中条山麦饭石发现与考证

2010-06-26张建国赵惠君

水科学与工程技术 2010年4期

张建国，赵惠君

（山西水利职业技术学院，山西运城044004）

2009年5月22日，为了完成院级科研课题SYJK2009—06《饮用水安全问题的研究》，前往中条山进行泉水水质调查。沿中条山脉刀山岭北麓，白家庄洪积扇西侧的羊肠小道上山，沿途可见风化的花岗闪长岩，有的已剧烈风化，似蒸熟的大麦饭团，用手一挤压就变成颗粒状，如豆如米，其色灰白或浅黄，当地老乡称其为 “麻石”，这便使我们想起中华奇石——“麦饭石”。眼前的这些石头不就是麦饭石吗？带着疑虑，多次进行了实地查勘，采取岩石样品，拍摄现场图片，搜集水质检测报告，查阅各种地质资料，最后从多方面找到中条山麦饭石确实存在的可靠依据，并从麦饭石母岩、风化带、矿化水、组成化学成分4个方面进行了科学论证。

1 中条山麦饭石的母岩特征

中条山麦饭石的母岩，是由中生代末燕山运动期侵入形成的花岗闪长岩组成，该岩体呈北东——南西向展布，东西长6km，南北宽变化较大，由数十米到上千米不等，分布面积约3～5km2左右，产状属于比较典型的岩株，是出露面积不大的深成侵入岩体。其主要矿物成分是钾长石、正长岩，占20%，斜长石占30%，石英占5%～20%，少量为角闪石和黑云母，占10%～25%，因矿物组成不同，岩石外观有的为肉红色，有的为灰白色。

目前，专家们普遍认为我国麦饭石矿床成矿时代比较年轻，多为燕山运动中晚期，即麦饭石的母岩是形成于中生代末新生代初（距今5000万～8000万年前）的岩浆岩，主要是中性岩和酸性岩，最为典型的岩石是花岗岩类和闪长岩类。它可以是深成的（地表3km以下）花岗岩、闪长岩，也可以是浅成的（地下3km以内）花岗斑岩、闪长玢岩，甚至可以是喷出的安山岩。国内现有麦饭石主矿区产地的母岩分别是：内蒙奈曼旗平顶山的石英二长闪长玢岩、天津蓟县盘山的石英二长岩、安徽黄山的二长花岗斑岩、河南嵩山的混合花岗岩、陕西秦岭和北京昌平的黑云母石英二长斑岩、辽宁阜新的二长闪长岩、台湾台东的斑状安山岩等。麦饭石矿床分布面积通常比较小，如内蒙“中华麦饭石”面积仅0.126km2，河南嵩山麦饭石面积在1km2以上，只有浙江四明山麦饭石矿床面积较大为36km2。

从麦饭石母岩形成时间和岩性特征来看，中条山刀山岭花岗闪长岩完全符合麦饭石母岩的要求，而且分布面积比较大，储量丰富。

2 中条山麦饭石母岩的风化带特征

在中条山刀山岭花岗闪长岩分布区，可以看到完整的母岩风化剖面：由地表风化成条块状、球状的岩石和生长茂密的次生灌丛植被→深褐色腐殖质土壤（植物根系层）→风化残积在原地的灰白色的高岭土与未完全风化的小石块。地表极度风化的岩石，有的已成疏松多孔状用手一碾就掉下颗粒的岩块，有的已完全解体成散沙。

中条山花岗闪长岩是在地表深度3km以下，由炽热的岩浆侵入地壳冷凝而形成的，所以在地表常温常压条件下极易发生变化。首先是岩石遭受物理风化——机械破坏，产生裂隙，破裂的岩块彼此分离，岩石表面层层剥落，棱角逐渐消失变成不规则的球状、条块状石头；其次是遭受化学风化——分解破坏，岩石中大量的比较活泼的化学元素（如K+、Na+、Ca2+、Mg2+等）在水的淋滤下形成可溶盐类随水流失，其中K+易被植物吸收或被黏土吸附，搬运距离小；岩石中少量难溶的化学元素（如Si等）在离解水或各种酸性水（特别是碳酸水）的作用下，被从岩石矿物结构中分解出来，以胶体溶液形式被水带走；再次是极难溶的相对不活泼的化学成分富集起来残留原地，如形成高岭土等。高岭土（Al4［Si4O10］［OH］8或Al2O3·2SiO2·2H2O）一般呈隐晶质的分散粉土状、土状集合体，颜色灰白或浅灰等色，它是组成黏土的主要物质成分之一。在风化过程中，麦饭石母岩经历了“从破碎→分解→残留”三种变化，其结果是一部分岩石中的化学元素进入到地下水中，使地下水得到一定程度的矿化，而最后变化形成的残积物高岭土，因颗粒细小，孔隙体积多，比表面积大，对水起到过滤、吸附、交换等作用，使地下水得到进一步净化、矿化、活化等，最后形成麦饭石矿化水。

