吉林长白石矿物学特征研究

刘 瑞，王志华，刘 翠

(长春工程学院勘查与测绘工程学院，长春 130021)

吉林长白石矿物学特征研究

刘 瑞，王志华，刘 翠

(长春工程学院勘查与测绘工程学院，长春 130021)

长白石是我国著名的印章石，产于吉林省中生界三叠系上统长白组凝灰岩中。长白石主要矿物成分为地开石，并常见有高岭石、珍珠石、石英等矿物。X射线衍射分析证明长白石的主要矿物成分为地开石，且含少量的高岭石和石英。长白石与福建寿山石在矿物成分上相似。长白石折射率值约1.56～1.60。摩氏硬度(Hm)1.92～2.36。密度为2.61～2.62 g/cm3。长白石质地致密、细腻、坚韧、光洁。透明度高者称“冻石”，是不可多得的印章石刻材料。

长白石；寿山石；地开石；矿物特征

长白石又称长白玉、马鹿玉，以产于吉林省长白县马鹿沟一带而得名。长白石矿物成分与寿山石、青田石、巴林石、鸡血石有许多相似之处，其作为东北地区著名的印章石之一，素有“长白美玉甲天下”之称。长白石早在明、清时代就已被开发利用，现在的长白县塔山博物馆就收藏有明、清时期用长白石制作的印章。在宣统元年(公元1909年)，在《长白汇征录，志书卷五·矿产类》中记载了长白知府张风台描写的长白石，他是中国历史上记述长白石的第一人。

本文对长白石的化学成分和宝石矿物特征进行了研究，并对长白石进行了初步的分级评价，为今后开发利用长白石这一我省独有的印章石资源提供帮助，为长吉图地区经济发展提供助力。

1 成矿地质背景

长白石产于吉林省长白县中生界三叠系上统长白组(吉林省地质矿产局，1982)。长白组主要岩性为安山岩、安山质凝灰岩、蚀变流纹岩，蚀变流纹质凝灰岩(彭明生等，2013)。长白石产于长白组马鹿沟高岭石矿床中，矿体走向北西，倾角10°～20°。矿体呈似层状及扁豆状，矿带长1 100 m，宽50 m，厚5～30 m，平均厚度13.69 m。长白石矿体在高岭石矿中呈透镜状产出。

2 化学及矿物成分

对5个样品的长白石化学成分进行分析，其分析结果见表1。化学分析表明，长白石含SiO245.80%～79.38%，Al2O312.24%～35.25%，Fe2O3+FeO 0.25%～0.64%，CaO 0.28%～0.99%,MgO 0.14%～0.53%，Na2O 0.12%。

表1 长白玉矿物化学成分ω(B)/%

地开石化学式为Al4[Si4O10](OH)8。理论化学组成为ω(Al2O3) 38.1%～39.8%%，ω(SiO2)=45.5%～46.1%，ω(H2O)=13.5%，其中水为吸附水和结构水(钟祥华等，2017)。从化学成分分析上看，长白石中SiO2含量较高，表明长白石中含有一定量的石英矿物。

地开石的晶体片层是由硅氧四面体层和铝氧八面体层通过表面的氢键连接并沿着c轴方向堆垛而成(Robinson,2007)。地开石晶体结构与高岭石相似，但结构为二层重复结构。矿物化学成分中有少量的Mg、Fe和Ca等代替八面体中的Al。

长白石呈浅灰色，略带浅黄或蛋青色鳞片变晶结构、变余凝灰结构、隐晶结构、块状构造。具贝壳状断口，油脂光泽。长白石的主要矿物成分为地开石，其次含有少量的高岭石、珍珠石矿物。

图1 长白石X射线衍射图

关于长白石的矿物成分，过去一直被认为是和寿山石、青田石成分相似，主要由叶腊石、明矾石等矿物为主。也有人认为是主要由高岭石组成(张宁克，2010)，含少量的地开石矿物。通过我们的工作研究认为长白石主要矿物成分应为地开石，而不是叶蜡石和高岭石。高岭石结构为硅氧四面体层与氢氧铝石层按1∶1结合而成；地开石为两层重复结构；珍珠陶土为相邻结构层沿b轴错动1/3，且转动180°，a轴及b轴互相交换(王濮，1984)。

差热分析表明长白石在470 ℃时有一个比较尖锐的放热峰，宽缓的吸热谷，在以665 ℃为中心处有一个较尖锐的吸热谷(图3)。在与665 ℃相对应的热重曲线上显示出其热失重达16.5%，此亦证实了长白石中地开石的存在。

(a)单偏光Cb01石英地开石岩×10

(b)单偏光Cb05地开石岩×10图2 长白玉岩石薄片图

图3 长白石差热曲线

3 长白石物性特征

长白石呈灰白、灰绿、黄绿、黄、紫红等色，呈蜡状到油脂光泽，微透明至半透明，极少数透明。抗压强度390～612 kg/cm2，折射率值1.56～1.60。维氏显微硬度20.70～38.27 MPa，摩氏硬度(Hm)1.92～2.36。断口贝壳状，密度为2.61～2.63 g/cm3(表2)。

