李宗成
(山東省第五地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院,山東 泰安 271000)
中國(guó)素有“玉石之國(guó)”之稱[1]。所產(chǎn)玉石品種繁多,最著名的有和田玉、岫(巖)玉[2]、南陽(yáng)玉(獨(dú)山玉)、祁連玉、綠松石、壽山石、雞血石和青田石等。房干墨玉[3]產(chǎn)自泰山山脈東麓,位于濟(jì)南市萊蕪區(qū)雪野旅游區(qū)西北約11km,房干村東。
該區(qū)大地構(gòu)造位于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(qū)(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)泰山-濟(jì)南斷隆(Ⅳ)泰山凸起(Ⅴ)[4]的東部邊緣。
區(qū)域地層發(fā)育泰山巖群雁翎關(guān)組,呈NW向脈狀分布,總體走向320°~330°,一般傾向NE,傾角41°~81°左右。巖性以斜長(zhǎng)角閃巖為主夾少量磁鐵石英巖及石墨片巖,局部為角閃石巖、角閃綠泥片巖和富黑云斜長(zhǎng)變粒巖。其原巖建造為基性—超基性火山巖,夾有沉積碎屑巖[5]。
區(qū)域構(gòu)造主要為韌性剪切帶[6],其為區(qū)域基底巖系的重要構(gòu)造形式,走向與區(qū)域構(gòu)造線一致。總體走向315°,長(zhǎng)度約9km,總寬度約3km。剪切帶分東西2支,東支寬而弱,無(wú)明顯強(qiáng)弱分帶,寬度大于2km,糜棱面理傾向NE,傾角一般在80°以上,拉伸線理近水平。西支寬度大于1km,糜棱面理傾向NE,傾角80°~86°,可分出4個(gè)強(qiáng)變形域,一般寬幾米至十幾米,構(gòu)造巖達(dá)到超糜棱巖或片巖。
區(qū)域侵入巖廣泛分布,巖性復(fù)雜,主要為新太古代、中元古代[1]侵入巖。另有一些脈巖。新太古代侵入巖大面積分布于區(qū)域中部,出露有黃前序列西店子單元變輝石橄欖巖(蛇紋巖、透閃陽(yáng)起片巖)、新甫山序列上港單元中粒奧長(zhǎng)花崗巖、傲徠山序列松山單元中粒二長(zhǎng)花崗巖和調(diào)軍頂單元細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖。中生代燕山晚期侵入巖發(fā)育臥福山序列水牛山單元晶洞中粒二長(zhǎng)花崗巖。脈巖有閃長(zhǎng)玢巖脈等,呈細(xì)脈狀,走向NW,長(zhǎng)2~5km,寬10~50m。
西店子單元為賦礦巖體,分布于區(qū)域中部羊頂附近,呈細(xì)長(zhǎng)透鏡狀、扁豆體狀,走向NW,傾向NE,傾角60°左右,斷續(xù)出露長(zhǎng)約3km,寬約10~60m(圖1)。
礦區(qū)圈定2個(gè)礦體,為透鏡狀、脈狀[7],呈NW向“一”字形分布,總體走向315°,傾向45°,傾角52°~61°。礦體自西北向東南依次編號(hào)為Ⅰ,Ⅱ,其中Ⅰ為主礦體。各礦體特征如表1所述。
1—雁翎關(guān)組;2—水牛山單元晶洞中粒二長(zhǎng)花崗巖;3—調(diào)軍頂單元細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖;4—松山單元中粒二長(zhǎng)花崗巖;5—上港單元中粒奧長(zhǎng)花崗巖;6—西店子單元陽(yáng)起石片巖;7—閃長(zhǎng)玢巖脈;8—礦體及編號(hào);9—地質(zhì)界線;10—片理產(chǎn)狀;11—片麻理產(chǎn)狀;12—勘探線位置及編號(hào)圖1 萊蕪房干地區(qū)地質(zhì)圖
