山東沂南徐公硯石礦床地質特征及成因淺析

宋曉媚，張修龍

(1.山東省自然資源資料檔案館(山東省地質博物館)，山東 濟南 250014；2.中國冶金地質總局山東正元地質勘查院，山東 濟南 250014)

0 引言

徐公硯石即制作徐公硯的巖石，因其產于山東省沂南縣青駝鎮徐公店村而得名，是魯硯中的重要品種，早在唐宋時期即負盛名。

徐公硯石因其色澤及紋理豐富，純樸雅觀，具有形奇、色美、質潤、石溫之特點[1-2]，成為制硯優良材質；以其制作的徐公硯曾被稱“中華第一自然硯”；又有以徐公硯石雕刻成的鎮紙、朗石、筆筒等藝術品，與徐公硯搭配成趣，相得益彰。用其制硯叩之清脆，其聲如磬，下墨如挫，發墨如油，色澤鮮潤，且不損毫，堪稱硯石材中之上品。

徐公硯石典型產地位于徐公店北硯臺溝，另有廬山西頭坑、仙子峪坑、柴胡山坑、石崗嶺坑、李官坑等[3]。前人對徐公硯石的研究大多是從歷史、文化、工藝性能、鑒賞方法、評價等方面，缺少對徐公硯石礦床地質特征及其成因的研究。該文對山東省沂南縣青駝地區徐公硯石的成礦地質條件、礦物組成、巖石學特征及其成因進行研究，豐富徐公硯石的地質內涵，為硯石資源的進一步勘查工作提供參考。

1 地質背景

研究區大地構造位于華北板塊東部魯西隆起區魯中隆起的東緣，靠近沂沭斷裂帶(郯廬斷裂帶山東段)[4-6]。

1.1 地層

區內地層屬華北地層大區、晉冀魯豫地層區魯西地層分區。區內地層發育比較齊全，從新元古代至第四紀地層皆有分布，地表出露以古生代地層為主，其次為中、新生代地層，元古宙地層分布局限，太古宙地層零星出露(圖1)[7-11]。新元古代土門群分布于沂沭斷裂帶西側，為未受變質的淺海相碎屑巖、泥巖建造，地層旋回性清楚。寒武紀—奧陶紀地層主要為一套灰巖夾白云巖、頁巖及砂巖的海相沉積巖，總厚度約2074m。巖石地層自下而上可劃分為長清群、九龍群和馬家溝群，其中長清群包括李官組、朱砂洞組、饅頭組，九龍群包括張夏組、崮山組、炒米店組和三山子組，馬家溝群包括東黃山組、北庵莊組、土峪組、五陽山組、閣莊組和八陡組。白堊紀地層主要為一套陸相碎屑巖夾火山巖、火山碎屑沉積巖。巖石地層主要為青山群八畝地組和方戈莊組，大盛群馬朗溝組。古近紀地層主要為一套陸相含膏鹽、碳酸鹽碎屑沉積巖，巖石地層僅發育官莊群。第四紀地層較發育，主要分布于河流階地和山麓、山前沖積平原上。

1—第四系；2—新近系；3—白堊系；4—奧陶系；5—寒武系；6—土門群佟家莊組；7—蒼山序列；8—沂南序列；9—銅石序列；10—傲徠山序列；11—嶧山序列；12—新甫山序列；13—泰山序列；14—實測、推斷斷層；15—角度、平行不整合界線；16—徐公硯石產地圖1 山東省沂南縣青駝地區區域地質簡圖

9.上覆地層：寒武紀李官組，灰紅色—灰白色中厚層中細粒石英砂巖

-----平行不整合-----

佟家莊組(Zt)

總厚度：240.92m

頁巖段

總厚度：213.89m

8.灰綠色與灰紫色鈣質頁巖成互層，偶夾灰黃色薄板狀泥灰巖

25.25m

7.灰綠色鈣質頁巖偶夾灰色薄板狀泥灰巖，發育水平層理

121.46m

6.灰綠色鈣質頁巖與灰色薄板狀泥灰巖互層，以頁巖為主，灰巖單層厚1～6cm，由頁巖—灰巖組成韻律性基本層序，徐公硯石產出層位

根據用戶間的相似度可以獲取目標用戶的最近鄰居集合，并將其相似性作為權重預測目標用戶對未評分項目的評分，故目標用戶Ui 對項目i 的評分Put,i 預測如式（3）所示：

34.71m

5.灰色薄板狀泥灰巖，巖石風化面呈淺灰色，發育水平層理

12.38m

4.灰綠色鈣質頁巖

20.09m

砂巖段

總厚度：28.03m

3.灰紫色中薄層鈣質粉砂巖，風化后常呈1cm左右的板狀，發育水平層理

16.52m

2.黃褐色含礫粗砂巖、中厚層細粒長石砂巖、灰色薄層鈣質粉砂巖組成3個向上變細的基本層序，發育交錯層理、水平層理

10.51m

～～～～角度不整合～～～～

1.下伏：新太古代花崗巖類中粒二長花崗巖

新元古代土門群為未受變質的淺海相碎屑巖、泥巖建造，地層旋回性清楚，區內僅發育土門群底部的佟家莊組。剖面上厚度240.92～45.20m，向北西變薄至尖滅(圖2)。與下伏新太古代花崗巖類沉積不整合接觸，與上覆寒武紀李官組平行不整合接觸。

