区位于不老台背斜的西南翼，总体为倾向南西的单斜构造,岩层内小褶曲发育。高角度张性断裂发育7条，矿区内出露长度82～2 944m，宽度数米到二十余米。断裂产状相近，走向北西317°～333°，倾向北东，倾角73°～89°。这些断裂构造对辉绿岩的形态、产状、规模起控制作用。矿区岩浆岩主要呈岩脉状产出，为吕梁期辉绿岩沿北西向断裂构造侵入，共出露7条，由西向东依次编号为Ⅰ～Ⅶ号(图2)。本区饰面用辉绿岩矿赋存于上述辉绿岩脉之中。

图2 矿区地质简图

受构造应力影响，辉绿岩脉局部节理发育。根据矿区内595个节理产状测量结果统计，矿区内共发育3组节理(图3)。Ⅰ组走向西北—东南向，倾角有陡有缓，为矿区最发育节理组。节理条数274条，占节理总数的46.05%。本组节理的特点是节理面平直，局部可见到擦痕，沿走向、倾向延伸几米至几十米，节理缝宽1～2mm，节理间距一般为0.5～3.5m，节理裂隙率为2.0～0.29条/m，属剪切节理。Ⅱ组走向东北—西南向，倾角有陡有缓，该组节理发育程度与Ⅰ组节理相仿，为矿区最发育节理组。节理条数276条，占节理总数的46.39%。本组节理的特点是节理面平直，局部可见到擦痕，沿走向、倾向延伸数米至十几米，节理缝宽1～2mm，节理间距一般为0.3～2.6m，节理裂隙率为3.3～0.38条/m，属剪切节理。Ⅲ组走向南北向，倾角有陡有缓，该组节理发育程度一般。节理条数45条，占节理总数的7.56%。本组节理的特点是节理面平直，局部可见到擦痕，沿走向、倾向延伸数米至十几米，节理缝宽1～2mm，节理间距一般为0.8～3.5m，节理裂隙率为1.25～0.29条/m，属剪切节理。根据野外观察，节理多为X型共轭节理，产状比较稳定，节理面平直光滑，局部可见到擦痕，因此断定矿区内节理为剪节理。

图3 节理等密图

以上三组节理中，以Ⅰ、Ⅱ组节理对矿体影响最大。从以上各组的节理间距来看，矿区内发育的节理间距一般1.0～3.5mm，局部较发育地段间距为0.3～1.0m，因此矿床所出荒料以中小规格为主。局部节理异常密集地带通过做体图解，体图解荒料率＜20%的划为节理密集带(非矿体)[7]。

3 矿床地质特征

3.1 矿体地质特征

矿区内由西向东圈定矿体8个(表1)，其中 K1、K2、K6为 主 要 矿 体。K1矿 体 位 于 矿区西部，呈脉状产出，地表出露长度1 959m，宽11.20～24.35m，矿体出露西北低、东南高，赋存标高1 080～800m，矿体倾向55°～63°，倾角68°～86°。矿体厚度变化范围为10.73～23.73m，平均厚度为15.81m，厚度变化系数为25.1%，矿体厚度稳定。K2矿体位于矿区中部，呈脉状产出，矿体长度2 570m，宽14.00～32.90m，矿体出露南北低、中部高，赋存标高1 111.5～620m，矿体倾向50°～67°，倾角73°～86°。矿体厚度变化范围14.68～32.74m，平均厚度为20.96m，厚度变化系数为24.2%，矿体厚度稳定。K6矿体出露于矿区东部，为主矿体。矿体总长2 559m，平均出露宽度约19.61m，赋存标高817～523m，矿体倾向52°～68°，倾角73°～89°。矿体厚度变化范围为14.23～23.26m，平均厚度为18.68m，厚度变化系数为12.5%，矿体厚度稳定。

表1 矿体特征一览表

3.2 矿石质量特征

(1)矿石类型。

矿石自然类型属辉绿岩。矿石工业类型为饰面用辉绿岩矿[8-10]。矿石呈灰黑色或暗灰绿色，具中—细粒辉绿结构，块状构造，主要矿物为斜长石含量45%～50%，为中细粒他形粒状，多见聚片双晶及卡钠复合双晶，略具不明显的环带结构，属拉长石。普通辉石含量为40%～45%，为中细粒他形粒状，矿物晶体局部边缘被角闪石交代，常被黑云母或绿泥石交代呈假象。辉绿结构中可见钾长石和石英呈微文象连晶，充填于其他矿物空隙中，含量＜5%。磷灰石和磁铁矿为最常见的副矿物，绿泥石化、绢云母化较为普遍。

