湖北竹溪瓦板岩的地质特征和质量评价
具有良好的劈分性，并达到一定的块度的质量要求的板石为板石矿，而其中可用作屋顶覆料的板石又称为瓦板岩矿。因其具有独特的物化性能，加工简便，无污染而被视作绿色、洁净建材。近几年，欧美诸国及亚洲的日本、新加坡，大洋洲的澳大利亚、新西兰等对瓦板岩的需求量稳定增长。我国瓦板岩资源比较丰富，而以陕西的紫阳、镇巴、岚皋等县及湖北的竹溪、竹山的储藏较丰。该类矿产目前我国尚未制定与之有关的质量标准（天然板石国家标准的审议稿2000年年底已完成）。
1、 瓦板岩地质特征及对开采的影响
1．1 瓦板岩产出的地质特征
1．1． 1矿体产出层次
矿体系一套浅海滞流地与开阔海交替环境沉积物。矿体产出的一个重要特点是层位稳定，从地质学的意义上笼统地说板石在竹溪该地层中可说是分布十分广泛，其连续性和成层性均好。但从开采意义上说，瓦板岩则是指符合特定指标要求的板岩。在延长数公里的矿带内，并非产出连续的瓦板岩矿层，而是断续出现的。总的特点是在平面上分布在一个大的矿带中，而形成的矿体又多呈弧丘状，不连续带继续分布。
1．1． 2矿体的形状、产状和规模
矿体多呈似层状或豆荚状，控制长度多在100~200m，厚10~50m，垂向下沿深度为50~80m。但从已发现的的采点看，矿体赋存部位往往是厚度异常增大地段，表明矿层形成和褶皱构造运动造成泥岩层的层间滑动及褶皱转折端软质岩层增厚有密切关系。另一方面是矿层内的层理和劈理不一致（存在一定有夹角，一般为5~15º，有时可达30º），而厚层泥质岩石的层理又不明显，故多数矿山在地质勘测时误将劈理当作层理。在描述矿体产状时也多数是用劈理的产状。矿层真正的产状只能在矿层顶底板附近，沉积物质多发生变化，出现韵律纹层时才能量得。
前已述及，瓦板岩的突出特点是劈理发育，多形成于特厚的块状泥质岩层之中。因之，矿层的内部，质地均一，结构较简单，所出现的一些非矿夹层，主要是以劈理来划分的含白斑（影响板面美观而难以利用的）板岩层。
1．1． 3影响板石成矿和开采的主要地质因素
研究表明，影响瓦板岩成矿的第一要素是沉积条件。其原岩为一套厚层，质地均一的粉砂质泥岩，其结构为块状，原始层理不发育。只有这样的岩石在后期的变质作用中才能形成极易劈分的劈理。另一方面，岩石的成分也决定了成品板的硬度一定理的硅质成分很自然就会使成品板的硬度增大，形成硬质板。但当硅质含量过高时，则会使瓦板变脆，增加成品板加工时打边、打眼的难度，增大破损率。而泥质矿物（绢云母）比例增大时，则会降低成品板的硬度，使之韧性增强，形成软质板。但泥质成分过多，又会降低瓦板的抗压、抗折强度。
对一些影响成品板的质量的特殊矿或成分来说，其原始沉积环境也是很重要的。如过分封闭的滞流洼地中会有过多的黄铁矿（硫化物）形成，在板面上硫化物含量过多时，因风化作用会使得板面上出现铁锈色的流纹，影响瓦板覆顶的美观性。同样，开阔的浅海环境，往往会使板岩中钙质成分贪量过高，使得瓦板遇到雨水会使板面溶蚀，形成坑疤和蚀洞，同样也会影响板面的美观。
第二主要因素是构造条件。早期区域变质时期的构造作用是厚层泥岩产生劈理，变质为瓦板岩的必备条件。由于岩层所处褶皱构造部位的不同，会造成劈理与层理的夹角大小不同，原始沉积的层理如物质成分变化太大，会造成劈理发育程度降低，岩石不易劈分；物质成分变化不太大时，当层理与劈理夹角超过20度时，则会因层理的交替变化在板面上现显出层纹，造成板面的不均一性，影响成品板的质量。如果层理与劈理产状接近或一致，则会增大劈分时的破损率。据矿山近乎几年的开采实践来看，两者之间的夹角为5~20º时最好。后期的构造作用往往会在板石中形成断层、节理和风化裂隙，对瓦板矿的产出块度和开采有很大的制约作用。节理分布与劈理分布的关系对开采有很大的作用。当节理产状近于垂直劈理方向时，该组节理面开采时就可充分利用，形成毛墩的自然边界。此外，节理的间距只要大于30CM（未打边成品板的容宽度），该组节理同样可予以得用。竹溪地区节理发育大多数情况下，符合上述要求，节理不是瓦板开采的主要条件，节理不是瓦板岩石开采的主要制约因素。