中条山地处暖温—中温带季风气候区，年平均降水量600mm左右，其中汛期降水量占70%以上，年平均气温小于11℃，极端最高气温41℃，极端最低气温小于-20℃，这种湿热适中、干冷交替、旱涝频繁的气候环境，加上次上灌丛植被发育，为岩体的风化和麦饭石的形成提供了良好条件。

3 中条山麦饭石矿化水的水质特征

麦饭石作为一种理想的水质净化剂和改良剂，经它矿化后的水含有人体所需的多种矿物质和微量元素。麦饭石天然溶出液——地下水中，化学元素钾K、氟F、偏硅酸H2SiO3、锶Sr等成分的含量明显升高，水质明显呈弱碱性水。2005年5月、2007年1月、2009年4月分别从中条山刀山岭沟口白家庄洪积扇的3口水井中取水样，经山西省地质矿产勘查开发局214地质实验室分析测定，主要化学指标见表1，微量元素及其含量见表2。

白家庄洪积扇地下水水质库尔洛夫公式：

从以上水质分析资料可以看出，受中条山刀山岭花岗闪长岩（麦饭石）裂隙地下水的侧向径流补给，白家庄洪积扇地下水明显得到矿化，地下水中钾K含量5.54～8.72mg/L，锶Sr含量0.015～0.52mg/L，偏硅酸H2SiO3含量7.8～28.6mg/L，其中Sr和H2SiO3的最高含量已达到或超过国家饮用天然矿泉水标准，而且水中含有锂、铁、锰、锌、铜、氟等多种对人体有益的必需的微量元素，这些都说明中条山麦饭石已具备了矿化水的特殊功能。它主要表现在：一是浸溶性好，水中富含极易溶解流失的K+、Na+和F，以及微量元素Sr和H2SiO3；二是吸附能力强，水中有毒性的重金属元素（汞、铅、砷、铬等）含量普遍小于0.0001mg/L或未被检出；三是调节性好，由于麦饭石上述浸溶解析和吸附交换的双重作用，使其具有双向调节水的pH值的功能，与不同岩石分布区地下水的水质相比，经麦饭石矿化后的水明显呈中性偏弱碱性，pH值在7～8之间，平均值为7.3。

表1 白家庄洪积扇地下水主要化学成分与指标单位：mg/L

表2 白家庄洪积扇地下水主要微量元素含量表单位：mg/L

4 中条山麦饭石的化学成分特征

中条山麦饭石的母岩是花岗闪长岩，属于酸性岩浆岩，其化学成分若以氧化物计，则SiO2含量高达70%以上，其次为AI2O3占14%以上（据黎彤，饶纪龙，1962）。现将中条山麦饭石同国内比较有名的10多种麦饭石的化学元素构成及含量进行对比，见表3。

表3 中条山麦饭石与国内其他麦饭石化学成分的比较表（单位：%）

可以看出，因产地或类别不同，麦饭石的化学成分组成及其丰度略有差异，但主要化学元素构成及含量基本上是一致的。中条山麦饭石与安徽黄山、河南嵩山、新疆、天津蓟县等地的麦饭石极为相似，母岩都为花岗岩类的岩石，如二长花岗斑岩、混合花岗岩、黑云母二长斑岩、石英二长岩。同时，中条山麦饭石的化学成分及含量也基本符合中国五金进出口公司天津分公司出口麦饭石的标准，即SiO2含量65%～70%，Al2O3含量14%～16%，MgO<3%，CaO<2，Na2O含量2%～3%，K2O<8%，TiO2含量0.2%～0.3%，MnO<0.3。

总之，中条山麦饭石的存在有其充分的科学依据，其母岩及其风化带特征、地下水的矿化程度以及化学元素构成与丰度等足以说明问题，而且它的矿体具有一定的规模。在我国北方及中部地区都是少有的优质麦饭石，具有广阔的开发前景。

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