何 欽， 肖蛟龍， 雷 靂， 范小軍， 李 江

(湖北省地質(zhì)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，湖北 宜昌 443100)

國(guó)畫石是指巖石經(jīng)過(guò)打磨拋光后表現(xiàn)出具有濃墨山水畫面特征的藝術(shù)品，其畫面包括奇花異草、古樹松林、溪流瀑布、高山湖泊等，形似中國(guó)山水畫而得名[1]。中國(guó)國(guó)畫石的種類繁多，以往關(guān)于國(guó)畫石的相關(guān)成果主要體現(xiàn)在觀賞性、藝術(shù)性的評(píng)價(jià)，對(duì)國(guó)畫石成因研究尚顯不足，成因分析多為一筆帶過(guò)，缺少相應(yīng)的分析依據(jù)。2015年通過(guò)實(shí)施湖北省地質(zhì)局科研項(xiàng)目“鄂西地區(qū)灣潭國(guó)畫石地質(zhì)特征及開發(fā)前景研究”，在五峰灣潭鎮(zhèn)開展了國(guó)畫石的野外調(diào)查工作，完成了主量、微量及稀土元素的測(cè)定和流體包裹體測(cè)試分析，并對(duì)灣潭國(guó)畫石成因進(jìn)行了分析研究，加深了對(duì)國(guó)畫石這一類非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)，有利于指導(dǎo)本區(qū)域國(guó)畫石下一步的找礦工作。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

灣潭國(guó)畫石礦位于揚(yáng)子陸塊區(qū)(Ⅰ級(jí))—上揚(yáng)子古陸塊(Ⅱ級(jí))—上揚(yáng)子南部被動(dòng)邊緣褶沖帶(Ⅲ級(jí))—八面山臺(tái)地褶皺帶(Ⅳ級(jí))，地層屬揚(yáng)子區(qū)上揚(yáng)子分區(qū)八面山小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層出露較齊全，變質(zhì)巖地層主要是在南部出露少量中元古界西岔河組，沉積巖地層由老至新從震旦系至第四系均有分布，其中與國(guó)畫石密切相關(guān)的地層為奧陶系[2]，巖性主要為深灰、灰綠色薄—中層狀泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r。

灣潭地區(qū)構(gòu)造以斷層和褶皺為主(圖1)，按其走向可劃分為兩組：一組走向?yàn)楸睎|東向(NEE)；另一組走向?yàn)楸北睎|向(NNE)，在上述兩組構(gòu)造轉(zhuǎn)折部位多發(fā)育次級(jí)NE向弧形褶皺和斷層。研究區(qū)構(gòu)造包括長(zhǎng)毛江背斜、下洞坪向斜和八方界斷裂，正好是構(gòu)造集中地段。

①.長(zhǎng)毛江背斜；②.下洞坪向斜；③.東山峰復(fù)式背斜；④.后河背斜；⑤.馬棚嶺向斜；⑥.大安場(chǎng)向斜；⑦.八方界斷裂；⑧.青官渡斷裂；⑨.自生橋斷裂圖1 研究區(qū)構(gòu)造綱要圖Fig.1 Structural outline map of the study area

2 地質(zhì)特征

2.1 賦礦地層

根據(jù)野外調(diào)查及坑道編錄資料，灣潭國(guó)畫石賦礦地層為奧陶系大灣組(O1d)、牯牛潭組(O2g)和寶塔組(O2-3b)，其中又以大灣組國(guó)畫石質(zhì)量最佳。國(guó)畫石礦體由紋層狀方解石細(xì)脈和基體(圍巖)兩部分組成(圖2)，圍巖巖性主要為泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r、龜裂紋灰?guī)r和生物碎屑灰?guī)r。礦體的產(chǎn)出既有層控特點(diǎn)，也與褶皺構(gòu)造密切相關(guān)(如圖3所示)。背斜兩翼均為國(guó)畫石產(chǎn)出部位，單層礦體厚度一般為0.2～0.5 m，層數(shù)一般為2～6層，礦體總厚度1.0～8.0 m(以大灣組為例，地層總厚度為93.54 m，礦體最好地段總厚度為7.97 m)，沿走向礦體延伸長(zhǎng)度一般為20～60 m，礦體規(guī)?？傮w較小。

