中华黄蜡石的地质学探讨

徐嘉炜

(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥 230009)

黄蜡石以其亮丽的黄色、光滑滋润如蜡的外表、坚韧的体质为特征。自古国人即作玩石[1],近年来,各地发现渐多,作为一种新的玉料及观赏石,为国人所重视。黄蜡石除原石作观赏石外,作为玉料切割雕琢成玉器,在云南作黄龙玉,安徽则名黄山玉及霍山玉等。从矿物本身来看,有别于透闪石玉、蛇纹石玉、碱性辉石、硬玉类等真玉,所以可以说“似玉非玉胜如玉”。对于黄蜡石的地质研究,云南的黄蜡石(黄龙玉)已有较深入的研究成果[2],本文基于对安徽近年来产出黄蜡石的资料的研究,结合以往的地质调查及有关文献,试对黄蜡石作一总体探讨。

现今所知,除个别不能确定的地区外,黄蜡石的产出地均集中在华南及其边缘地带,共计有9个小区,如图1所示。图1中小区对应地点如下:1,云南保山龙陵苏帕河及镇安等地[2];2,广西八步、柳州、贺州、钦州及三江地区[3];3,广东潮州、台山、连山、阳春水口、信宜及恩平等地[4];4,福建西部,有来自蒲田的标本;5,安徽大别山北麓霍山淠河地区;6,安徽南部黄山太平地区;7,江西北部婺源地区;8,浙江西部义乌等地;9,陕西南部秦岭南坡及丹江等地[3]。

图1 华南扬子板块及黄蜡石分布示意图

1 黄蜡石的基本特征

黄蜡石的化学成分以二氧化硅(SiO2)为主,质量好的纯度达95%以上,少量其他化学成分为Fe2O3、A l2O3、K2 O、CuO 、M nO2 等[5]。

主要矿物成分为玉髓,即隐晶质的二氧化硅胶体,是自生的石英,细至极细(微粒),还混有微量的绢云母、磷灰石、电气石、氧化铁及氧化锰等矿物,不见他生的陆屑石英砂粒等。

从岩石成分来看,这种自生的硅质矿物组成的沉积岩,硅质达到70%～90%以上,即应叫硅质岩(硅岩),不能称为石英岩。黄蜡石的基本特征如图2所示,图2b、图2f的黄蜡石为作者藏。

黄蜡石以黄色为主调,好的有金黄及亮黄等色,还有棕黄 、灰黄 、土黄 、褐黄等,间有红 、褐 、绿等变化;有时色浅,近白色,作白蜡石;一般颜色不仅在表面,而且向内部渗透;有时外表形成深色的膜,即石皮(皮壳)。黄蜡石的颜色并非岩石本身矿物的色,而是自然外来矿物质沿颗粒间隙的浸染色,如在霍山所见的山料及在云南龙陵矿坑中[5],还保持无色灰白的原岩,里外颜色的变化也增加了产品的美观。另外,由于软锰矿(M nO2)的浸染,沿岩石内的微孔隙生长,形成黄蜡石内部黑色的花草纹。

图2 中华黄蜡石的基本特征

黄蜡石性坚韧不脆,显示玉髓的硬度6.5～7,韧度约6～7,硬度略高于硬玉,而远高于相近色彩的田黄石;相对密度2.60～2.70 g/cm3;化学性质稳定,除氢氟酸外,不溶于其他酸类;耐高温,只在加热到500℃以上,会发生成分的变化。

黄蜡石本身透明至半透明,少数微透明,油脂至玻璃光泽,折射率为1.54;某些高质量的品种,如“冻蜡”、“胶蜡”,透明度佳、透光;有时因深色的皮表存在,影响透光度。

标准的黄蜡石为隐晶及凝胶结构,如在桂北三江地区所见。常见黄蜡石可因变质而产生不同粒度的变晶结构,镜下还可见半月形的微粒相互镶嵌排列,变晶粒度又可分“玉蜡”“密蜡”“雪蜡”及“砂蜡”,后者肉眼可见颗粒。

黄蜡石的构造多样,可分为以下类别:

(1)波状纹理。总貌作块层,野外原岩多见薄层状。在标本上常见波状或似层状纹理,沿这些纹理可见小气泡,有可能是原生层理(图2a)。纹理的转动可能与海底爬褶有关,即沉积时沿坡下滑褶曲。

(2)麻脸构造。常见于某些面上或某些凹处,呈0.5～2.0mm的凹下小麻点,其中不见充填物(有时有白粉状矿物残留),圆点常作不规则圆形。这种麻脸构造较为普遍,可作为黄蜡石的特征构造,如滇西、桂北及安徽南北所见。

