甘肅卓尼喇嘛崖洮硯地質(zhì)特征及成因

甘肅卓尼喇嘛崖洮現(xiàn)地質(zhì)特征及成因楊春霞;王曉偉;湯慶艷;李曉雅;賈元琴;陳克娜【摘要】甘肅省卓尼縣洮硯鄉(xiāng)喇嘛崖洮硯位于新堡-洋沙復(fù)背斜核部的上泥盆統(tǒng)大草灘組中，礦體呈近SN向展布.本文通過洮硯的組成成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、寶石學(xué)特征及成因分析，表明洮硯主要礦物為絹水云母，呈細小鱗片狀結(jié)構(gòu)，定向排列具有富鋁系列、伊利石型粘土特征，微量元素及放射性元素均很低的特點巖石致密，固結(jié)程度中等潸氏硬度為51~56,密度2.75-2.77g/cm3,飽和吸水率0.45~0.47,孔隙度1.2%~1.3%,粒度0.011~0.053mm,遭受淺的區(qū)域變質(zhì)作甩節(jié)理、裂隙發(fā)育程度低.【期刊名稱】《礦產(chǎn)與地質(zhì)》【年(卷)，期】2010(024)004【總頁數(shù)】5頁(P343-347)【關(guān)鍵詞】洮硯;地質(zhì)特征;成因;喇嘛崖;甘肅【作者】楊春霞;王曉偉;湯慶艷;李曉雅;賈元琴;陳克娜【作者單位】蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,蘭州730000;蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,蘭州730000;甘肅省地礦局第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，蘭州I730050;蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,蘭州730000;蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，蘭州730000;蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，蘭州730000;蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，蘭州730000【正文語種】中文【中圖分類】P619.273硯石是指具有硯的功能（發(fā)墨、下墨和護毫）、用于雕琢石硯的天然巖石。當(dāng)今，硯石作為一種特殊的非金屬礦產(chǎn)，已躋身于珠寶玉石之列［1］。洮河綠石硯，簡稱洮硯，由洮河綠石精雕而成，尤以喇嘛崖及水泉灣老坑所產(chǎn)的“鴨頭綠”與“鸚哥綠”最享受盛譽。早在唐代就被大書法家柳公權(quán)列為四大名硯（端石、歙石、洮石、紅絲石［2］）之一。該石質(zhì)堅而細，瑩潤如玉扣之無聲，呵之成珠。用以制硯，據(jù)水不耗，歷寒不冰，澀不留筆渭不拒墨具有發(fā)墨快、研墨細、不損筆、揮灑自如、濃淡相宜等特點。當(dāng)?shù)胤Q洮硯石料為“綠漪石”，因石潛在洮河峭壁懸崖飛流湍急的深水中，采掘非常艱難,得之愈加珍貴，具有〃洮洲石貴雙趙壁，端州歙洲無此色”之譽［3］?？傊幉粌H為古代文人青睞，視為珍品，有所收藏，就現(xiàn)在來說，洮硯也很受中外人士所欣賞，并作為貴重禮品，如:贈于香港的〃九九歸一”硯，獻于〃十六大”的〃東方醒獅”硯等,這些硯不僅體積大，而更重要的是雕刻藝術(shù)的體現(xiàn)，已被視為國寶。本文擬從洮硯石的賦存層位、產(chǎn)出特征，以及它的微觀物質(zhì)組成等方面,探討其成因，旨在闡明其分布規(guī)律，以期有助于進一步發(fā)現(xiàn)新的礦點，并提高洮硯及其制品的內(nèi)在欣賞價值。洮硯產(chǎn)于中秦嶺中西部上泥盆統(tǒng)大草灘組及下石炭統(tǒng)巴都組、上石炭統(tǒng)下加嶺組中,其中上泥盆統(tǒng)大草灘組為洮硯石材的主要含礦層位，以該地層為核部構(gòu)成了新堡一洋沙復(fù)背斜，呈近EW向展布，兩翼分別為下石炭統(tǒng)巴都組及上石炭統(tǒng)下加嶺組，背斜軸向120°呈波狀彎曲（擺動）［4］。