永定洪山饰面花岗岩资源评价及开发利用探讨

曾献群

(龙岩市大地矿业发展服务有限公司，龙岩，364000)

早白垩世侵入的碱长花岗岩(洪山超单元)，构造简单、成材率高。花岗岩中含大量的钾长石，因此岩石呈肉红色，生产加工的石材被命名为G696“永定红”，又叫“嘉士红”、“东方红”，其颜色鲜艳、花色稳定、质地坚硬，制作成的板面均匀清晰，适用于各种场所的装饰装修，产品热销国内及韩国、中东、日本、泰国、欧美等国外市场。已成为华东地区优质的饰面石材基地。

1 矿区概述

矿区位于闽粤边界的永定县西部，东部为汀江(棉花滩龙湖水库)，西南部为广东梅州松源，北部为上杭县下都镇。汀江河将其割离成相对独立的小单元，区内人口不多，地质环境敏感性较弱。矿区属中低山地貌类型，地形切割较强烈，沟谷纵横，地形总体呈中部高、东西两侧低。海拔最高为+1 025 m，最低为+175 m，相对高差850 m，地形坡度一般15°～25°，局部达30°～35°，呈陡崖状。地表无较大规模水系，多条小溪流呈树枝状由西往东汇入汀江河龙湖水库。

2 矿区地质特征

该矿区位于闽南坳陷胡坊—永定隆起带南端西南缘，上杭—云霄深大断裂西南侧，受北西向深大断裂控制。矿区东西两侧外围主要为震旦纪—晚泥盆世变质岩、石炭纪—二叠纪砂岩、泥岩等。总体走向为北东，倾向为北西，受北西向构造控制，呈北西向条带状分布；中部为中生代早侏罗世和早白垩世二期侵入的酸性岩浆岩，形成“地垒”式构造特征，地层时代相差久远(图1)。

图1 永定洪山饰面花岗岩矿区地质资源分布图及剖面图Fig.1 The geological and resource distribution map of Hongshan facing granite deposit in Yongding county

矿区东部外围构造较发育，矿区内构造较简单，主要见2条北西向和1条近东西向的构造，早侏罗世和早白垩世2期酸性岩浆岩沿北西向构造侵入。

3 矿体特征

矿区饰面花岗岩矿体主要为早白垩世(燕山晚期)侵入岩，属过铝偏碱性深成岩体，受北西向构造控制，呈椭圆状展布，分布面积约50 km2。以洪山岩体为代表建立的洪山超单元划分为罗在下(K1Lz)、大山里(K1Ds)、彭古田(K1Pg)和补充期王寿山(K1W)共4个单元， Rb-Sr等时线年龄值为99 Ma，划属早白垩世[1]。岩体侵入于早侏罗世峰市超单元(燕山早期)岩体中，二期岩体接触界线较平直，各期次呈脉动接触，外接触带蚀变不强，内接触带含不规则状的围岩捕虏体，各单元的分界呈渐变过渡关系，无明显界线。矿区石材颜色鲜艳，花色稳定，质地坚硬,构造简单，成材率高，为优质的饰面石材。

东南部为早侏罗世侵入岩，为浅灰、灰白色，含斑或似斑状中粒花岗结构。因成色和材质较差，不宜作饰面石材用。西部系老地层，北部为上杭辖区，系同一岩体。

3.1 岩性特征

矿区中部岩体为彭古田和王寿山单元，东西两侧为大山里单元，岩性以浅肉红色中粗粒花岗岩为主。其中，王寿山单元含黑云母稍多，边缘相为细粒黑云母花岗岩；彭古田单元含钾长石稍多，局部为钾长花岗岩；大山里单元斑晶粒径较粗，以含斑中粗粒花岗岩为主。3个岩石单元矿石呈中粒-中粗粒花岗结构，晶洞构造，斑晶粒径1～4 mm，含量8%～15%，基质粒径约0.5～1 mm。晶洞分布极不均匀，含量一般在2%～4%，多分布于后期脉岩或色线发育地带，晶洞大小不一，小者直径2～3 cm，大者为20 cm以上。其内往往被石英晶簇充填，矿物成分中钾长石含量39%～57%，斜长石含量15%～27%，石英含量25%～30%，黑云母含量3%～6%。

何家寨、黑云寨和王寿山矿段采场中均见围岩捕虏体，总体呈浅灰绿色，矿物成分复杂，呈串珠状镶嵌于近地表半风化花岗岩中。捕虏体呈不规则的椭圆状，长轴2～5 m，短轴1～1.5 m，系边缘相侵入岩的典型特征(照片1)。

现有采场中岩体大多为彭古田和王寿山单元，产品以肉红色“中花”石材为主，占70%以上，少量属“粗花”和“细花” 石材。

照片1 洪山饰面花岗岩围岩捕虏体Photo.1 The surrounding rock xenoliths of Hongshan facing granite

