1. 引言
板岩是经地壳亿万年的运动，自然形成的板状石材，与大理石、花岗石一样，都是重要的天然饰面石材 [1] [2] 。板岩自然分层好，单层厚薄均匀，硬度适中，具有防腐、耐酸碱、耐高低温、抗压、抗折、抗电、抗风化、隔音、散热等特点，无物理变化，对人体无害，已被广泛应用于各种场所做装修装饰 [3] [4] [5] [6] [7] 。
大凹矿区是地处风景秀丽的庐山南麓，庐山市中部，交通便利(见图1)。庐山境内储有丰富的青石资源，青石储存量达1.3亿m3 [8] [9] [10] ，而且石质好、品位高，玉质纯正，材质坚韧，品种多样。
综上所述，对板岩的开发和利用，具有重要的现实意义和学术价值，加强该地区板岩成矿机理与赋存规律和资源前景的研究势在必行。研究该区矿体特征研究及控矿条件分析，总结出与矿体形成有关的地质因素 [11] [12] 。
2. 研究区地质概况
2.1. 研究区环境
研究区及周边属丘陵地貌(图2)，地势总体北高南低、西高东低。山脊总体走向自西向北再至东部呈“围椅状”展示，组成地表分水岭。地形标高在39.4~184.6 m，最大相对高差145.2 m。坡度一般20˚~35˚。研究区内冲沟较发育，沟谷多短浅，汇水面积小。研究区范围东侧的大凹水库北东方向发育一狭长冲沟，呈V型，沟谷长约397.6 m，宽5~30 m，纵坡坡度5~10˚，两侧山体自然坡度25~30˚，高差28 m，沟中无积水或堵塞现象 [9] [13] 。上覆残积层厚0.5~1.5 m，植被较发育，主要为马尾松、灌木、茅草等。
研究区外南部及东南部地势平缓、开阔，地面标高39.4~47.6 m，地形坡度一般3˚~5˚，相对高差最高8.2 m。地表多为农田、水塘及村庄。
研究区内最高点在研究区西部，标高约为+175 m，最低点位于研究区东南部，标高约为+60 m，最大相对高差约114 m。当地侵蚀基准面为+40 m。坡度变化较大，一般20˚~30˚，局部达35˚，坡面冲沟发育，区内短小，植被较发育，基岩风化层多出露。地表残坡积层厚0.5~1.5 m。
Figure 2. Environmental map of the research area
图2. 研究区环境图
2.2. 地层岩性
研究区地层主要为青白口系双桥山群横涌组(Pt31ah)地层 [14] [15] [16] ，为一套泥砂质复理式沉积建造变质而成 [17] [18] 。岩性为青灰色绢云母板岩、泥质板岩偶夹薄层状变余粉砂岩、中厚层状变余粉砂岩 [19] 。青灰色绢云母板岩、泥质板岩为研究区饰面用板岩矿矿体，原生微细水平层理发育，板理与层理一致，主要成分为斜长石、石英、绿泥石、绢云母，含少量黄铁矿；地层产状195˚~208˚ ∠52˚~58˚；研究区内水平厚度约500 m。中厚层状变余粉砂岩不能作为矿体，为夹石，呈灰–灰青色、灰黑色，风化色为灰白色、灰黄色、黄绿色；变余泥质–变余粉砂质结构，板状、薄层状、中薄层状、中厚层状构造。研究区内水平厚度约78 m，产状与板岩一致。
2.3. 构造
九江坳陷带与九岭逆冲隆起之交接部位–修水–武宁凹褶断束的东部–黄岭倾伏背斜的西南翼。研究区地层主要为青白口系双桥山群横涌组板岩，呈单斜构造。断裂构造和岩浆岩均不发育 [20] [21] 。
黄岭背斜分布于温泉、隘口、廖花、华林、横塘一带，背斜轴部位于温泉、廖花方向，呈北西—南东走向，为一套泥砂质复理式沉积变质建造；褶皱微弱，呈单斜产出。核部为古元古代棲贤寺片岩，向西南依次为归宗寺变粒岩及青白口系双桥山群横涌组第一、第二、第三段岩组；群横涌组岩性为千枚岩、板岩、变余粉砂岩等 [22] [23] 。研究区内为青白口系双桥山群横涌组板岩、变余粉砂岩，产状195˚~208˚ ∠52˚~58˚，水平厚度约500 m。
