“泗濱砭石”地質特征及成因分析

王繼芳,王魯林,彭沖,徐然,孟祥超,鄭海濤,王志亮

(1.山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州 272000；2.泗水縣國土資源局，山東 泗水 273000)

近年來在泗水縣南部一帶發現了歷史上記載的古代名石“泗濱砭石”，又名泗濱浮石、磬石、扁鵲石，泗濱砭石為砭石之正宗，其醫學功效可“活血化瘀，疏通經絡”，是中醫的五大療法及兩大醫療器械之一，目前砭石產品主要用于醫療、保健和裝飾等，并不斷有新產品開發出來。由于砭石的悠久歷史和廣泛應用，因此在當地興起了砭石產品的開發和加工熱。至目前為止，尚未有對“泗濱砭石”的成礦地質特征及成因進行研究總結，該文旨在通過對“泗濱砭石”的成礦特征進行分析研究，探討其的控礦作用，總結其成礦規律，以期對泗水縣南部砭石礦的找礦有所啟示[1]*山東省魯南地質工程勘察院,山東省泗水縣南部地區砭石礦資源調查報告，2017年。。

1 成礦地質背景

礦區大地構造位置處于華北板塊(Ⅰ)魯西隆起區(Ⅱ)魯中隆起(Ⅲ)尼山-平邑斷隆(Ⅳ)之尼山凸起(Ⅴ)的北部。區域性尼山斷裂、獨角斷裂和仲都斷裂分別由調查區西南部、中部和東北部穿過。由這3條主干斷裂及其派生的次級斷裂構成了該區的構造格架，控制了區內地層及巖漿巖的展布(圖1)。

區內地層主要為古生代寒武紀長清群、寒武紀—奧陶紀九龍群、奧陶紀馬家溝群和新太古代泰山巖群等，在河流及沖溝兩側，有少量第四系分布。其中寒武紀長清群饅頭組的石店段為“泗濱砭石”的賦礦層位。石店段巖性為紫紅色紋層狀微晶灰巖、雜色泥云巖、泥質灰巖、灰色中層泥晶灰巖夾生物碎屑灰巖、鮞粒灰巖、藻灰巖。石店段為該區“泗濱砭石”賦礦層位，石店段厚度60m。其中的紫紅色紋層狀結晶灰巖即為砭石礦賦存母巖，厚度一般0.5～1.80m，平均1.0m(圖2)[2-5]。

區內寒武紀、奧陶紀地層走向292°～314°，傾向NE，傾角8°～27°，局部受斷層影響產狀復雜，總體為一向NE傾斜的單斜構造。區內斷裂構造發育，主要有NW向、NE向、近EW向3組(表1)。以NW向斷層最為發育，其他2組斷層為NW向斷裂的派生構造。NW向斷裂主要為仲都斷裂、獨角斷裂和尼山斷裂，構成了該區的構造格架，也控制了區內砭石礦層的展布[6]。

1—第四系；2—古近系；3—石炭—二疊系；4—奧陶系；5—寒武—奧陶系；6—寒武系；7—寒武紀饅頭組；8—新太古代正長花崗巖；9—新太古代花崗閃長巖；10—新太古代角閃閃長巖；11—地質界線；12—實測角度不整合界線；13—推測角度不整合界線；14—實測平行不整合界線；15—實測性質不明斷層；16—推測性質不明斷層圖1 山東省泗水縣南部地質略圖

1—饅頭組下頁巖段；2—饅頭組石店段；3—朱砂洞組上灰巖段；4—朱砂洞組丁家莊段；5—磨坑單元粗斑花崗閃長斑巖；6—桃科單元斑狀細粒含黑云角閃閃長巖；7—砭石礦體；8—含黑云角閃閃長巖；9—花崗閃長斑巖；10—白云巖；11—含燧石結核白云巖；12—灰巖；13—白云質灰巖；14—泥灰巖；15—紋層灰巖；16—泥晶灰巖；17—頁巖；18—鈣質頁巖；19—產狀；20—坐標測量點；21—薄片樣品位置及編號圖2 泗水南部立山崆村東地質剖面圖