(2)矿石化学成分。

矿石的化学成分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%，其他成分见表2。

表2 化学全分析测试结果表 (单位：%)

(3)矿石物理化学性能。

中共中央政治局委员、上海市委书记李强在《求是》杂志撰文写道：习近平总书记讲，一滴水可以反映出太阳的光辉，一个地方可以体现一个国家的风貌。浦东发展可以说是我国改革开放的一个重要见证。

矿石的物理性能主要是指矿石的抗压强度、弯曲强度、耐磨率、光泽度、体重及吸水率等。矿石的干燥抗压强度为153～224MPa，饱和抗压强度为148～216MPa，干燥弯曲强度为64.75～89.43MPa，饱和弯曲强度为61.73～85.75MPa。块体密度2.88～3.04g/cm3，平均2.97g/cm3；吸水率最高为0.02%，最低为0.01%。耐磨性最高为32(1/cm3)，最低为30(1/cm3)，平均31(1/cm3)。

矿石耐酸度平均为99.68%；耐碱度平均为99.82%，抗腐蚀性能良好。矿石的各项物理化学性能满足饰面石材矿地质勘查规范的要求[11]。光泽度测试结果分别为92、88、94，说明矿区内的辉绿岩板材具有良好的镜面光泽效果[12]。

(4)矿石的放射性。

放射性测试结果为IRa=0～0.040Bq/kg、Ir=0.127～0.21Bq/kg，为A类装饰装修材料，其产销与使用范围不受限制。

3.3 荒料率

荒料率是衡量一个石材矿山经济指标的重要参数，荒料率的高低与矿区内的节理裂隙特征及其密度相关。通过对矿区14个体图解荒料率和7个试采荒料率统计，体图解荒料率为23.39%～29.93%，试采荒料率为19.35%～24.06%。试采荒料率比体图解荒料率略低，试采荒料率和实际荒料率最接近。无论体图解荒料率还是试采荒料率均＞18%，满足饰面石材矿开采荒料率的要求(表3)[13]。

表3 荒料率统计结果表 (单位：%)

4 矿石的加工技术性能

4.1 矿石的加工性能

矿石矿物成分简单，无色斑、色线，结构致密，硬度适中，具有较好的锯切磨抛光等加工技术性能，易加工成材。矿山将开采出的毛料外运至附近加工厂，进行成品加工。矿石加工流程为：大锯切割(1.6～2.2m2)→小锯切割(80锯)→打磨→造型→手磨→包装→运输。板材加工采用大圆盘锯，锯宽1cm，每小时解毛板3m2，板材率为28m2/m3，板材厚度2cm，磨板抛光1.2m2/t，矿石加工技术性能良好(图4)。

图4 标准抛光样

本矿山荒料开采工艺成熟，易开采，回采率为95%，回采率较高。

4.2 矿石的装饰性能

装饰性能是指板材的可饰性，以其颜色、图案美观性来评述，对花岗石石材评价具有重要意义。辉绿岩作为黑色花岗石饰面石材以其庄重的黑色而著称，产品“3号中国黑”属高档石材。矿石粒度0.5～2.0mm，质地坚硬，结构均一，色调均匀，切片抛光后，底色以黑色为主，细小的白色颗粒均匀散布其中，黑白颗粒界限清楚，表面呈玻璃光泽，光滑细腻，装饰效果稳重、大方、典雅[14-15]。

5 结论

(1)饰面用辉绿岩矿赋存于吕梁期辉绿岩脉中。矿体沿走向和倾向连续，矿床规模为大型。

(2)矿石的化学成分稳定，物理性能良好，达到A类装饰装修材料标准，使用范围不受限制。

(3)矿石具有良好的锯、切、磨、抛光等加工技术性能，易加工成材，板材率高于中高档饰面石材一般要求，装饰性能良好。

(4)建议矿山企业加大对矿山综合利用的研究，对本区辉绿岩的废料和废石的测试评价，如能作为建筑用碎石使用，即能变废为宝，又能减少对生态环境方面的影响，最大程度增加矿山开发的经济效益。