何 欽， 肖蛟龍， 雷 靂， 范小軍， 李 江

(湖北省地質局 第七地質大隊，湖北 宜昌 443100)

國畫石是指巖石經(jīng)過打磨拋光后表現(xiàn)出具有濃墨山水畫面特征的藝術品，其畫面包括奇花異草、古樹松林、溪流瀑布、高山湖泊等，形似中國山水畫而得名[1]。中國國畫石的種類繁多，以往關于國畫石的相關成果主要體現(xiàn)在觀賞性、藝術性的評價，對國畫石成因研究尚顯不足，成因分析多為一筆帶過，缺少相應的分析依據(jù)。2015年通過實施湖北省地質局科研項目“鄂西地區(qū)灣潭國畫石地質特征及開發(fā)前景研究”，在五峰灣潭鎮(zhèn)開展了國畫石的野外調查工作，完成了主量、微量及稀土元素的測定和流體包裹體測試分析，并對灣潭國畫石成因進行了分析研究，加深了對國畫石這一類非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源形成機理的認識，有利于指導本區(qū)域國畫石下一步的找礦工作。

1 區(qū)域地質背景

灣潭國畫石礦位于揚子陸塊區(qū)(Ⅰ級)—上揚子古陸塊(Ⅱ級)—上揚子南部被動邊緣褶沖帶(Ⅲ級)—八面山臺地褶皺帶(Ⅳ級)，地層屬揚子區(qū)上揚子分區(qū)八面山小區(qū)。區(qū)內地層出露較齊全，變質巖地層主要是在南部出露少量中元古界西岔河組，沉積巖地層由老至新從震旦系至第四系均有分布，其中與國畫石密切相關的地層為奧陶系[2]，巖性主要為深灰、灰綠色薄—中層狀泥質瘤狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。

灣潭地區(qū)構造以斷層和褶皺為主(圖1)，按其走向可劃分為兩組：一組走向為北東東向(NEE)；另一組走向為北北東向(NNE)，在上述兩組構造轉折部位多發(fā)育次級NE向弧形褶皺和斷層。研究區(qū)構造包括長毛江背斜、下洞坪向斜和八方界斷裂，正好是構造集中地段。

①.長毛江背斜；②.下洞坪向斜；③.東山峰復式背斜；④.后河背斜；⑤.馬棚嶺向斜；⑥.大安場向斜；⑦.八方界斷裂；⑧.青官渡斷裂；⑨.自生橋斷裂圖1 研究區(qū)構造綱要圖Fig.1 Structural outline map of the study area

2 地質特征

2.1 賦礦地層

根據(jù)野外調查及坑道編錄資料，灣潭國畫石賦礦地層為奧陶系大灣組(O1d)、牯牛潭組(O2g)和寶塔組(O2-3b)，其中又以大灣組國畫石質量最佳。國畫石礦體由紋層狀方解石細脈和基體(圍巖)兩部分組成(圖2)，圍巖巖性主要為泥質瘤狀灰?guī)r、龜裂紋灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r。礦體的產(chǎn)出既有層控特點，也與褶皺構造密切相關(如圖3所示)。背斜兩翼均為國畫石產(chǎn)出部位，單層礦體厚度一般為0.2～0.5 m，層數(shù)一般為2～6層，礦體總厚度1.0～8.0 m(以大灣組為例，地層總厚度為93.54 m，礦體最好地段總厚度為7.97 m)，沿走向礦體延伸長度一般為20～60 m，礦體規(guī)?？傮w較小。

2.2 地質特征

灣潭國畫石由紋層狀方解石細脈(畫面的主體部分)和基體(其底部支撐作用)兩部分組成，畫面石原料經(jīng)過打磨、拋光等一系列工序后在方解石底面上呈現(xiàn)出形態(tài)各異、蘊含中國山水畫特色的生動圖像，因而稱之為國畫石，其中紋層狀細條紋起到“墨”或“線條”作用，厚度一般為0.5 mm左右，而白色方解石則充當“背景畫紙”的作用[2]，單層方解石厚度一般在2～10 mm。方解石細脈和其他顏色的細紋層(泥質含量較高)共同組成了畫面石的紋層狀構造。野外觀察可見縫合線構造(圖2)，巖礦鑒定鏡下可見碎裂結構(圖3)。

圖2 紋層狀方解石細脈Fig.2 Lamellar calcite veinlets

圖3 鏡下方解石碎裂結構Fig.3 Fragmentation structure of calcite under microscope

根據(jù)方解石細脈與圍巖產(chǎn)出關系，灣潭國畫石可被分為兩類：第一類是紋層狀方解石細脈沿層面裂隙順層充填，延續(xù)性較好，也是國畫石主要的產(chǎn)出類型；第二類是方解石細脈沿層間揉皺面斜切地層或直接切穿地層，方解石細脈呈網(wǎng)紋狀、放射狀，沿褶皺不同方向裂隙發(fā)育，產(chǎn)出的方解石細脈較純凈(缺少細紋層構造)，連續(xù)性較差，一般不滿足國畫石選料要求。由此可見，國畫石礦體受地層和構造共同控制，其中褶皺發(fā)育地段沿層間裂隙充填的國畫石質量最佳(圖4)。