(3)洞穴构造。不规则状,直径1～5 cm,中空。洞穴壁上常可见麻脸构造。由于洞穴的存在,常见风化破碎冲刷后的黄蜡石形成奇特外形的观赏石(图2b)。

(4)鞘管状构造。常见直径0.3～1.0 cm的长形小管状小洞穴,似箭鞘,长可达1～2 cm,还有在3～4 cm以上者。值得注意的是彼此排列有固定的方位,常见这种管状洞穴平行层面分布。

以上几种常见构造,基本上均以“麻脸”为基础。这种麻脸初看似“雨痕”,但仔细研究就不像了。因立体来看,是一个空泡,而非在层面上的一个小凹面。笔者认为最大可能为气泡,在沉积时形成。泡还有大小级别的套迭。平面上排列即成纹层,集中成团即成洞穴,如管状排列即成鞘管构造。某些机制还值得今后探讨。这种气泡构造增加了作为观赏石的“漏透瘦皱”特点,但作为雕琢的玉料是不利的。麻脸成了黄蜡石的基本标志。

(5)集骨构造。由破片状不规则聚集而成,各片常见2～5 cm大小;在霍山、福建蒲田等地均见;有时很细小,聚集即成蜂窝状构造。

(6)铜钱花构造。各胶结的块作圆团状,内部又有圆环状构造,直径约0.5～2.0 cm(图2c),以云南保山最为明显[5],还有虫卵状构造,为细小圆球粒,以及珍珠状构造。

以上集骨应系同生的角砾构造,似石灰岩中常见的“竹叶状”构造,应在沉积时,先沉积而未固结的物质被动力冲破,后又由同成分的物质胶结成岩。虫卵状、珍珠状及铜钱花等圆粒构造,笔者认为是在同生的沉积盆地中,在过饱和化学溶液中沿着某些质点向外长大,环境的震荡转动及有自由空间是长大的有利条件,类同的如石灰岩中的鱼子状构造及玛瑙中的葡萄状构造。

(7)假晶状构造。在面上呈现棱角分明的文象,似晶痕(假晶),大小 0.5～1.0 cm,较明显的假晶是等轴八面体,象是石盐或萤石晶体留下(图2d),也有作“冰凌状”。

(8)蠕虫状构造。在面上呈现长圆形的突起或作一个方位的拉长,很规则,但成因不明(图2e),常在黄山地区见到。

还有一些如角砾构造、干裂构造、石英脉贯入构造等,应属成岩以后的次生构造,在此不作专门讨论。另外还有在个别标本上见到细波痕构造,间距4～6 cm,不对称(图2 f)

2 黄蜡石原岩形成的地质环境及时代

根据现有资料,有确切时代的产黄蜡石的原生地层是震旦系上部,如皖南的皮园村组,皖中佛子岭群下部祥云寨组[6](有微古植物),湘东南、桂北的老堡组(含有微古植物及几丁虫化石)等。分布都在华南地区及其边缘地带,属南方型的地层。地质时代属震旦纪,绝对年龄约在距今6～7亿年间。地质年表上属元古代晚期。产生黄蜡石的是硅质岩层,在空间上过渡为碳酸盐岩(白云岩为主)[7],后者名为灯影组,如下扬子及峡东地区。

在大地构造环境上,在震旦纪晚期,华南地区整体为扬子板块。从长江中下游到川东、滇东、湘中西地区,在大陆的中部呈现为地台陆表海,受到海侵形成浅水沉积,以表生的白云岩层为主,仅夹硅质条带及结核,多藻类等化石。在当时大陆的边缘(外缘),是边缘浅海至半深海海槽地带。北面从大别山北麓到秦岭南坡,南面从滇西到广西、广东、湘东南[8]及皖浙赣边区和闽西,均为呈现岛链状的大陆边缘,有广泛的同时的海底火山活动[7]。这些区域即形成硅质岩为主体的地层,就是今日黄蜡石的原岩。扬子板块震旦纪晚期沉积示意剖面如图3所示。

图3 扬子板块震旦纪晚期沉积示意剖面

黄蜡石的原岩是硅质岩应该是无疑的结论。有人曾将其作为石英岩,是值得商榷的。石英岩即为石英砂岩变质的产物,其中的主要成分石英砂粒应是陆屑产物,是碎屑沉积岩,笔者过去也曾命名“祥云寨石英岩”。如今观察,内部没有碎屑构造,如粒序层理、交错层理及底部砾岩,镜下缺乏碎屑结构等均可以证明。也有人认为“在岩石学上属于硅化(也称矽化)安山岩或砂岩”[4];有人则认为是“气成热液石英脉型矿床”[9],属“次生石英岩”。笔者虽未在云南龙陵及广东沿海实地调查,但已有地质资料表明这些地区均存在震旦纪的地层,虽然后来的岩浆活动必然会给黄蜡石的形成产生重要的影响,但不能排除其原岩属震旦纪硅质岩的可能性。黄蜡石从全国所见标本来看,具有极大的共同性,标志着它们具有共同的原始成因。

