中華黃蠟石的地質(zhì)學(xué)探討

徐嘉煒

(合肥工業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,安徽合肥 230009)

黃蠟石以其亮麗的黃色、光滑滋潤如蠟的外表、堅(jiān)韌的體質(zhì)為特征。自古國人即作玩石[1],近年來,各地發(fā)現(xiàn)漸多,作為一種新的玉料及觀賞石,為國人所重視。黃蠟石除原石作觀賞石外,作為玉料切割雕琢成玉器,在云南作黃龍玉,安徽則名黃山玉及霍山玉等。從礦物本身來看,有別于透閃石玉、蛇紋石玉、堿性輝石、硬玉類等真玉,所以可以說“似玉非玉勝如玉”。對于黃蠟石的地質(zhì)研究,云南的黃蠟石(黃龍玉)已有較深入的研究成果[2],本文基于對安徽近年來產(chǎn)出黃蠟石的資料的研究,結(jié)合以往的地質(zhì)調(diào)查及有關(guān)文獻(xiàn),試對黃蠟石作一總體探討。

現(xiàn)今所知,除個(gè)別不能確定的地區(qū)外,黃蠟石的產(chǎn)出地均集中在華南及其邊緣地帶,共計(jì)有9個(gè)小區(qū),如圖1所示。圖1中小區(qū)對應(yīng)地點(diǎn)如下:1,云南保山龍陵蘇帕河及鎮(zhèn)安等地[2];2,廣西八步、柳州、賀州、欽州及三江地區(qū)[3];3,廣東潮州、臺山、連山、陽春水口、信宜及恩平等地[4];4,福建西部,有來自蒲田的標(biāo)本;5,安徽大別山北麓霍山淠河地區(qū);6,安徽南部黃山太平地區(qū);7,江西北部婺源地區(qū);8,浙江西部義烏等地;9,陜西南部秦嶺南坡及丹江等地[3]。

圖1 華南揚(yáng)子板塊及黃蠟石分布示意圖

1 黃蠟石的基本特征

黃蠟石的化學(xué)成分以二氧化硅(SiO2)為主,質(zhì)量好的純度達(dá)95%以上,少量其他化學(xué)成分為Fe2O3、A l2O3、K2 O、CuO 、M nO2 等[5]。

主要礦物成分為玉髓,即隱晶質(zhì)的二氧化硅膠體,是自生的石英,細(xì)至極細(xì)(微粒),還混有微量的絹云母、磷灰石、電氣石、氧化鐵及氧化錳等礦物,不見他生的陸屑石英砂粒等。

從巖石成分來看,這種自生的硅質(zhì)礦物組成的沉積巖,硅質(zhì)達(dá)到70%～90%以上,即應(yīng)叫硅質(zhì)巖(硅巖),不能稱為石英巖。黃蠟石的基本特征如圖2所示,圖2b、圖2f的黃蠟石為作者藏。

黃蠟石以黃色為主調(diào),好的有金黃及亮黃等色,還有棕黃 、灰黃 、土黃 、褐黃等,間有紅 、褐 、綠等變化;有時(shí)色淺,近白色,作白蠟石;一般顏色不僅在表面,而且向內(nèi)部滲透;有時(shí)外表形成深色的膜,即石皮(皮殼)。黃蠟石的顏色并非巖石本身礦物的色,而是自然外來礦物質(zhì)沿顆粒間隙的浸染色,如在霍山所見的山料及在云南龍陵礦坑中[5],還保持無色灰白的原巖,里外顏色的變化也增加了產(chǎn)品的美觀。另外,由于軟錳礦(M nO2)的浸染,沿巖石內(nèi)的微孔隙生長,形成黃蠟石內(nèi)部黑色的花草紋。

圖2 中華黃蠟石的基本特征

黃蠟石性堅(jiān)韌不脆,顯示玉髓的硬度6.5～7,韌度約6～7,硬度略高于硬玉,而遠(yuǎn)高于相近色彩的田黃石;相對密度2.60～2.70 g/cm3;化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,除氫氟酸外,不溶于其他酸類;耐高溫,只在加熱到500℃以上,會發(fā)生成分的變化。

黃蠟石本身透明至半透明,少數(shù)微透明,油脂至玻璃光澤,折射率為1.54;某些高質(zhì)量的品種,如“凍蠟”、“膠蠟”,透明度佳、透光;有時(shí)因深色的皮表存在,影響透光度。

