山東泰山玉礦的發現及礦床和玉石特征

李宗成

(山東省第五地質礦產勘查院，山東 泰安 271000)

石之美者謂之玉。漢代許慎著《說文解字》載：“玉，石之美者兼五德者”。所謂玉的“五德”，指堅韌的質地、晶瑩的色澤、絢麗的色彩、致密的紋理組織、舒揚致遠的聲音，概括出了玉所具備的特質[1]。隨著人們對玉石的逐漸了解和利用，再加上地質工作者和玉石專家的不斷研究，認為玉石實際上就是一種巖石；它是由某一種礦物或某幾種礦物的許多小晶體共同組成的。必須具有美觀、可愛的基本屬性；還應該比較罕見，使人不能輕易獲得，從而使它有物以稀為貴的高貴身價；還應該具有一定的耐久性，能經受歲月的考驗，經久不變，永葆美麗的本色[2]。泰山玉是玉石的一種，屬于蛇紋石玉(岫玉)[3]。

1 泰山玉礦的發現評價歷史

自1984年以來，先后有山東省化學礦地質勘探隊、山東省地質科學研究所、山東省地質博物館、山東省第五地質礦產勘查院(山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊)、山東省地礦工程集團有限公司、山東科技大學、中國地質大學、國家黃金鉆石制品質量監督檢驗中心、泰安市礦產資源儲備開發中心等多家單位，對泰山玉礦床的勘查評價和玉石的特征等進行了不同的研究工作。

1.1 蛇紋巖礦勘查工作

早期的地質工作者將泰山玉的原巖—蛇紋巖作為化肥原料勘查和利用。1985年5月，山東省化學礦地質勘探隊提交的《山東省長清縣界首礦區蛇紋巖礦詳細普查地質報告》，評價了4個蛇紋巖礦體，分別長880m，280m，614m，856m，厚度不等。氧化鎂為33%～35%，含鎳0.22%。提交蛇紋石資源量2608萬t。當時身為化肥原料的泰山玉并未受到重視[4]。

1.2 泰山玉石礦勘查工作

(1)泰山玉石礦調查研究。1989年6月，山東省地質博物館的張厚生等[5]對長清界首礦段進行了地質調查工作，將泰山玉作為山東新發現的蛇紋石質玉，對其玉石特征、賦存部位、圍巖及成因作了較詳細的論述，并對蛇紋巖玉石的地質產狀、儲量、物理化學性質及工藝性能進行了系統研究。預計界首礦段求得玉石儲量約50萬t，其潛在經濟價值可達5億元[5]。

(2)石臘礦區玉石礦詳查。2010年6月，山東省第五地質礦產勘查院提交了《山東省泰安市岱岳區石臘礦區泰山玉玉石礦詳查報告》。共圈定4個礦體，礦石類型主要為泰山墨玉、其次為泰山翠斑玉、泰山碧玉。估算泰安境內泰山玉礦石量353.3萬t，玉石量156.9萬t。

(3)界首礦區玉石礦普查。2010年6月，山東省第五地質礦產勘查院提交了《山東省濟南市長清區界首礦區泰山玉玉石礦普查報告》。共圈定了4個泰山玉礦體，其中Ⅰ礦體的大部分、Ⅱ礦體的一部分分布于長清境內，估算濟南境內泰山玉礦石量153.4萬t，玉石量50.2萬t。

(4)界首礦區蛇紋巖(泰山玉)礦補充詳查。2012年1月，山東省地礦工程集團有限公司提交了《山東省濟南市長清區界首礦區蛇紋巖(泰山玉)資源儲量報告》。估算蛇紋巖礦石量261.4萬t，MgO平均品位34.44%，共生泰山玉礦石量30.4萬t。

(5)大辛莊礦區泰山玉詳查。2013年12月，山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊提交了《山東省泰安市岱岳區大辛莊礦區泰山玉玉石礦詳查報告》。圈定了3個泰山玉礦體，估算泰山玉礦石量245.9萬t，玉石量63.4萬t，含玉率25.8%。