區內巖漿巖主要為新太古代侵入巖，其巖性主要為花崗閃長巖、二長花崗巖、正長花崗巖和角閃輝長巖等，局部發育中元古代輝綠巖脈和中生代燕山期花崗閃長斑巖、角閃閃長玢巖，花崗閃長斑巖呈巖床狀分布(圖2)，與區內“泗濱砭石”成礦關系密切。

2 礦床地質特征

2.1 礦床特征

礦區內圈定“泗濱砭石”礦體10個(圖3)，均賦存于古生代寒武紀長清群石店段地層中，按平面分布大致分為3個礦帶，自SW向NE依次為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ;3個礦帶沿走向出露總長32854m，沿傾向出露寬8285m。其中I礦帶出露長度26241m，含2個礦體(①②)；II礦帶出露長度20700m，含5個礦體(③④⑤⑥⑦)；III礦帶出露長度13800m，含3個礦體(⑧⑨⑩)；本應為一個礦層，由于受斷裂構造和長期風化剝蝕作用，在地表分割成3個礦帶，10不連續的帶狀礦體。I礦帶和II礦帶為仲都斷裂切割錯斷，II礦帶和III礦帶為獨角斷裂切割錯斷。

礦體呈層狀，總體走向292°～314°，傾向NE，傾角8°～27°左右，礦層產狀與圍巖一致。礦石為微晶灰巖，顏色紅黃相間，局部以磚紅色為主。礦層局部夾有角礫狀、碎裂狀微晶灰巖。礦層南西部為露頭區，向北延入地下，埋深逐漸加大。其中①礦體的大泉、西馬頭山、立山崆、西峪、土洞、圣水峪等地和③礦體的夾谷山一帶有以往的民采點。礦體賦存標高+114m～+470m，礦體厚度最薄0.50～1.80m，平均厚度1.0m，厚度變化系數14.65%。礦體與頂底板圍巖界線呈過渡狀態。礦體內偶見夾石，礦化較連續。在10個礦體中①礦體為區內主礦體；其次為③④⑩礦體，其他礦體規模較小。

2.2 礦體特征

礦區內共發現“泗濱砭石”礦體10個，各礦體特征見表1，①礦體為區內主礦體，其特征如下：

①礦體分布于Ⅰ礦帶的中西部，位于金莊鎮南至泗張鎮西，礦體賦存于寒武紀長清群饅頭組石店段地層中，上部礦體裸露地表，呈一帶狀展布。礦體沿走向長22196m，控制斜深100m，礦層產狀同圍巖產狀一致，走向295°，傾向NE，傾角12°～27°，礦體向NE隱伏于地下，埋深逐漸加大。礦體賦存標高+146m～+380m，礦體厚度0.50～1.80m，平均1.05m，厚度變化系數36.11%，厚度穩定。①礦體一般分布于山體下部相對平緩處，隨地形起伏較大，在孫老洞、戈山、夾谷山、紅山、二旗山、桃花山等山體處賦存位置較高。①礦體以往有7處民采點，現已關停。①礦體是泗水南部砭石礦出露最好，控制程度最高的礦體。礦體巖性為紅褐色、黃褐色紋層狀微晶灰巖。

表1 泗濱砭石礦體特征

圖3 泗水南部砭石礦體分布圖

2.3 礦石質量

(1)礦石顏色。“泗濱砭石”礦石顏色主要呈磚紅色、黃褐色、斑雜色，多紅黃相間，色澤潤美；局部具紅黃相間順層或者穿層的微細條紋，有的條紋呈同心圓狀、波狀、木紋狀。

(2)礦石的礦物成分。砭石的主要礦物成分為方解石，少量為氧化鐵質、泥質、有機質、石英等。方解石在鏡下多見他形粒狀，方解石顆粒十分細小，粒徑多在0.03～0.004mm之間，為微晶和粉晶結構，少量重結晶形成的方解石粒徑在0.03～0.10mm之間。方解石晶體排列較緊密,少見機械雙晶的方解石，顆粒內裂隙和解理均缺失。集合體呈較為明顯的微層狀構造，可能是在較為穩定的環境中沉積而成。淺褐灰色，具閃突起，高級白干涉色，具鐵染現象，含量95%左右。泥質與氧化鐵質：二者相混，常分布于方解石晶粒間或邊部，不均勻；或是分布于層理間構成層狀構造。褐紅色，半透明，含量4%左右。有機質：呈細小鱗片狀、粒狀，多分布于層理間零星可見。褐色，不透明，含量≤1%。石英呈他形