巖性主要為淺綠灰色中至厚層中一細粒長石石英砂巖、石英粉砂巖，細砂巖，粉砂質(zhì)板巖，泥質(zhì)板巖及紫紅色中厚層狀細砂巖?？蓜澐殖?個大小不等的韻律層，由下至上由粗至細分別為石英砂巖一粉砂泥質(zhì)板巖組成。其中以中一細粒長石石英砂巖為主，呈厚層狀產(chǎn)出,巖層延伸穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)、成分成熟度較高。而紫紅色石英細砂巖、粉砂巖巖層變化大，多呈透鏡狀產(chǎn)出，尖滅快,不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)、成分成熟度相比較低。向上粒度變細的韻律明顯平行狀層理清楚，表明水動力條件不強，且處于氧化環(huán)境中應(yīng)為海陸交互環(huán)境中沉積的沖洪積扇相的扇緣微相的沉積產(chǎn)物。洮硯石礦體節(jié)理、裂隙不甚發(fā)育,節(jié)理面較平直，沿走向延伸5~30m不等，多呈“X”型剪節(jié)理,一組為340°匕65°,兩條節(jié)理間距1.7m,而另一組為140°匕50°,兩條節(jié)理間距1.2m,兩組節(jié)理裂隙統(tǒng)計面率為0.6條/m2。礦體風(fēng)化層一般2~5m,風(fēng)化層中節(jié)理極為發(fā)育而5m以下（如采坑或礦硐）節(jié)理裂隙顯著減小。節(jié)理裂隙發(fā)育程度與物理風(fēng)化作用關(guān)系密切，構(gòu)造應(yīng)力次之,因此硯石層礦體隨深度增加，荒料率也會逐漸提高。洮硯石礦體中巖脈不發(fā)育,僅能見到兩組方解石脈石英脈偶見，脈形多為細脈狀,小者長幾厘米,大者長10~150cm,但多數(shù)在10至幾十厘米，在斷層附近相對發(fā)育。2.1洮硯石礦體分布及特征洮硯石分布在洮河?xùn)|岸,西以洮河為界，東西長約100m,南北寬約140m,出露面積約14000m2,出露標高在2200~2280m范圍內(nèi)，該片內(nèi)有I、H、B、IV號硯石層體出露，展布方向呈近SN向（圖1）。I號硯石礦體，巖性為灰綠色泥質(zhì)板巖,礦體沿走向長90m,平均厚0.6m,底板巖性為綠灰色塊狀長石石英砂巖，頂板為長石石英中粒砂巖。礦體呈層狀，產(chǎn)狀115°匕13°。H號硯石礦體，巖性為灰綠色粉砂質(zhì)板巖，礦體走向長70m,平均厚0.25m,底板巖性為淺灰綠色石英粗砂巖，頂板巖性為長石石英中一細砂巖。礦體呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀120°匕15°。B號硯石礦體由三個小硯石層組成，第一、三層為紫紅色粉砂質(zhì)板巖,礦體長度均為160m,第一層礦體厚1.4m,第三層礦體厚1.3m。具變余粉砂結(jié)構(gòu)，板狀構(gòu)造，泥質(zhì)物含量為90%以上，礦物成分主要為絹云母一水云母，少量綠泥石，均呈微晶鱗片狀，在巖石中呈定向分布。粉砂含量7%左右，為棱角狀、次棱角狀，成分為石英、斜長石、白云母及少量磁鐵礦、黃鐵礦等,粒徑0.03~0.05mm之間，大多數(shù)聚集成帶狀分布。鈣質(zhì)3%,呈微一隱晶狀與泥質(zhì)夾在一起,呈均勻分布;第二層為綠灰色含粉砂泥質(zhì)板巖，礦體長度160m,厚度0.7m,產(chǎn)狀110°匕13°,呈層狀產(chǎn)出。礦體巖性具含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、板狀構(gòu)造，主要礦物成分泥質(zhì)＞95%,綠泥石、白云母＜2%,石英＜8%,微量磁鐵礦、鋯石。該硯石層底板巖性為長石石英細砂巖，頂板為長石石英粗一細砂巖。IV號硯石礦體，沿走向長130m,厚2m,頂、底板巖性均為厚層狀長石石英砂巖,硯石層呈層狀產(chǎn)出，產(chǎn)狀70°匕13°。