1.3 泰山玉研究工作

1.3.1 《泰山玉》標準制定

經過數次的勘查及綜合研究后，基本查清了泰山玉石礦的成礦地質背景，礦床特征，玉石的巖石學、礦物學、寶石學等特征。但對泰山玉的劃分沒有統一的認識，為了建立較為一致的行業標準。山東省第五地質礦產勘查院承擔了泰山玉山東省地方標準的起草工作，于2013年11月20日由山東省質量技術監督局發布實施[6]。標準明確了泰山玉適用范圍，規范性引用文件，術語和定義，鑒定特征，鑒定方法，參考標準樣品，定名規則，鑒定證書，標示九項內容。

1.3.2 勘查評價的工業指標研究

山東省第五地質礦產勘查院根據泰山玉的實際情況制定了以下泰山玉勘查的工業指標。

礦石工藝要求：①質地：致密、均勻、柔和、滋潤，且未經風化，無裂紋的玉石質量好。相反，質地粗糙、有裂紋的玉石質量差。②顏色和色彩：顏色或色調純正，上光后柔和明亮，有“巧色”色帶、色紋等可利用顏色的玉石，可成為上品；色彩新穎華美，上光后鮮艷而不暗淡，且被大多數人喜愛的顏色、花紋、色彩的玉石質量好，反之，質量差。③透明度：透明度高的質量好，半透明的質量中—上等，不透明質量差。④塊度：塊度越大越好，一般塊體在1.48kg以上，碧玉可降低至0.5kg。⑤硬度：具可琢磨性和可加工性，不易破損，硬度<4者質量差。

開采條件：①最低可采厚度1m，玉石質量好的可降低至0.5m。②夾石剔除厚度1m。③剝采比≤3∶1(m3)。④露天開采最終邊坡角不大于60°，邊坡角大于60°時，建議坑采。⑤剝離爆破安全距離：距主要建筑設施不小于300m。

1.3.3 泰山玉分類研究

2013年12月，山東省第五地質礦產勘查院提交了《山東省泰山玉分類標準及其特征研究報告》。主要對泰山玉的寶石學、巖石學、礦物學和工藝學特征進行全面研究，為泰山玉分類分級提供物理化學特征和加工性能特征等方面的依據[7]。對泰山玉的工藝流程[8]、加工設備及輔料[9]、加工工藝特點和工藝品種類[10]4個方面進行了評價。

1.3.4 泰山玉與相似玉種比對研究

2015年3月，山東省地質礦產勘查開發局第五地質大隊提交了《泰山玉與相似玉種特征比對報告》。在分析測試數據的基礎上，進行細致的綜合比對研究工作，篩選確定了泰山玉有別于其他相似玉種的鑒定特征[11]；利用不同產地蛇紋石質玉石中微量元素的地球化學特性，發掘出泰山玉區別于其他相似玉種產地樣品的指紋鑒定特征[11]。

2 泰山玉礦床特征

礦區位于泰安市城區西北約10km的泰安市與濟南市交界處，分屬泰安市岱岳區粥店辦事處、道朗鎮和濟南市長清區萬德鎮[12]。

2.1 礦床特征

泰山玉礦賦存于蛇紋巖中，呈大小不一的玉石透鏡體[13]，礦區內共發現有7個泰山玉礦體(圖1)，呈脈狀、不規則脈狀產出[14]，總體走向320°，傾向SW，傾角59°～84°。共探獲泰山玉礦石量752.6萬t，玉石量270.5萬t。主要礦體特征如表1所示。

1—第四紀沂河組;2—第四紀臨沂組;3—第四紀大站組；4—新太古代泰山巖群；5—長城紀牛嵐單元；6—新太古代傲徠山序列；7—新太古代南澇坡序列百草房單元；8—新太古代黃前序列；9—新太古代黃前序列西店子單元；10—新太古代泰山片麻序列望府山單元；11—新太古代萬山莊序列南官莊單元；12—煌斑巖脈；13—石英巖脈；14—花崗巖脈；15—泰山玉礦體及編號；16—斷裂；17—韌性剪切帶；18—礦區位置圖1 泰山玉礦分布圖

