贺兰山含砂泥质板岩的矿物组成对其定名贺兰石的影响

2022-07-15薛俊辉王佳丽杨凡燕

中国宝玉石 2022年3期

薛俊辉，王佳丽，杨凡燕

宁夏回族自治区基础地质调查院，银川 750021

宁夏贺兰石是中国砚用名石之一，因产地而得名，为赋存于新元古界青白口系黄旗口组的灰紫色间灰绿色砂质板岩（图1）。因其古朴素雅的颜色外观、优良的雕刻加工性能和卓异的研墨效果，开发应用越来越广泛。前人对贺兰石的研究也不断深入，从宏观的岩石学特征、工艺性能、赋存特征（如王金敏等对工艺性能、赵福寿对赋存特征、黄帅等对贺兰石地质成因的研究），到利用现代大型分析仪器对贺兰石进行解析（如孟长峰等对贺兰石岩石矿物学特征的研究），都取得了一定成果。

图1 贺兰石Fig.1 HeLan Stone

前人的研究成果中，对贺兰石的矿物组成有比较一致的观点，认为宁夏贺兰石主要组成矿物为水云母—绢云母，次要矿物为褐铁矿（氧化铁质）、石英（砂质碎屑）、绿泥石和微量的赤铁矿、金红石、电气石等，但没有进行系统总结次要矿物对定名贺兰石的影响情况。宁夏地方标准《宁夏贺兰石》中对贺兰石的定义没有明确规定粉砂质板岩的主、次要矿物含量、粒径大小的范围及其分布状态如何时才能定名贺兰石。本文从研究贺兰石组成矿物赋存特征出发，探讨贺兰山含砂泥质板岩的矿物组成及对其定名贺兰石的影响。

1 样品的选取及基本特征

本次研究选取5 块颜色外观相近的具代表性的贺兰山含砂泥质板岩样品，对H-3、H-9、H-18 的灰紫色部分，H-8 的灰绿色部分，H-12 的灰紫色与灰绿色接触部分磨制光薄片进行岩矿鉴定；采用静水称重法进行比重测试，测量3 次取平均值，换算得到密度；采用矿物硬度计进行摩氏硬度的测定。样品的外观描述及力学测试结果见表1。

表1 含砂泥质板岩样品描述及力学测试数据Table 1 The sample description and geomechanical test data for the sand-bearing argillaceous slate

续表1

2 样品组成矿物在偏光显微镜下的显微特征

薄片鉴定仪器采用德国蔡司偏反光显微镜，型号为Axio Scope A1。实验条件为室温，测试单位为国土资源部银川矿产资源监督检测中心。研究样品结构构造、组成矿物的显微特征及各矿物之间的相互关系，是样品能否定名贺兰石的前提。样品组成矿物在偏光显微镜下的显微特征见图2。

2.1 水云母—绢云母

水云母—绢云母是构成样品的主要矿物，大多已重结晶为粒度＜0.01mm 的显微隐晶质鳞片状、假六方板状相互叠加的集合体，密集排列，定向分布，形成板理，具板状构造。水云母—绢云母与绿泥石相互杂乱堆积，界线不清（图2-a）。

云母类矿物内部具有特殊的层状结构，结构单元层之间借助大半径的阳离子紧密联系起来，有效地阻止水分子进入其晶格中，使结构单元层之间联系更为紧密。这种结构一方面使贺兰石具有较高的韧性，另一方面形成了贺兰石极低的孔隙度和低吸水率（0.19%~0.51%），从而表现出细腻温润的质地特征，也造就了贺兰砚“储墨不干”的砚用品质。

2.2 绿泥石

绿泥石是一种十分常见的中低温热液作用、浅变质作用和沉积作用的产物，是低级变质的特征变质矿物之一。绿泥石晶体呈假六方片状或板状，薄片具挠性，集合体呈鳞片状、土状，颜色随含铁量多少呈深浅不同的绿色。绿泥石在样品中呈细小鳞片、纤维状、叶片状集合体及隐晶状分散分布于水云母—绢云母间隙中，零星可见，略显定向分布，薄片中显淡绿色，与水云母—绢云母的细小鳞片相互叠加交错，边界不清（图2-b、2-c），是岩石灰绿色的颜色成因。

