皖南歙县砚石板岩赋矿层位地质特征及找矿方向：以双河口砚石矿床为例

任明军，周俊兰 , 秦伟, 杨晓勇

(1 安徽省地质矿产勘查局332地质队， 安徽黄山 245000 ;2 中国科学技术大学， 安徽合肥 230026)

0 引言

歙县双河口砚石板岩矿普查区位于歙县县城353°方位约35km处大谷运村双河口组，行政隶属歙县溪头镇管辖。

本区为中低山区，海拔高程在350～1130m之间；地势呈北西高，南东相对低的趋势。相对高差在200～550m之间，属中等切割区。

歙县是国家历史文化名城，位于安徽省南部，北倚世界著名风景区黄山，东邻浙江杭州。歙县古代就有开发砚石的悠久历史，歙砚与端砚、洮砚和沉泥砚一道为中国四大名砚之首，为历代文人墨客所青睐。然而，历史上一直没有针对砚石开展过系统的资源评价，本研究是首次对该矿床开展歙砚石开展地质调查，并获得客观的地质储量。 以双河口砚石矿床为例，通过地表工程揭露与钻探工程控制，圈定出砚石矿体8条。结合区域成矿条件，对皖南砚石资源的找矿方向进行了论述。

1 区域地质

研究区在大地构造上地处扬子板块东南边缘，江南造山带的北东倾伏端北东端。属历口基底构造区，基底构造线原为东西向，后改造呈北东向。据徐先兵等（2015）系统总结认为，江南造山带东段在晋宁期经历了南北两侧大洋俯冲和两期碰撞造山作用。新元古代早期（880～860 Ma）双溪坞岛弧与扬子陆块东南缘发生弧-陆碰撞作用，形成淡色花岗岩、高压蓝片岩、NNE向褶皱-逆冲构造以及弧后前陆盆地。新元古代中期（约850 Ma），扬子陆块北缘开始发育由北向南的大洋俯冲。随着俯冲作用的进行，弧后盆地发生关闭，扬子陆块与华夏陆块发生陆-陆碰撞并形成新元古代（820～810 Ma）江南造山带，导致近E-W走向褶皱-逆冲构造、韧性变形以及过铝质花岗岩的发育。研究认为江南造山带东段在约810 Ma开始发生后造山垮塌和裂谷作用，以发育南华纪早期（805～750 Ma）花岗岩、中酸性火山岩、基性岩以及裂谷盆地为特征。江南造山带东段万载—南昌—景德镇—歙县断裂带以南地区卷入了华南广西期造山作用，发育近E-W走向由南向北的逆冲构造（465～450 Ma）、NNE向正花状构造(449～430 Ma) 以及后造山近E-W走向韧性走滑剪切带 (429～380 Ma)。印支期造山作用导致了NNE向褶皱-逆冲构造和花岗岩的发育，并奠定了江南造山带东段的基本构造面貌（舒良树等；1995）。

研究区南东侧发育基底隆内凹陷—绩溪盆地，盆地受加里东及印支运动作用，形成北东向绩溪南华纪及后南华纪向斜（盆地）。研究区内西南方向外围，基底内发育青白口纪许村黑云母花岗闪长岩；区内以北和以东外围，发育晚侏罗世旌德花岗闪长岩体和石屋花岗斑岩。图1是歙县双河口地区区域地质矿产图。

1.1 地层

普查区地层按照“安徽省地层区划”，属华南地层大区杨子地层区江南地层小区，主要地层分为前南华纪基底地层、南华纪及后南华纪沉积盖层和中生代红层三部分(安徽区域地质志,1987）。

区域与歙砚资源有关的地层为中元古界基底地层，主要有牛屋组（Pt2n）、大谷运组(Pt2d)和晚元古界青白口系的镇头组（Qnzh）。

区内主要基底地层特征归纳如下：

图1 歙县双河口地区区域地质矿产图（□工作区）Figure 1. Regional geological and mineral map of the Shuanghekou area in Shexian County (□ working area)

