超基性巖成因蛇紋石玉成因特征及其開發(fā)利用價值
——以泰山玉礦床為例

邱偉，翟彬，魏斌，張進忠，張道勇

（山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)大隊，山東 泰安 271000）

0 引言

蛇紋石類玉石礦床主要有兩種成因類型（鄒天人等，1996），一類是蛇紋石化基性、超基性巖變質(zhì)成因礦床；一類是白云質(zhì)碳酸巖變質(zhì)成因礦床。在現(xiàn)在板塊俯沖帶、縫合帶附近，或深斷裂帶內(nèi)超基性巖發(fā)育（黃宣鎮(zhèn)，2001），有十分強烈的蛇紋石化，是主要的蛇紋石玉成礦遠景區(qū)（黃宣鎮(zhèn)，2005）。賦存于超基性巖建造中的蛇紋石玉礦床在我國分布甚是廣泛，秦嶺-大別造山帶、昆侖造山帶、阿爾金-祁連造山帶、喀刺昆侖-三江造山帶、魯中隆起區(qū)、康滇隆起帶等主要構(gòu)造單元均有分布。比較有名的這類玉石礦床有甘肅武山縣鴛鴦玉礦床（葛云龍等，2011）、青海烏蘭縣墨綠玉礦床、河南西峽黑綠玉礦床（周世全和丁莉，2004）、山東泰山玉礦床等。作者主持開展了泰山玉礦床的詳查、分類研究等工作，并在主持泰山玉產(chǎn)地特征研究期間對上述地區(qū)典型礦床進行了考察研究，對泰山玉的礦床特征進行了詳細研究。泰山玉礦山開采揭露，使蛇紋巖玉化成因和特征認識進一步清晰，通過總結(jié)其成因特征，認為與其他產(chǎn)地礦床成因相似，泰山玉成因特征對提高人們對超基性巖成因蛇紋石玉的認識具有重要意義。

1 泰山玉礦床地質(zhì)概況

泰山玉礦床位于泰山西麓，距泰安市城區(qū)西北約9 km的石臘村西側(cè)，是2009年勘查發(fā)現(xiàn)的一個大型玉石礦床，共探獲泰山玉礦石量752.6萬t，玉石量270.5萬t（李宗成，2018）。該礦床過去曾作為鈣鎂磷肥的原料進行開采，為了進行山體恢復治理，現(xiàn)已由地方政府主導進行限量開發(fā)和環(huán)境恢復。

玉礦賦存于新太古代五臺期超基性巖變質(zhì)成因蛇紋巖巖體中（全巖變質(zhì)為蛇紋巖，經(jīng)原巖恢復，原始巖石成分主要為斜方輝橄巖，少量純橄欖巖和二輝橄欖巖），巖體既是礦體，直接出露于地表。礦體呈脈狀侵位于新太古代泰山巖群雁翎關(guān)組和阜平期英云閃長巖體內(nèi)。礦體內(nèi)又有后期侵入的輝綠巖脈、斜長巖脈、二長花崗巖脈、煌斑巖脈及石英脈等巖體（脈）穿插其中，將礦體大致分割為4段（張厚生和張希雨，1989；李宗成等，2012；程佑法等，2015；邱偉，2018）。后期脈巖的侵入對蛇紋巖的進一步玉化產(chǎn)生了重要作用，其中以輝綠巖和石英脈與蛇紋巖的接觸帶蝕變最強，表現(xiàn)為含透閃石金云母滑石片巖→滑石片巖→含滑石石棉碧玉→墨玉→未玉化蛇紋巖的由強到弱的變化特征。

泰山玉玉石種類有碧玉、花斑玉、墨玉3類主要玉石（圖1）（程佑法等，2011；張念鵬等，2014；張念鵬，2016），碧玉呈墨綠、深綠、翠綠、黃綠、青綠等綠色調(diào)，半透明—亞透明，個別為不透明（黃綠或淺綠），質(zhì)地細潤，玻璃—蠟狀光澤，常具有細小的黑色斑點；墨玉以黑色調(diào)為主，不透明—微透明，質(zhì)地細潤，玻璃—蠟狀光澤；花斑玉是有雜色的碧玉或墨玉。

