吉林長白石礦物學(xué)特征研究

劉 瑞，王志華，劉 翠

(長春工程學(xué)院勘查與測繪工程學(xué)院，長春 130021)

吉林長白石礦物學(xué)特征研究

劉 瑞，王志華，劉 翠

(長春工程學(xué)院勘查與測繪工程學(xué)院，長春 130021)

長白石是我國著名的印章石，產(chǎn)于吉林省中生界三疊系上統(tǒng)長白組凝灰?guī)r中。長白石主要礦物成分為地開石，并常見有高嶺石、珍珠石、石英等礦物。X射線衍射分析證明長白石的主要礦物成分為地開石，且含少量的高嶺石和石英。長白石與福建壽山石在礦物成分上相似。長白石折射率值約1.56～1.60。摩氏硬度(Hm)1.92～2.36。密度為2.61～2.62 g/cm3。長白石質(zhì)地致密、細(xì)膩、堅(jiān)韌、光潔。透明度高者稱“凍石”，是不可多得的印章石刻材料。

長白石；壽山石；地開石；礦物特征

長白石又稱長白玉、馬鹿玉，以產(chǎn)于吉林省長白縣馬鹿溝一帶而得名。長白石礦物成分與壽山石、青田石、巴林石、雞血石有許多相似之處，其作為東北地區(qū)著名的印章石之一，素有“長白美玉甲天下”之稱。長白石早在明、清時(shí)代就已被開發(fā)利用，現(xiàn)在的長白縣塔山博物館就收藏有明、清時(shí)期用長白石制作的印章。在宣統(tǒng)元年(公元1909年)，在《長白匯征錄，志書卷五·礦產(chǎn)類》中記載了長白知府張風(fēng)臺描寫的長白石，他是中國歷史上記述長白石的第一人。

本文對長白石的化學(xué)成分和寶石礦物特征進(jìn)行了研究，并對長白石進(jìn)行了初步的分級評價(jià)，為今后開發(fā)利用長白石這一我省獨(dú)有的印章石資源提供幫助，為長吉圖地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供助力。

1 成礦地質(zhì)背景

長白石產(chǎn)于吉林省長白縣中生界三疊系上統(tǒng)長白組(吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局，1982)。長白組主要巖性為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、蝕變流紋巖，蝕變流紋質(zhì)凝灰?guī)r(彭明生等，2013)。長白石產(chǎn)于長白組馬鹿溝高嶺石礦床中，礦體走向北西，傾角10°～20°。礦體呈似層狀及扁豆?fàn)睿V帶長1 100 m，寬50 m，厚5～30 m，平均厚度13.69 m。長白石礦體在高嶺石礦中呈透鏡狀產(chǎn)出。

2 化學(xué)及礦物成分

對5個(gè)樣品的長白石化學(xué)成分進(jìn)行分析，其分析結(jié)果見表1。化學(xué)分析表明，長白石含SiO245.80%～79.38%，Al2O312.24%～35.25%，F(xiàn)e2O3+FeO 0.25%～0.64%，CaO 0.28%～0.99%,MgO 0.14%～0.53%，Na2O 0.12%。

表1 長白玉礦物化學(xué)成分ω(B)/%

地開石化學(xué)式為Al4[Si4O10](OH)8。理論化學(xué)組成為ω(Al2O3) 38.1%～39.8%%，ω(SiO2)=45.5%～46.1%，ω(H2O)=13.5%，其中水為吸附水和結(jié)構(gòu)水(鐘祥華等，2017)。從化學(xué)成分分析上看，長白石中SiO2含量較高，表明長白石中含有一定量的石英礦物。

地開石的晶體片層是由硅氧四面體層和鋁氧八面體層通過表面的氫鍵連接并沿著c軸方向堆垛而成(Robinson,2007)。地開石晶體結(jié)構(gòu)與高嶺石相似，但結(jié)構(gòu)為二層重復(fù)結(jié)構(gòu)。礦物化學(xué)成分中有少量的Mg、Fe和Ca等代替八面體中的Al。

長白石呈淺灰色，略帶淺黃或蛋青色鱗片變晶結(jié)構(gòu)、變余凝灰結(jié)構(gòu)、隱晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。具貝殼狀斷口，油脂光澤。長白石的主要礦物成分為地開石，其次含有少量的高嶺石、珍珠石礦物。

圖1 長白石X射線衍射圖

關(guān)于長白石的礦物成分，過去一直被認(rèn)為是和壽山石、青田石成分相似，主要由葉臘石、明礬石等礦物為主。也有人認(rèn)為是主要由高嶺石組成(張寧克，2010)，含少量的地開石礦物。通過我們的工作研究認(rèn)為長白石主要礦物成分應(yīng)為地開石，而不是葉蠟石和高嶺石。高嶺石結(jié)構(gòu)為硅氧四面體層與氫氧鋁石層按1∶1結(jié)合而成；地開石為兩層重復(fù)結(jié)構(gòu)；珍珠陶土為相鄰結(jié)構(gòu)層沿b軸錯(cuò)動(dòng)1/3，且轉(zhuǎn)動(dòng)180°，a軸及b軸互相交換(王濮，1984)。