圖4 大米埡礦區(qū)KD1坑道素描圖 (300～370 m)Fig.4 Sketch of tunnel KD1 in Damiya mining area

按照方解石紋層顏色，灣潭國畫石可分為紫紅、灰綠和黑色三類，其中黑色多分布于寶塔組，灰綠、紫紅色主要賦存于大灣組、牯牛潭組，紋層顏色與基體顏色總體一致。

3 巖石地球化學和流體包裹體分析

本次采集樣品在湖北省地質實驗測試中心進行主量、微量和稀土元素地球化學分析，兩件樣品均采自灣潭鎮(zhèn)鎖金山村采礦坑道奧陶系大灣組，其中B1采自礦體部分，B2采自近礦圍巖(即基體部分)。同時，在同一坑道還選取了2件國畫石礦體樣品在中國地質調查局武漢地質調查中心進行流體包裹體測試，其中BG1采自大灣組(為紫紅色類型樣品)，BG2采自寶塔組(為黑色類型樣品)。

3.1 主量元素分析

樣品主量元素的測定成果如表1所示。根據(jù)礦體和圍巖主量元素含量對比，礦體部分方解石細脈具有高CaO、CO2特點，與礦石主要礦物成分為方解石相吻合。根據(jù)Taylor等[3]的研究，礦體SiO2/Al2O3比值為4.07，>3.6，推測物源為陸源，且是由熱液作用引起。

表1 主量元素分析結果表(%)Table 1 Analysis results of principal elements

3.2 稀土元素分析

樣品稀土元素分析結果見表2，稀土元素標準化配分模式如圖5所示，分析如下：

表2 稀土元素分析結果表(10-6)Table 2 Analysis results of rare earth elements

(1) 兩個樣品輕稀土LREE含量為0.38×10-6～142.43×10-6，重稀土HREE含量為6.16×10-6～11.78×10-6。根據(jù)李定龍等[4]的研究，如果LREE>20×10-6或HREE>4×10-6，可以判斷該巖石屬于未溶蝕巖或微溶蝕巖，這一結論與野外實際情況相符。

(2) 據(jù)圖5所示，灣潭國畫石樣品的稀土元素配分模式表現(xiàn)輕稀土配分曲線斜率較大，右傾趨勢明顯，說明輕稀土富集，元素之間的分餾程度較高；而重稀土總體表現(xiàn)較為平坦，說明重稀土富集，元素之間的分餾程度較低[5]。因此，灣潭國畫石稀土元素配分模型為輕稀土富集、重稀土虧損型。

圖5 灣潭國畫石稀土元素配分模式圖Fig.5 REE patterns map of Wantan painting stones

(3) B2樣品(圍巖)δEu為0.69(<1)，中度虧損Eu；兩個樣品δCe為0.63～0.83，平均為0.73，略微偏低，虧損現(xiàn)象不明顯。

3.3 微量元素分析

微量元素測定結果如表3所示。

表3 微量元素分析結果表(10-6)Table 3 Analysis results of trace elements

(2) 物源區(qū)判別：根據(jù)朱志軍等[8]關于原巖物源區(qū)的判別，在物源區(qū)判別圖(圖6)上，B2樣品投點落于平均上陸殼附近，顯示其母巖物質為陸源，結果與主量元素判定相同。

圖6 物源區(qū)判別圖Fig.6 Discrimination diagram of provenance area

(3) 由于后期可能受到構造或熱液等作用的影響，國畫石礦床部分微量元素發(fā)生分散、遷移，改變了元素的初始含量，因此本次選用B2(圍巖)來判別原巖的沉積環(huán)境。其Sr/Ba值為0.073，遠遠<1，反映當時沉積環(huán)境為淡水介質[9];V/(V+Ni)值為0.59(貧氧環(huán)境為0.46～0.60)，判定當時沉積環(huán)境為淡水貧氧環(huán)境[10]。

3.4 流體包裹體分析

流體包裹體分析結果如表4所示。由表4可知，兩件方解石流體包裹體樣品均由氣液兩相物質組成，爆裂溫度在100～350℃。結合野外巖礦鑒定，認為兩件樣品成礦溫度以中、低溫為主；流體包裹體主要氣相成分為水蒸氣(H2O)，其次為CO2氣體；液相成分主要由Ca2+、Mg2+組成，其次為Na+、Cl-、和SO42-等離子，液相成分富鈣鎂而貧鈉，總體反映了流體與碳酸鹽圍巖發(fā)生的較充分的水巖反應。