3.2 矿体形态及规模

该区饰面石材矿体即为洪山超单元中新鲜的碱长花岗岩体，规模巨大，分布范围大，呈岩基状产出。矿区构造较简单，构造裂隙不甚发育，以球形风化为典型特征。矿体顶板形态随地形起伏变化，顶部为覆盖残坡积层和强风化层，山顶及山脊的覆盖层厚度较薄，一般为5～8 m，局部地区基岩裸露；山脚及缓坡地带一般为10～20 m，局部超过25 m，由花岗岩强风化产生的含砾砂质粘土组成。覆盖层下部为半风化-微风化花岗岩，也是裂隙密集发育带，基本保留了原岩的结构，厚度较稳定，一般为15～20 m。由于长石类矿物风化后强度极大降低，影响石材质量，矿山开采时随覆盖层一并剥离，剥离层总厚度一般为35～45 m，风化层下即为饰面石材矿体，见矿区典型剖面图(图2)。

图2 永定洪山饰面花岗岩矿区典型剖面图Fig.2 The typical section map of Hongshan facing granite deposit in Yongding county

3.3 岩石裂隙特征

岩石裂隙的性质、规模及密度直接影响到饰面花岗岩的荒料率和成材率。受构造活动及风化作用共同影响，岩体内主要发育风化裂隙和构造裂隙2类。裂隙的发育深度一般30～40 m，深部岩体风化裂隙不发育，属典型的球形风化类型，裂隙发育程度总体较弱。

风化裂隙：近地表岩石的风化裂隙极为发育，主要为岩体表层风化剥蚀、卸载回弹形成的卸荷裂隙。特点是裂隙面大致和风化剥蚀界面平行，产状较缓，倾角一般小于35°，裂面不平直，其密度由地表往深部迅速降低。裂隙发育带深浅不一，一般为15～20 m。岩石往往被切割成碎块状、碎裂状，荒料率和成材率低。

构造裂隙：受区域构造影响，构造裂隙主要发育有走向近南北和近东西2组，产状分别为走向350°～5°，倾角60°～70°和走向40°～60°，倾角70°～80°，空间上呈“X”型展布。该裂隙倾角较陡，裂隙面平直、闭合，宽度一般小于2 cm，发育深度一般30～50 m，密度总体较稀疏，裂隙间距一般2.0～10.0 m，仅在构造带附近较密集，往往成束出现。

3.4 矿石质量

3.4.1 矿石的色线和色斑

矿石中少见色线(带)和色斑(块)，但于构造裂隙密集带往往成群成束出现，每米可见2～3条，产状与构造裂隙基本相同。按颜色分类成浅色、深色2类，浅色的色线由酸性斑岩、石英脉构成；深色为基性岩脉、捕虏体构成。一般长2～10 m，宽0.5～20 cm。野外少见硫化物侵染体，构造带附近偶见黄铁矿细脉，长3.0～5.0 m，宽0.5～2.0 cm，色线、色斑的出现既影响矿体的荒料率又降低了石板材品质。

3.4.2 荒料率

荒料率取决于节理裂隙发育程度，是评价饰面石材成材性能的重要指标，决定了矿山的开采价值。该矿区岩体以球形风化为典型特征，节理裂隙发育程度总体较弱，近地表岩石的节理裂隙成束出现，以风化裂隙为主，岩石较破碎，往深度裂隙发育程度由强变弱。采场调查统计表明，开采深度0～20 m为残坡积及强风化层；20～40 m为节理裂隙发育带，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荒料率为30%以上。目前矿山的开采深度多为50～80 m，荒料率为15%～20%，平均为17%。随着开采深度的深入，荒料率将逐步提高。

3.4.3 矿石的物理力学性能

不同单元矿石的物理力学性能变化不大，各项指标分别为：孔隙率2.11%～2.58%，平均2.17%；吸水率0.28%～0.54%，平均0.46%；干燥抗压强度96.60～191.70 MPa，平均126.54 MPa；干燥抗折强度10.40～13.68 MPa，平均12.42 MPa；干燥抗拉强度6.33～8.78 MPa，平均7.53 MPa；光泽度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。不同单元矿石的物理力学性能的各项指标能够满足饰面石材质量要求，但近地表岩石中的长石类矿物风化后，抗压、抗折和抗拉强度极大降低，影响石材质量。

3.4.4 放射性浓度

各采场工作面的放射性照射量率(伽马)普遍较低，一般为34～40 γ，单点最高可达到46 γ，未发现伽马异常或偏高场。放射性核素比活度测试结果：镭(Ra-226)34.96 Bq/kg，钍(Th-232)80.31 Bq/kg，钾(K-40)1 073.46 Bq/kg，内照射指数(Ira)为0.17，外照射指数(Ir)为0.66。镭当量浓度CeRa和CRa达到了国标A类装饰材料要求，产销与使用范围不受限制。

3.5 矿石的加工性能

将矿体中裂隙发育的废石剔除后切割成各种规格的荒料，送至当地加工厂切割成厚2.5～4.0 cm的毛坯料，经打磨、抛光后即为饰面板材，板材率可达25～35 m2/m3。多年生产经验表明该矿石致密坚硬、磨耗量小、花色均匀稳定，工艺流程简单，加工成本较低，矿石加工技术性能较好。

