別有洞天

吳國材(土木工程署　土力工程處)

香港人都知道馬鞍山是一個背山面海，風光秀麗、空氣新鮮、適合居住的新市鎮。可是，馬鞍山上曾經有過香港最大的工業礦山，這一歷史事實，卻像那些古舊的礦坑，逐漸被蔓延伸展的叢林植被覆蓋一樣，漸漸地快要被人淡忘了。

為了從科學技術的角度，考察和記錄馬鞍山鐵礦這一香港境內歷史上最重要的工業礦山的開採史，我們除了參考大量已發表的有關學術論文之外，還翻閱查考了土木工

馬鞍山礦區地質概况

馬鞍山礦區位於馬鞍山西南方向山坡的下半部。這一帶地方處於花崗岩與沉積岩及火山岩的侵入接觸變質帶，其地質及構造情況較為複雜。沉積岩、火成岩和變質岩三大類岩石都出現在這個地區 。

馬鞍山山頂一帶出露玻屑凝灰岩 (vitric tuff) 、沉凝灰岩 (tuffite) 及流紋質熔岩 (rhyolite lava) 等，它們屬於淺水灣火山岩群 (Repulse Bay Volcanic Group) 的荔枝莊組 (Lai Chi Chong Formation) 。其時代為晚侏羅世 (Late Jurassic) ，距今約一億四千六百萬年。這一套火山岩直接覆蓋在泥盆紀 (Devonian) 馬鞍山組 (Ma On Shan Formation) 的古老沉積岩之上 ( 距今約三億七千萬年 ) 。花崗岩從西南方向侵入到馬鞍山一帶。沉積岩由於受到花崗岩侵入的影響，巳局部變質成為角岩 (hornfels) 和矽卡岩 (skarn) 。馬鞍山鐵礦的礦體就賦存在花崗岩與沉積岩的接觸帶上。

馬鞍山礦區礦床類型簡析

馬鞍山鐵礦礦體的形成受矽卡岩化和多次熱液交代作用所控制。在礦床分類中應屬於典型的 「 矽卡岩型期後熱液鐵礦床 」 。矽卡岩在岩石分類中是一類非常獨特的接觸交代成因的變質岩。它是由酸性岩漿岩，例如花崗岩等侵入到富含碳酸鈣的岩石，如大理岩、灰岩、白雲岩等中，發生接觸交代變質作用所形成的一種變質岩。矽卡岩以含大量矽卡岩礦物為主要特征。由於許多矽卡岩礦物都呈不同程度的綠色色調，因此，矽卡岩也常常為綠顏色。

馬鞍山礦區的矽卡岩形成了香港最為複雜多變的礦物組合。其主要礦物包括陽起石 (actinolite) 、綠泥石 (chlorite) 、綠帘石 (epidote) 、硅灰石 (wollastonite) 、透輝石 (diopside) 、和石榴子石 (garnet) 。其次還含有少量的螢石 (fluorite) 、菱錳礦 (rhodochrosite) 、方鉛礦 (galena) 、方鎂石 (periclase) 和蛇紋石 (serpentine) 等 ( 馬鞍山礦區主要礦物見 「 馬鞍山的岩石和礦物 」 一文所附之常見礦物特徵表 ) 。

所謂 「 矽卡岩型期後熱液礦床 」 ，指的是酸性岩漿侵入碳酸鹽岩圍岩，形成了矽卡岩。其後，岩漿侵入後期的含礦熱液有選擇地交代矽卡岩，使礦體富集而形成礦床。因此，矽卡岩型期後熱液礦床的礦化作用，往往嚴格地受到圍岩中接觸交代形成的矽卡岩的分佈所控制。

從礦區剖面圖中可以清楚地看到，鐵礦體賦存於花崗岩和砂岩、粉砂岩之間的接觸帶。大理岩構成礦體的核心，而矽卡岩與礦體緊密共生，空間上的關係極為密切。所有這一切都極好地詮釋了矽卡岩型期後熱液礦床形成的機制。矽卡岩型期後熱液礦床是一種相當普遍的礦床類型。中國大陸長江中下游寧蕪一帶的富鐵富銅礦床，以及著名的湖北大冶鐵礦，都同屬這種類型。

矽卡岩型期後熱液礦床的形成，是岩漿侵入之後，地底深處熔岩源中的熱液和含礦熱液，沿斷層或裂隙向上運移到岩漿侵入體與圍岩的接觸帶，進行反覆交代的結果。在馬鞍山礦區，伴隨着岩漿侵入後期的熱液活動，圍岩往往被不同程度的硅化，即圍岩或花崗岩體本身被二氧化硅交代，形成石英岩 (quartzite) 或硅化花崗岩，或者沿裂隙充填形成石英脈。硅化作用和礦化作用多次反覆交替進行，使岩石的含礦度越來越富集。