礦體由0,4,8等3條勘查線控制,施工探槽4條,鉆孔4個(gè)。礦體出露地表,賦存標(biāo)高345~508m,平面呈彎曲透鏡狀,垂向呈似板狀,控制長(zhǎng)度157m,斜深40~165m,厚度1.16~63.27m,平均22.24m,變化系數(shù)83%,厚度不穩(wěn)定,沿走向中間厚兩端薄,西北端被松山單元侵入彎曲尖滅,東南端呈分支尖滅。傾向上向深部變窄(圖2),總體走向315°,傾向NE,傾角52°~60°,北陡南緩。礦石平均組分:MgO 33.22%,CaO 2.10%。礦體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,有夾層1~2處,巖性為陽(yáng)起石片巖和二長(zhǎng)花崗巖,厚度1.0~3.9m。礦石類型為蛇紋巖型(綠泥蛇紋巖、綠泥透閃蛇紋巖、透閃綠泥蛇紋巖)墨玉[8],呈分散狀分布于礦體內(nèi),含玉率21.2%。透閃陽(yáng)起片巖分布于礦體邊部、南部及深部[9]。
圖2 Ⅰ礦體聯(lián)合剖面圖
位于東南部,由3條勘查線控制,施工探槽4條,鉆孔2個(gè)。礦體產(chǎn)于陽(yáng)起片巖中,賦存標(biāo)高282~406m,由5~6個(gè)細(xì)脈狀分礦體組成(圖3),長(zhǎng)度150m,斜深69~96m,厚度2.79~26.91m,平均15.80m,變化系數(shù)69%,厚度較穩(wěn)定。礦體總體走向315°,傾向NE,傾角60°~61°。礦體局部?jī)A向SW,傾角49°。礦石平均組分:MgO 27.10%,CaO 3.97%。礦體具分支復(fù)合現(xiàn)象。64線有5個(gè)分支薄礦體,礦體間夾層厚度2.9~12.3m;72線有6個(gè)分支薄礦體,礦體間夾層厚度1.5~9.8m。夾層巖性主要為陽(yáng)起石片巖,局部為二長(zhǎng)花崗巖、花崗巖。
礦石類型為透閃陽(yáng)起片巖型(綠泥蛇紋透閃片巖、綠泥陽(yáng)起片巖)和蛇紋巖型(金云母蛇紋巖、綠泥透閃蛇紋片巖)墨玉[8,10],呈分散狀分布于礦體內(nèi),含玉率4.9%。墨玉以前者為主,后者主要分布于64線和TC6801中東側(cè)。
圖3 Ⅱ礦體聯(lián)合剖面圖
3.1.1 外觀特征
(1)顏色。礦石一般為黑色、灰色、綠色的組合色(如灰黑色、灰綠色、綠黑色、黑色夾綠斑等),部分呈較純的黑色,少量呈白色、褐色等色調(diào)。墨玉以黑色、綠黑色為主,顏色越純正越好[11]。
(2)質(zhì)地。質(zhì)地是指玉石的細(xì)膩、滋潤(rùn)程度,分為細(xì)潤(rùn)、細(xì)、粗3級(jí)。墨玉質(zhì)地為細(xì)潤(rùn)級(jí)[12],玉石細(xì)膩油潤(rùn)無(wú)顆粒感。
(3)凈度。凈度是指玉石的干凈程度,分為好、中、差3個(gè)等級(jí),墨玉凈度一般較好。
3.1.2 光學(xué)性質(zhì)
(1)透明度。透明度是指玉石允許可見(jiàn)光透過(guò)的程度[13],大致劃分為透明、亞透明、半透明、微透明、不透明5個(gè)級(jí)別。墨玉顏色深,在5mm厚度下觀察,主要為不透明和微透明。在強(qiáng)光照射下,透過(guò)厚度達(dá)2mm(照片1)。
照片1 在2mm厚度下強(qiáng)光透射性