3.6 板材加工的尾渣(石粉)化学成分

饰面石材打磨、抛光过程中有大量的石粉产生，石粉呈细粒粉末状，一部分被风机鼓动后随风飞扬，大部分随冷却水流出，使溪流呈乳白色，并呈固体状沉淀于河床中，是饰面石材加工过程中主要的环境问题之一。

石粉化学成分测试成果表明SiO2为68.31%～71.03%、Al2O3为14.25%～16.68%、(K2O+ Na2O)为7.27%～8.91%，具有一定的再利用价值。

4 开发利用现状

矿区已设置采矿权25个，采场60个，均采用露天台阶式开采，由于石材矿体埋藏较深，覆盖层按合理边坡角放坡剥离至新鲜基岩面后，以坑采方式开采深部矿体，形成3个或4个近直立的深坑。采坑底面积为0.2×104～0.4×104m2，坑深为50～80 m。2013年开采荒料量约32×104m3，生产面石材毛坯料约800×104m2，实现矿业产值约4.0亿元。

矿山采用电锯切割法开采荒料，首先对新鲜花岗岩矿体进行场地整平，在平整的采场内敷设间距0.75 m的平行轨道；在轨道上安装圆盘板材切割机进行交替切割，切割深度为1.25 m，宽度为0.75 m；完成切割后，在矿体底部凿一排小眼，打入铁楔，把毛坯料从岩体中分离出来；再根据毛坯料规格要求及节理裂隙的情况进行裁切，一般裁切长度为2.0 m、2.5 m或4.0 m，荒料块度一般为1.9 m3、2.3 m3和3.8 m3(图3)。该采矿方法锯缝小、废料少，极大提高资源利用率，减少油料燃烧和荒料排放带来的环境污染，系目前国内外最为先进的采矿方法之一。

由于矿体埋藏较深，开采时将产生大量的废土、弃渣，同时还产生大量的小块料，多数矿山就地排放，对生态环境造成一定破坏。

图3 洪山饰面石材矿山开采方法示意图 Fig.3 The sketch map of mining metheod of Hongshan facing granite deposit in Yongding county

5 矿区资源量估算

根据矿区地形(地貌)、矿体贮存形态及规模，结合当地经济发展规划，洪山圩至下迳地形低洼处小溪流两侧村庄、人口密集，同时规划建设省际公路，故规划道路两侧各500 m作为禁采区，不估算资源量。规划道路将矿区划分为南、北2个区块，南部王寿山已列为国家级森林自然保护区，暂不能开采。故划分何家寨(北部)、黑云寨(西南部)、王寿山(东南部)和大山里(南部)共4个矿段以洪山超单元碱长花岗岩作为资源量估算对象。以最低侵蚀基准面作为最低估算标高，即+200 m水平以上，地表剥离总厚度按40 m计算，以A剖面线为中心，按北西向1.0 km间距图切剖面8条，采用平行断面法估算资源量(表1)。

估算全矿区饰面花岗岩资源量92.41×109m3，开采动用0.038 6×109m3，扣除暂不能开发利用的王寿山矿段，实际保有资源量46.84×109m3，荒料率按20%计算，可生产荒料约9.0×109m3左右，达到大型-特大型规模。

剥离厚度平均按40.0 m计算，扣除暂不能开发利用的王寿山矿段后，剥离总量为11.97×10-9m3，剥采比为0.255∶1，适宜露天开采。

表1 永定县洪山饰面花岗岩矿区资源量估算

6 开发利用探讨

(1)矿山目前开采规模普遍较小，造成“多、小、散、乱”的开采格局。应开展资源勘查，在查明资源状况的基础上，科学、合理地编制矿区开采规划，实现“统一规划、科学设计、规模开采”。

(2)矿山开采必然产生大量的废土、弃渣，须选择合理地段建设排土场，科学、规范堆土、排渣。渣(土)场坡面进行绿化，并于前缘修筑挡土墙和沉淀池，防止山洪夹带大量泥、沙直接排入汀江。制定严格的生态环境保护措施，规范开采行为，实现“红色矿山、绿色开采”。

(3)矿石裁切时将产生大量的小块料，材质与石材矿体基本相同。应拓宽资源利用渠道，推广小块料开发应用工艺，如加工成观赏石雕、石柱等石材工艺品。废弃石料加工成片石、碎石等建筑用石料，高效利用矿产资源。

(4)矿体及其顶、底板均属稳固类岩体，裂隙不发育。开采技术条件宜于空场采矿法采准、切割等矿房的设计与布置。可进行地下开采试点，以减少地表剥离，减轻矿山开采对生态环境的破坏。

(5)板材加工过程中将产生大量的石粉，污染大气和水体，应设立板材集中加工区，将分散设立的加工厂集中于区内，改进板材加工工艺。加工区下游建设沉淀池，将沉淀后的石粉采取技术措施，分别提取SiO2、Al2O3和(K2O+ Na2O)等有用成分作为工业原料，变废为宝，减少废物排放，有效保护环境。

1 地矿部福建地质矿产勘查开发局.福建省地质图1∶50万说明书.福州：福建省地质出版社，1998.