圖1 泰山玉玉石種類及其原巖光面照片

玉石礦物成分以蛇紋石為主，含少量綠泥石、磁鐵礦、滑石、石棉、碳酸鹽等礦物；玉石摩氏硬度2.5～6.0，以＞5為主，綠色玉石多比黑色玉石硬度高；密度2.48～2.71 g/cm3，平均2.60 g/cm3。

2 玉石產(chǎn)出特征

玉石賦存于蛇紋巖體內(nèi)，玉化程度主要受后期巖漿及熱液活動影響控制在巖體中分布。對蛇紋巖玉化起主要作用的是后期侵入的輝綠巖和石英脈（圖2），玉石主要賦存于這兩類巖體（脈）及其影響范圍內(nèi)。這兩類巖體（脈）發(fā)育的部位是碧玉、墨玉和花斑玉的重要產(chǎn)出部位。

圖2 礦體內(nèi)侵入的脈巖

輝綠巖體在礦床內(nèi)僅發(fā)育一條，規(guī)模比較大（長800 m，最寬處40 m），呈大的巖墻狀斜切穿透礦體及其兩側(cè)圍巖，輝綠巖呈中細粒輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。由輝綠巖侵入變質(zhì)形成的玉石整體沿它的兩側(cè)分布（圖3），變質(zhì)帶最寬處可達3～10 m。蛇紋巖靠近輝綠巖體一側(cè)的局部可見到由強到弱（由綠泥透閃片巖→玉石）的蝕變過渡現(xiàn)象。玉化以原始切割成的蛇紋巖塊體為單元由外向內(nèi)玉化，靠近巖脈一側(cè)玉化厚度比遠側(cè)明顯加厚。在此脈體兩側(cè)形成的玉石普遍質(zhì)感細膩油潤，透明度也相對較好，是礦床內(nèi)最優(yōu)質(zhì)玉石的產(chǎn)出部位。

圖3 輝綠巖與玉石接觸關(guān)系

石英脈在礦床內(nèi)部分布較多，脈體規(guī)模較小，寬度幾厘米至幾十厘米不等，有的部位只見相應蝕變見不到脈體，脈體中石英呈顆粒狀，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。這類脈體沿蛇紋巖體內(nèi)原始裂隙充填分布，是影響整個礦床玉化的主要因素（圖4）。石英脈侵入部位及其附近蛇紋巖除了有蛇紋石質(zhì)玉化，還見有蛭石化、金云母化、滑石化、石棉化等蝕變產(chǎn)物，玉石產(chǎn)出在蝕變產(chǎn)物的外層。和石英脈有關(guān)的玉石普遍質(zhì)感較粗糙。

圖4 石英脈與玉石接觸關(guān)系

玉化除受以上巖體影響外，還受蛇紋巖體內(nèi)早期構(gòu)造作用形成的裂隙控制。礦體內(nèi)裂隙發(fā)育，將蛇紋巖體分割成大小不同的塊體，后期巖漿與熱液影響到的塊體，中心玉化弱或為未玉化蛇紋巖，外部玉化好（圖5）。玉化強度和巖脈或蝕變帶的寬度成正相關(guān)。

圖5 玉石與蛇紋巖的過渡關(guān)系

3 化學成分特征

3.1 主量元素化學成分特征

玉石中主量元素化學成分（邱偉，2017）主要為SiO2和MgO，兩種化學成分占了總量的70%～85%；其次為TFe和LOI（燒失量），二者之和為15%～25%；其他成分含量甚少。

在碧玉中SiO2平均含量42.79%，MgO 平均含量40.25%；墨玉中SiO2平均含量41.23%，MgO平均含量39.01%；未玉化蛇紋巖中SiO2平均含量35.74%，MgO平均含量38.71%。總體SiO2和MgO含量隨著玉化程度的提高表現(xiàn)增加的趨勢。