標(biāo)準(zhǔn)的黃蠟石為隱晶及凝膠結(jié)構(gòu),如在桂北三江地區(qū)所見。常見黃蠟石可因變質(zhì)而產(chǎn)生不同粒度的變晶結(jié)構(gòu),鏡下還可見半月形的微粒相互鑲嵌排列,變晶粒度又可分“玉蠟”“密蠟”“雪蠟”及“砂蠟”,后者肉眼可見顆粒。

黃蠟石的構(gòu)造多樣,可分為以下類別:

(1)波狀紋理?？偯沧鲏K層,野外原巖多見薄層狀。在標(biāo)本上常見波狀或似層狀紋理,沿這些紋理可見小氣泡,有可能是原生層理(圖2a)。紋理的轉(zhuǎn)動可能與海底爬褶有關(guān),即沉積時(shí)沿坡下滑褶曲。

(2)麻臉構(gòu)造。常見于某些面上或某些凹處,呈0.5～2.0mm的凹下小麻點(diǎn),其中不見充填物(有時(shí)有白粉狀礦物殘留),圓點(diǎn)常作不規(guī)則圓形。這種麻臉構(gòu)造較為普遍,可作為黃蠟石的特征構(gòu)造,如滇西、桂北及安徽南北所見。

(3)洞穴構(gòu)造。不規(guī)則狀,直徑1～5 cm,中空。洞穴壁上?？梢娐槟槝?gòu)造。由于洞穴的存在,常見風(fēng)化破碎沖刷后的黃蠟石形成奇特外形的觀賞石(圖2b)。

(4)鞘管狀構(gòu)造。常見直徑0.3～1.0 cm的長形小管狀小洞穴,似箭鞘,長可達(dá)1～2 cm,還有在3～4 cm以上者。值得注意的是彼此排列有固定的方位,常見這種管狀洞穴平行層面分布。

以上幾種常見構(gòu)造,基本上均以“麻臉”為基礎(chǔ)。這種麻臉初看似“雨痕”,但仔細(xì)研究就不像了。因立體來看,是一個(gè)空泡,而非在層面上的一個(gè)小凹面。筆者認(rèn)為最大可能為氣泡,在沉積時(shí)形成。泡還有大小級別的套迭。平面上排列即成紋層,集中成團(tuán)即成洞穴,如管狀排列即成鞘管構(gòu)造。某些機(jī)制還值得今后探討。這種氣泡構(gòu)造增加了作為觀賞石的“漏透瘦皺”特點(diǎn),但作為雕琢的玉料是不利的。麻臉成了黃蠟石的基本標(biāo)志。

(5)集骨構(gòu)造。由破片狀不規(guī)則聚集而成,各片常見2～5 cm大小;在霍山、福建蒲田等地均見;有時(shí)很細(xì)小,聚集即成蜂窩狀構(gòu)造。

(6)銅錢花構(gòu)造。各膠結(jié)的塊作圓團(tuán)狀,內(nèi)部又有圓環(huán)狀構(gòu)造,直徑約0.5～2.0 cm(圖2c),以云南保山最為明顯[5],還有蟲卵狀構(gòu)造,為細(xì)小圓球粒,以及珍珠狀構(gòu)造。

以上集骨應(yīng)系同生的角礫構(gòu)造,似石灰?guī)r中常見的“竹葉狀”構(gòu)造,應(yīng)在沉積時(shí),先沉積而未固結(jié)的物質(zhì)被動力沖破,后又由同成分的物質(zhì)膠結(jié)成巖。蟲卵狀、珍珠狀及銅錢花等圓粒構(gòu)造,筆者認(rèn)為是在同生的沉積盆地中,在過飽和化學(xué)溶液中沿著某些質(zhì)點(diǎn)向外長大,環(huán)境的震蕩轉(zhuǎn)動及有自由空間是長大的有利條件,類同的如石灰?guī)r中的魚子狀構(gòu)造及瑪瑙中的葡萄狀構(gòu)造。

(7)假晶狀構(gòu)造。在面上呈現(xiàn)棱角分明的文象,似晶痕(假晶),大小 0.5～1.0 cm,較明顯的假晶是等軸八面體,象是石鹽或螢石晶體留下(圖2d),也有作“冰凌狀”。

(8)蠕蟲狀構(gòu)造。在面上呈現(xiàn)長圓形的突起或作一個(gè)方位的拉長,很規(guī)則,但成因不明(圖2e),常在黃山地區(qū)見到。

還有一些如角礫構(gòu)造、干裂構(gòu)造、石英脈貫入構(gòu)造等,應(yīng)屬成巖以后的次生構(gòu)造,在此不作專門討論。另外還有在個(gè)別標(biāo)本上見到細(xì)波痕構(gòu)造,間距4～6 cm,不對稱(圖2 f)