差熱分析表明長白石在470 ℃時(shí)有一個(gè)比較尖銳的放熱峰，寬緩的吸熱谷，在以665 ℃為中心處有一個(gè)較尖銳的吸熱谷(圖3)。在與665 ℃相對應(yīng)的熱重曲線上顯示出其熱失重達(dá)16.5%，此亦證實(shí)了長白石中地開石的存在。

(a)單偏光Cb01石英地開石巖×10

(b)單偏光Cb05地開石巖×10圖2 長白玉巖石薄片圖

圖3 長白石差熱曲線

3 長白石物性特征

長白石呈灰白、灰綠、黃綠、黃、紫紅等色，呈蠟狀到油脂光澤，微透明至半透明，極少數(shù)透明?？箟簭?qiáng)度390～612 kg/cm2，折射率值1.56～1.60。維氏顯微硬度20.70～38.27 MPa，摩氏硬度(Hm)1.92～2.36。斷口貝殼狀，密度為2.61～2.63 g/cm3(表2)。

長白石質(zhì)地致密、細(xì)膩、堅(jiān)韌、光潔。質(zhì)地純凈、透明度高者稱“凍石”，品種較多。由于長白石石質(zhì)細(xì)膩溫潤，硬度適中，韌性較好，是不可多得的印章石刻材料。

表2 長白玉力學(xué)性質(zhì)特征

4 長白石分級評價(jià)

長白石按礦物成分及其共生組合可以分為3類，它們分別是地開石型、高嶺石型和高嶺石—地開石型3種。

1)地開石型：地開石含量大于50%，主要共生礦物為高嶺石、次生石英、黃鐵礦等。

2)高嶺石型:高嶺石含量大于50%，主要共生礦物為地開石、次生石英等。

3)高嶺石—地開石型:高嶺石含量大于30%、地開石大于20%。還有少量的珍珠石型和石英—地開石型長白石。

根據(jù)長白石的色澤、透明度、質(zhì)地等方面的差異，可將長白石分為兩類：長白印石和長白凍石。長白印石根據(jù)色澤的差異又可將其分為單色印石和多色印石。多色印石的顏色至少為兩種以上，其花色繁多、紋飾多樣、透明至微透明，構(gòu)成了長白石品種的多樣性，如著名的“五色石”屬之。

長白凍石光澤強(qiáng)、呈玻璃光澤和油脂光澤。透明度高、質(zhì)地細(xì)膩堅(jiān)韌光潔。外觀似“肉凍”狀的長白石，其礦物成分主要為地開石。按色澤差異又可將長白石分為單色凍石和多色凍石。長白凍石可以媲美壽山石中的凍石品種。特別是燈光凍、金黃凍(呈金黃至橘黃色，似福建天黃石)等屬之。燈光凍中的金黃凍極難找到，十分稀貴。

長期以來，優(yōu)質(zhì)長白石主要用于印章的雕刻和生產(chǎn)?，F(xiàn)今除印章外，亦廣泛用來雕刻人物、動(dòng)物、花鳥、器皿等藝術(shù)品，其產(chǎn)品已遠(yuǎn)銷港、澳、臺及亞、歐各國和地區(qū)，深受人們喜愛。

5 礦床成因分析

長白石礦產(chǎn)于三疊系長白組中，呈似層狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)出。礦體(層)產(chǎn)狀與凝灰?guī)r層基本一致，嚴(yán)格受中生代早期淺色火山碎屑巖層控制。礦體與圍巖呈過渡關(guān)系，空間上礦體與火山碎屑巖關(guān)系密切，并與次生石英巖化相伴生。含礦礦體上下各存在灰—黑色凝灰質(zhì)砂巖、泥巖，具微細(xì)層理，顯示出成礦古地理環(huán)境為半封閉的陸相水盆條件。礦床屬火山沉積—熱液蝕變型，礦體與含礦層同時(shí)形成于中生代早期?；鹕侥?guī)r受到后期熱液蝕變作用，形成地開石、高嶺石、珍珠石等高嶺石族礦物，構(gòu)成長白石礦床。甘怡絢(2001)對壽山高山和杜林的不同樣品進(jìn)行氫氧同位素分析研究得出，地開石型壽山石的成礦溫度在130～260 ℃，葉蠟石型壽山石的形成溫度為273～330 ℃，壓力均小于0.1 GPa。