粒狀，局部偶見。巖石中金屬礦物見有褐鐵礦，他形粒狀，局部見到，含量甚微[7-10]。

(3)結構構造。礦石的結構：主要為微晶結構、泥晶結構和粉晶結構等。砭石中主要礦物方解石顆粒十分細小，粒徑多在0.03～0.004mm之間，為微晶和粉晶結構，少量重結晶形成的方解石粒徑在0.03～0.10mm之間。根據謝先德研究資料，泗濱砭石的主要礦物組成為納米晶方解石,占體積含量的96%左右,其次有微米晶黃鐵礦、銳鈦礦和石墨,都以1～3μm大小的單個顆粒分散在方解石顆粒晶間。此外,砭石中還含有極多的均勻、分散狀的納米晶石墨[8]。礦石的構造：中薄層構造、紋層狀構造、塊狀構造。

(4)化學成分。礦石的化學組分主要為CaO 36.83%～50.86%,SiO23.14%～5.59%,MgO 1.10%～12.57%；次為Na2O 0.03%～0.05%,K2O 0.28%～0.45%,Al2O30.44%～0.75%,Fe2O30.54%～1.12%,FeO 0.10%～0.29%,MnO 0.03%～0.06%,TiO20.04%～0.05%,P2O50.04%～0.05%等;燒失量(CO2↑)40.48%～42.29%(表2)。

表2 砭石礦化學成分 ω(B)/10-2

(5)微量元素。礦石中含有55種微量元素(表3)，包括貴金屬，有色金屬、黑色金屬、稀有分散元素及重稀土、輕稀土元素。其中5種有害物質鉛、鎘、鉻、汞、砷含量均很低，分別為Pb(5.3～12.8)×10-6,As(2.7～4.8)×10-6,Cr(2.1～8.8)×10-6,Cd(0.1～0.4)×10-6,Hg(6.5～9.3)×10-9。遠低于國家標準GB18584-2001和GB7916-87分別給出的室內裝飾裝修材料木家具中有害物質限量和化妝品衛生標準。通過光譜定量分析，砭石礦含有對人體有益的微量元素Mo,Sn,Fe,Zn,Cu,Mn,I,Go,Sr,Ge,Li,Zn,B,Se,V,F等30多種，包括21種抗癌因子，其中砭石中Sr含量特別高，最高292.80×10-6，最低38.60×10-6，平均141.78×10-6[11]。

表3 砭石礦光譜定量分析結果 (×10-6)

(6)放射性。根據γ能譜剖面測量，砭石中U238含量最高5.80×10-6，最低1.40×10-6，平均1.62×10-6；Th232含量最高5.80×10-6，最低1.40×10-6，平均3.71×10-6；K40含量最高1.90%，最低為0.50%，平均1.03%；放射性總量Σ(γ)最高10.10Ur，最低4.30Ur，平均7.06Ur；照射量率最高42.00Bq/s，最低20.90Bq/s，平均31.38Bq/s(表4)。根據γ能譜U238，Th232，K40測量曲線圖(圖4)分析，U238、Th232、K40含量均很低，尤其Th232，K40曲線中砭石礦體比上下圍巖(頁巖、花崗斑巖等)都低，在U238、Th232、K40含量曲線圖中頁巖的含量最高?？傮w來說砭石礦區內各巖性U238，Th232，K40含量均較低。測量資料說明區內沒有放射性異常。砭石礦對人體無傷害[12]。

表4 “泗濱砭石”放射性測量

圖4 泗水南部砭石礦區γ能譜剖面測量100線和200線剖面圖

根據北京耿乃光物性檢測技術研究中心2005年對“泗濱砭石”的測試資料，天然放射性核素(Ra226，U232，K40)放射性比活度內照射指數和外照射指數都較低。內照射指數為新國家標準A類石材限量的1/23，外照射指數為新國家標準A類石材限量的1/30。放射性比活度為Ira 0.08，Ir0.06。遠低于裝飾石材放射性比活度Ira<1.0，Ir<1.3標準。