2 黃蠟石原巖形成的地質(zhì)環(huán)境及時(shí)代

根據(jù)現(xiàn)有資料,有確切時(shí)代的產(chǎn)黃蠟石的原生地層是震旦系上部,如皖南的皮園村組,皖中佛子嶺群下部祥云寨組[6](有微古植物),湘東南、桂北的老堡組(含有微古植物及幾丁蟲化石)等。分布都在華南地區(qū)及其邊緣地帶,屬南方型的地層。地質(zhì)時(shí)代屬震旦紀(jì),絕對年齡約在距今6～7億年間。地質(zhì)年表上屬元古代晚期。產(chǎn)生黃蠟石的是硅質(zhì)巖層,在空間上過渡為碳酸鹽巖(白云巖為主)[7],后者名為燈影組,如下?lián)P子及峽東地區(qū)。

在大地構(gòu)造環(huán)境上,在震旦紀(jì)晚期,華南地區(qū)整體為揚(yáng)子板塊。從長江中下游到川東、滇東、湘中西地區(qū),在大陸的中部呈現(xiàn)為地臺陸表海,受到海侵形成淺水沉積,以表生的白云巖層為主,僅夾硅質(zhì)條帶及結(jié)核,多藻類等化石。在當(dāng)時(shí)大陸的邊緣(外緣),是邊緣淺海至半深海海槽地帶。北面從大別山北麓到秦嶺南坡,南面從滇西到廣西、廣東、湘東南[8]及皖浙贛邊區(qū)和閩西,均為呈現(xiàn)島鏈狀的大陸邊緣,有廣泛的同時(shí)的海底火山活動[7]。這些區(qū)域即形成硅質(zhì)巖為主體的地層,就是今日黃蠟石的原巖。揚(yáng)子板塊震旦紀(jì)晚期沉積示意剖面如圖3所示。

圖3 揚(yáng)子板塊震旦紀(jì)晚期沉積示意剖面

黃蠟石的原巖是硅質(zhì)巖應(yīng)該是無疑的結(jié)論。有人曾將其作為石英巖,是值得商榷的。石英巖即為石英砂巖變質(zhì)的產(chǎn)物,其中的主要成分石英砂粒應(yīng)是陸屑產(chǎn)物,是碎屑沉積巖,筆者過去也曾命名“祥云寨石英巖”。如今觀察,內(nèi)部沒有碎屑構(gòu)造,如粒序?qū)永?、交錯(cuò)層理及底部礫巖,鏡下缺乏碎屑結(jié)構(gòu)等均可以證明。也有人認(rèn)為“在巖石學(xué)上屬于硅化(也稱矽化)安山巖或砂巖”[4];有人則認(rèn)為是“氣成熱液石英脈型礦床”[9],屬“次生石英巖”。筆者雖未在云南龍陵及廣東沿海實(shí)地調(diào)查,但已有地質(zhì)資料表明這些地區(qū)均存在震旦紀(jì)的地層,雖然后來的巖漿活動必然會給黃蠟石的形成產(chǎn)生重要的影響,但不能排除其原巖屬震旦紀(jì)硅質(zhì)巖的可能性。黃蠟石從全國所見標(biāo)本來看,具有極大的共同性,標(biāo)志著它們具有共同的原始成因。

硅質(zhì)巖在地表中所占的比例很大,僅次于碳酸鹽巖,占第4位,尤以前寒武紀(jì)巖石中所占比例更大,常形成巨厚的硅巖建造及硅鐵建造。

硅質(zhì)巖的成因是多源的及還存在認(rèn)識分岐。有生物成因(尤以晚期的硅質(zhì)巖)、化學(xué)及生物化學(xué)成因(有藻疊層及藻粒硅巖等)、機(jī)械成因(鮞粒硅巖等)及化學(xué)成因[9]。筆者認(rèn)為現(xiàn)今產(chǎn)黃蠟石的硅質(zhì)巖,其主體應(yīng)屬化學(xué)成因。一般認(rèn)為火山活動(大陸邊緣或洋中脊海底火山噴發(fā))給海水中帶來大量的二氧化硅。海水中的SiO2的溶解度,隨溫度的增高而迅速增大。一般飽和度為100～120 mg/L,由于溫度下降及蒸發(fā),促使海水中SiO2產(chǎn)生沉淀[10]。膠體SiO2的沉淀,其中還含有少量的方解石、菱鐵礦、黃鐵礦、綠泥石及氧化鐵等。開始沉積時(shí)硅質(zhì)礦物可能為含水的非晶質(zhì)蛋白石,在成巖的過程中,轉(zhuǎn)變?yōu)殡[晶質(zhì)的玉髓及少量細(xì)晶質(zhì)的石英。在震旦紀(jì),已有生物活動,如上述桂北老堡組中已有微古及幾丁蟲,所以SiO2有可能部分屬生物成因,但缺直接證據(jù)。正如今日洋中脊所見,海底火山噴發(fā)時(shí),大量SiO2溢出同時(shí)還不斷地冒氣泡向上升(黑煙囪),氣體有可能主要為H2 S,其與巖石中產(chǎn)生黃鐵礦有關(guān)。