研究区内地质构造简单，呈单斜构造，未发现次级褶皱和大的断裂构造 [24] ；主要有层间硅化破碎带(石英脉)及节理裂隙等。
在CK-2采坑断面上发现一条北西向破碎带，构造产状208˚ ∠52˚，与地层基本一致，为变余粉砂岩与绢云母板岩层间破碎，构造宽约2.6 m，两侧为原岩碎块，中间为白色石英团块、变余粉砂岩及绢云母板岩角砾混杂，胶结较松散，见少量高岭土化、绿泥石化、黄铁矿化等(见图3)。
(a) 
(b)
Figure 3. (a) Is the actual diagram of CK-2 F1 construction and (b) is the actual diagram of CK-4 joint fractures
图3. (a)为CK-2F1构造实图，(b)为CK-4节理裂隙实图研究区见有疏密不等的四组节理裂隙，裂隙面平直，无充填或充填石英脉、方解石脉、黄铁矿等(见图3)。第一组节理产状30~40˚ ∠45~55˚；第二组节理产状90~100˚ ∠63~8˚；第三组节理产状250~280˚ ∠75~85˚；第四组节理产状310~355˚ ∠67~85˚。
3. 研究区矿床地质特征
3.1. 矿床特征本研究区矿床为沉积型浅变质岩矿床，属板岩饰面石材矿床类型。
3.2. 矿体特征
3.2.1. 矿体形态、规模研究区矿体为新元古界青白口系双桥山群横涌组(Pt3sh)青灰色绢云母板岩、泥质板岩，中风化的“锈板”和新鲜的基岩都可作为饰面石材利用。矿体呈层状产出，带状分布，产状为195˚~208˚ ∠52˚~58˚。由于中厚层变余粉砂岩可劈性差，夹有中薄层及薄层状板岩，不能作为矿体，将厚度大于2 m的中厚层变余粉砂岩作为矿体围岩。因此，整个研究区范围内可划分为七个饰面用板岩矿体见图4 (自南向北分别编号为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ号矿体)；各矿体规模、产状等特征见表1。绢云母板岩矿体中夹有少量中薄层板岩及变余粉砂岩夹层，可劈性很差，对板岩的板材率有一定影响。据统计，绢云母板岩矿体中的中薄层板岩、变余粉砂岩夹层及石英脉含量约83% (含矿率)。
Figure 4. Drilling and surrounding profile map of the research area
图4. 研究区钻孔及周围剖面图
Table 1. Statistical table of ore body characteristics
表1. 矿体特征统计表
研究区内变余粉砂岩层可化为六层，分别为①、②、③、④、⑤、⑥号变余粉砂岩层，厚度均大于2 m，水平厚度在2~32 m之间，作为矿体界线划分的依据，作为矿体围岩。各地层规模、产状等特征见表2。
Table 2. Statistical table of characteristics of residual silty sand strata
表2. 变余粉砂岩层特征统计表
3.2.2. 矿体的色斑、色线及放射性强度
(a) 
(b)
Figure 5. Hand specimens and microscopic photos
图5. 手标本及镜下照片
3.2.3. 矿体裂隙
研究区内见有4组裂隙(节理)，但单个采坑一般只见到3组裂隙：
第一组节理产状30~40˚ ∠45~55˚，节理面平直，一般1~2 m一条，局部密集地方0.1~0.55 m一条；