⑦礦石的物理性能。“泗濱砭石”這種細密的結構造就了其獨特的物理性能。根據北京耿乃光物性檢測技術研究中心2005年對泗水砭石礦的測試資料，“泗濱砭石”摩擦人體產生的平均超聲波脈沖事件次數為3708次，紅外輻射波譜波長上限超過15μm(表5)。

表5 “泗濱砭石”超聲波脈沖實驗對比

砭石屬石灰巖類，巖石級別一般為VI～VII級，屬中等硬度。根據砭石礦力學測試資料，礦石天然抗壓強度45.3～49.0MPa，天然抗剪強度8.26MPa，摩擦角28.35°。由于力學樣品均采自地表巖石，巖石有一定程度的淋濾風化，采取時由于砭石礦石為薄層狀和紋層狀，樣品的力學結構可能受到一定程度的破壞，造成測試結果可能比實際偏低。總體來說，巖石力學強度屬中等硬度巖石。

2.4 礦體圍巖和夾石特征

礦體頂板為寒武紀長清群饅頭組石店段紋層灰巖及云泥巖和饅頭組下頁巖段紫紅色頁巖，底板為寒武紀長清群饅頭組石店段薄層灰巖、灰綠色頁巖等，產出穩定，產狀與礦層產狀基本一致。礦體局部有夾層，在①礦體馬頭山村西礦段夾石厚度達2.7m，夾石長度達400多米。局部夾厚度2～20cm夾石層，夾層多分布在礦體中上部，夾層巖性為泥灰巖、薄層灰巖、角礫狀灰巖等，產狀與礦體基本一致。

3 礦床成因討論

3.1 隕石成因

自從“泗濱砭石”發現以來，一直在探討礦床成因，但眾說紛紜，莫衷一是，主要認為隕石成因。

隕石成因認為在距今6500萬年前白堊紀末期有一直徑為10km的隕星擊中該地區，并發生巨大爆炸。在爆炸之前，隕星經過地球大氣層的爆燃形成等離子錐體，鉆入地下爆炸激起沖擊壓縮波，地表巖石剝離升空形成痂片，包括饅頭組石店段灰巖等被剝離飛入空中，在高溫高壓等離子體的熏蒸下，滲入了隕星粉沫中含有的大量稀有金屬元素。巖石碎片在快速冷卻過程中形成微晶結構，散落地面。其經歷了漫長的地質歷史時期的漸變和隕星沖擊瞬間的突變，并因其浮在當地巨厚層石灰巖之中，故稱為“泗濱砭石”。

隕石成因來源于沖擊變質理論，然而在該地區和周邊地區至今未發現隕石坑，通過鉆探及磁法、重力和人工地震等地球物理測量，也未發現隕石跡象。在周邊地區也沒有發現隕石碎片和鎳-鐵珠球等沖擊產物，以及石英和石墨高壓變種、熔層或熔融玻璃碎塊、震裂錐的存在等。而且該區地層層序穩定，巖石完整，除砭石礦層外，其他層位巖性與周邊地區基本一致。因此此種說法漏洞頗多[13-15]。

3.2 沉積變質成因

古生代寒武紀時期，該地區逐漸下沉處于濱海和淺海環境，接受沉積，海水中飽和的碳酸鈣圍繞著呈懸浮狀的質點—泥質礦物或先晶出的方解石，同時沉積的還有少量的硅質、泥質、氧化鐵質等，經成巖作用形成朱砂洞組的厚層灰巖、含燧石結核泥云巖、灰白色薄層泥云巖等。隨著海水的加深，海水動蕩不穩定，沉積了饅頭組石店段的薄層灰巖，紋層狀灰巖等。海水繼續加深，該區域處于開闊海環境，沉積了該地區巨厚的紫紅色頁巖。