Ⅱ礦體：礦體呈脈狀產出，總體走向320°，傾向SW，傾角62°～77°，沿走向向SE逐漸變薄至尖滅，向NW被輝綠巖脈分割。賦存標高140～286m，控制長度238m，傾向延伸一般在75～113m，厚度13.82～57.01m，平均厚度36.52m，變化系數為43.2%，礦體連續性較好，厚度變化較穩定。礦體礦石量201.7萬t，玉石量113.0萬t，含玉率為56.0%，玉石以泰山墨玉為主，占43.5%；次為泰山翠斑玉，占11.3%；泰山碧玉，僅占1.2%。

Ⅲ-1礦體：礦體呈不規則脈狀產出，總體走向320°，傾向SW，傾角65°～67°，向兩端逐漸變薄至尖滅，尖滅部分出現分支現象。由于后期脈巖的侵入和礦體含有較多圍巖捕虜體，礦體的完整性受到破壞。賦存標高95.5～225.5m，控制長度298m，傾向延伸64m，厚度13.71～69.56m，平均厚度32.55m,變化系數為64.4%，礦體連續性較好，厚度變化較穩定。礦體礦石量189.7萬t，玉石量67.5萬t，含玉率為35.6%，玉石以泰山墨玉為主，占25.1%；次為泰山翠斑玉，占9.6%；泰山碧玉僅占0.9%。

2.2 泰山玉的賦存狀態及質量

泰山玉多呈不規則的團塊狀、透鏡狀賦存于蛇紋巖內，有的呈似板狀、扁豆體狀斷續賦存于蛇紋巖與后期侵入巖脈的接觸部位。玉石塊體大小不一，塊度差別很大，大的透鏡體可達5m×3m×2m，重達70～80t，常見者為3m×2m×1m，重約15t左右，目前已采出的“泰山玉王”體積達10m×6m×5m，總重量超過300t。似板狀玉石規模與侵入體的規模及接觸帶產狀有關，侵入體的規模大、產狀穩定，所形成的玉石規模就大。反之即小，玉石厚度一般在0.1～1m左右。

表1 泰山玉礦體特征

由于玉石的組分差異，變質程度和含雜質的多少不同，致使出現了顏色不一，硬度不同的玉石[15]。變質程度高者，呈隱晶質結構，具油脂光澤，反之則顆粒變粗，光澤變差，多為玻璃光澤，碧玉和上好的墨玉變質程度強，花斑玉較差。近地表的蛇紋巖因受風化作用，顏色顯淺顯暗，玉石質量變差。目前已開采的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ礦體中，好玉多出自Ⅱ礦體，其采深已超80m，局部地段處于水位線之下，Ⅰ，Ⅲ礦體玉石質量較差，其采深只有10～20m。

玉石的質量變化較大，通常是似板狀及扁豆體的玉質較好，與滑石巖接觸處為透明度較高的淡黃綠色玉石，向里過渡為碧綠色、墨綠色至黑色玉石[15]。透鏡體狀玉石往往玉質較差，并出現層圈構造，最外層為一薄層滑石，往里為各種綠色調玉石，厚約10～30cm，內核為黑色，內核占塊體的絕大部分。另外與石棉接觸的玉石多呈黃綠、碧綠色，半透明，質地細潤，但裂隙多，塊度小。由于礦體受熱液變質及構造應力作用，裂隙及劈理較發育，對玉質有影響。