2.2 地質(zhì)特征

灣潭國(guó)畫石由紋層狀方解石細(xì)脈(畫面的主體部分)和基體(其底部支撐作用)兩部分組成，畫面石原料經(jīng)過(guò)打磨、拋光等一系列工序后在方解石底面上呈現(xiàn)出形態(tài)各異、蘊(yùn)含中國(guó)山水畫特色的生動(dòng)圖像，因而稱之為國(guó)畫石，其中紋層狀細(xì)條紋起到“墨”或“線條”作用，厚度一般為0.5 mm左右，而白色方解石則充當(dāng)“背景畫紙”的作用[2]，單層方解石厚度一般在2～10 mm。方解石細(xì)脈和其他顏色的細(xì)紋層(泥質(zhì)含量較高)共同組成了畫面石的紋層狀構(gòu)造。野外觀察可見縫合線構(gòu)造(圖2)，巖礦鑒定鏡下可見碎裂結(jié)構(gòu)(圖3)。

圖2 紋層狀方解石細(xì)脈Fig.2 Lamellar calcite veinlets

圖3 鏡下方解石碎裂結(jié)構(gòu)Fig.3 Fragmentation structure of calcite under microscope

根據(jù)方解石細(xì)脈與圍巖產(chǎn)出關(guān)系，灣潭國(guó)畫石可被分為兩類：第一類是紋層狀方解石細(xì)脈沿層面裂隙順層充填，延續(xù)性較好，也是國(guó)畫石主要的產(chǎn)出類型；第二類是方解石細(xì)脈沿層間揉皺面斜切地層或直接切穿地層，方解石細(xì)脈呈網(wǎng)紋狀、放射狀，沿褶皺不同方向裂隙發(fā)育，產(chǎn)出的方解石細(xì)脈較純凈(缺少細(xì)紋層構(gòu)造)，連續(xù)性較差，一般不滿足國(guó)畫石選料要求。由此可見，國(guó)畫石礦體受地層和構(gòu)造共同控制，其中褶皺發(fā)育地段沿層間裂隙充填的國(guó)畫石質(zhì)量最佳(圖4)。

圖4 大米埡礦區(qū)KD1坑道素描圖 (300～370 m)Fig.4 Sketch of tunnel KD1 in Damiya mining area

按照方解石紋層顏色，灣潭國(guó)畫石可分為紫紅、灰綠和黑色三類，其中黑色多分布于寶塔組，灰綠、紫紅色主要賦存于大灣組、牯牛潭組，紋層顏色與基體顏色總體一致。

3 巖石地球化學(xué)和流體包裹體分析

本次采集樣品在湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心進(jìn)行主量、微量和稀土元素地球化學(xué)分析，兩件樣品均采自灣潭鎮(zhèn)鎖金山村采礦坑道奧陶系大灣組，其中B1采自礦體部分，B2采自近礦圍巖(即基體部分)。同時(shí)，在同一坑道還選取了2件國(guó)畫石礦體樣品在中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局武漢地質(zhì)調(diào)查中心進(jìn)行流體包裹體測(cè)試，其中BG1采自大灣組(為紫紅色類型樣品)，BG2采自寶塔組(為黑色類型樣品)。

3.1 主量元素分析

樣品主量元素的測(cè)定成果如表1所示。根據(jù)礦體和圍巖主量元素含量對(duì)比，礦體部分方解石細(xì)脈具有高CaO、CO2特點(diǎn)，與礦石主要礦物成分為方解石相吻合。根據(jù)Taylor等[3]的研究，礦體SiO2/Al2O3比值為4.07，>3.6，推測(cè)物源為陸源，且是由熱液作用引起。

表1 主量元素分析結(jié)果表(%)Table 1 Analysis results of principal elements

3.2 稀土元素分析

樣品稀土元素分析結(jié)果見表2，稀土元素標(biāo)準(zhǔn)化配分模式如圖5所示，分析如下：

表2 稀土元素分析結(jié)果表(10-6)Table 2 Analysis results of rare earth elements

(1) 兩個(gè)樣品輕稀土LREE含量為0.38×10-6～142.43×10-6，重稀土HREE含量為6.16×10-6～11.78×10-6。根據(jù)李定龍等[4]的研究，如果LREE>20×10-6或HREE>4×10-6，可以判斷該巖石屬于未溶蝕巖或微溶蝕巖，這一結(jié)論與野外實(shí)際情況相符。

(2) 據(jù)圖5所示，灣潭國(guó)畫石樣品的稀土元素配分模式表現(xiàn)輕稀土配分曲線斜率較大，右傾趨勢(shì)明顯，說(shuō)明輕稀土富集，元素之間的分餾程度較高；而重稀土總體表現(xiàn)較為平坦，說(shuō)明重稀土富集，元素之間的分餾程度較低[5]。因此，灣潭國(guó)畫石稀土元素配分模型為輕稀土富集、重稀土虧損型。