2.3 石英（碎屑）

图2 样品组成矿物在偏光显微镜下的显微特征Hyd-水云母；Chl-绿泥石；Q-石英；Hem-赤铁矿；Rt-金红石Fig.2 Samples' microscopic features under polarizing microscope Hyd-Hydromica；Chl-Chlorite；Q-Quartz；Hem-Hematite；Rt-Rutile

石英在样品中呈次棱角状—次圆状的粉砂及细砂碎屑出现，以粉砂为主，粒径0.004~0.03 mm，细砂粒径多数小于0.06 mm；石英呈他形粒状，多数沿板理方向定向较均匀镶嵌分布在水云母—绢云母、绿泥石中（图2-b、2-c)，薄片中无色，正低突起，干涉色一级灰白，含量在10%~20%，构成贺兰石的“锋”，起刮削研磨墨的作用。

2.4 氧化铁质（褐铁矿）

氧化铁质在样品中主要以褐铁矿形式存在，较均匀分布，红褐色，粒径0.01 mm 左右，呈细小微粒状、尘点状均匀分散分布，少量聚集呈球状斑点，浸染泥质矿物（水云母—绢云母）颗粒间或颗粒表面，形成氧化铁质薄膜，是导致岩石整体呈灰紫色的直接原因。氧化铁质（褐铁矿）在贺兰石中含量占比在10%左右，聚集成红褐色薄层状分布于灰紫色基质时成为“红刚贺兰石”品种（图3），红绿紫三色是雕刻贺兰石摆件的优良石材。

2.5 赤铁矿

赤铁矿在样品中主要分布在灰紫色部分，呈半自形—他形细小板状，反射率约23%~32%，具弱双反射，反射色为微带蓝色的灰白色，强非均质性，偏光色为蓝灰—黄灰，由于颗粒非常细小，粒径多数小于0.35 mm，内反射不明显。个别颗粒可见赤铁矿交代磁铁矿，留有少部分磁铁矿残余，形成假象赤铁矿，呈星散状及浸染状散布于岩石中（图2-d、2-e）。含量占1%~2%左右，与石英碎屑一起构成贺兰石的“锋”。

图3 红刚贺兰石摆件Fig3 Honggang Helan Stone

2.6 金红石

金红石广泛分布于各种变质岩中，常为分散细小的晶体，性质稳定。

金红石在样品中以碎屑的形式呈星散状分布，呈半自形—他形细小针柱状、不规则粒状，反射率约23%，显双反射，反射色为微带蓝色调的白色，可见白—灰白多色性，强非均质性，偏光色为灰—黄灰，由于颗粒非常细小，内反射可见呈淡黄褐色；粒径多数小于0.03 mm（图2-f）。

2.7 电气石

电气石化学性质稳定，常见于变质岩及砂矿中。

样品中的电气石呈不规则粒状、短柱状，主要分布在样品的灰绿色部分。薄片中电气石呈褐绿色，多色性明显，干涉色鲜艳，平行消光，粒径小于0.03 mm，含量极低，偶见，星散分布，显微镜下光片中未能显示。

光薄片鉴定结果表明，虽然5 个样品的颜色外观大致相同，结构构造及组成矿物基本一致，但由于主要矿物含量与次要矿物石英的含量、粒度以及氧化铁质的聚集状态不同，导致石质和力学测试数据上的微小差异，能否定名贺兰石，须依其具体情况而定。样品H-3、H-12、H-8 中水云母—绢云母的粒径小于0.01 mm，含量在65%以上，石英碎屑为粒径＜0.06 mm 的粉砂质石英,含量在5%~20%之间,摩氏硬度3~4，密度2.84 g/cm，质地致密、细腻润泽，可以贺兰石定名；样品H-9 的摩氏硬度4~5，质地较粗不均匀，与其水云母—绢云母的含量低（60%~65%）、石英碎屑含量高（20%~25%，粒径0.06~0.25 mm 的细砂占15%）并局部聚集成团块状有关，这类含砂泥质板岩就不能直接定名贺兰石；样品H-18 的密度为2.86 g/cm，与含量较高的氧化铁质（含量10%~15%）聚集成薄层状红刚有关，红刚以外的部分仍具质地细腻、硬度适中、可雕性强的工艺性能，可以贺兰石定名，需附注说明。