2.3 礦床成因類型

泰山玉的成礦母巖是上地幔的超基性巖漿，經泰山期構造運動，形成的二輝橄欖巖。二輝橄欖巖侵位形成后，經過后期的區域變質(自變質或熱液蝕變)轉變為蛇紋巖。繼之又經歷多期巖漿活動和熱液蝕變作用，使蛇紋巖發生了玉化，但也不能排除蛇紋巖的自蝕變作用形成玉石。玉石與圍巖蝕變有密切關系，但玉化晚于蛇紋石化，故玉石在蛇紋巖體內孕生。因此，泰山玉礦床為超基性巖漿變質礦床[7]。

3 泰山玉石特征

3.1 泰山玉的巖石特征

3.1.1 表觀特征

泰山玉的表觀顏色可大致分為綠色系列和黑色系列，另外少數樣品受褐鐵礦化染色而略帶褐黃色調[15]。

3.1.2 結構構造

泰山玉的主要組成礦物蛇紋石的顆粒非常細小，呈細?！[晶質結構。按礦物顆粒大小，泰山玉結構可分為2種類型：顯微晶質結構和顯微隱晶質結構。按礦物形態，泰山玉結構可分為3種類型：葉片狀變晶結構(圖2a)，鱗片狀變晶結構(圖2b)，纖狀變晶結構(圖3a)。按礦物變晶粒度相對大小，泰山玉結構可分為3種類型。等粒變晶結構(圖3b)，不等粒變晶結構(圖4a)，斑狀變晶結構(圖4b)。此外還有假象結構和交代殘留結構。

泰山玉主要的構造類型為塊狀構造，少數為弱定向構造，此外還有特殊的花斑狀構造。

圖2 葉片狀變晶結構及鱗片狀變晶結構

圖3 纖狀變晶結構及等粒變晶結構

圖4 不等粒變晶結構及斑狀變晶結構

3.1.3 泰山玉的化學成分

泰山玉的主要化學成分為SiO2,MgO,Al2O3,Fe2O3,FeO和LOI(燒失量中主要是H2O)。其中SiO2含量為34.7%～44.3%，平均41.44%；MgO含量為34.6%～44.9%，平均39.70%；Al2O3含量為7.2%～9.1%，平均8.16%；Fe2O3含量為1.9%～7.2%，平均4.50%；FeO含量為0.8%～4.9%，平均1.95%。與蛇紋石的理論成分相比，SiO2,MgO,H2O(LOI)的含量均低。不同顏色系列樣品化學成分略有差異(表2)[11]。從綠色→花色→黑色，Si,Al含量逐漸降低，Fe含量逐漸升高，Mg含量變化不大[15]。

3.2 泰山玉的礦物學特征

3.2.1 礦物成分

泰山玉的主要礦物成分為蛇紋石，極少數玉石主要礦物成分為蛇紋石和透閃石。不同種類泰山玉的蛇紋石含量相差較大，碧玉含量最高，一般大于95%，墨玉一般在85%～95%之間，花斑玉含量變化較大，低至70%，高可達95%以上。泰山玉中的蛇紋石主要有3種形態，即葉片狀集合體、纖狀集合體和細小鱗片狀集合體，這3種形態大致對應蛇紋石形成的3個期次，結晶顆粒由粗到細對應形成時間由早到晚，泰山玉多為細小鱗片狀，所以為晚期形成的。

表2 泰山玉的不同顏色系列主要組分平均含量

泰山玉中的雜質礦物主要有：磁鐵礦、綠泥石、滑石、碳酸鹽礦物、粘土礦物、黃鐵礦、方黃銅礦、石棉、褐鐵礦、陽起石、輝石、橄欖石等。

3.2.2 紅外光譜特征

樣品的紅外光譜測試主要采用鏡面反射法，少數為全巖粉末鏡面反射法，工作儀器為德國BRUKER TENSOR27傅里葉變換紅外光譜儀，分辨率優于1cm-1，波數范圍4000～400cm-1，波數精度優于0.01cm-1。鏡面反射法紅外譜線見圖5，KBr壓片法紅外譜線見圖6。