3 黃蠟石形成的地質(zhì)過程

(1)膠體SiO2在海底的沉積。環(huán)境主要為半深海,但有時(shí)上升到濱?；?yàn)a湖環(huán)境,如氣泡有關(guān)構(gòu)造及同生角礫、圓粒構(gòu)造,可能的波痕等均表明其沉積時(shí)受淺水海水動力作用。氣泡有可能為SiO2形成時(shí)火山所分泌排出。

(2)成巖過程,由非晶質(zhì)的蛋白石轉(zhuǎn)化為以隱晶質(zhì)為主體的玉髓,這時(shí)把膠體中的氣泡也固結(jié)在其中成為麻臉、孔洞及鞘管等氣孔構(gòu)造。

(3)在后來受到加里東或其后的印支造山運(yùn)動影響,有些地方還受花崗巖體侵入的熱力作用,因而遭受不同程度的動熱變質(zhì)。原先的硅質(zhì)巖產(chǎn)生漂白凈化,有機(jī)物往往消失,同時(shí)產(chǎn)生不同程度的重結(jié)晶 ,從“凍蠟”“膠蠟”到“細(xì)蠟”至“粗蠟”,表示顆粒重結(jié)晶增大的不同程度;透明度也增強(qiáng)。動熱變質(zhì)的結(jié)果,使原生大部分呈暗色的硅質(zhì)巖變成白色近透明的巖石。

(4)外力的風(fēng)化、破碎及河流水的磨圓作用。河流將破碎的石塊不斷淘洗沖刷,留下的常是其堅(jiān)硬的部分,就是籽料,多孔古怪形態(tài)的成為觀賞石,致密細(xì)粒的成為玉料。黃蠟石的呈色是一個(gè)滲透染色的過程。有關(guān)材料報(bào)導(dǎo)(如桂北的老堡組硅質(zhì)巖[10]及滇西龍陵地區(qū)硅質(zhì)巖[5]),硅質(zhì)巖中常含有黃鐵礦微粒。黃鐵礦在風(fēng)化帶水化過程中產(chǎn)生硫酸亞鐵(鐵礬),滲透在巖石的晶粒間微孔隙中,在進(jìn)一步風(fēng)化過程中就產(chǎn)生褐鐵礦,這就是黃色的主要來源,以致呈現(xiàn)自表及里的顏色變化。少數(shù)由于強(qiáng)氧化可產(chǎn)生赤鐵礦,會迭加呈現(xiàn)紅色。二氧化錳則產(chǎn)生黑色,形成內(nèi)部的花草紋。

4 結(jié)束語

本文對中華黃蠟石作了較為系統(tǒng)的地質(zhì)學(xué)論述,首次提出其形成與所賦存的地層,它所處的大地構(gòu)造環(huán)境;論證了其邊緣海槽膠體硅質(zhì)巖的成因。現(xiàn)今的黃蠟石,主要出產(chǎn)在華南地區(qū),其原巖既非陸生陸屑石英巖,也非硅化次生石英巖,是距今6～7億年前的震旦紀(jì)時(shí),在我國南方古大陸邊緣的沉積——化學(xué)成因的硅質(zhì)巖,其與海底火山活動有成因聯(lián)系,后經(jīng)成巖、變質(zhì)及風(fēng)化磨蝕形成。本文詳細(xì)研究了黃蠟石的各種構(gòu)造,首次揭露氣孔構(gòu)造的存在,對圓粒狀構(gòu)造作了成因說明。中華黃蠟石有極高的開發(fā)價(jià)值,在有關(guān)地帶仍有發(fā)現(xiàn)的可能。但是高質(zhì)量的黃蠟石的存在量是有限的,要珍惜資源。有些問題還值得同行繼續(xù)研究,如管狀構(gòu)造的方向性及蠕蟲構(gòu)造的成因等。

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