硅质岩在地表中所占的比例很大,仅次于碳酸盐岩,占第4位,尤以前寒武纪岩石中所占比例更大,常形成巨厚的硅岩建造及硅铁建造。

硅质岩的成因是多源的及还存在认识分岐。有生物成因(尤以晚期的硅质岩)、化学及生物化学成因(有藻叠层及藻粒硅岩等)、机械成因(鲕粒硅岩等)及化学成因[9]。笔者认为现今产黄蜡石的硅质岩,其主体应属化学成因。一般认为火山活动(大陆边缘或洋中脊海底火山喷发)给海水中带来大量的二氧化硅。海水中的SiO2的溶解度,随温度的增高而迅速增大。一般饱和度为100～120 mg/L,由于温度下降及蒸发,促使海水中SiO2产生沉淀[10]。胶体SiO2的沉淀,其中还含有少量的方解石、菱铁矿、黄铁矿、绿泥石及氧化铁等。开始沉积时硅质矿物可能为含水的非晶质蛋白石,在成岩的过程中,转变为隐晶质的玉髓及少量细晶质的石英。在震旦纪,已有生物活动,如上述桂北老堡组中已有微古及几丁虫,所以SiO2有可能部分属生物成因,但缺直接证据。正如今日洋中脊所见,海底火山喷发时,大量SiO2溢出同时还不断地冒气泡向上升(黑烟囱),气体有可能主要为H2 S,其与岩石中产生黄铁矿有关。

3 黄蜡石形成的地质过程

(1)胶体SiO2在海底的沉积。环境主要为半深海,但有时上升到滨海或泻湖环境,如气泡有关构造及同生角砾、圆粒构造,可能的波痕等均表明其沉积时受浅水海水动力作用。气泡有可能为SiO2形成时火山所分泌排出。

(2)成岩过程,由非晶质的蛋白石转化为以隐晶质为主体的玉髓,这时把胶体中的气泡也固结在其中成为麻脸、孔洞及鞘管等气孔构造。

(3)在后来受到加里东或其后的印支造山运动影响,有些地方还受花岗岩体侵入的热力作用,因而遭受不同程度的动热变质。原先的硅质岩产生漂白净化,有机物往往消失,同时产生不同程度的重结晶 ,从“冻蜡”“胶蜡”到“细蜡”至“粗蜡”,表示颗粒重结晶增大的不同程度;透明度也增强。动热变质的结果,使原生大部分呈暗色的硅质岩变成白色近透明的岩石。

(4)外力的风化、破碎及河流水的磨圆作用。河流将破碎的石块不断淘洗冲刷,留下的常是其坚硬的部分,就是籽料,多孔古怪形态的成为观赏石,致密细粒的成为玉料。黄蜡石的呈色是一个渗透染色的过程。有关材料报导(如桂北的老堡组硅质岩[10]及滇西龙陵地区硅质岩[5]),硅质岩中常含有黄铁矿微粒。黄铁矿在风化带水化过程中产生硫酸亚铁(铁矾),渗透在岩石的晶粒间微孔隙中,在进一步风化过程中就产生褐铁矿,这就是黄色的主要来源,以致呈现自表及里的颜色变化。少数由于强氧化可产生赤铁矿,会迭加呈现红色。二氧化锰则产生黑色,形成内部的花草纹。

4 结束语

本文对中华黄蜡石作了较为系统的地质学论述,首次提出其形成与所赋存的地层,它所处的大地构造环境;论证了其边缘海槽胶体硅质岩的成因。现今的黄蜡石,主要出产在华南地区,其原岩既非陆生陆屑石英岩,也非硅化次生石英岩,是距今6～7亿年前的震旦纪时,在我国南方古大陆边缘的沉积——化学成因的硅质岩,其与海底火山活动有成因联系,后经成岩、变质及风化磨蚀形成。本文详细研究了黄蜡石的各种构造,首次揭露气孔构造的存在,对圆粒状构造作了成因说明。中华黄蜡石有极高的开发价值,在有关地带仍有发现的可能。但是高质量的黄蜡石的存在量是有限的,要珍惜资源。有些问题还值得同行继续研究,如管状构造的方向性及蠕虫构造的成因等。

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