圖5 泰山玉鏡面反射法紅外光譜圖

圖6 泰山玉KBr壓片法紅外光譜圖

2種測試方法紅外光譜吸收峰的位置比較接近，且不同顏色泰山玉的紅外光譜圖基本一致。上述譜線顯示了典型的蛇紋石紅外光譜特征，其吸收頻率主要集中在3個區域內：3700～3600cm-1,1100～950cm-1,700～400cm-1。這種譜線特征指示泰山玉主要礦物成分為葉蛇紋石。

3.2.3 X射線熒光光譜特征

采用美國熱電公司生產的Quanx型能量色散X熒光光譜儀測試了泰山玉的化學成分，測試條件：分辨率為145eV，檢測電壓為20kV，電流為0.08～0.10mA。為突出次要元素的質量分數，測試過程中采用了賽璐璐濾光片。在抽真空的條件下，對不同泰山玉樣品進行了測試，測試結果顯示不同樣品的X熒光光譜曲線基本相似，圖7為黑色和黃綠色泰山玉的X熒光光譜圖。

圖7 泰山玉X熒光光譜圖

X熒光光譜圖顯示，泰山玉的主要化學成分除Si,Mg外;還含有Fe,Ni,Cr,Ca,Al等元素。另外，黃綠色泰山玉光譜中還顯示出了S,Mn元素峰，二者均為有色元素，應是該泰山玉呈黃綠色原因之一。

3.2.4 差熱分析

該項分析除能正確確定蛇紋石的種屬外，還能了解蛇紋石在加熱時，隨溫度增高礦物成分、結構及分解的情況，為蛇紋石的深加工提供依據。泰山玉的差熱分析曲線見圖8。顯示了葉蛇紋石特征，在600～800℃區間有一吸熱谷，谷形窄而深(760℃)，表明礦物的結晶程度高，此過程礦物開始分解，脫失結構水，結構水主要是以羥基的形式存在于晶體結構單元層的八面體中。隨著羥基的逐漸脫失，晶體結構發生重組，并開始出現新物相，在815℃出現一個尖銳的放熱峰，形成新礦物橄欖石[5]。

圖8 泰山玉差熱分析曲線圖

3.3 泰山玉的寶石學特征

3.3.1 外觀特征

泰山玉的顏色主要為綠色、黑色和雜色三大系列[16]。泰山玉是由細小的葉片狀、鱗片狀蛇紋石單晶交織而成，結構致密。肉眼觀察玉石的平整面，有的玉石表面光滑無顆粒感，有的玉石則具微弱至明顯的顆粒感。泰山玉多數為細級別，上乘的碧玉和墨玉質地多為細潤級別。泰山玉的顏色較深，所以其透明度較差，在5mm厚度下只有半透明、微透明、不透明3個級別。淡黃綠色、淺綠色的玉石可達半透明，墨綠色、深綠色、灰綠色的玉石多為微透明，黑色、綠黑色、灰黑色的玉石則不透明。泰山玉拋光后的光滑面多為玻璃光澤至蠟狀光澤。泰山玉的凈度多為一般級，泰山玉內含有較多包體，其顏色主要有黑色、鋼灰色、灰白色、金黃色、褐色、白色等，以黑色最多[15]。

3.3.2 光性特征

(1)折射率。介質的折射率與其組成成分、結構有關，在寶石學中，寶玉石折射率是反映其成分、晶體結構非常重要的參數之一。折射率的大小與光波在介質中的傳播速度成反比。泰山玉的折射率在1.540～1.589之間，平均值1.564。

(2)吸收光譜。寶玉石的顏色是其對不同波長的可見光選擇性吸收造成的，寶玉石中的致色元素常有特定的吸收光譜，通過觀察寶玉石的吸收光譜，可推斷其致色原因。經觀察發現泰山玉不具有特征譜線。