因此，矽卡岩型期後熱液礦床的礦石品位 ( 含礦量 ) 一般都相當高。由於受矽卡岩分佈的控制，矽卡岩型期後熱液礦床的礦體經常斷斷續續地沿着接觸帶分佈，也常常形成規模較小但品位極高的 「 雞窩礦 」 。

馬鞍山礦區的露天採礦場

由於礦體露出地表，馬鞍山礦區的開採始於露天採礦。自 1906 年到 1959 年，主要鐵礦石的生產大多都是由露天採坑中挖掘的 ( 參考圖五 ) 。

馬鞍山礦區露天採坑從海拔 300 米左右開始，那裡是礦體露出地表的部位。隨着開採露天採礦坑向下擴展，延伸到大約海拔 240 米左右。馬鞍山礦區露天採礦場大致呈東南至西北方向伸展，採坑的主要出口朝西偏北方向。採礦場東西方向長約 500 米，南北寬 300 米左右。露天採坑由十個處於不同高度的採礦和運輸平台構成 ( 參考圖六 ) 。

1953 年礦區及外圍地區進一步的鑽孔勘探証明，更大的礦體賦存在海拔 240 米以下 ( 參考圖四 ) 。也就是說，露天採礦場的底部才剛剛觸及深埋地下的主要礦體。根據當時探明的儲量進行計算，在海拔 240-110 米之間礦石儲量超過四百五十五萬噸。按照 60% 可採率計算 ( 即可實際挖掘開採的礦石量 ) ，可開採的礦石超過二百七十三萬噸。若按照當時的開採能力和水平計算，這些礦石可供開採十多年。鑑於這種情況，五十年代末期，礦區全部轉入地下坑採，露天採礦場被徹底關閉廢棄。

馬鞍山礦區地下採礦隧道佈局

馬鞍山礦區自日本公司涉足之後才開始地下坑道採礦。其所有地底隧道工程都是由日本工程師設計和在其指導下施工的。

馬鞍山鐵礦從 1953 年 3 月開始地下坑道採礦。當年挖掘的採礦隧道總長度僅 335 米。但兩年之後，到 1955 年 7 月，地下採礦隧道總長度急增至 3139 米。這說明地下坑道採礦發展極為迅速，大有取代地面露天採礦的趨勢 ( 參考圖七 ) 。實際情况的發展，也證明了這一發展趨勢；地下坑道採礦必將成為礦山礦石的主要生產方式。 1959 年露天採坑關閉之後，地底採礦隧道的開挖和修建趨於更迅速的發展 ( 參考圖八 ) 。

按照設計，馬鞍山鐵礦地下坑道採礦主要採用 「 層段回採法 」 (Sub-level Stopping) 。該方法的基本原理是：先將礦體從垂直方向上分層，並進一步在水平方向上，將每層礦體分割成若干個立方塊體，由上至下進行回採。

根據馬鞍山鐵礦體的具體分佈及延伸狀態， 「 層段回採法 」 的設計，是用隧道把整個礦體從垂直方向上按海拔高度分為三個主要的開採層段，即 240-192 米層段、 192-152 米層段及 152-110 米層段。每個層段由上至下，又分為若干個供開採作業的次級開採工作層段。次層段一般高約 7-8 米 ( 參考圖九 ) 。

在水平方向上，每一個層段 ( 和次層段 ) 佈置了 20 米 x 10 米的採礦作業隧道網，將礦體切割劃分成若干個小區。也就是說，用採礦作業隧道網將礦體切割成一個個的立方塊體。相鄰的層段和次層段之間鑿有垂直的豎井 ( 或斜井 ) ，便於將開採出來礦石利用自身的重力 「 溜槽 」 (chute) ，逐層向下輸送到最底部的主輸礦隧道。然後用機動運礦車拉出地面，送往選礦廠進行選礦。精選後的礦砂經碼頭装船運往日本。整個設計由上到下，非常科學地構成一個由高至低的流水作業過程。

「 層段回採法 」 的具體作業工作程序是：先將規劃好的，分隔礦體的隧道網以及 「 溜槽 」 用的豎井、斜井修鑿好，然後由上到下進行採掘。 「 回採 」 的意思即是先鑿好採礦運礦隧道，然後再回頭採礦。除了採礦運礦隧道，礦山設計中還要充分考慮到通風和排水，因此鑿有專門的通風井和排水的溝或井。