第二组节理产状90~100˚ ∠63~85˚，节理面平直，一般2~4 m一条，局部地方1.2~1.5 m一条；
第三组节理产状250~280˚ ∠75~85˚，节理面平直，一般2~4 m一条，局部0.8~1.6 m一条；
第四组节理产状310~355˚ ∠67~85˚，节理面平直，一般2~4 m一条，局部0.6~1.7 m一条。
裂隙多无充填物，见图6。
3.3. 样品描述
矿石成分 [25] [26] 斜长石40%左右，石英25%左右，绢云母10~15%，绿泥石10~15%，白云母2~3%，黄铁矿1~2%，其余特性见表3。绢云母、绿泥石呈片状平行分布，石英碎屑分布于片理间，黄铁矿呈星点状分布。矿石为显微鳞片变晶结构，板状构造。微细水平层理发育，层理与板理基本一致，板理面平整光滑，层间胶结不紧密，可劈性好 [2] 。
Table 3. Statistical table of physical properties of ores
表3. 矿石物理性能统计表
本次对矿石进行化学成分分析，矿石化学成分(平均值)为SiO2:63.12%、Al2O3:16.85%、Fe2O3:1.14%、CaO:0.73%、MgO:1.96%、FeO:4.95%。
3.4. 矿体(层)围岩、夹石
矿体为青白口系双桥山群横涌组浅变质板岩，为一套泥砂质复理式沉积建造，岩性为绢云母板岩为主偶夹黄色泥质板岩。研究区内顶底板岩性相同。顶板围岩为绢云母板岩及变余粉砂岩风化盖层，厚度平均约7 m。侧向围岩为变余粉砂岩、或因矿权界线限制为绢云母板岩。研究区内已查实六层厚度大于2 m的变余粉砂岩层，水平厚度在2~28 m之间，产状与绢云母板岩矿体一致。可劈性差，不能作为矿体 [27] [28] [29] 。②、③、④号变余粉砂岩层层厚在2~7 m之间。
夹石为绢云母板岩矿体中不可劈中薄层板岩、变余粉砂岩夹层及层间石英脉，厚度小于2 m时，不能单独剔除。石英脉分为沿裂隙充填石英脉及层间破碎充填石英脉，脉幅由裂隙或层间破碎控制，一般0.2 m~1.2 m之间。
4. 矿床开采技术条件
4.1. 水文地质
研究区西部边缘有一条终年不涸的小溪流，大气降水由北向南沿沟谷排入小溪流。紧邻矿区东部为一小型水库(大凹水库)，坝顶标高为+63.5 m，坝高约10 m，面积约26700 m2，库容量约22.8万m3。坝体为梯形土坝，坚硬密实，无变形渗漏，坝顶宽8 m，迎水面坡率为1:0.75，背水面坡率为1:0.5，目前水位约为+58.5 m，汛限水位+63.5 m。10号拐点南东方向约50 m处有一水塘，周边无其它地表水体，矿区内有三条较大沟谷，沟谷水量不大，流量受季节性影响明显，暴涨暴落，旱季多干枯。
研究区及附近所处区域土壤成土母岩为青灰色绢云母板岩、泥质板岩偶夹薄层状变余砂岩。土壤类型黄棕壤为主，厚0.5~1.5 m。研究区占用土地类型主要为有林地，地表植被以灌木、杂草为主，少量乔木，乔木以松树为主。
研究区岩层主要为绢云母板岩及变余粉砂岩，岩层均为富水性弱。
根据含水层的岩性特征、赋水空间等特征，将研究区地下水类型划分为基岩裂隙水和层间构造裂隙水两类 [9] 。
基岩裂隙水主要赋存在青白口系双桥山群横涌组绢云母板岩和泥质板岩风化裂隙中，含水层的厚度受风化裂隙发育深度所控制，由于风化裂隙随着深度增加而减弱 [30] [31] ，含水层厚度一般较薄(8~11 m)。地下水位埋深浅，枯季地下水径流模数小于1 L/s·km2，富水性极弱，透水性差。