(3)紫外熒光。紫外燈燈管能輻射出一定波長范圍的紫外光波，經過特制的濾光片后，僅射出主要波長為365nm或253.7nm的短波的紫外光。根據寶玉石在長波和短波紫外光下的熒光特征可以幫助鑒定寶玉石類別。測試泰山玉表現為熒光惰性，在長波和短波下均無熒光發出。

(4)其他光性特征。偏光鏡下觀察，泰山玉呈非均質礦物集合體；二色鏡觀察，泰山玉無多色性。市場調查未發現泰山玉有特殊光學效應，但存在具有貓眼效應的可能性，原因是少數泰山玉具有礦物定向排列結構，且其他蛇紋石玉見有貓眼效應。

3.3.3 力學性質

(1)硬度。泰山玉摩氏硬度在2.5～6.5之間，平均值為5.7，一般在4～6之間。通過小刀刻劃，綠色系列樣品比黑色系列樣品硬度高，隱晶質者比具顆粒感者硬度要高。

(2)抗拉抗壓強度。泰山玉樣品測試抗壓強度為15.22～94.69MPa，抗拉強度為2.48～9.65MPa。從測試數據看，不同樣品的抗壓抗拉強度差別較大，主要原因應為強度低的樣品中存有微裂隙。對于泰山玉飾品中的小件，外觀若無裂隙，其抗壓抗拉強度應大于該次測試數據中的最高值；對于大的泰山玉擺件，其強度應與該次測試相仿。

3.3.4 密度、磁性、放射性

(1)密度。泰山玉密度值在2.41～2.93g/cm3之間，平均密度為2.625g/cm3。碧玉密度平均值為2.604g/cm3，花斑玉密度平均值為2.632g/cm3，墨玉密度平均值為2.631g/cm3。

(2)磁性。對泰山玉樣品進行了吸附測試292件，其中碧玉63件，花斑玉135件，墨玉94件。通過測試具有吸附感的樣品為碧玉1件，花斑玉10件，墨玉52件，其各自所占比例為碧玉2%，花斑玉7%，墨玉55%，說明墨玉中含有磁性鐵較多。

(3)放射性。對不同類型的泰山玉進行放射性測試20件，其測試結果計算值IRa 0.016～0.076，Ir 0.022～0.064，均遠低于≤1.0要求。泰山玉放射性值低，對人身體無危害。

3.4 泰山玉的類型及特征

根據玉石的顏色、花紋、雜質含量、透明度等外觀特征，將泰山玉分為3類，即泰山碧玉、泰山花斑玉和泰山墨玉。泰山碧玉：淺—墨綠色，半透明，常具有細小的黑色斑點，質地均勻。泰山花斑玉：淺—墨綠色夾雜較多白色、糖色、黑色等顏色的不規則斑塊，或由2種以上明顯不同顏色混合組成，質地不均勻，半透明至不透明，不同部位透明度差異較大。泰山墨玉：黑色—綠黑色，微透明—不透明。

4 結論

(1)泰山玉早期被作為鈣鎂磷肥用的蛇紋巖礦床勘查和開發，1989年開始作為玉石礦評價，先后勘查評價了石臘、界首、大辛莊等礦區，并進行了《泰山玉》標準、評價工業指標、分類等研究。

(2)泰山玉礦賦存于蛇紋巖中，呈團塊狀、透鏡狀產出，碧玉和上好的墨玉變質程度強，花斑玉變質程度較差。泰山玉礦床為超基性巖漿變質礦床。

(3)泰山玉包括綠色系列和黑色系列，主要礦物成分為葉蛇紋石?；瘜W成分除Si,Mg外;還含有Fe,Ni,Cr,Ca,Al等元素。

(4)泰山玉由細小的葉片狀、鱗片狀蛇紋石單晶交織而成，結構致密，透明度較差。泰山玉的折射率在1.540～1.589之間，摩氏硬度在2.5～6.5之間，密度值在2.41～2.93g/cm3之間。

(5)泰山玉分為3個類型：泰山碧玉、泰山花(翠)斑玉和泰山墨玉。