硯石礦體巖性為綠灰色含粉砂泥質(zhì)板巖，該硯石礦體為優(yōu)質(zhì)石材,著名的喇嘛崖宋坑就位于該層內(nèi)。2.2洮硯石儲量洮硯石材屬雕刻石料大類中的雕刻石類，能否成為洮硯石材，其中最重要指標就是硯石層厚度,目前尚無統(tǒng)一的規(guī)定指標,經(jīng)調(diào)查，凡厚度大于0.25m的硯石層，均被作為硯石開采。共計3341資源量31730m3（表1）,其中:特級8450m3,甲級21760m3,乙級1521m3。3.1礦物成分洮硯石主要由絹云母型粘土礦物組成，其混入的成分有鐵質(zhì)（磁鐵礦），粉砂（微粒石英及長石）、鈣質(zhì)（方解石）及綠泥石等（表2）。絹云母為顯微鱗片狀，晶體大小在0.01~0.05mm之間，在巖石中呈定向排列;綠泥石為橄欖綠色至綠黑色，與絹云母、水云母共生，硬度2~2.5級,比重3.1~3.2;磁鐵礦微量方解石為后期次生作用形成的礦物，摩氏硬度為3,雕刻時常被利用成〃銀線”或〃筋”；褐鐵礦沿裂隙面分布，雕刻中被選擇利用稱為〃黃膘”；黃鐵礦為粒狀，比重4.9~5.1,在巖石中呈星點狀分布,雕刻時也常被利用為〃星”；石英粉砂的含量及粒度是衡量硯石質(zhì)量的重要指標之一，對石英粉砂的要求即要細又要少，粒度在0.03mm以下，含量小于10%者為上等石材。3.2洮硯石的巖石化學(xué)特征3.2.1巖石主量元素特征巖石中富含AI2O3,而貧CaO。Al2O3＞（K2O+Na2O+CaO）,K2O＞Na2O,屬于富鋁系列特征（表3）;A1203隨著SiO2含量的增高而變化,Al2O3/SiO2=2.6~3,Fe2O3均高于FeO,是屬于伊利石型粘土的氧化物含量;巖石中的MnO、CaO、P2O5等含量低,這對硯石的質(zhì)量起著重要的作用。3.2.2巖石微量元素特征通過對Be、Ba、Pb、Ti、Zn、Mn、Cr、Ni、V、Cu、Zr、Co等13種元素分析，其含量略高于報出線或等于報出線,其余均在報出限以下（表4）,因此,硯石中不存在有害物質(zhì)。3.2.3巖石放射性元素特征據(jù)1:20萬臨潭幅放射性測量資料，絕大部分巖性及地層伽馬強度反應(yīng)低而平緩,變化很小,一般以11~20丫一級為主,1~10丫及31~40丫反應(yīng)不多，表明洮硯石材中不會產(chǎn)生放射性污染及有害物質(zhì)。3.3洮硯石的巖石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征巖石結(jié)構(gòu)有鱗片變晶結(jié)構(gòu)、粉砂結(jié)構(gòu)、粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、含粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)等（表5）。巖石構(gòu)造可分為沉積構(gòu)造和變質(zhì)構(gòu)造，其中沉積構(gòu)造可見水平紋層理，單層厚0.5~1mm,呈水平狀、波紋狀,在洮硯石中可作為一種石品，即〃水紋”、“水波紋”。4.1洮硯石的巖石物理特征洮硯石材可分為綠灰色、灰綠色、紫紅色、灰紫色四種基本色調(diào),洮硯石的巖石物理特征包括顏色、硬度、塊體密度、飽和吸水率、孔隙度、抗壓及抗剪強度等，經(jīng)采樣測試各項特征見表6。4.2洮硯石的巖石粒度特征通過對主要石材巖層的采樣分析（含粉砂泥質(zhì)板巖粒度為0.031-0.011mm;紫紅色砂質(zhì)板巖粒度為0.053-0.022mm,粉砂質(zhì)泥質(zhì)板巖粒度為0.053~0.022mm）,每個地點的巖石層的巖石粒度均在0.011-0.053mm之間,都能達到硯石材的粒度標準。5.1沉積作用卓尼縣喇嘛崖一帶賦存洮硯的地層相當(dāng)于泥盆紀大草灘組下部層位［4］,巖性為灰綠色中一細粒長石石英砂巖夾紫紅色薄層狀泥質(zhì)粉砂巖、灰綠色含粉砂泥質(zhì)板巖，屬沖洪積扇相。