第三方面是岩浆活动的影响作用。岩浆活动对于瓦板岩矿层的保存和矿层的质量有着重要的影响。影响的表现形式有以下几种类型：①当区域内有大规模的岩浆活动时，会导致区域地温增高，使瓦板岩内的矿物质发生重结晶或溶融变质为新的矿物，破坏劈理的存在。②还会有一些热液脉体沿劈理和岩石的节理、裂隙贯入，当其达到一定程度时，板岩就不能成为板岩矿来开采了。③岩体附近的板岩发生褪色、失水、质地变脆，降低出材率。在矿山内最常见到的是板面上出现的“白斑”现象，它往往会使得一定厚度、质量上乘的瓦板因板面的“白斑”而废弃。据初步研究，这些“白斑”的主要成分是硅质细微结晶的聚集体，其成国是矿层附近的岩脉形成时气液沿劈理面贯入，经凝析而形成。
后期的风化作用也是瓦板岩成矿的一个主要的控制因素，风化作用对板岩矿层的破坏作用也是十分明显的。其主要表现：一是在近地表形成一定深度的风化裂隙琏带，其和原有的节理构成交替的网状裂隙系统，使得板石的块度降低；二是因风化作用完整的板面沿日光照射面发生脱水“干浆板”，降低板石的可劈性或使得板石不可劈分。经野外实地调查，各矿石的风化裂隙带发育深度不完全相等，一般在5-15米最大可达30米；迎日照的干浆板厚度一般在5米厚。在计算矿层的可采储量时，这些岩段均应扣除。
2． 竹溪瓦板岩主要的质量指标评价
2．1． 瓦板岩的岩矿特片的化学成分
2．1．1．瓦板岩的矿物成分和结构构造
瓦板岩的矿物成分主要为绢云母（75-85%）和石英，其次有泥质（3-4%）和炭质（<1%），含少量碳酸盐（<1%或不含）、黄铁矿、磁黄铁矿及其它氧化物，部分含有绿泥石（<1%）、黑云母（一般为1%，个别为3-5%）；微量的电气石、锆石等。根据其矿物成分分析，其原岩为含炭含粉砂质泥岩。
竹溪地区硬质板中绢云母含量在75-85%之间，硅质含量8-15%；软质板绢云母含量90%以上，石英5-7%，基本与西班牙所产瓦板成分一致。
瓦板岩在宏观时为典型的隐晶地结构，板状构造，岩石致密均一；显微镜下，一般绢云母多呈现微鳞片状集合体定向排列分布，粒径一般为0．01-0．02mm，少数达0．04mm．y有时间可见云母内尚存残留有未结晶的泥质残余。石英多呈它形显微粒状变晶单晶或集合体均匀分布在绢云母之间，少数与白云石、方解石、绿泥石共生呈小扁豆体、小透镜体状团块或细脉产出。绝大多数石英晶体具波壮消光、亚颗粒化，被压扁拉长呈现长条状定向排列，表明瓦板岩在形成过程中经历了强烈的韧性变形作用。
2.1.2.瓦板岩的化学分
竹溪境内6个代表性瓦板岩矿山品板的取样化验分析结果平均值为：硬质板的SiO2的平均值为70.10%；Al2O312.86%；SiO2/ Al2O3 5.46%；Fe2O3+FeO为6.54%；CaO为0.32%；MgO为2.01%；S为0.046%；C为0.45%，其中有机碳为0.40%，碳酸盐的碳只有0.05%。
软质板SiO2为57.30%；Al2O319.44%；SiO2/ Al2O3 2.96%；Fe2O3+FeO为9.96%；CaO为0.47%；MgO为2.11%；S为0.057%；C为0.45%，，其中有机碳为0.43%，碳酸盐的碳只有0.02%。
两者的主要差别是SiO2和Al2O3的含量差别较大，硅铝比几乎差了一倍。软质板的化学成分更趋近于西班牙的瓦板。特别值得注意的是瓦板岩内硫化物硫及无机碳含量很低，表明其化学成分稳定。
2.2.瓦板岩的物理特征
2.2.1. 瓦板岩的装饰特征
竹溪瓦板岩的颜色为青灰、深灰（微带蓝色调）色，颜色纯正，古朴端雅，具亚光性，色调柔和，无明显的杂色条带和斑痕。更为重要的竹溪地区内不同矿点、区段瓦板的颜色几乎是完全相同，无大的变化，这一特点为某一城市，乃至一个地区、一个国家长期稳定供货，使受货地区建筑顶面色调协调一致非常有利。
2.2.2. 瓦板岩的隔水性
竹溪硬质瓦板岩的隔水性能非常好，其普通吸水率为0.10-0.28%，而西班牙的瓦板岩的吸水率为0.3%，这表明竹溪硬质板的吸水性不仅远远低于我国一般的石材国家标准，也大大低于西班牙和法国等国家的标准。