在碧玉中TFe 平均含量3.71%；墨玉TFe 平均含量7.39%；未玉化蛇紋巖TFe 平均含量10.1%；隨著玉化程度的提高，TFe 含量呈逐漸減少的趨勢。

碧玉LOI平均含量12.45%；墨玉LOI平均含量11.88%；未玉化蛇紋巖LOI平均含量 14.38%。在玉化進程中LOI成分呈減少的趨勢。

統(tǒng)計玉石特征與化學成分的關(guān)系，玉石硬度與SiO2含量存在正相關(guān)性，隨著含量增加玉石硬度增加，碧玉的硬度普遍比實際蛇紋石礦物硬度大很多，能達到莫氏硬度6左右，且油潤度有顯著提高；玉石的顏色和透明度與TFe含量有一定的負相關(guān)性，隨著含量的減少蛇紋巖顏色變淺并逐漸變的透明。

3.2 稀土元素特征

對泰山玉稀土元素含量（表1）統(tǒng)計，碧玉稀土元素總量（∑REE）2.88×10-6～6.83×10-6，平均值4.65×10-6，∑LREE/∑HREE為4.67～6.69；墨玉∑REE0.77×10-6～4.32×10-6，平均值1.91×10-6，∑LREE/∑HREE為0.9～4.33；蛇紋巖∑REE0.71×10-6～3.03×10-6，平均值1.81×10-6，∑LREE/∑HREE為1.55～2.65。數(shù)據(jù)顯示碧玉比其它兩類的稀土元素總量偏高。

以球粒隕石稀土元素（Taylor and McLennan，1985）進行標準化的分玉石種類平均稀土含量配分蛛網(wǎng)圖顯示（圖6），碧玉呈右傾并有負Eu異常特征，墨玉和蛇紋巖蛛網(wǎng)圖特征基本一致，呈近水平狀下凹特征，無Eu異常。碧玉稀土配分蛛網(wǎng)圖右傾的特征和稀土總量的增加，推測應該是進入到玉石中的外來稀土成分引起的，使其含量相對未玉化蛇紋巖有所增加，其配分特征可能與外來稀土配分特征一致（還需進一步確定后期熱液證據(jù)）。

圖6 玉石樣品稀土元素平均值配分特征

4 礦床成因

泰山玉原巖具有幔源特征（張躍峰等，2015），推測是來自于地幔的超基性侵入巖，礦床全巖均變質(zhì)為蛇紋巖，僅見橄欖石或輝石的變余假晶，說明超基性巖漿侵入后首先發(fā)生了早期的蛇紋石化自變質(zhì)作用或區(qū)域變質(zhì)作用（白文吉，1964；賈炳文，1976；魏君奇，2000；黃瑞芳等2013），這一過程在礦體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)有玉化現(xiàn)象；后期有了新的巖漿或熱液侵入到蛇紋巖體中，使早期的蛇紋巖進一步玉化。

玉化過程中化學成分與巖漿或熱液進行了物質(zhì)成分交換，化學成分SiO2、TFe、LOI（燒失量）及REE等在玉化進程中的含量變化佐證了后期地質(zhì)作用對蛇紋巖的玉化與化學作用過程的關(guān)系是密不可分的，存在物質(zhì)的置換過程。置換過程中，起明顯作用的是SiO2帶入和Fe的帶出。SiO2帶入使玉石硬度增加，并且變得更加油潤；Fe的帶出使玉石由墨色逐漸變淺成為綠色，并使透明度增加。

泰山玉形成過程包括幔源巖漿物質(zhì)上侵→自蛇紋石化→后期玉化改造（存在多期次過程）這一完整的成因鏈。幔源巖漿提供了主要物質(zhì)基礎(chǔ)SiO2和MgO；自蛇紋石化過程是巖漿成巖過程后期分異出的熱液促成了輝石、橄欖石等礦物轉(zhuǎn)化為蛇紋石；后期玉化是在漫長的地質(zhì)作用中由侵入蛇紋巖體中的巖漿或熱液對蛇紋巖的物質(zhì)成分進行的帶入和帶出置換作用的過程。