(2)折射率。折射率與礦石的組成成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)。采用CR-5型折射儀對(duì)樣品測(cè)試,蛇紋巖型礦石折射率1.543~1.576,平均1.560;透閃陽(yáng)起片巖型礦石折射率1.610~1.645,平均1.628;墨玉折射率1.542~1.572,平均1.560。
(3)光澤。光澤是指玉石表面對(duì)可見(jiàn)光的反射能力。影響光澤的因素主要為玉石的顏色、表面平整程度、集合體結(jié)合方式、對(duì)光的折射率、吸收率等[14]。該礦石為玻璃光澤和蠟狀光澤,其中,墨玉中玻璃光澤占65%,非玉蛇紋巖礦石中玻璃光澤占30%,透閃陽(yáng)起片巖中玻璃光澤占19%。礦物顆粒越細(xì)、拋光面越平整,越可能為玻璃光澤。
(4)其他光學(xué)性質(zhì)。礦石呈非均質(zhì)礦物集合體。無(wú)多色性,無(wú)熒光光性特征,不具有特征譜線。
3.1.3 力學(xué)性質(zhì)
(1)硬度。礦石摩氏硬度2.5~6,平均4.18。墨玉硬度3~5,平均4.15。非玉蛇紋巖硬度平均4.05。透閃陽(yáng)起片巖硬度平均4.26。
(2)抗壓強(qiáng)度。蛇紋巖型礦石抗壓強(qiáng)度67.16~86.84MPa[15],平均79.42MPa;透閃陽(yáng)起片巖型礦石抗壓強(qiáng)度49.56~96.03MPa,平均73.53MPa。
3.1.4 其他性質(zhì)
(1)密度。礦石密度[16]2.47~3.69g/cm3,平均2.84g/cm3。墨玉平均密度2.70g/cm3,非玉蛇紋巖平均密度2.67g/cm3,透閃陽(yáng)起片巖平均密度2.96g/cm3。
(2)放射性。對(duì)5件礦石進(jìn)行了放射性檢測(cè)(表2)。內(nèi)照射指數(shù)IRa為0.004~0.048,平均0.025;外照射指數(shù)Ir為0.013~0.044,平均0.030。
表2 放射性檢測(cè)結(jié)果
根據(jù)《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)規(guī)定[18],照射指數(shù)均未超標(biāo)。
3.2.1 礦石結(jié)構(gòu)
礦石主要呈顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu)和纖狀—片狀變晶結(jié)構(gòu)。
顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu):礦石內(nèi)主要礦物蛇紋石多呈顯微鱗片狀變晶,粒徑一般在0.1mm以下,廣泛分布,構(gòu)成礦石主體。
纖狀—片狀變晶結(jié)構(gòu):礦石內(nèi)主要礦物透閃石、陽(yáng)起石多呈纖狀變晶,綠泥石多呈片狀、纖狀變晶,粒徑一般在0.3mm以下,極個(gè)別可達(dá)0.5mm。晶體間常常緊密接觸,構(gòu)成礦石主體。
3.2.2 礦石構(gòu)造
礦石構(gòu)造有塊狀構(gòu)造和片狀構(gòu)造。
塊狀構(gòu)造:礦石內(nèi)主要礦物成分蛇紋石集合體雜亂排列、均勻分布,形成致密塊狀礦石。
片狀構(gòu)造:礦石內(nèi)主要礦物成分透閃石、陽(yáng)起石集合體定向排列,構(gòu)成片狀構(gòu)造。
蛇紋巖型礦石主要礦物成分為蛇紋石,次為綠泥石、透閃石;透閃陽(yáng)起片巖型礦石主要礦物成分為陽(yáng)起石或透閃石,次為綠泥石、蛇紋石。微量礦物有水鎂石、金屬礦物、金云母、方鎂石、碳酸鹽礦物、石棉、橄欖石、輝石。