圖5 灣潭國(guó)畫石稀土元素配分模式圖Fig.5 REE patterns map of Wantan painting stones

(3) B2樣品(圍巖)δEu為0.69(<1)，中度虧損Eu；兩個(gè)樣品δCe為0.63～0.83，平均為0.73，略微偏低，虧損現(xiàn)象不明顯。

3.3 微量元素分析

微量元素測(cè)定結(jié)果如表3所示。

表3 微量元素分析結(jié)果表(10-6)Table 3 Analysis results of trace elements

(2) 物源區(qū)判別：根據(jù)朱志軍等[8]關(guān)于原巖物源區(qū)的判別，在物源區(qū)判別圖(圖6)上，B2樣品投點(diǎn)落于平均上陸殼附近，顯示其母巖物質(zhì)為陸源，結(jié)果與主量元素判定相同。

圖6 物源區(qū)判別圖Fig.6 Discrimination diagram of provenance area

(3) 由于后期可能受到構(gòu)造或熱液等作用的影響，國(guó)畫石礦床部分微量元素發(fā)生分散、遷移，改變了元素的初始含量，因此本次選用B2(圍巖)來(lái)判別原巖的沉積環(huán)境。其Sr/Ba值為0.073，遠(yuǎn)遠(yuǎn)<1，反映當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為淡水介質(zhì)[9];V/(V+Ni)值為0.59(貧氧環(huán)境為0.46～0.60)，判定當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境為淡水貧氧環(huán)境[10]。

3.4 流體包裹體分析

流體包裹體分析結(jié)果如表4所示。由表4可知，兩件方解石流體包裹體樣品均由氣液兩相物質(zhì)組成，爆裂溫度在100～350℃。結(jié)合野外巖礦鑒定，認(rèn)為兩件樣品成礦溫度以中、低溫為主；流體包裹體主要?dú)庀喑煞譃樗魵?H2O)，其次為CO2氣體；液相成分主要由Ca2+、Mg2+組成，其次為Na+、Cl-、和SO42-等離子，液相成分富鈣鎂而貧鈉，總體反映了流體與碳酸鹽圍巖發(fā)生的較充分的水巖反應(yīng)。

表4 流體包裹體物質(zhì)組分一覽表Table 4 List of material components of fluid inclusions

4 成因初探

以往關(guān)于國(guó)畫石成因的觀點(diǎn)有熱液成因和重熔結(jié)晶成因兩種認(rèn)識(shí)[11]。結(jié)合灣潭國(guó)畫石地質(zhì)特征及地球化學(xué)成果，本次工作認(rèn)為其成因?yàn)闃?gòu)造+熱液成因，依據(jù)有以下幾點(diǎn)：

(1) 礦體多呈似層狀、透鏡狀產(chǎn)于奧陶系中，其分布與斷裂、裂隙具有較密切的聯(lián)系，與圍巖界線清楚，呈突變接觸(圖7)，是熱液成因礦床的典型特征之一。

圖7 礦體與圍巖接觸關(guān)系Fig.7 Contact relationship between ore body and surrounding rock

(2) 礦體中細(xì)紋層的線條與圍巖層理總體一致，顏色相同，宏觀上沒有重熔結(jié)晶現(xiàn)象，且鏡下也沒有明顯的重熔結(jié)構(gòu)。

(3) 根據(jù)SiO2/Al2O3比值與微量元素對(duì)物源的判定，礦體的形成與熱液作用緊密相關(guān)；礦體與圍巖微量元素帶入、帶出能力的比較，也間接證明熱液與圍巖存在著物質(zhì)交換。

(4) 流體包裹體測(cè)定成礦溫度為100～350℃，成礦溫度屬中低溫，圍巖蝕變較弱，多見方解石化，成礦溫度遠(yuǎn)未達(dá)到方解石的重熔結(jié)晶溫度。流體包裹體液相成分也反映了成礦流體與碳酸鹽圍巖發(fā)生了較充分的水巖反應(yīng)。

綜上所述，本文認(rèn)為礦區(qū)早期構(gòu)造提供了成礦熱液運(yùn)移通道和容礦空間，后期熱液沿深部斷裂及裂隙遷移，并與圍巖發(fā)生一定程度的水巖作用，沿裂隙或褶皺面平行層理貫入(因而礦體產(chǎn)狀與地層產(chǎn)狀總體一致)，當(dāng)達(dá)到適宜溫壓條件時(shí)，晶體開始結(jié)晶沉淀，形成方解石細(xì)脈。同時(shí)在熱液貫入地層的過(guò)程中，熱液與原裂隙或?qū)用骈g的殘留紋層(或裹挾部分圍巖物質(zhì))發(fā)生接觸交代作用，形成絹云母、綠泥石等礦物，方解石細(xì)紋層與泥質(zhì)紋層共同組成了國(guó)畫石的紋層狀構(gòu)造。