馬鞍山礦區主輸礦隧道

為了啟用高效率的機動車將礦石直接運出礦山，繼而送到選礦廠，採礦公司投資了三百多萬美元，在礦體底部，即海拔 110 米高程上，設計挖掘了一條近二千二百米長的主輸礦隧道。這項隧道工程於 1961 年 6 月動工， 1963 年 8 月峻工 ( 參考圖十 ) 。由於這條隧道基本是開挖在花崗岩中，在修建隧道時，總共用了近五萬公斤炸藥，開出了一萬七千多立方米石方。

1963 年 110 米主輸礦隧道建成後，極大地提高了輸送礦石的能力，從而刺激了礦石的產量，第二年 1964 年，礦石年產量急增至二十五萬噸，次年 1965 年增至二十七萬噸。到七十年代早期，最高年產量曾高達四十萬噸。

馬鞍山礦區的選礦廠

選礦廠的設置，是礦山的技術配套設施。因為選礦廠生產的精選礦砂，將極大地節省運輸裝載量及運輸費用。馬鞍山礦區選礦廠於 1954 年 3 月中旬破土動工，開始興建，於當年 11 月 1 日正式建成投產 ( 參考圖十一 ) 。馬鞍山礦區選礦廠的興建耗資十四萬港元，另加由中華電力公司敷設供電設施，花費了十六萬港元，共投資三十萬港元。自從 1954 年選礦廠建成之後，從礦山開採出來的礦石首先經選礦廠進行選礦。然後將精選的礦砂裝船出口。

在當時的技術條件下，通過選礦廠精選後的鐵礦砂，其中純鐵的含量可從原礦石的 32% 提高到 56% 以上。選礦廠建成的當月就生產了近二千八百噸精礦砂。最高月產量更達至一萬一千噸。 1960-1973 年間累計選礦廠總共生產了精礦砂一百六十八萬噸。

歷年馬鞍山開採情況簡述

馬鞍山礦區 1947 年以前礦石年產量僅在一千噸以下，以後產量逐年增加。至 1950 年礦石年產量急增至十六萬九千多噸。六十年代初期，礦體最上部 240 米礦段的礦石基本上巳被採空。從 1963 年起，開採主要進行于 240 米礦段和 192 米礦段之間。到七十年代早期，回採向下推進到 144 米礦段，年產量已超過四十萬噸。

從 1949 年到 1976 年礦山關閉，馬鞍山礦區大約巳開採生產了三百多萬吨鐵礦石。這些礦石經選礦廠精選後，全部出口到日本。根據礦區及礦區外圍遠景儲量計算，馬鞍山礦區目前大約還留有四百萬噸鐵礦石在地底尚未被開採。

按照鐵礦礦床的儲量級別分類，全球大中型鐵礦的儲量都超過百億噸。例如北美洲蘇必利爾湖 (Lake Superior) 、蘇聯克里沃羅格 (Krivoy Rog) 、南美巴西米拉斯 - 吉拉斯 (Minas-Gerais) ，以及中國鞍山 (Anshan) 和本溪 (Benxi) 鐵礦，礦體的延伸達幾十公里長。相比之下，馬鞍山鐵礦只能算是一個極其小型的鐵礦。如果馬鞍山這四百萬噸尚未開採的鐵礦石，都屬於淺埋或出露地表的礦體，可能還有繼續開採的價值。因此，從經濟角度看，在馬鞍山地區是不值得為這區區百萬噸深埋地底的鐵礦石而重振礦山建設的。

馬鞍山礦區目前狀況

露天採礦區

自 1959 年停止並關閉了地面露天採礦場後，廢棄的馬鞍山露天採礦場大部份巳被灌木、樹林和雜草所覆蓋。

露天採坑的採礦及運輸平台年久失修，邊緣部份坍塌。由於當時採礦平台的挖掘修建，是以採礦為目的，因此安全標準較低。而且，在當時並未考慮到要維持週邊山坡的長久穩定，因此沒有實施邊坡的穩固措施。這導致後來採礦坑的東頭及東北邊緣發生嚴重的山體滑塌。坍塌的泥石將部份平台掩埋破壞 ( 參考圖十二 ) 。目前，沿陡峭的小徑可登臨最高處的部份平台 ( 必須非常小心地注意安全！ ) ，一睹這個古老的採礦場的風貌，並可清楚地觀察到採礦場週圍山體滑坡的遺跡。天晴時更可從平台遠眺壯美的沙田新市鎮 ( 參考圖十三 ) 。