3 讨论

对贺兰山含砂泥质板岩能否定名贺兰石，须综合考虑岩石组成矿物的赋存特征，参考相关的力学参数，结合贺兰石市场的认可现状做出合理定名。

传统砚用贺兰石质地细腻、结构致密，一般为变余泥质结构、变余鳞片状结构；光泽柔和，一般为蜡状光泽，抛光良好可呈油脂光泽，硬度适中、可雕性强，颜色古朴素雅。随着贺兰山生态环境保护政策力度加大，贺兰石禁采，砚用贺兰石资源日渐稀缺，大量以前达不到砚石品质的、不被认可的品种（如H-9），虽石质较粗，均匀性较差，但具有贺兰石的颜色外观，经过产品设计成为其他种类工艺品，扩充了贺兰石除砚用外的范围。这些材质的应用，对市场管理部门和检测机构提出了挑战，有必要对这类石材进行研究，进而准确命名，对贺兰石资源的保护利用和消费者权益维护都有促进作用。

本文以贺兰山含沙泥质板岩的组成矿物在岩石中出现的空间分布状态为主线，以主次要矿物对贺兰石品质的影响为主要因素，对含砂泥质板岩命名贺兰石进行探讨（表2），对过渡品质的含砂泥质板岩定名贺兰石提出了建议。

3.1 主要矿物对定名的影响

绢云母—水云母是贺兰石的主要矿物，根据岩矿鉴定统计结果，水云母—绢云母粒径小于0.01 mm，含量不低于65%，是岩石石质致密、细腻润泽的内在因素，也是贺兰山含砂泥质板岩定名贺兰石的前提条件和决定性因素。

3.2 次要矿物对定名的影响

绿泥石在水云母—绢云母中均匀分散混杂分布，其在灰绿色部分的含量略高于灰紫色部分，是贺兰石灰绿色部分的致色矿物，形态多变的灰绿色提高了贺兰石品质质量，对含砂泥质板岩定名贺兰石没有影响。

石英碎屑作为贺兰石中的磨料存在，其粒度及分布状态直接影响石材的细腻程度、总体硬度和工艺性能等品质，是含泥砂质板岩能否定名贺兰石的关键。粒径＜0.06 mm 的粉砂级石英碎屑含量＜20%，且与其他矿物均匀分布时，不影响石质，不参与贺兰石定名；砂屑总量在20%~25%，其中粒径0.06~0.25 mm的细砂级碎屑含量在5%~10%时，石质较粗，硬度较高，工艺性能变差，对品质有一定的影响，但又可以加以利用，制作砚石以外的工艺品，提高资源利用率，这类含砂板岩不能直接定名贺兰石，但可以限制使用贺兰石名称，以“硬地贺兰石”定名；当石英碎屑在岩石中以下两种情况存在时不能定名为贺兰石：①砂屑总量占比大于30%；②粒径＞0.25 mm的中细粒级的石英碎屑导致岩石具明显的颗粒感，严重影响到了外观品质和内在性能。

在前人研究的基础上，通过岩矿光薄片鉴定结果统计总结了氧化铁质的两种赋存状态：一是分散态，呈褐红色尘粒状均匀浸染分布在水云母—绢云母表面，含量一般在5%~10%，是造成岩石具有古朴庄重的灰紫色外观的主要因素，提高了含砂泥质板岩的视觉美感，不影响含砂泥质板岩定名贺兰石。经过薄片显微研究认为氧化铁质在绿色基质中的含量低于灰紫色基质中的含量，这是本次研究对氧化铁质的空间分布状态提出的不同认识；二是集合体态，氧化铁质呈褐红色不规则薄层状（褐铁矿）与基质互层，定名时应该附注“红刚贺兰石”。若氧化铁质层的厚度较大或均匀分布时的含量＞15%，则影响到贺兰石认定的基本条件，此时含铁质砂质泥质板岩不能定名贺兰石。