5 對(duì)比研究

目前市場(chǎng)上較為知名的國(guó)畫石有云南點(diǎn)蒼大理石、廣西來(lái)賓草花石、山東臨朐棗花石、湖北三峽畫面石以及灣潭國(guó)畫石。

5.1 點(diǎn)蒼大理石

點(diǎn)蒼大理石最早發(fā)現(xiàn)于中國(guó)西南部的云南省大理市蒼山，點(diǎn)蒼大理石從元初開始就被制作成觀賞石屏[12]，經(jīng)加工后其花紋顯現(xiàn)出似鳥、似龍、似鳳、似鶯、似鶴等多種多樣的動(dòng)物形態(tài)，故又被稱為鳳凰石、屏石(照片1)。點(diǎn)蒼大理石常見以白色底子(多為灰?guī)r、白云巖的變質(zhì)礦物)為基礎(chǔ)，其他元素如紅色、黃色、黑色等構(gòu)繪出絢麗多彩、純天然的畫面，形象生動(dòng)、妙趣橫生，按其圖案顏色可分為彩花、蒼白玉和云灰。以往資料顯示點(diǎn)蒼大理石的成因?yàn)樽冑|(zhì)成因，原巖為中元古代碳酸鹽巖，經(jīng)歷了一定程度的區(qū)域變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用而形成，變質(zhì)程度中等[13]。

照片1 點(diǎn)蒼大理石——“鷹擊長(zhǎng)空”Photo 1 Diancang marble—Eagle soared in the sky

5.2 來(lái)賓草花石

來(lái)賓草花石產(chǎn)于廣西省來(lái)賓縣黔江中下游一帶，草花石底色相對(duì)較淺，是在灰暗的底色上出現(xiàn)一些深綠、褐紅或者黝黑色的圖案，圖案形態(tài)多以花草為主，因而得名草花石(照片2)。與其他國(guó)畫石相比，草花石揚(yáng)名早、硬度高(硅質(zhì)含量高或者直接為硅質(zhì)巖)、色彩絢麗、圖案豐富，中國(guó)山水畫的特征較為突出，又被稱為“中國(guó)國(guó)畫石”[14]。草花石主要賦存于奧陶系，巖性以一套生物碎屑灰?guī)r、泥質(zhì)瘤狀灰?guī)r為主，在經(jīng)歷了長(zhǎng)期的風(fēng)化作用后，一些有色礦物沿節(jié)理、裂隙向內(nèi)部浸入，其后逐步氧化變色，后期再加上一定程度的熱液蝕變作用(熱液主要起到提供有色礦物成分的作用)，最后形成了鈣質(zhì)硅質(zhì)巖。

照片2 來(lái)賓草花石——“層林盡染”Photo 2 Laibing flower stone—The woods are full of flowers

來(lái)賓草花石之所以大受追捧，是因?yàn)槠洚嬅娌坏珮O具中國(guó)山水畫筆墨寫意之美，淡淡數(shù)筆、樸實(shí)無(wú)華且意境深遠(yuǎn)，而且也兼顧西方油畫之風(fēng)格，濃墨重彩、絢麗奪目。

5.3 臨朐棗花石

臨朐棗花石產(chǎn)于山東省臨朐縣白沙鄉(xiāng)，賦存于二疊系，主體巖性為淺灰色中厚層狀灰質(zhì)泥巖，畫面底色常見為黃褐—灰白色，打磨拋光后巖石表面呈現(xiàn)出較多的黃白色星點(diǎn)紋理，多呈放射狀、花瓣?duì)睿∷剖⑹谰`放的棗花，棗花多為土黃色且成串密布，姿態(tài)萬(wàn)千，因而稱為“棗花石”享名于世(照片3)。棗花石原料經(jīng)進(jìn)一步加工后，可以制作成大小不一的石屏，其質(zhì)地堅(jiān)硬細(xì)潤(rùn)，紋理清晰美觀，堪稱石中珍品。棗花石成因以重熔結(jié)晶作用為主、風(fēng)化作用為輔，前期雨水沿裂隙侵蝕是棗花石紋理形成的基礎(chǔ)，其后在構(gòu)造作用下巖石深埋地下，經(jīng)歷高溫高壓后黏土礦物發(fā)生重熔作用(類似于陶瓷煅燒的效果)，使巖石密度提高、硬度加大，石面上一些含鐵、錳礦物氧化后則構(gòu)成了棗樹樹干的主體部分，而石英礦物部分重熔形成棗花，多呈微粒狀[15]。