礦區隧道

出於安全考慮，目前所有的礦洞入口均已被封閉。須知馬鞍山礦洞的挖掘、修建和支護，是以當時的採礦為目的而設置，因此不符合目前的安全標準。

由於多年失修，礦洞的支護結構已趨毀壞。局部洞頂已坍塌，並有巨石滾落。淤泥和石塊，連同毁壞的支架阻塞了通道 ( 參考圖十四 ) 。礦洞內排水溝失修堵塞，洞壁滲水淤積，水深及膝。由於沒有可靠的支護設備，以及必要的排水系統，加之洞內通風以及防火和照明等設施均已毁壞，馬鞍山的礦洞目前巳經不再適宜進入。

礦區開採對自然環境的影響

人類為求生存而進行的生產活動，不可避免地要與自然環境發生衝突。如何在這兩者之間取得平衡，是一個重要的課題。

馬鞍山礦區的開採對自然環境的破壞是一個很好的實例。由於露天採坑的挖掘，尤其是自 1953 年之後大規模開展的露天採礦，使採坑週邊山坡失去必要的支撑。加之香港亞熱帶濕熱氣候歷年對岩石造成的深層風化，以及雨季暴雨的瞬間降雨量的劇增，終於在 1957 年、 1958 年及 1959 年引發了一連串大規模的山體滑塌 ( 參考圖十五 ) 。

直到今天，馬鞍山露天採礦區那些因人為因素引發所造成的滑坡，仍然清晰可見 ( 參考圖十六 ) 。 1959 年發生的山體大滑坡甚至阻塞了海拔 240 米高程礦洞的入口，造成了很大損失。大滑坡發生的當年 ( 即 1959 年 ) ，露天採礦即宣告全部停止，露天採礦場被徹底關閉。自此，馬鞍山礦區的開採全部轉為地下坑道採礦。但露天採礦造成的山體滑塌卻再也不可能逆轉了。雖然地下坑道採礦作業並不會對地表地貌造成即時的影響，但若礦坑不回填，從長遠看，仍留下礦洞坍塌，造成局部地陷的隱患。

礦山開採和選礦過程中產生的大量廢石，被就近堆棄在礦山附近。廢礦石中硫化物以及其他化學物質經風化淋濾後，大面積地污染了地表土壤，並破壞了天然植被。在過去露天採礦場一帶，這些廢礦堆隨處都可見到。四十多年過去了，這些被破壞了的土地，像健康膚體上的瘡疤一樣裸露着，只能生長一些雜草及零星的小型灌木 ( 參考圖十七 ) 。郁郁葱葱的森林不知何年才能重新覆蓋這片山坡！ 

本文獲香港特別行政區政府土木工程署署長及土力工程處總監的許可而發表。

参考文獻

Davis, S.G. 1961 Mineralogy of the Ma On Shan Iron Mine, Hong Kong. Economic Geology, vol. 56, No.3, 592-602

Davis, S.G. 1964 Mineralogy of the Ma On Shan Mine, New Territories, Hong Kong. In “Economic Geology of Hong Kong” ed. by Davis, S.G. Hong Kong University Press, p.42-51

Hu Z.X., Chen J.H., Wang X.D., Wang Y & Lai K.W. 1997 The discovery of Leptophloeum rhombicum Dawso from Ma On Shan, Hong Kong. Hong Kong Geologist, 3(Spring), p.14-18

Knapp, J.H. 1961 Mining in Hong Kong. In “Land Use and Mineral Deposits in Hong Kong, Southern China and South-East Asia” ed. by Davis, S.G. Hong Kong University Press, p.155-162

Strange, P.J. & Woods, N.W. 1991 The Geology and Exploitation of the Ma On Shan Magnetite Deposit. Geological Society of Hong Kong Newsletter, vol.9, No.1, p.3-15

Taketo Shibata 1964 Development Plan of Ma On Shan Iron Mine, New Territories, Hong Kong. In “Economic Geology of Hong Kong” ed. by Davis, S.G., Hong Kong University Press, p.52-57

Taketo Shibata 1973 Development Plan of Lower Deposit in Ma On Shan Iron Mine. Report to Nittetsu Mining Co. Ltd.

Weld, C.M. 1908 Notes on an Iron-Ore Deposit near Hong Kong, China. Economic Geology, vol. III, No.4, p.236-277

王懌、李作明、黎權偉 1997 香港船灣和馬鞍山泥盆紀植物。 李作明、陳金華、何國雄編 “ 香港古生物和地層 ”( 上冊 ) ，科學出版社，北京， 23-29 頁