蛇紋石:無(wú)色透明,以顯微鱗片狀變晶為主,見(jiàn)少許纖狀、葉片狀變晶,構(gòu)成多種形態(tài)的集合體(照片2a,2b,3b),可能為交代橄欖石、輝石而成,外形見(jiàn)輝石假象,正低突起,干涉色為1級(jí)灰。
照片2 綠泥、透閃蛇紋巖顯微照片(+)
透閃石:無(wú)色或淺褐色,柱狀、纖狀變晶,大小不等,呈分散狀或聚集狀分布于蛇紋石間隙中,或呈定向性排列構(gòu)成礦石主體(照片2b)。正中—正中偏高突起,偶見(jiàn)斷面上近于菱形相交的2組解理,干涉色2級(jí)以內(nèi)。
陽(yáng)起石:與透閃石呈類質(zhì)同像,淡綠色,多色性微弱—明顯,顯微或細(xì)小纖狀變晶,晶粒間緊密接觸(照片3a),集合體在礦石中略顯雜亂—半定向排列,長(zhǎng)軸與礦石構(gòu)造方向略近一致,偶見(jiàn)斷面上近于菱形相交的2組解理,正中突起,干涉色2級(jí)以內(nèi)。
照片3 綠泥陽(yáng)起石巖、金云母蛇紋巖顯微照片(+)
綠泥石:淡綠色,淺褐紅色,多色性微弱—明顯,細(xì)小片狀變晶,粒徑大小不等,最大0.5mm,呈聚集狀或分散狀分布于蛇紋石或陽(yáng)起石間隙中(照片2、照片3a),1級(jí)灰干涉色,部分呈銹褐色異常干涉色。
水鎂石:纖狀、葉片狀變晶,分布于蛇紋石間隙中(照片2),不太均勻,局部稍稍明顯。正低—中突起,正交偏光鏡下近于全消光。
金云母:橙黃色—綠色,多色性明顯,片狀變晶,分布于蛇紋石間隙中(照片3b),不太均勻,局部稍稍明顯,雜亂排列,干涉色可達(dá)3級(jí)。
方鎂石:白褐色,細(xì)小粒狀變晶,分布于裂隙或蛇紋石間隙中,不太均勻,局部稍稍集中。正高突起,正交偏光下全消光,具輕微蛇紋石化等蝕變。
碳酸鹽礦物:淺褐灰色,他形粒狀變晶,較細(xì)粒,分布于蛇紋石或陽(yáng)起石間隙中及裂隙中,集合體局部呈脈狀,閃突起明顯,高級(jí)白干涉色。
石棉:無(wú)色,纖維狀變晶,呈細(xì)脈狀分布于蛇紋石間隙中或裂隙中,纖維體垂直于脈壁排列。正低突起,干涉色為1級(jí)黃。
橄欖石:無(wú)色透明,他形粒狀,交代殘留,分布于蛇紋石等間隙中,零星可見(jiàn),長(zhǎng)軸方向與礦石構(gòu)造方向略近一致,正高突起,干涉色較為鮮艷(照片4a)。裂隙發(fā)育,沿裂理常被蛇紋石等交代。
輝石:淺褐色,柱狀、粒狀變晶,為交代殘留,分布于透閃石間隙中,常與蛇紋石共伴生(照片4b),多被蛇紋石交代,正高突起,斷面上偶見(jiàn)近于正交的2組解理。
照片4 綠泥透閃蛇紋、綠泥蛇紋透閃片巖顯微照片(+)
金屬礦物:主要為磁鐵礦,含極少量鈦鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦。
磁鐵礦:黑色不透明,斜照光下呈鋼灰色,多呈細(xì)小針狀、刺狀、粒狀,粒徑一般在0.15mm以下,不太均勻,局部集合體呈細(xì)紋狀或散亂狀,構(gòu)成星散浸染狀構(gòu)造(照片5a、照片5b)。
鈦鐵礦:他形粒狀,局部見(jiàn)到,灰色微帶淡棕色,非均性較為明顯。
黃鐵礦:極細(xì)粒,與磁鐵礦共伴生,局部見(jiàn)到(照片5a)。
黃銅礦:極細(xì)粒,常與磁鐵礦共伴生,局部見(jiàn)到(照片5b)。銅黃色,具極弱非均性。
照片5 透閃綠泥、金云母蛇紋巖顯微照片(-)
根據(jù)全分析結(jié)果,礦石化學(xué)成分以SiO2,MgO為主;次為Fe2O3,Al2O3,FeO,CaO,詳見(jiàn)表3。