石之美者稱之為玉，泰山玉的油潤與適宜的綠色和透明度造就了其厚重的特有泰山玉特色，與泰山厚重的文化特色相輔相成，似是有緣相生。

5 討論

泰山玉礦床成因特征提供了超基性巖成因蛇紋巖玉礦成因的一個范例，它的成因過程具有這類礦床一致的特征，只是不同產(chǎn)地的礦床在蛇紋石化到玉化的過程和程度上有所差異。在超基性巖自變質(zhì)階段，斜輝橄欖巖、純橄欖巖幾乎全部蝕變?yōu)樯呒y石巖（玉），原巖保留的很少，在薄片中甚至橄欖石的殘晶也很難發(fā)現(xiàn)，其蛇紋石化的強度也是由純橄欖巖、斜輝輝橄巖、橄欖巖、斜方輝石巖至單斜輝石巖的順序依次減弱（于慶文和李樹才，2017），這一階段也不乏形成的優(yōu)質(zhì)玉石；后期的巖漿或熱液對蛇紋巖的玉化程度還受這些外來物質(zhì)的物理、化學條件限制，如與泰山玉礦床有接觸的后期脈巖，除提到的輝綠巖和石英脈對玉化起到了積極的作用，其它斜長石巖脈、二長花崗巖脈、煌斑巖脈等也有玉化作用，但可能因其物理、化學條件的差異，對蛇紋巖的玉化貢獻較少。

泰山玉玉質(zhì)硬而油潤，且隨著鐵元素的減少，透明度可達半透明—透明。這些玉化特征使泰山玉變的耐磨而厚重，提高了玉石的可雕刻性和觀賞價值及收藏價值 。泰山玉這一特征改變了人們認為的蛇紋石質(zhì)玉石普遍質(zhì)軟不耐磨而造成的價值不高的印象。

我國許多賦存在超基性巖中的石棉礦副產(chǎn)品就是蛇紋巖玉，如青海省茫崖石棉礦、四川石棉縣石棉礦等都有大量的蛇紋巖玉產(chǎn)出，曾有石棉縣石棉礦中發(fā)現(xiàn)蛇紋石質(zhì)貓眼玉的報道（盧保奇和馮建森，2012）。這些礦由于開發(fā)者長期以來沒有認識到玉石資源的價值，多當作廢石丟棄了。泰山玉的勘查開發(fā)與研究為這些類似成因礦床提供了發(fā)現(xiàn)資源價值的先例，值得借鑒。

超基性巖蛇紋巖玉是極賦開發(fā)價值的玉石礦，礦床規(guī)模大（如甘肅鴛鴦玉礦），適宜開采，且容易形成幾噸重的玉石荒料，適合加工大件的玉石產(chǎn)品。因此，深入開展超基性巖成因蛇紋巖玉礦的勘查與研究，對于保護這一不可多得的資源，發(fā)展地方經(jīng)濟具有重要的意義。

6 結(jié)論

泰山玉是超基性巖變質(zhì)成因蛇紋巖玉礦，玉石礦床規(guī)模大。研究認為接觸交代作用使蛇紋巖的主要化學成分SiO2、TFe、LOI（燒失量）及稀土元素等含量發(fā)生變化，是蛇紋巖玉化的主要因素。玉化使蛇紋巖硬度變大且油潤，透明度提高，深受人們喜愛，被泰山人贊譽稱泰山玉承載了泰山文化的厚重。超基性巖成因的泰山玉礦床規(guī)模大，且玉石硬度大而厚重的特色，足以說明超基性巖變質(zhì)成因的玉石具有極高的開發(fā)利用價值。

我國超基性巖成因蛇紋巖玉分布廣泛，但由于人們對這類成因玉石的特點認識不足，嚴重忽視了它的開發(fā)利用價值。這類礦床普遍規(guī)模比較大，玉石硬度大，顏色厚重，加強對這類礦床的研究，以充分發(fā)掘其開發(fā)利用價值意義重大。

致謝“泰山玉與相似玉種特征比對研究”項目是泰山玉產(chǎn)業(yè)發(fā)展管理中心委托的基金項目。在研究過程中，該中心及泰山玉礦山給予了極大的支持和幫助，項目組成員付出了大量的辛勤勞動；審稿老師為本文提出了寶貴的提升建議，在此一并感謝！