牛屋组（Pt2n）：以斜坡相浊积岩为主，分下、上两段。牛屋组下段（Pt2n1）分下、中、上三部分，厚1383.41m。主要又中层岩屑砂岩—薄层细砂粉砂岩和硅质板组合构成的组合带夹来绿色厚至块层状岩屑砂岩、板岩。单个中层砂岩—板岩组合厚约几十cm，由数十个至百余个上述组合的构成了厚约几十米至近百米的组合带，是下部最具代表性的主体层体。组合带间所夹的厚至块层状砂岩层厚0.8～3.0m，所夹板岩厚10～20cm，往往呈单个或几个组合尖灭于上述主体的组合带中。

牛屋组上段（Pt2n2）：由灰黑色板岩夹灰色中厚层砂，灰色中厚层砂岩夹灰黑色板岩或砂岩、板岩互层。厚459.53m。其组合形式有砂岩与板岩的单层韵律，也有砂岩、板岩的层系互层。砂岩单层厚30-180cm，一般50～100cm，板岩单层厚3～20cm。每个层系互层厚10～20cm，一般15cm左右。砂岩主要由岩屑、长石及少量石英组成，板岩主要由泥质、绢云母及粉砂组成。

大谷运组(Pt2d) :大谷运组以浅水陆棚相沉积为主，是赋存砚石板岩的地层单位。分上、下两部分。

大谷运组下部 ：厚1450m，由暗紫色沉凝灰岩与灰黑色凝灰质板岩往往呈韵律相伴产出，沉凝灰岩厚至块层状，层厚80～150cm，最厚可达3m以上，块层状凝灰岩往往不发育粒序层理，中至厚层凝灰岩的中上部明显具粒序特征，并发育平行层理，底面见冲刷构造及火焰状构造；凝灰质板岩厚约3～10cm，有的发育水平层理，有的不发育水平层理。

沉凝灰岩由棱角状的石英、长石晶屑、火山熔岩岩屑等火山物质组成，胶结物主要为绢云母、绿泥石及火山灰等。沉凝灰质板岩除细碧质的熔岩外，尚有凝灰质岩屑及长石、石英晶屑，由泥质、火山凝灰质胶结。

大谷运组上部 ：厚2013.69m。底部灰绿色、青灰绿色，中厚层岩屑砂岩、粉砂岩夹同色千枚状板岩。砂岩内发育递变层理，底部为砂岩(少量含细砾砂岩)，向上递变为细砂，再向上夹板岩。下部青灰色中层砂岩与黑色板岩互层。砂岩单层厚10～30cm，少量小于10cm或大于50cm，内部见不甚明显的砂、细砂递变层，粒序已不明显；板岩厚10～20cm，少量达厚层，总体看砂岩与板岩几乎成等厚互层，层面平整，韵律明显。该层板岩为较好的砚石板材。中部浅灰色中厚层砂岩来微层深灰色粉砂岩板岩。砂岩单层厚30～40cm，板岩厚0.5～10cm。有单层砂岩夹板岩，也有2～3层甚至数层砂岩夹1层板岩，总体是砂岩厚度占绝对优势。

图2 歙县双河口砚石板岩矿区地质简图Figure 2. Geological sketch of the Shuanghekou inkstone slate district in Shexian County

上部为黑色薄至中层板岩、含星散状黄铁矿砂板岩、条纹状板岩夹灰色薄—厚层砂岩。砂岩和板岩均不发育递变层。该层板岩为良好的砚石板材。

镇头组（Qbzh）:下部紫灰、深灰中至厚层状沉凝灰岩、夹砂砾岩夹层，底部为砾岩、含砾凝灰质砂岩、凝灰质砂岩。上部青灰绿色，中厚层岩屑砂岩、粉砂岩夹同色千枚状板岩，青灰色中层砂岩与黑色板岩互层。

1.2 区域构造与岩浆活动

普查区在大地构造上地处扬子板块东南边缘，江南造山带的北东倾伏端北东端。属历口基底构造区，基底构造线原为东西向，后改造呈北东向。普查区南东侧发育基底隆内凹陷—绩溪盆地，盆地受加里东及印支运动作用，形成北东向绩溪南华纪及后南华纪向斜（盆地）。