研究区构造简单，构造裂隙不发育，仅CK-2处见一层间构造F1。F1构造为层间破碎带，为正断层性质，宽约2.6 m，充填板岩碎块、白色团块石英，胶结较差，产状195˚ ∠52˚。地下水类型为层间构造裂隙承压水，主要接受大气降水、上部风化裂隙水补给。
1) 研究区充水因素分析
本研究区属剥蚀丘陵及沟谷冲积平原地貌，研究区开采标高+175~+55 m，高于当地最低侵蚀基准面+40 m，但研究区外围四周高程高于最低开采标高+55m。研究区主要为板岩风化裂隙及构造裂隙含水层，地下水主要来自大气降水，对研究区没有直接影响 [30] [32] 。研究区为西北高东南低的单面坡地形，地形坡度中等，有利于自然排水。
2) 研究区汇水量估算
研究区位于地下水位以上，充水主要来自大气降水，地下水对研究区没有影响，研究区内的水主要来自地表水径流，降水自分水岭沿地面直接流入研究区。未来汇水量采用大气降水汇水量法(地表迳流系数)进行预测，地表迳流系数采用1，汇水面积为35,8540 m2，采用公式Q = F × A × 分别计算年平均降雨量、年最大降雨量和日最大降雨量流入采矿场的汇水量。本研究区属于大气降水充水型矿床，地下水类型以基岩裂隙水为主，富水性弱，大气降水是地下水主要补给来源。
综上所述，研究区水文地质条件属简单类型。
4.2. 工程地质条件
4.2.1. 矿体埋藏条件
研究区矿体为青白口系双桥山群横涌组绢云母板岩、泥质板岩，变余泥质结构，板状、薄层状、中薄层状构造，板理发育。矿体长约760 m，宽约680 m；矿体出露标高最高为+175 m，最低为+55 m，矿体最大开采深度120 m。
4.2.2. 工程地质特征
根据研究区地形地貌及环境水文气候条件及鸦吉山矿区资料，结合本次调查结果，庐山市大凹矿区板岩矿床的岩石大致可划分为松散岩组、半坚固岩组、坚固岩组；结合岩石的工程地质特点和岩石结构性质，以及岩石强度性能，划分为以下三个工程地质组：
1) 松散岩组：分布于山坡，由残坡积物及强风化物组成，其岩性为粉质粘土、碎块石混合固结，固结性差，强度低，覆盖层厚3~10 m，平均厚度7 m，风化层最厚点位于山坡低洼处。
2) 半坚固岩组：岩石较致密，为风化–半风化板岩，系松散–坚固型的过渡类型，厚度一般2~4 m，平均厚度3.0 m。
3) 坚固岩组：岩石坚硬致密，板状构造，为新鲜的绢云母板岩、泥质板岩，稳定性较好。
研究区内断裂构造不发育，仅在研究区西南见有一条顺层F1硅化破碎带；主要发育次生四组构造裂隙。F1构造硅质胶结，完整致密，不含水，对岩层工程条件无影响。四组裂隙均为张性节理：
第一组节理产状30~40˚ ∠45~55˚，倾向近垂切地层产状，对顺层边坡影响不大，对南部北倾切层边坡影响较大。第二组节理产状90~100˚ ∠63~85˚，近南北向、东倾，对西部东倾边坡影响较大。第三组节理产状250~280˚ ∠75~85˚，充填石英脉，对顺层边坡有一定影响。第四组节理产状310~355˚ ∠67~85˚，裂隙呈开口状，产状变化大。浅部受地表风化作用影响，对边坡上部及东部西倾边坡影响较大。
4.3. 环境地质条件
4.3.1. 区域稳定性
研究区位于鸦吉山西侧，是鸦吉山青板石矿区的西延部分。研究区位于江西省三条主要地震活动带之一的九江至修水地震带内。据历史资料记载，自公元409年至今，庐山市及周边地区共发生有感地震达25次之多，震级一般2.0~3.5级，大于4级的有4次。最大级为5.7级，发生于2005年11月26日，震中位于瑞昌市—九江县之间，本区震感强烈。本区属地壳活动较稳定区，区域稳定性较好。据《中国地震参数区划图》(GB18306-2015)，研究区所处区域地震基本烈度为Ⅵ度，本区地震峰值加速度为0.05 g。反应谱特征周期为0.35 S，属较稳定地块。