竹溪软质板普通吸水率为0.66%，接近西班牙和法国的标准，低于英国标准和一般石材的国家标准。需要指出的是，目前软质板的开采部位主要是在近风化带的浅部，尚未进入原生的地段，这也可能是吸水率偏高的一个原因。
2.2.3.瓦板岩的抗压抗折性能
因竹溪板岩岩石结构致密，微裂隙极不发育，故其抗压强度为207.3-325.7Mpa，抗折强度为43.6-85.0Mpa，均高于或接近西班牙、法国的标准大高于一般石材的国家标准。
2.2.4.体积密度和硬度
瓦板岩的体积密度（天然容重）为2.63-2.80g/㎝³，均符合一般石材国家标准要求，略低于西班牙指标要求而高于法国指标要求。硬度测定目前国内尚未采用磨耗因数（WF）法（意大利、比利时等国已采用此法），因而仍只能采用传统的肖氏硬度法，虽然不能准确地反映岩石整体的实际硬度，但仍具有可比性，测量结果表明，竹溪瓦板中硬质板的肖氏硬度为65.4-75.0，而软质板只有30.2。
2．2．5．瓦板岩的耐热性
板石具有很好的耐热性。般是在火烧时不变形，不燃烧；二是火烧时不起化学反应，表面基本无变化。
2.3 瓦板岩的抗风化性能
2.3.1.抗酸抗碱锓蚀性能
用20%深度有H2SO4和相同浓度的NaOH溶液在20º的条件下分别侵蚀瓦板岩试样，3小时后酸蚀条件下其重量仅损失0.04-0.06%，碱蚀条件下损失率为0.03-0.08%，表明竹溪瓦板岩具有优越的耐酸耐碱性，为耐酸板和耐碱板。一般条件下，自然界使人感到非常难的酸雨、酸雾中SiO2的浓度通常是0.8-1.5×10¯6。据此可以认为，自然界的酸雨对具有上述抗酸、抗碱能力的瓦板来说，基本上是没有侵蚀能力的。
2.3.2.抗冻性能
竹溪瓦板的试样经过25冻循环后其抗压强度仍达166.0-182.7Mpa，且块损失率<0.1%，表明其抗冻性能好。
2.3.3.抗生物侵蚀性能
通过实地调查，许多建筑几十年的瓦板覆顶老屋，瓦板在长期日晒条件下，始终呈现原始的自然色彩，色泽经久不褪。但一些碳质含量较高（有机碳大城2%）和具有较多硫化物团块的瓦板，则会因日晒雨淋造成碳质氧化而褪色，使瓦面形成色泽不一的团块。因此，含碳质和硫化物较高的板石不宜作为瓦板岩。
2.4 瓦板岩的加工技术性能
竹溪瓦板岩结构均匀，板理（劈理）发育，硬度不大且组成岩石矿物硬度的级差较小，有一定的韧性，因此具有较好的加工性能。
经试采资料证明，竹溪瓦板的矿石易切割、易劈分、易打边和打眼。1m³的矿石墩料加工成60×45cm和30×30cm的成品板只需2小时左右。
因板岩本身存在的一些生长缝合线及白斑的影响，开采的毛墩在锯切时会有30%的损耗。
由于竹溪瓦板岩硬质板成分中硅质含量相对较高，质地较脆，因此在打边、打眼中均有10%的破损率；劈分时的破损率为20-60%。
硬质板的软质板相比，软板的加工性能更好些，软板的劈分厚度可达3mm，硬板为5-8mm。
2.5.瓦板岩的放射性强度
用放射化学方法测定了竹溪瓦板岩的Ra-226、Th-232和K-40的放射性比活度。结果表明，Cth和平共处五项原则Ck略高。Crn较低。按照镭当量浓度计算公式Cera=Cra+1.35Cth+0.088Ck计算得出，Cera为160.84-262.68q.kg-1。对照国家建材标准（JC-518-93），竹溪瓦板岩的放射性比活度同时满足Cera≤350Bq.kg-1和Cra≤200 Bq.kg-1的国家标准，属于不限制使用范围的A类建筑材料，可用作屋顶覆料，也可用作室内铺地、贴面，是一种使用安全、纯天然、无污染的绿色环保建筑材料。湖北省竹溪县是全国著名的瓦板岩之乡，瓦板岩矿产分布面积可达1000km²，远景自然预测为30亿m³，尤其令人瞩目的是，从国内瓦板岩的调研国际市场销售情况看，竹溪瓦板岩不仅开采条件简单，加工简便，成本低，而且质量上乘，许多质量指标与西班牙同类板石相同，或优于该类产品。因之，竹溪瓦板在国际市场上具有极大的竞争能力。近几年，竹溪县人民政府以睿智的眼光，制定了一系列优惠政策的宽松的投资环境，吸引国内外资金开发当地瓦板岩资源。目前产品已达近百万平方米，产品远销英、法、德等国，给当地带来了十分显著的经济效益，使矿山所在地的贫困农户很快就摆脱了贫困，显示该类产品开发有十分广阔的前景。 |