表4 流體包裹體物質組分一覽表Table 4 List of material components of fluid inclusions

4 成因初探

以往關于國畫石成因的觀點有熱液成因和重熔結晶成因兩種認識[11]。結合灣潭國畫石地質特征及地球化學成果，本次工作認為其成因為構造+熱液成因，依據(jù)有以下幾點：

(1) 礦體多呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)于奧陶系中，其分布與斷裂、裂隙具有較密切的聯(lián)系，與圍巖界線清楚，呈突變接觸(圖7)，是熱液成因礦床的典型特征之一。

圖7 礦體與圍巖接觸關系Fig.7 Contact relationship between ore body and surrounding rock

(2) 礦體中細紋層的線條與圍巖層理總體一致，顏色相同，宏觀上沒有重熔結晶現(xiàn)象，且鏡下也沒有明顯的重熔結構。

(3) 根據(jù)SiO2/Al2O3比值與微量元素對物源的判定，礦體的形成與熱液作用緊密相關；礦體與圍巖微量元素帶入、帶出能力的比較，也間接證明熱液與圍巖存在著物質交換。

(4) 流體包裹體測定成礦溫度為100～350℃，成礦溫度屬中低溫，圍巖蝕變較弱，多見方解石化，成礦溫度遠未達到方解石的重熔結晶溫度。流體包裹體液相成分也反映了成礦流體與碳酸鹽圍巖發(fā)生了較充分的水巖反應。

綜上所述，本文認為礦區(qū)早期構造提供了成礦熱液運移通道和容礦空間，后期熱液沿深部斷裂及裂隙遷移，并與圍巖發(fā)生一定程度的水巖作用，沿裂隙或褶皺面平行層理貫入(因而礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀總體一致)，當達到適宜溫壓條件時，晶體開始結晶沉淀，形成方解石細脈。同時在熱液貫入地層的過程中，熱液與原裂隙或層面間的殘留紋層(或裹挾部分圍巖物質)發(fā)生接觸交代作用，形成絹云母、綠泥石等礦物，方解石細紋層與泥質紋層共同組成了國畫石的紋層狀構造。

5 對比研究

目前市場上較為知名的國畫石有云南點蒼大理石、廣西來賓草花石、山東臨朐棗花石、湖北三峽畫面石以及灣潭國畫石。

5.1 點蒼大理石

點蒼大理石最早發(fā)現(xiàn)于中國西南部的云南省大理市蒼山，點蒼大理石從元初開始就被制作成觀賞石屏[12]，經(jīng)加工后其花紋顯現(xiàn)出似鳥、似龍、似鳳、似鶯、似鶴等多種多樣的動物形態(tài)，故又被稱為鳳凰石、屏石(照片1)。點蒼大理石常見以白色底子(多為灰?guī)r、白云巖的變質礦物)為基礎，其他元素如紅色、黃色、黑色等構繪出絢麗多彩、純天然的畫面，形象生動、妙趣橫生，按其圖案顏色可分為彩花、蒼白玉和云灰。以往資料顯示點蒼大理石的成因為變質成因，原巖為中元古代碳酸鹽巖，經(jīng)歷了一定程度的區(qū)域變質作用和接觸變質作用而形成，變質程度中等[13]。

照片1 點蒼大理石——“鷹擊長空”Photo 1 Diancang marble—Eagle soared in the sky

5.2 來賓草花石

來賓草花石產(chǎn)于廣西省來賓縣黔江中下游一帶，草花石底色相對較淺，是在灰暗的底色上出現(xiàn)一些深綠、褐紅或者黝黑色的圖案，圖案形態(tài)多以花草為主，因而得名草花石(照片2)。與其他國畫石相比，草花石揚名早、硬度高(硅質含量高或者直接為硅質巖)、色彩絢麗、圖案豐富，中國山水畫的特征較為突出，又被稱為“中國國畫石”[14]。草花石主要賦存于奧陶系，巖性以一套生物碎屑灰?guī)r、泥質瘤狀灰?guī)r為主，在經(jīng)歷了長期的風化作用后，一些有色礦物沿節(jié)理、裂隙向內部浸入，其后逐步氧化變色，后期再加上一定程度的熱液蝕變作用(熱液主要起到提供有色礦物成分的作用)，最后形成了鈣質硅質巖。