照片3 臨朐棗花石——“富貴花開”Photo 3 Linqu Jujube marble—Riches and honour flowers

5.4 三峽畫面石

三峽畫面石是產(chǎn)于長(zhǎng)江三峽地區(qū)各種畫面石的總稱，其中尤以產(chǎn)自清江廣袤山區(qū)的清江石最為出名。清江石是一種質(zhì)地細(xì)膩的觀賞石，給人以意蘊(yùn)鮮、暖的舒適體驗(yàn)，以“形、質(zhì)、色、紋、韻” 的典型特征而區(qū)別于其他國(guó)畫石。清江石的原巖形成時(shí)代為晚泥盆世，原巖巖性以淺灰白色薄—中層狀含鐵石英砂巖、細(xì)砂巖(含鐵礦物多氧化呈紅色)為主，其間偶夾薄層泥頁(yè)巖或泥灰?guī)r等，在長(zhǎng)期復(fù)雜的地質(zhì)演化過(guò)程中，含鐵礦物隨地下水沿巖石孔隙、裂隙、層理、節(jié)理進(jìn)行滲透浸染，最后在基底上呈現(xiàn)出一系列的斑紋和圖案，基底(畫面底色)常為灰白色或蠟黃色，而斑紋多為紅褐色，暗淡不一，其姿態(tài)有蕭瑟的秋景，有純凈纖白的北國(guó)風(fēng)光，或?yàn)橄ο悸斓臍堦?yáng)，變幻多端，形態(tài)不一[16]。

5.5 灣潭國(guó)畫石

灣潭國(guó)畫石是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的一個(gè)國(guó)畫石品種，主要賦存于奧陶系，由畫面(紋層狀方解石細(xì)脈)和基體(圍巖)兩部分組成。其畫面多以山水風(fēng)景為主，較之其他畫面石，灣潭國(guó)畫石用筆極簡(jiǎn)，圖案更顯典雅自然(照片4)，是迄今為止所發(fā)現(xiàn)的最具中國(guó)傳統(tǒng)水墨畫特點(diǎn)的畫面石品種[11]。

照片4 灣潭國(guó)畫石——“馬躍檀溪”Photo 4 Wantan traditional painting stone— The horse was jumping over the river

各類國(guó)畫石基本情況對(duì)比見表5。國(guó)內(nèi)外對(duì)國(guó)畫石的研究工作及成果相對(duì)較少，以往發(fā)現(xiàn)的大理石、棗花石、清江石等的硬度不及草花石高，色彩不及草花石豐富，圖案不及草花石有韻味，故國(guó)內(nèi)國(guó)畫石以來(lái)賓草花石最為出名，并將“中國(guó)國(guó)畫石”這一專屬稱謂賦予來(lái)賓草花石。通過(guò)對(duì)不同類型國(guó)畫石對(duì)比，可以看出灣潭國(guó)畫石與來(lái)賓草花石的巖性、時(shí)代及成因具有較多相似之處。

表5 各類國(guó)畫石對(duì)比情況表Table 5 Comparison of various traditional painting stones

6 結(jié)論

(1) 灣潭國(guó)畫石主要賦存于奧陶紀(jì)大灣組、牯牛潭組和寶塔組，由畫面(紋層狀方解石細(xì)脈)和基體(圍巖)兩部分組成，按顏色可分為紫紅色、灰綠色和黑色三類。礦體主要受地層和構(gòu)造雙重控制，多分布于構(gòu)造交匯地段，總體規(guī)模較小，由數(shù)層國(guó)畫石組成，單層礦體厚度一般為0.2～0.5 m，總厚度不超過(guò)8 m，延伸長(zhǎng)度一般為20～60 m。

(2) 根據(jù)礦體及圍巖主量、微量元素的測(cè)定，顯示物源以陸源為主，成熟度較高，輕稀土(LREE)元素帶出能力大于重稀土(HREE)元素，原始沉積環(huán)境為淡水貧氧環(huán)境；稀土元素配分模式為輕稀土富集、重稀土虧損型。流體包裹體測(cè)試確定了成礦溫度為中低溫成礦，氣、液相組分表征熱液與圍巖發(fā)生了較充分的水巖反應(yīng)。

(3) 根據(jù)礦體形態(tài)、地球化學(xué)特征及流體包裹體測(cè)試等，確定礦床成因?yàn)闃?gòu)造+熱液。

(4) 通過(guò)與其他國(guó)畫石在巖性、時(shí)代及成因的對(duì)比可知，灣潭國(guó)畫石與來(lái)賓草花石具有較高的相似之處。