根據(jù)光譜分析結(jié)果(表4),礦石中主要微量元素為Cr(2039.2×10-6),Ni(1539.3×10-6),Mn(1055.9×10-6),Ti(625.1×10-6),S(271.5×10-6),Cl(233.5×10-6),其在各類礦石中的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。由圖3a可知,從墨玉→非玉蛇紋巖→透閃陽(yáng)起片巖,Ni,Cl呈下降趨勢(shì);Cr,Mn,Ti呈上升趨勢(shì);S呈先上升后下降趨勢(shì)。房干墨玉與泰山墨玉[11]相比,其內(nèi)主要微量元素Cr,Ni,Mn,Ti,S,Cl含量均大,特別是Cl。
礦石類型劃分2種[5],即蛇紋巖型和透閃陽(yáng)起片巖型。
3.5.1 蛇紋巖型礦石
巖性有綠泥蛇紋巖、綠泥透閃蛇紋(片)巖、透閃綠泥蛇紋巖、金云母蛇紋巖。
綠泥蛇紋巖:綠灰色—灰黑色,纖狀、顯微鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為蛇紋石綠泥(75%~90%),次為綠泥石(5%~10%)、金屬礦物(5%~10%),局部見(jiàn)水鎂石(10%)、石棉(<5%)。
表3 礦石化學(xué)成分
表4 礦石微量元素平均含量/10-6
圖4 不同礦石內(nèi)微量元素變化趨勢(shì)圖
透閃蛇紋(片)巖:綠灰色—綠黑色,纖狀、顯微鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀、片狀構(gòu)造,主要礦物成分為蛇紋石(45%~80%)、透閃石(10%~35%),次為綠泥石(5%~20%)、金屬礦物(5%),局部見(jiàn)橄欖石(5%)、水鎂石(5%)、方鎂石(1%~2%)。
透閃綠泥蛇紋巖:綠灰色,片狀、纖狀、鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為蛇紋石(50%~60%)、綠泥石(25%~30%),次為透閃石(5%~10%),另有少量碳酸鹽礦物、金屬礦物。
金云母蛇紋巖:綠灰色,片狀、顯微鱗片狀變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為蛇紋石(75%~85%),次為金云母(10%~15%)、磁鐵礦(5%~10%)。
3.5.2 透閃陽(yáng)起片巖型礦石
巖性有綠泥陽(yáng)起石(片)巖、綠泥蛇紋透閃片巖。
綠泥陽(yáng)起石(片)巖:青綠色,片狀、纖狀變晶結(jié)構(gòu),片狀局部塊狀構(gòu)造,主要礦物成分為陽(yáng)起石(60%~90%),次為綠泥石(5%~20%),另有少量金屬礦物(<5%),局部含碳酸鹽礦物(5%~10%)。
綠泥蛇紋透閃片巖:灰綠色,鱗片狀、纖狀變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造,主要礦物成分為透閃石(65%~80%),次為蛇紋石(10%~15%)、綠泥石(5%~10%),另有少量金屬礦物(5%~10%),局部含輝石(5%~10%)。
玉石類型為墨玉,達(dá)不到碧玉和花斑玉的要求[13]。顏色以黑色、綠黑色為主,局部夾少量細(xì)小的灰白色、綠色調(diào)斑點(diǎn),微透明—不透明,質(zhì)地細(xì)膩油潤(rùn),凈度好—中,玻璃光澤—蠟狀光澤。硬度3~5,折射率1.542~1.572,密度2.60~2.94g/cm3。多呈顯微鱗片變晶結(jié)構(gòu),塊狀構(gòu)造。多數(shù)墨玉主要礦物成分為蛇紋石(75%~90%),次為綠泥石、水鎂石、金屬礦物等。少量墨玉主要礦物成分為透閃石(65%~75%),次為蛇紋石、輝石、綠泥石等。主要化學(xué)成分見(jiàn)表5,微量元素見(jiàn)表6。