区域上岩浆岩有许村黑云母花岗闪长岩、许村复合岩墙群，侏罗纪第一阶段石屋斜长花岗斑岩，侏罗纪第二阶段为旌德黑云母花岗闪长岩。

上述岩浆活动，对歙县龙潭砚石的热变质改造具有一定的影响。

2 矿床地质

歙县双河口砚石板岩矿区处于旌德(许村)断裂与汪满田韧脆性平移断层之间，断裂构造不发育。地层以大谷运组的浅变质碎屑岩系为主，岩浆岩不发育。地质概况见矿区地形地质图(图2)。

2.1 含矿层位调查

普查区地层出露单元较少，自南至北出露地层为中元古代大谷运组(Pt2d)、青白口纪镇头组（Qnzh）和南华纪休宁组（Nh1x）。

矿区大谷运组（Pt2d）地层是赋存砚石板岩。区域上该地层层位分上、下二部分。下部暗紫色沉凝灰岩与灰黑色凝灰质板岩呈韵律相伴产出，部分为中厚层凝灰质（硅化）硅质岩、条纹状硅质板岩；上部为岩屑砂岩、粉砂岩夹千枚状板岩和浅灰色砂岩、板岩。综观该组地层，经历了由沉凝灰岩→硅质岩→岩屑砂岩、板岩的沉积变化过程。沉积环境发生了由浅水相向深水相的转移后又向浅水体、强水流、弱补给和较高成熟度的滨岸相砂岩沉积。产微古植物化石，厚约3279～3464m。

大谷运组中夹有多层板岩，岩层板理面平整，是理想的歙砚砚石资源。

大谷运组下段(Pt2d1)：厚1450m，暗紫色沉凝灰岩与灰黑色凝灰质板岩往往呈韵律相伴产出，沉凝灰岩厚至块层状，层厚80～150cm，最厚可达3m以上，块层状凝灰岩往往不发育粒序层理，中至厚层凝灰岩的中上部明显具粒序特征，并发育平行层理，底面见冲刷构造及火焰状构造；凝灰质板岩厚约3～10cm，有的发育水平层理，有的不发育水平层理。

大谷运组上段(Pt2d2)：分布范围占普查区的80%以上，面积约7.7km2，在本矿区自下往上(自南向北)可分为四个岩性层,依次为：

A层 Pt2d2（A）：灰绿色砂岩夹青灰绿色千枚状板岩厚588.20m

粉砂岩，灰黑色，粉砂质结构，块状构造，主要以粉砂碎屑及石英组成，单层厚2～10cm。

B层 Pt2d2（B）：青灰色中层砂岩与黑色板岩互层厚417.37m

砂岩单层厚10-30cm，少量小于10cm或大于50cm，内部见不甚明显的砂、细砂递变层，粒序已不明

C层 Pt2d2（C）：浅灰色中厚层砂岩夹薄层深灰色粉砂质板岩 厚766.47m

D层Pt2d2（D）：以粉砂质板岩为主，其中夹有少量粉砂岩，该段砚石板岩发育，1号主矿体即位于此层内(北区)，部分地段已被开采利用(龙潭砚石矿) 厚411.72m

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2.2 矿区构造调查分析

普查区处于汪满田大型倒转扇形背斜褶皱的倒转翼，大谷运组地层倒转，倒转褶皱轴面倾向南东，倾角陡。

矿区内断裂构造不发育，仅部分单点见到断裂破碎，规模较小。

普查区裂隙、节理构造较发育。沿北东向板理劈理发育，常见板理错动擦痕。岩石节理裂隙较发育，通过对1号矿体进行7个节理裂隙调查统计，编制了节理测量统计玫瑰花图(图3)。

双河口普查区节理较明显特征如下：

（1）受风化作用影响，浅表裂隙劈理发育。板岩在地表或山脊处常风化成碎裂瓦片状密集排列，当地常用其中较大者当做屋瓦使用；在沟谷底部或较新鲜基层出露地段，常见条纹条带状黑色板岩与灰黑色板岩互层，节理裂隙不发育。根据钻孔岩心揭露情况看，风化影响地表以下5.6m范围内比较严重，岩石破碎强烈；在个别山坡处可深至16m左右。