1—灰巖；2—微晶灰巖；3—二長花崗巖；4—鈣質粉砂巖；5—中細粒石英砂巖；6—泥質灰巖；7—含礫粗砂巖；8—細粒長石砂巖；9—鈣質頁巖；10—礫巖；11—徐公硯礦層；12—土門群佟家莊組；13—寒武紀長清群李官組；14—新太古代二長花崗巖；15—產狀圖2 沂南縣青駝地區土門群佟家莊組地質剖面圖

1.2 構造

區內構造以脆性斷裂為主，NW向、NE向斷裂比較發育，主要斷裂有沂水-湯頭斷裂、蒙山斷裂、新泰-垛莊斷裂、孫祖-銅冶店斷裂、沂南斷裂等。區內節理、裂隙構造較發育，節理、裂隙主要為NW向、NE向及近EW向3組。巖石節理、裂隙受巖石埋深影響明顯，近地表節理、裂隙發育，其規模以數十厘米居多，數米以上者較少；地下5m以下節理裂隙明顯減少。部分節理裂隙充填方解石脈。節理、裂隙的發育有利于溶蝕作用的進行，控制著徐公硯石自然溶蝕邊的分布。

1.3 侵入巖

區內侵入巖十分發育，空間上與殘存的泰山巖群組成基底隆起，構成一系列呈NW—SE方向展布的山系。巖石類型從超基性—基性—中性—酸性皆有，以中酸性為主，形成時代主要為新太古代、古元古代及中生代，以新太古代最為發育[12-17]。主要有新太古代泰山序列、嶧山序列、新甫山序列、傲徠山序列及中生代蒼山序列等(1)王立法，許克民，1∶25萬臨沂市幅區域地質調查報告,2007年。。巖脈主要為煌斑巖脈。

2 徐公硯石礦體特征

徐公硯石產于沂南縣青駝鎮盧山西頭-徐公店硯臺溝至蘭山區汪溝鎮石崗嶺-柴胡山一帶，呈NW—SE向條帶狀展布，NW—SE向延長約3km，寬200～300m，面積約0.75km2。

徐公硯石礦體賦存于新元古代土門群佟家莊組頁巖段，含礦巖系為灰綠色鈣質頁巖夾深灰色薄層狀—透鏡狀微晶灰巖，厚約35m。其下伏地層為佟家莊組頁巖段灰色薄板狀泥灰巖，上覆地層為佟家莊組頁巖段灰綠色鈣質頁巖偶夾灰色薄板狀泥灰巖。含礦巖系多為向NE傾斜的單斜巖層，礦層沿走向和傾向延伸較穩定，產狀與地層產狀一致，含礦巖系地層產狀50°～65°∠18°～30°。

本次工作共發現1條礦帶，含徐公硯石的礦化層呈層狀、似層狀或透鏡狀與灰綠色鈣質頁巖不等厚互層，在35m厚的含礦巖系中，共賦存礦化層15～25層。每一礦化層厚一般為1～6cm，個別層厚度可達15cm。徐公硯石單層呈似層狀、透鏡狀賦存于礦化層中，單層不連續，在礦化層中往往斷續出現。徐公硯石多為自然形扁平石餅，大者直徑30cm，小者10cm，厚一般3～6cm。硯材周邊有呈石乳狀、縱橫交錯和垂直、變幻無窮的石紋，又稱“花芽”。

3 徐公硯石特征

3.1 硯石礦物成分及主要物理特征

徐公硯石的巖石學名稱為微晶灰巖，青灰、暗綠或褐黃色，微晶結構，薄層狀、透鏡狀構造，主要由方解石微晶和少量長英質砂粒、絹云母、鐵質等組成。微晶方解石多呈他形微晶狀，礦物粒徑大小一般為0.004～0.03mm(微晶)，含量85%～95%；長英質礦物呈砂礫狀，主要是石英和長石，礦物粒徑多小于0.03mm，粒徑較小很難區分石英和長石，多呈棱角狀，零星分布，含量1%～3%；絹云母多呈鱗片狀，片徑多小于0.1mm，多呈不均勻條帶狀集合體分布，含量1%～2%；不透明礦物多呈他形粒狀，礦物粒徑大小一般為0.06～0.2mm，少數呈粉末狀，發生氧化呈褐色薄膜狀分布在方解石顆粒之間，可能為一些鐵質，含量1%～2%。巖石局部發育脈體，脈體多呈網脈狀，脈體寬為0.02～3.3mm，脈體多充填亮晶方解石，含量2%～8%，偶見有黃鐵礦等金屬氧化物。硯石摩氏硬度為3～4，密度為2.67～2.70g/cm3，具不平塊狀斷口，質地細膩。