長白石的成因主要賦存于三疊紀(jì)酸性碎屑巖和凝灰?guī)r中,不同于壽山石的晚侏羅世和早白堊紀(jì)的成礦時(shí)代(高天鈞等，1997)。吉林長白山地區(qū)在三疊紀(jì)時(shí)期處于一個(gè)地槽活動(dòng)區(qū)，劇烈的火山活動(dòng)和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得在吉林東部形成了多期次的火山噴發(fā)。酸性火山巖巖漿的噴發(fā)和侵入使圍巖不可避免地發(fā)生蝕變，再加上酸性熱液的侵蝕和淋濾作用的結(jié)果，使得巖石中的K、Na、Ca、Fe、Mg等元素被帶出，留下不易被帶走的Al、Si等元素，形成了地開石礦物。

礦物的類型與成礦條件密切相關(guān)，隨著熱液遠(yuǎn)離巖漿噴發(fā)中心，其溫度逐漸降低。在中低溫弱酸性條件下，熱液與圍巖相互作用，形成葉蠟石、高嶺石和地開石礦床。中酸性火山巖、圍巖中發(fā)育的構(gòu)造裂隙、后期的巖漿熱源以及豐富的成礦熱液，共同構(gòu)成了長白石礦床成礦的有利條件。

6 結(jié)語

長白石是東北地區(qū)著名的印章石之一，其早在明、清時(shí)代長白石就被當(dāng)?shù)厝碎_發(fā)利用。長白石產(chǎn)于三疊系長白組火山凝灰?guī)r和碎屑巖中，是酸性火山巖巖漿侵入三疊系圍巖蝕變變質(zhì)產(chǎn)物。長白石化學(xué)成分中SiO245.80%～79.38%，Al2O312.24%～35.25%，具有較高的SiO2成分，顯示存在有石英等雜質(zhì)礦物。XRD分析長白石中主要礦物成分為地開石，且伴生有少量的高嶺石和石英。

長白石顏色主要呈灰白、綠、灰綠、灰色。折射率值約1.56～1.60。維氏顯微硬度33.04～38.27，密度為2.61～2.62 g/cm3。根據(jù)長白石的色澤、透明度、質(zhì)地等方面的差異，可將長白石分為長白印石和長白凍石。長白凍石呈現(xiàn)半透明，弱玻璃至油脂光澤，是長白石中的極品，品質(zhì)上可與壽山石媲美。長白石作為東北地區(qū)著名的印章石，具有重要的寶石礦物學(xué)意義和較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是今后值得進(jìn)一步開發(fā)利用的印章石和玉雕材料資源。

[1] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1982.

[2] 彭明生，楊宏智，趙巖,等.吉林省長白縣十二道溝地區(qū)鎢礦找礦前景探討[J].地質(zhì)與資源,2013，22(4):284-288.

[3] 鐘祥華，劉羽，許濤,等.福建紫金山Cu-Au礦床中地開石的礦物學(xué)特征[J].礦物學(xué)報(bào)，2017，37(1/2):7-15.

[4] 張寧克.玉石新貴——長白石[J].中國地名，2010(4)：38-43.

[5] 王濮.系統(tǒng)礦物學(xué)(中冊)[M].北京：地質(zhì)出版社,1984：381-387.

[6] 甘怡絢.壽山石礦床礦物學(xué)、地球化學(xué)及成因[D].北京:北京大學(xué)，2001.

[7] 高天鈞，張智亮，劉志遜.壽山石成礦地質(zhì)條件及找礦前景[J].福建地質(zhì)，1997，16(3):110-131.

[8] Robinson T L，Michalkova A，Gorb L，et al.Hydrogen bonding of thymine and uracil with surface of dickite:An ab initio study[J].Journal Molecular Structure，2007(16):48-58.

TheMineralogicalCharacteristicsofChangbaiGemstoneinJilinProvinceChina

LIU Rui,et al.

(SchoolofProspecting&SurveyingEngineering,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130021,China)

Changbai gemstone is famous stamp stone in China,which is produced in the Mesozoic Triassic Upper Limestone Formation Tuff in Changbai Group,Jilin province China.The dickite is the main mineral composition in Changbei gemstone,the minerals such as kaolinite,pearlite,quartz,and so on are also common in the gemstone.The X-ray diffraction analysis affirms that the main composition of Changbai gemstone is dickite,and with some amount of kaolinite and quartz.Changbai gemstone and larderite in Fujian Province China are similar in mineral compositions.The refractive index value of Changbai gemstone is from 1.56 to 1.60,and the Hm value is from1.92 to 2.36.The density is from 2.61 g/cm3to 2.62 g/cm3.The Changbai gemstone has the dense,delicate,tough and smooth texture.The Changbai gemstone of high transparency is called pagodite,which is a rare seal stone carving material.

Changbai gemstone;larderite;dickite;mineral characteristics

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.023

2017-09-05

劉瑞(1963-)，男(漢)，吉林，教授，博士 主要研究寶石地質(zhì)學(xué)。

P575

A

1009-8984(2017)03-0097-04