图3 矿区节理走向玫瑰花图Figure 3. Rose diagram of the trends of joints in the mineral district

（2）受重力影响，垂直岩层在近地表常沿山坡向下倾斜，造成岩层产状变缓的假象(图4-1)；岩石中常见顺坡向发育的褶节理，呈台阶状下倾（图4-2)。该组节理沿伸较长，一般数十米，垂向间距1-2m不等。

（3）岩石节理裂隙受岩石埋深影响明显，近地表裂隙节理发育，其规模以数十厘米居多，数米以上者较少；地下5米左右，节理裂隙明显减少(图4-3、图4-4)，数十厘米长与数米以上者数量相差较少。

2.3 围岩蚀变

矿区区内围岩蚀变较弱，因没较大的火成岩出露，岩石基本未发生较强烈的热液蚀变。蚀变主要为绢云母化、绿泥石化、硅化、钠长石化、黄(褐)铁矿化和高岭土化等。

图4 矿区岩层野外露头照片Figure 4. Outcrops of the rock beds in the mineral district

绢云母化：绢云母化普遍发育。绢云母呈显微鳞片变晶交代斜长石斑晶、基质，或胶结物重结晶为绢云母，绢云母显微鳞片变晶多呈定向分布。常与绿泥石相共生。

绿泥石化：绿泥石化较发育。绿泥石呈显微鳞片变晶交代辉石斑晶、基质及少量斜长石斑晶、基质。绿泥石显微鳞片变晶多呈定向分布。

硅化：原岩中的石英碎屑次生加大，玻屑脱玻化为细小(0.05mm)石英集合体；原胶结物重结晶为细小石英颗粒，石英呈显微微粒变晶镶嵌。偶见斜切岩石板理面，缓倾角的无根透镜状石英脉(或团块)。

钠长石化：原岩中胶结物重结晶为细小钠长，钠长石呈显微微粒变晶镶嵌。

黄(褐)铁矿化：黄铁矿呈细小颗粒零星分布，或呈薄膜状分布于板(劈)理面，或细小脉状沿岩石节理贯入。风化后褐铁矿化。

高岭土化：高岭土化为非晶质的黏土矿物，发育于近地表，常见于岩石板(劈)理面和节理面。

2.4 矿体特征

歙县双河口砚石板岩普查矿种为砚石板岩。 砚石板岩矿体总体呈深灰色，薄至中层板岩、含粉砂质板岩，板理面平整，延伸长，典型板状构造。主要矿体成分绢云母、绿泥石，细微粒砂质。岩石单层厚10～15cm，以12～13cm为主，产状陡立。砚石板岩呈层状产出，其产状与岩层产状一致。砚石板岩具有层数多、规模大的特征。

本次工作共发现5条矿(带)体，其中主矿体1条（1号矿体），次要矿体4条（2号-8号矿体）。双河口矿区砚石矿体全部产于大谷运组上段，其中1号、4号、5号、6号和7号矿体，赋存于北区大谷运组上段D层(Pt2d2(D)),2号矿体、3号矿带和8号矿体，赋存于南区双河口村附近大谷运组上段B层(Pt2d2(D))。

以主矿体1号矿为例，其特征详述如下：

1号矿体位于普查区北西部，赋存于大谷运组上段D层Pt2d2（D），出露于矿区北东段光龙培—中部湾塘—南西端东寺一线(图5-a，b)。矿体由深灰色、灰黑色薄至中层绿泥绢云板岩、含粉砂质绢云板岩组成。单层厚10～18cm，主要厚度12～13cm，板理发育，由薄中层板岩构成板岩层系，层系厚约7m。板岩层系特征清晰，见砚石板岩层系柱状图（图5-c）。