3.2 徐公硯石的色系和品級

通過野外調查和硯石市場調研，徐公硯石既有純色色系，又有共生色系。純色色系主要為灰色、青色、綠色、黃色、褐色；共生色系主要為青灰色、暗綠色、褐黃色等等。徐公硯石的色澤中，以青灰色為主，其他顏色為輔。

徐公硯石因其具自然溶蝕邊而聞名，多為不規則扁平狀，形態各異，大多為異形硯。根據徐公硯石花芽發育情況、石質、塊度、厚度、色差等因素，可將徐公硯石進行大致的品級劃分。

青駝地區的硯石品級可大致分為特等品、一級品、二級品、三級品4個品級(表1)。

表1 徐公硯石品級分類一覽表

3.3 徐公硯石巖石化學特征

研究樣品采自徐公店硯臺溝坑(XGY01)、石崗嶺坑(XGY02)和柴胡山坑(XGY03)，樣品巖性為深灰色薄層狀—透鏡狀微晶灰巖，巖石致密均一，微晶結構，薄層狀、透鏡狀構造。樣品主量元素化學成分分析結果如表2所示。

表2 徐公硯石樣品的主量元素測試結果 單位：%

徐公硯石的主量元素分析結果顯示：SiO2含量的變化范圍為6.49%～9.02%，平均為7.54%；Al2O3含量的變化范圍為1.62%～1.84%，平均為1.70%；TFe2O3含量的變化范圍為1.19%～1.48%，平均為1.37%；CaO含量的變化范圍為46.79%～48.78%，平均為48.06%；MgO含量的變化范圍為0.88%～1.12%，平均為0.99%；K2O含量的變化范圍為0.26%～0.50%，平均為0.35%；LOI含量的變化范圍為38.32%～39.74%，平均為39.05%。

徐公硯石化學成分基本符合石灰巖的一般化學成分[18-19](石灰巖的一般化學成分為CaO占42.61%，CO2占41.58%，MgO占7.90%，SiO2占5.19%，其他氧化物僅占2.72%)。徐公硯石樣品的CaO含量較高，約為48%，而MgO含量較低，不同于普通石灰巖的化學成分。

4 徐公硯石礦床的成因淺析

古元古代以來至震旦紀以前青駝地區結晶基底在經過造山隆升后，長期處于風化、剝蝕、準平原化作用的風化剝蝕狀態，為震旦紀的沉積提供了充足的物質來源。震旦紀佟家莊期該區地殼沿現在的沂沭斷裂帶附近被拉開，形成裂陷海槽，迎來首次海侵，海水從南東向北西逐漸侵入。早期水體較淺，處于濱海—淺海環境，陸源沉積物豐富，形成了佟家莊組底部砂巖段沉積(礫巖、含礫長英質砂巖、石英砂巖及少量頁巖)，中期快速海侵，容納空間進一步增大，構造沉降作用加劇，處于半深海環境，陸源沉積物供應不暢，導致了盆地內形成相對較饑餓期沉積(黃綠色頁巖)[9-10]，水體中的碳酸鈣在適當的環境條件下沉淀，夾雜在沉積軟泥中，爾后成為頁巖中的微晶灰巖夾層，即徐公硯石最初的物質聚集。隨著地殼的升降變動發生海陸變遷，物質聚集反復發生。

深埋于地下的佟家莊組地層，在中生代發生的地殼運動中，受到NW向斷裂和NE向斷裂的擠壓變形，發生破碎，產生節理、裂隙，部分呈網脈狀，并有后期方解石細脈充填。早侏羅世晚期由于地幔上隆，巖石圈開始處于伸展狀態，魯中南地區形成穹隆，長期遭受剝蝕，青駝地區土門群佟家莊組地層也被逐漸抬升到地表。處于地表或近地表發育原生層理及次生裂隙的薄層狀微晶灰巖，在地下水的長期循環、流動和溶蝕作用下發生不均勻溶蝕，而頂底板黃綠色頁巖不發生溶蝕，薄層狀微晶灰巖沿節理裂隙逐漸溶蝕為大小不等具自然溶蝕邊的不規則透鏡狀微晶灰巖，即徐公硯石原石。

綜上所述，沂南縣徐公硯石礦床成因類型為沉積型層控礦床，其形成受特定的沉積地質環境和后期溶蝕作用條件的制約。

5 結論

(1)徐公硯石礦賦存于新元古代土門群佟家莊組頁巖段中，巖性為薄層狀—透鏡狀微晶灰巖，受時代、層位、巖相古地理等控制，為沉積型層控礦床。

(2)通過對硯石花芽發育情況、石質、塊度、厚度、色差等的分析，區內硯石可劃分為兩大色系、四個品級。兩大色系分別為純色色系和共生色系；四大品級分別為特等品、一級品、二級品、三級品。

(3)徐公硯石樣品的主量元素分析結果顯示，徐公硯石的CaO含量為48.06%；MgO含量為0.99%；SiO2含量為7.54%；LOL含量為39.05%。CaO含量較高，高于普通石灰巖的化學成分。因此，徐公硯石為CaCO3含量較高的碳酸鹽巖。