4.3.2. 研究区地质环境现状
矿床分布于丘陵区，地形坡度10~20˚，坡高一般10~30 m。岩性松散—坚硬，岩层倾角较陡，在自然地质环境条件下发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害的可能性较小。矿区及周边未见崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。
研究区地表植被、地形地貌景观均已不同程度的破坏，影响了该区的生态平衡；研究区地表水、地下水不发育，但工作期间带来的粉尘、污水污染，对周边空气、水源质量的影响较大；废石、废渣存在无序堆放现象，不仅压覆了未开采矿石，还存在崩塌、滑坡、掉块事故的隐患；老采坑及废弃采坑一般用于废石、废渣及废水存放，亦存在崩塌、滑坡、掉块事故及污染水源情况，并且缺少安全维护及警示，存在安全隐患。而且随着采矿的继续，深度和规模的加大，这种影响会更加明显。
研究区矿山开采以手工作业为主，矿石开采切割时，产生较大含SiO2粉尘，极易发生矽肺病等职业性疾病。生产过程中，应杜绝断水切荒、无防护劈荒、多洒水除尘，需做好防尘劳保，防止矽肺病等职业性疾病发生。
4.3.3. 矿山开采技术条件
研究区矿体位于当地最低侵蚀基准面以上，自然排泄条件较好，地下水对未来露采矿坑充水影响较小，水文地质条件属简单类型；矿区地层单一，构造较为简单，采空区边坡稳定性较好，矿体上部岩石松散，故矿区工程地质条件总体属较中等类型 [33] [34] ；矿区内在自然条件下环境地质条件较好，但在矿山开采、加工活动中，存在污染环境、破坏植被等现象，在目前采矿、加工工艺的前提下，通过一系列针对性措施，此类地质环境问题可有效的解决。矿区内环境地质条件属中等类型。
综上所述，本研究区是以工程地质、环境地质为主的复合问题的中等类型矿床开采技术条件 [35] [36] [37] [38] 。
5. 控矿地质条件简要分析
研究区矿床为赣北双桥山群出露的地区在大地构造位置上属于扬子地块南缘的江南造山带。不同学者对双桥山群进行过锆石U-Pb定年，限定了双桥山群的形成时间大致为830~815 Ma。双桥山群由老到新依次为横涌组、计林组、安乐林组和修水组，各地层岩性单一，主要为变质砂岩、变质粉砂岩、粉砂质–泥质板岩、千枚岩等 [14] [16] [17] 。研究区矿床为沉积型浅变质岩矿床，板岩变质程度的主要由变质作用发生地区的地质环境机演化过程，包括构造运动、岩浆活动等地质因素控制。按物理化学理论可抽象概括为时间、温度、压力、活动性流体四个方面 [11] [12] [39] 。通过对比皖赣相邻地区双桥山群横涌组的地层特征，皖赣相邻地区双桥山群中变泥砂质岩石的地球化学特征研究结果显示浅变质碎屑岩物源主要来自长英质岩石组成的后太古宙上地壳，双桥山群沉积岩的物源为基性和长英质火成岩混合源，暗示了本研究地区可能也是如此 [14] [15] [17] 。
6. 结论
1) 矿区矿体出露于地表，进行了部分开采，资源储量勘查工作进行了认真的观察和研究。矿床处于当地侵蚀基准面上，水文地质条件属简单型，工程、环境地质条件属中等型。
2) 矿区建筑用板岩呈层状分布，开采岩层层位稳定，结构简单，厚度变化小，地表覆盖层厚度薄，开采成本较低。
3) 矿区的采矿活动损毁了当地的土地、破坏了植被、改变了矿区的地形地貌，破坏了当地的生态环境，对矿区周边环境影响较大，给当地老百姓的生产生活带来了一定的影响。