1号矿体出露形态呈条带状，赋存大谷运组上段D层Pt2d2（D），呈板状顺层产出。从光龙培至东寺断续出露，长度大于2400m,总体走向北东60°，倾角近直立，北东段略倾向北西(产状322°∠82°)，南西段略倾向南东(产状1 5 1°∠8 7°)。出露标高+760～+420m,钻孔控制矿体底板标高+554.22～+318.83m。矿体顶底板为粉砂质板岩。沿1号矿体走向上地表施工有11条探槽， 7处剥土和3个浅井工程控制。并在倾向上施工10个钻孔，钻孔总进尺1500m，对其延深进行控制。各工程见矿厚度2～20m不等，实际控制走向长度2000m，倾向控制延深60～100m不等。1号矿体从矿区北东端跨越到矿区南西端，长度大于2km。在不同地段其厚度有所不同，地表沿走向变化范围在2.08～20.05m之间，平均9.02m；钻孔内变化范围在2.87～10.77m，平均7.2m。1号矿体倾向上变化范围不大，除1线和23线变化较大外，其余各线基本无多大变化，矿体厚度变化系数52.09%，矿体厚度稳定。其特征符合层控型沉积变质矿床特点。

图5 歙县双河口湾塘采坑砚石板岩1号矿体露头及岩层序柱状图Figure 5. Outcrop of the inkstone slate body No.1 and rock sequence column in the Wantang quarry, Shuanghekou, Shexian County

双河口砚石矿床为沉积浅变质型层状矿床，Ⅰ号矿体规模大，长度大于2000m，形态比较简单，矿区断裂构造不发育。依据设计和沿矿体从北东段至南西段分布的5个砚石矿老采坑，以及专家建议沉积型层控矿床的特征，采用的勘查控制网度为100m×200m，以此布置探矿工程，对矿体进行控制是可靠的。

先期进行了部分砚石料试雕，打磨出不同种类砚石标准样和部分基本样。在各控制工程中采取基本样，进行测试并与标准样进行对比，基本样控制间距≤5m，以此来圈定矿体。相邻勘探线中的工程控制矿体，按照矿体走向自然连接，其中有夹石的剔除。同一勘探线中，地表工程和钻孔中的矿体，依据矿体倾角进行连接。矿体连接的依据充分。

3 矿石品级

矿石品级划分的原则一是根据其用途，二是矿石尺寸(块度)。主要依据《石砚》规范(QB/T 1751-1993)及《歙砚》(DB 34/1378-2011)进行分类。其中规格砚包括长方、正方、圆、几棱、椭圆等，一般长方形、正方形规格砚长度范围在76～305mm之间；圆形规格砚直径范围在102～254mm之间；菱形、椭圆形规格砚长度范围在76～254mm之间；厚度大于2cm依据为《歙砚》(安徽省地方标准DB 34/1378-2011)、《石砚》(中华人民共和国轻工行业标准QB/T 1751-1993)；随形砚不做要求。因歙砚的分类不同，砚石的品级划分比较复杂。歙砚按用途可分为书画用歙砚和工艺收藏品歙砚；按外形可分为规格歙砚和随形歙砚。结合两种划分方法，可将矿石品级进行大致的品级划分。

双河口矿区的砚石品级可大致分为：特等品、一级品、二级品、三级品四个品级。

（1）特等品：石质细腻，块度达到50cm×40cm×5cm以上；或可用于书画砚，并满足二级品以上尺寸的。

（2）一级品：石质较细腻，块度达到40cm×30cm×3cm。

（3）二级品：石质较细腻，块度达到30cm×20cm×3cm。

（4）三级品：石质细腻，块度达到10cm～20cm×10cm×2.5cm；并满足书画用砚要求。

矿石的各品级分布相互交叉，规律性不强，难以区分。但根据其石质大致可总结出如下几方面特点：一是特等品大多分布在灰黑色-黑色，绢云母含量较高的绢云板岩层中。二是砚石块度直接决定其品级，近地表因受物理化风作用影响，其砚石块度相对较小。特等品一般分布在地表3～5m以下。三是开采方式和方法的不同，直接影响砚石的品质等级。人工开采远远优于爆破方式开采。向以往开采人了解，四种品级占比约为1∶2∶2.5∶4.5。