至中生代燕山運動晚期，隨著沂沭斷裂帶的左行扭動，派生了魯西旋卷構造及帚狀構造，該區形成了獨角斷裂、尼山斷裂、仲都斷裂及其次級構造，并伴有層間斷裂、大量節理、裂隙的發育，為巖漿活動及成礦熱液的運移提供了通道。燕山運動晚期該區有小規?；◢忛W長質巖漿活動，形成粗斑花崗閃長斑巖巖體，呈巖床或巖枝產出。巖床普遍侵位于饅頭組石店段下部的朱砂洞組地層中(圖2、圖5)。該次巖漿活動就位時間較長，形成粗斑花崗閃長斑巖，長石和石英斑晶粗大，最大者石英斑晶粒徑達1.50cm,石英斑晶多呈六方柱狀。由于花崗閃長質巖漿攜帶豐富的對人體有益的微量元素，伴隨著花崗閃長質巖漿的上侵和就位，產生的中低溫氣水熱液沿裂隙、節理上移，在上移的過程中氣水熱液再此汲入圍巖中的微量元素，在饅頭組石店段地層的中上部遇到泥云巖和頁巖等，氣水熱液上移遇阻，滯留于石店段中上部的微晶灰巖中，由于微晶灰巖紋理及巖溶發育，為含有豐富有益微量元素的氣水熱液儲存和富集提供了良好的空間，經過長期的熱液變質作用，從而形成“泗濱砭石”礦層。根據光譜定量全分析，“泗濱砭石”和粗斑花崗閃長斑巖的微量元素含量非常接近，“泗濱砭石”的形成和粗斑花崗閃長斑巖關系密切。

同時由于上部的饅頭組下頁巖段為巨厚的紫紅色頁巖地層，是在強烈的氧化環境中沉積而成，在特殊的地域條件下富含氧化鐵質及多種微量元素，在漫長的地質歷史時期，饅頭組下頁巖段肝紫色頁巖、粉砂巖中富含的氧化鐵質及多種微量元素在地下水的作用下沿裂隙逐漸下滲，下滲的氧化鐵質及多種微量元素在微晶灰巖富集，并經過變質重融和重結晶作用，巖石形成紅黃相間的條帶和柔皺，礦物自形程度較高。再經過長期的地殼升降、區域變質、風化剝蝕作用逐漸形成今日泗水之砭石礦床。礦床賦存于饅頭組石店段地層中，巖性多為磚紅色紋層狀結晶灰巖(圖5)。因此該礦床成因定為沉積變質型[10]。

1—饅頭組下頁巖段；2—饅頭組石店段；3—朱砂洞組上灰巖段；4—朱砂洞組丁家莊段；5—磨坑單元；6—基底；7—砭石礦層；8—含黑云角閃閃長巖；9—花崗閃長斑巖；10—白云巖；11—灰巖；12—泥灰巖；13—頁巖圖5 泗水砭石礦成礦模式圖

4 結論

(1)該區通過地質測量、放射性測量、地表工程和各類樣品的分析測試，大致對泗水縣南部地質特征和“泗濱砭石”特征進行了調查了解。區內寒武紀饅頭組石店段地層賦存穩定，微晶灰巖發育，上部為云泥巖和厚度達100多米的紫紅色頁巖，區內構造、節理、裂隙發育，下部發育穩定的燕山期磨坑單元粗斑花崗閃長斑巖巖床，厚度10～30m。粗斑花崗閃長斑巖侵位和冷凝時間較長，巖漿結晶分異提供了充沛的含豐富有益微量元素的氣水熱液，為砭石礦的形成提供了有利條件。

(2)礦床位于泗水南部的低山丘陵區，總體地勢為南高北低，地形起伏較為明顯，最高山為南部的孫老洞山，海拔+532.4m,區內最低點下魯城村北海拔+148.0m，相對高差374.4m。礦層賦存于寒武紀饅頭組石店段地層中，一般位于山體的下部，在山體的南側砭石礦層出露地表，沿傾向向北延伸隱伏于地下，埋深逐漸加大。該區饅頭組石店段地層賦存面積約為340km2，東西最長45km，南北最寬23km。區內砭石礦層賦存穩定，質量較好；礦層上部直接出露地表，適于露天開采；深部礦層埋深大適合洞采。礦層易采易選，運輸方便?！般魹I砭石”自發現以來，已有多處自發民采點，如西馬頭山村、大泉村、沙胡同村、立山崆村、西峪村等開采點。