砂巖層理不明顯，成層性差，具微弱的由下向上粒度逐漸細的層序,砂巖中具透鏡狀層理,紫紅色粉砂巖、板巖呈透鏡狀或楔狀產(chǎn)出，表明這套地層在干燥炎熱的氣候條件和以高價鐵為主的氧化環(huán)境中以碎屑物供應(yīng)充足的情況下所形成的以碎屑巖為主體的沖積扇相的快速堆積物。在紫紅色砂質(zhì)板巖中見有不對稱波痕，反映出定向流水環(huán)境，且泥質(zhì)板巖中見細的水平層理,更具有沖積扇相尾扇相特征。因此，大草灘組為一套海陸交互相的沉積環(huán)境。5.2成巖作用洮硯石為含粘土經(jīng)壓固、脫水、微弱的重結(jié)晶等作用后形成的含粉砂泥質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖。具有固結(jié)程度適中，巖石硬度中等，相對塑性，使得洮硯便于縷空雕刻;巖石致密使其久儲墨而不干，發(fā)墨快;洮硯石中石英粉砂占5%~30%,且分布均勻，分選性好，粒度大多在0.011~0.053mm之間。在硯堂面上石英顆粒凸出，以其較大的硬度（石英摩氏硬度7）對墨錠進行初加工,切割下小墨塊，在鱗片疊瓦狀分布的重結(jié)晶的粘土礦物和綠泥石及水的作用下反復(fù)切割和研磨，直到墨塊分散為更細小的顆粒。因此,磨出的墨細而均勻,這就是洮硯石發(fā)墨快、下墨細、貯墨久而不損筆的原因所在；此外在固結(jié)成巖過程中,Fe、Cu等質(zhì)沿裂隙運移，在壓力緩解處重新結(jié)晶形成黃鐵礦一金星紋飾。5.3變質(zhì)作用洮硯石遭受了淺的區(qū)域變質(zhì)作用,為低綠片巖相，泥質(zhì)物輕度變質(zhì)形成絹一水云母及綠泥石，呈顯微鱗片狀，在巖石中定向分布，而構(gòu)成板狀構(gòu)造的特征［5］。5.4次生作用洮硯石暴露地表，由原巖中的黃鐵礦、磁鐵礦在表生作用下風(fēng)化、水解成褐鐵礦脈沿裂隙分布，形成新的紋飾一黃膘;后期熱液活動，方解石脈沿裂隙充填，形成新的紋飾一銀線。5.5成礦地質(zhì)背景洮硯石礦是在特定的地質(zhì)背景下形成的，研究其成礦地質(zhì)背景,有助于尋找同類型的硯石礦層。礦體賦存在上泥盆統(tǒng)大草灘組地層中，沉積作用具有沖洪積扇相尾扇相沉積環(huán)境。泥質(zhì)及砂質(zhì)沉積物具有充足的物源供給，且砂質(zhì)含量不能過高(大于30%)或過低(小于5%)。成巖作用中固結(jié)程度中等，巖石致密。遭受淺的區(qū)域變質(zhì)作用，泥質(zhì)物輕度變質(zhì)，形成低綠片相的絹一水云母、綠泥石呈顯微鱗片狀，且呈定向排列。褶皺、節(jié)理、裂隙發(fā)育程度,直接影響硯石材塊度，是否成硯的關(guān)鍵因素。綜上所述,得出如下幾點認識：洮硯主要賦存于上泥盆統(tǒng)大草灘組中，主要為含粉砂泥質(zhì)板巖、砂質(zhì)板巖以及粉砂質(zhì)泥質(zhì)板巖等，變質(zhì)作用總體較輕微。洮硯原巖為海陸交互相的碎屑巖為主體，為干燥炎熱的氣候條件和以高價鐵為主的氧化環(huán)境,以碎屑物供應(yīng)充足的情況下所形成的以沖積扇相的快速堆積物。礦物組成以絹水云母為主，含有少量綠泥石、長英質(zhì)以及微量鈣質(zhì)、鐵質(zhì)、磁鐵礦、褐鐵礦等。金星紋飾形成于固結(jié)成巖過程中,主要為Fe、Cu等質(zhì)沿裂隙運移,在壓力緩解處重新結(jié)晶形成黃鐵礦;黃膘紋飾主要是洮硯石暴露地表，由原巖中的黃鐵礦、磁鐵礦在表生作用下風(fēng)化、水解成褐鐵礦脈沿裂隙分布而成;后期熱液活動，方解石脈沿裂隙充填，形成新的紋飾一銀線。洮硯具有富鋁系列、伊利石粘土型特征，微量元素及放射性元素均很低的特點;巖石致密，固結(jié)程度中等，遭受淺的區(qū)域變質(zhì)作用，節(jié)理、裂隙發(fā)育程度低,而板理與層理平行一致板理平整、質(zhì)地好、石品高、凈度好，塊度較大的特征［6］。洮硯巖石質(zhì)地致密，潤而存芒，顏色復(fù)雜，彩暈相綴，硬度適宜,具有很大的科學(xué)價值和經(jīng)濟價值［7］?！鞠嚓P(guān)文獻】［1］ 呂麟素.中國硯石資源及其開發(fā)利用［J］.地質(zhì)與勘探,1997,33(6):23-28.