大谷运组以浅海相韵律型砂板岩为主，总体浅海相层状有序浅变质岩系。双河口矿区砚石矿即产于大谷运组上段，矿层及围岩受其地层层序控制。岩性为中-薄层灰黑色板岩或含粉砂质板岩与粉砂质板岩或粉砂岩互为韵律层序组合比较多，其中以符合工业指标的灰黑色-黑色板岩与灰黑色含粉砂质板岩圈定为砚石矿体；不符合质量要求的为近矿围岩。围岩大多为单层中微层理构造发育的黑色板岩或含粉砂质板岩、中-薄粉砂质板岩和粉砂岩，它们与矿体产状一致，与矿体界线较明显。根据开发利用情况，单层板岩厚小于3cm的岩层可视为夹石，因此，夹石偏多。

4 矿床成因及找矿标志

4.1 矿床成因

中元古代，双河口地区处于大陆边缘海构造部位，沉积了一套陆棚相至滨岸相的碎屑砂岩与泥岩互为韵律的巨厚类复理石建造大谷运组。进入青白口纪，地壳进入全面活动期，区内镇头组夹有火山喷发和沉凝灰砾岩沉积。

青白口纪末，由于北西—南东向剪切拉张力偶作用，形成了复合岩墙群。

晋宁期，在区域南北挤压收缩构造和晚期南东向北西挤压缩短构造的共同作用下，大谷运组、镇头组基底地层出现叠加褶皱，岩石以弯曲滑动、韧性变形为主。主构造线呈北东向，区域变质为亚-低绿片岩相。

泥质岩在成岩阶段主要发生压实作用和矿物成分的转变。软泥中富含水，其水分多达总体积的70%～90%。在上覆地层(本地砚石的母岩厚达数千数)和压实作用下，排出大部分的水，在深度1km左右，泥质沉积物仅含30%的水，此时已形成泥质岩。随沉积层的增加，埋深加大，发生不同程度的脱水作用，最后泥质同中只剩下百分之几的水。

矿物成分的转变主要是由于温度的升高发生。蒙脱石在地温为75～95℃时，开始变成混层黏土(如蒙脱石—伊利石)，地温增至150℃以上时，逐渐伊利石和绿泥石。高岭石在100℃以上时，当孔隙溶液中K：H的值升高时，转变成伊利石。当过江到初始变质(温度为200～300℃，压力为1×108～2×108Pa)时，可出现叶蜡石和浊沸石。随着初始变质程度和加强和继之而的低级变质作用，最后，伊利石、绢云母和绿泥石代替。已知双河口砚石中含有大量绢云母，说明其成岩阶段已进入伊利石转化为绢云母阶段，即成岩温度可能高于300℃，压力在2×108Pa以上。推测砚石的变质成岩深度可能在地表万米以下，即在地下10km演化变质而成(周俊，2017年)。

此后，经过数亿年地质历史变迁，通过地壳运动的抬升与风化剥蚀，形成今天的双河口砚石矿床。

歙县双河口砚石板岩矿床成因类型为层控型的高变形低变质沉积变质型矿床。

4.2 找矿标志

双河口砚石板岩矿砚石为区域浅变质作用形成，砚石的形成主要与原岩的泥质成分含量有关。区域上可找寻赋存黑色板岩的地层，比如沉积环境相差不大，变质程度相似的中元古代-青白口纪的牛屋组、大谷运组、镇头组等板岩相对发育层位。本矿区大谷运组上段部分岩性层满足这个要求， B层和D层岩性以灰黑色、黑色薄-中层板岩、含粉砂质板岩密切共存或为互层，相对而言，灰色粉砂岩、灰色、灰绿色岩屑细砂岩较少，是砚石赋存地段。而A层和C层岩性以岩屑细砂岩和粉砂岩为主，少或偶含有黑色板岩、粉砂质板岩。

本矿区最主要的找矿标志是向当地人咨询和寻找老采坑，以往前人采挖的地段，石质相对都比较好。其次是寻找砚石矿露头，沿沟谷露头好的地段，通过肉眼观察，很好区分黑色板岩砚石矿层，通过地质队员三件宝，结合砚石石质手感细腻如肤的特征，基本可以确定是否为砚石矿。砚石呈层状矿体，再沿走向进一步追索，能大致了解矿体的规模。