长白石质地致密、细腻、坚韧、光洁。质地纯净、透明度高者称“冻石”，品种较多。由于长白石石质细腻温润，硬度适中，韧性较好，是不可多得的印章石刻材料。

表2 长白玉力学性质特征

4 长白石分级评价

长白石按矿物成分及其共生组合可以分为3类，它们分别是地开石型、高岭石型和高岭石—地开石型3种。

1)地开石型：地开石含量大于50%，主要共生矿物为高岭石、次生石英、黄铁矿等。

2)高岭石型:高岭石含量大于50%，主要共生矿物为地开石、次生石英等。

3)高岭石—地开石型:高岭石含量大于30%、地开石大于20%。还有少量的珍珠石型和石英—地开石型长白石。

根据长白石的色泽、透明度、质地等方面的差异，可将长白石分为两类：长白印石和长白冻石。长白印石根据色泽的差异又可将其分为单色印石和多色印石。多色印石的颜色至少为两种以上，其花色繁多、纹饰多样、透明至微透明，构成了长白石品种的多样性，如著名的“五色石”属之。

长白冻石光泽强、呈玻璃光泽和油脂光泽。透明度高、质地细腻坚韧光洁。外观似“肉冻”状的长白石，其矿物成分主要为地开石。按色泽差异又可将长白石分为单色冻石和多色冻石。长白冻石可以媲美寿山石中的冻石品种。特别是灯光冻、金黄冻(呈金黄至橘黄色，似福建天黄石)等属之。灯光冻中的金黄冻极难找到，十分稀贵。

长期以来，优质长白石主要用于印章的雕刻和生产。现今除印章外，亦广泛用来雕刻人物、动物、花鸟、器皿等艺术品，其产品已远销港、澳、台及亚、欧各国和地区，深受人们喜爱。

5 矿床成因分析

长白石矿产于三叠系长白组中，呈似层状、扁豆状产出。矿体(层)产状与凝灰岩层基本一致，严格受中生代早期浅色火山碎屑岩层控制。矿体与围岩呈过渡关系，空间上矿体与火山碎屑岩关系密切，并与次生石英岩化相伴生。含矿矿体上下各存在灰—黑色凝灰质砂岩、泥岩，具微细层理，显示出成矿古地理环境为半封闭的陆相水盆条件。矿床属火山沉积—热液蚀变型，矿体与含矿层同时形成于中生代早期。火山凝灰岩受到后期热液蚀变作用，形成地开石、高岭石、珍珠石等高岭石族矿物，构成长白石矿床。甘怡绚(2001)对寿山高山和杜林的不同样品进行氢氧同位素分析研究得出，地开石型寿山石的成矿温度在130～260 ℃，叶蜡石型寿山石的形成温度为273～330 ℃，压力均小于0.1 GPa。

长白石的成因主要赋存于三叠纪酸性碎屑岩和凝灰岩中,不同于寿山石的晚侏罗世和早白垩纪的成矿时代(高天钧等，1997)。吉林长白山地区在三叠纪时期处于一个地槽活动区，剧烈的火山活动和构造运动使得在吉林东部形成了多期次的火山喷发。酸性火山岩岩浆的喷发和侵入使围岩不可避免地发生蚀变，再加上酸性热液的侵蚀和淋滤作用的结果，使得岩石中的K、Na、Ca、Fe、Mg等元素被带出，留下不易被带走的Al、Si等元素，形成了地开石矿物。

矿物的类型与成矿条件密切相关，随着热液远离岩浆喷发中心，其温度逐渐降低。在中低温弱酸性条件下，热液与围岩相互作用，形成叶蜡石、高岭石和地开石矿床。中酸性火山岩、围岩中发育的构造裂隙、后期的岩浆热源以及丰富的成矿热液，共同构成了长白石矿床成矿的有利条件。

6 结语

长白石是东北地区著名的印章石之一，其早在明、清时代长白石就被当地人开发利用。长白石产于三叠系长白组火山凝灰岩和碎屑岩中，是酸性火山岩岩浆侵入三叠系围岩蚀变变质产物。长白石化学成分中SiO245.80%～79.38%，Al2O312.24%～35.25%，具有较高的SiO2成分，显示存在有石英等杂质矿物。XRD分析长白石中主要矿物成分为地开石，且伴生有少量的高岭石和石英。

长白石颜色主要呈灰白、绿、灰绿、灰色。折射率值约1.56～1.60。维氏显微硬度33.04～38.27，密度为2.61～2.62 g/cm3。根据长白石的色泽、透明度、质地等方面的差异，可将长白石分为长白印石和长白冻石。长白冻石呈现半透明，弱玻璃至油脂光泽，是长白石中的极品，品质上可与寿山石媲美。长白石作为东北地区著名的印章石，具有重要的宝石矿物学意义和较高的经济价值，是今后值得进一步开发利用的印章石和玉雕材料资源。

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TheMineralogicalCharacteristicsofChangbaiGemstoneinJilinProvinceChina

LIU Rui,et al.

(SchoolofProspecting&SurveyingEngineering,ChangchunInstituteofTechnology,Changchun130021,China)

Changbai gemstone is famous stamp stone in China,which is produced in the Mesozoic Triassic Upper Limestone Formation Tuff in Changbai Group,Jilin province China.The dickite is the main mineral composition in Changbei gemstone,the minerals such as kaolinite,pearlite,quartz,and so on are also common in the gemstone.The X-ray diffraction analysis affirms that the main composition of Changbai gemstone is dickite,and with some amount of kaolinite and quartz.Changbai gemstone and larderite in Fujian Province China are similar in mineral compositions.The refractive index value of Changbai gemstone is from 1.56 to 1.60,and the Hm value is from1.92 to 2.36.The density is from 2.61 g/cm3to 2.62 g/cm3.The Changbai gemstone has the dense,delicate,tough and smooth texture.The Changbai gemstone of high transparency is called pagodite,which is a rare seal stone carving material.

Changbai gemstone;larderite;dickite;mineral characteristics

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.023

2017-09-05

刘瑞(1963-)，男(汉)，吉林，教授，博士 主要研究宝石地质学。

P575

A

1009-8984(2017)03-0097-04