表5 墨玉化學(xué)成分
據(jù)《山東省泰山玉分類標(biāo)準(zhǔn)及其特征研究報(bào)告》
表6 墨玉微量元素含量/10-6
與泰山墨玉相比,房干墨玉蛇紋石含量較少,而透閃石、綠泥石較多,因此貧MgO,SiO2;富Al2O3,Fe2O3,CaO(表5)。
房干墨玉和礦石相比,富MgO,Na2O;貧SiO2,CaO,Al2O3,FeO,Fe2O3(圖5)。
圖5 墨玉和礦石化學(xué)成分變化趨勢(shì)圖
2.6Ga前新太古代中期,該區(qū)陸殼發(fā)展為張裂環(huán)境,上地幔超基性巖漿沿著張裂構(gòu)造,以巖墻方式上侵形成輝石橄欖巖,在近地表富氧環(huán)境下,巖漿冷凝晚期析出大量熱水溶液,沿著巖體冷凝裂隙循環(huán),與橄欖石、輝石發(fā)生蝕變交代作用,使原巖變質(zhì)為蛇紋巖或透閃陽(yáng)起片巖。因此,礦床是由富鎂超基性巖受高溫氣液作用變質(zhì)而成,屬超基性巖變質(zhì)礦床[5]。具體依據(jù)如下:①巖體與泰山巖群雁翎關(guān)組呈明顯的侵入關(guān)系。②礦體受張裂構(gòu)造控制,呈脈狀線性排列。沿傾向和走向具分支復(fù)合現(xiàn)象。③礦體具有一系列巖漿階段和變質(zhì)階段形成的專屬性礦物組合和巖石類型,如輝石、橄欖石、磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、蛇紋石、陽(yáng)起石、透閃石、滑石、石棉等。
(1)巖體標(biāo)志:礦體賦存于西店子單元變輝石橄欖巖(蛇紋巖、透閃陽(yáng)起片巖)內(nèi)。
(2)圍巖標(biāo)志:變輝石橄欖巖體多侵入雁翎關(guān)組中。
(3)磁異常標(biāo)志:正磁異常ΔT值一般200~700nT。
(4)風(fēng)化標(biāo)志:蛇紋巖風(fēng)化后呈灰白色,易于發(fā)現(xiàn)。
(5)地貌標(biāo)志:礦石抗風(fēng)化,地貌上形成正地形。
(1)房干墨玉成礦地質(zhì)背景與泰山玉相似[5],但其玉化程度較低,屬于廣義泰山玉類型[13]。
(2)礦區(qū)內(nèi)有2個(gè)礦體,呈透鏡狀、脈狀產(chǎn)出,呈NW向“一”字形分布,總體走向315°,傾向NE,傾角52°~61°。Ⅰ礦體為主礦體,控制長(zhǎng)度157m,斜深40~165m,平均厚度22.24m,厚度變化系數(shù)85%,厚度不穩(wěn)定。礦床規(guī)模為小型。
(3)房干墨玉具有黑綠色調(diào),質(zhì)地細(xì)潤(rùn),透明度差,玻璃或油脂光澤,莫氏硬度平均4.18,平均密度2.84g/cm3,放射性內(nèi)外照射指數(shù)低。具鱗片變晶結(jié)構(gòu)、葉片變晶結(jié)構(gòu),片狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造。主要礦物成分為蛇紋石或陽(yáng)起石、透閃石。主要用于加工動(dòng)物及山水的玉石工藝品[18]。
(4)礦床屬于超基性巖變質(zhì)礦床[5]。巖體與泰山巖群雁翎關(guān)組呈明顯的侵入關(guān)系。礦體嚴(yán)格受張裂構(gòu)造控制,呈脈狀線性排列,具分支復(fù)合現(xiàn)象[19],具有巖漿階段和變質(zhì)階段形成的專屬性礦物組合和巖石類型,如輝石、橄欖石、磁鐵礦、鈦鐵礦、黃鐵礦、黃銅礦、蛇紋石、陽(yáng)起石、透閃石、滑石、石棉等。