(3)由于“泗濱砭石”為新興礦種，目前尚未制定國家評價標準，參照《礦產工業要求參考手冊》寶石評價標準以及《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)，結合礦床實際情況和當地砭石產品加工要求，暫擬定如下工業指標，對“泗濱砭石”進行圈定和評價。即：有害物質含量:Pb≤20×10-6，As≤5×10-6，Cr≤30×10-6，Cd≤35×10-6，Hg≤0.5×10-6。放射性:IRa≤0.5,Iγ≤0.6;礦物結晶粒度：A級，粒度<0.05mm，B級，粒度<0.1mm，C級，粒度<0.5mm；砭石磨擦人體產生的超聲脈沖事件次數：A級，>3000次，B級，>2000次，C級，>1000次；輻射遠紅外波譜帶寬最大波長:A級，>15μm，B級，>14μm，C級，>13μm。最低開采厚度0.50m。根據這一評價標準，“泗濱砭石”多為3A級的上品砭石。

(4)“泗濱砭石”屬特色礦產，成因產地特殊，層位穩定，找礦標志明顯。自20世紀80年代中期被發現以來，不斷有新產品被開發出來，目前主要加工產品有刮痧板、按摩棒、砭石錐、項鏈、手鏈、梳子、美容儀、床墊、麻將、足浴桶等，還可泡制茶水，并具有一定的收藏價值等。隨著對“泗濱砭石”研究的深入，新的砭石產品將不斷開發出來，其需求量將越來越大，應用越來越廣泛，市場前景十分廣闊。今后通過對“泗濱砭石”研究的深入，盡快制定出“泗濱砭石”勘查規范和評價標準，查清“泗濱砭石”資源儲量，以規范有序的盡早開發利用這一新興資源，使資源優勢盡快轉化為經濟優勢[6，16-17]。

參考文獻：

[1] 秦秋.泗濱浮石的發現使古老的砭石新生[J].中國中醫研究院院報,2002(18):4.

[2] 張增奇,劉明渭.山東省巖石地層[M].武漢：中國地質大學出版社，1995：1-328.

[3] 張增奇，劉書才，杜圣賢，等．山東省地層劃分對比厘定意見[J]．山東國土資源，2011，27(9)：19．

[4] 杜圣賢，張瑞華，張貴麗，等．山東張夏-崮山地區華北寒武系標準剖面上寒武統研究新進展[J]．山東國土資源，2007，23(10)：1-6．

[5] 張增奇，張成基，王世進，等，山東省地層侵入巖構造單元劃分對比意見[J]．山東國土資源，2014,30(3):1-23.

[6] 孔慶友，張天禎，于學峰，等．山東礦床[M]．濟南：山東科學技術出版社，2006：291-350．

[7] 謝先德,王輔亞,謝楠柱,等.泗濱砭石的巖石礦物研究Ⅰ:巖石化學和巖石結構特征與紅外發射功能的關系[J].礦物巖石地球化學通報,2008,27(1):1-5.

[8] 謝先德,孫振亞,王輔亞,等.泗濱砭石的巖石礦物研究Ⅱ:礦物組成特征與紅外發射功能的關系[J].礦物巖石地球化學通報,2008,27(1):6-12.

[9] 謝先德,王輔亞,孫振亞,等.泗濱砭石的礦物組成特征及其與砭石理療功能的關系[J].礦物巖石地球化學通報,2007,6(增刊):125-127.

[10] 殷科，洪漢烈.一種納米粒級砭石的礦物學特征與成因[J].礦物學報,2013,(3):38-44.

[11] 劉英俊,曹勵明,李兆麟,等.元素地球化學[M].北京:科學出版社,1984:210-214.

[12] 王繼芳,孫茂田,杜顯彪，等.山東省郗山稀土礦地質特征及找礦前景分析[J]．山東國土資源，2016,32(6):32-40.

[13] 謝先德,J.A.明金,趙景德.沖擊變質石英的單晶X射線研究[J].礦物學報;1983(2)：19-26.

[14] 謝先德,趙景德.論德拜-席勒技術在推定石英沖擊壓力上的應用[J].礦物學報,1984(4):11-25.

[15] 陳鳴，謝先德.隕石沖擊歷史和沖擊變質分類研究進展[J].極地研究，2002(12):8-10.

[16] 謝先德,江潔慈,劉穎，等，泗濱砭石沖泡水的微量元素成分特征[J]．地球化學，2013(1):1-11.

[17] 宋炳忠.濟寧市旅游地質資源類型及開發保護研究[J]．山東國土資源，2017，33(4):24-28．