照片2 來賓草花石——“層林盡染”Photo 2 Laibing flower stone—The woods are full of flowers

來賓草花石之所以大受追捧，是因為其畫面不但極具中國山水畫筆墨寫意之美，淡淡數(shù)筆、樸實無華且意境深遠，而且也兼顧西方油畫之風格，濃墨重彩、絢麗奪目。

5.3 臨朐棗花石

臨朐棗花石產(chǎn)于山東省臨朐縣白沙鄉(xiāng)，賦存于二疊系，主體巖性為淺灰色中厚層狀灰質泥巖，畫面底色常見為黃褐—灰白色，打磨拋光后巖石表面呈現(xiàn)出較多的黃白色星點紋理，多呈放射狀、花瓣狀，恰似盛世綻放的棗花，棗花多為土黃色且成串密布，姿態(tài)萬千，因而稱為“棗花石”享名于世(照片3)。棗花石原料經(jīng)進一步加工后，可以制作成大小不一的石屏，其質地堅硬細潤，紋理清晰美觀，堪稱石中珍品。棗花石成因以重熔結晶作用為主、風化作用為輔，前期雨水沿裂隙侵蝕是棗花石紋理形成的基礎，其后在構造作用下巖石深埋地下，經(jīng)歷高溫高壓后黏土礦物發(fā)生重熔作用(類似于陶瓷煅燒的效果)，使巖石密度提高、硬度加大，石面上一些含鐵、錳礦物氧化后則構成了棗樹樹干的主體部分，而石英礦物部分重熔形成棗花，多呈微粒狀[15]。

照片3 臨朐棗花石——“富貴花開”Photo 3 Linqu Jujube marble—Riches and honour flowers

5.4 三峽畫面石

三峽畫面石是產(chǎn)于長江三峽地區(qū)各種畫面石的總稱，其中尤以產(chǎn)自清江廣袤山區(qū)的清江石最為出名。清江石是一種質地細膩的觀賞石，給人以意蘊鮮、暖的舒適體驗，以“形、質、色、紋、韻” 的典型特征而區(qū)別于其他國畫石。清江石的原巖形成時代為晚泥盆世，原巖巖性以淺灰白色薄—中層狀含鐵石英砂巖、細砂巖(含鐵礦物多氧化呈紅色)為主，其間偶夾薄層泥頁巖或泥灰?guī)r等，在長期復雜的地質演化過程中，含鐵礦物隨地下水沿巖石孔隙、裂隙、層理、節(jié)理進行滲透浸染，最后在基底上呈現(xiàn)出一系列的斑紋和圖案，基底(畫面底色)常為灰白色或蠟黃色，而斑紋多為紅褐色，暗淡不一，其姿態(tài)有蕭瑟的秋景，有純凈纖白的北國風光，或為夕霞漫天的殘陽，變幻多端，形態(tài)不一[16]。

5.5 灣潭國畫石

灣潭國畫石是近年來新發(fā)現(xiàn)的一個國畫石品種，主要賦存于奧陶系，由畫面(紋層狀方解石細脈)和基體(圍巖)兩部分組成。其畫面多以山水風景為主，較之其他畫面石，灣潭國畫石用筆極簡，圖案更顯典雅自然(照片4)，是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最具中國傳統(tǒng)水墨畫特點的畫面石品種[11]。

照片4 灣潭國畫石——“馬躍檀溪”Photo 4 Wantan traditional painting stone— The horse was jumping over the river

各類國畫石基本情況對比見表5。國內外對國畫石的研究工作及成果相對較少，以往發(fā)現(xiàn)的大理石、棗花石、清江石等的硬度不及草花石高，色彩不及草花石豐富，圖案不及草花石有韻味，故國內國畫石以來賓草花石最為出名，并將“中國國畫石”這一專屬稱謂賦予來賓草花石。通過對不同類型國畫石對比，可以看出灣潭國畫石與來賓草花石的巖性、時代及成因具有較多相似之處。

表5 各類國畫石對比情況表Table 5 Comparison of various traditional painting stones

6 結論

(1) 灣潭國畫石主要賦存于奧陶紀大灣組、牯牛潭組和寶塔組，由畫面(紋層狀方解石細脈)和基體(圍巖)兩部分組成，按顏色可分為紫紅色、灰綠色和黑色三類。礦體主要受地層和構造雙重控制，多分布于構造交匯地段，總體規(guī)模較小，由數(shù)層國畫石組成，單層礦體厚度一般為0.2～0.5 m，總厚度不超過8 m，延伸長度一般為20～60 m。

(2) 根據(jù)礦體及圍巖主量、微量元素的測定，顯示物源以陸源為主，成熟度較高，輕稀土(LREE)元素帶出能力大于重稀土(HREE)元素，原始沉積環(huán)境為淡水貧氧環(huán)境；稀土元素配分模式為輕稀土富集、重稀土虧損型。流體包裹體測試確定了成礦溫度為中低溫成礦，氣、液相組分表征熱液與圍巖發(fā)生了較充分的水巖反應。

(3) 根據(jù)礦體形態(tài)、地球化學特征及流體包裹體測試等，確定礦床成因為構造+熱液。

(4) 通過與其他國畫石在巖性、時代及成因的對比可知，灣潭國畫石與來賓草花石具有較高的相似之處。