礦物顏料那些事——只此青綠(石青)

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千呼萬喚始出來!各位看官,書接上回,在上一次「礦物顏料那些事——石綠」(←點選標題可回顧文章哦)中,我們一起聊了聊石綠的故事,這次就讓我們來看看「只此青綠」中那抹深邃悠遠的石青吧!

千里江山圖(節選)

千里江山圖(節選)

石青,又稱為白青、碧青、魚目青、扁青、大青,取自於藍銅礦,也可作為一種中藥使用,主要由鹼式碳酸銅Cu3(CO3)2(OH)2組成。明代的《品彙精要》還記錄裡石青的炮製方法:「先搗羅,更以水飛極細,候幹,再研用。」翻譯過來就是,將礦石搗碎,通過水飛法將礦石按顆粒粗細大小過濾,並風乾,待使用時研磨開即可。[1]石青有頭青,二青,三青,四青之分。在中國畫青綠山水中,石青是主要的顏色,因石青的覆蓋性強,可以在繪製時一層一層的覆蓋,所以畫家在畫山水時喜用礦物色石青在凝造山體的質感。[2]

藍銅礦

藍銅礦

那麼靚麗的藍銅礦又是如何形成的呢?

藍銅礦(石青)與孔雀石(石綠)緊密共生,堪稱穿一條褲衩的哥倆好。與孔雀石一樣,藍銅礦也產於銅礦床氧化帶中,是含銅硫化物氧化的次生產物。但是當溫度增高時,藍銅礦易轉變成孔雀石。而當季節乾燥時,並在有足夠數量碳酸的條件下,孔雀石(石綠)可轉變為藍銅礦(石青),因此藍銅礦分佈沒有孔雀石廣泛。

藍銅礦與銅礦伴生可作為尋找原生銅礦的標誌,因此藍銅礦的礦產地與銅礦產地高度重合,主要位於廣東陽春、湖北大冶和贛西北,而三者中的頂樑柱則是湖北大冶銅礦。

若要說湖北大冶的銅礦產地,那麼一定繞不過「銅綠山」。銅綠山礦田位於長江中下游成礦帶七大礦集區之一的鄂東南礦集區,這裡蘊藏有豐富的銅鐵礦床,並與金、銀、鑽等有色金屬共生。銅綠山古礦區的範圍,南北約二公里,東西約一公里(圖一)。古礦井的附近還有古煉爐遺存,因被爐渣掩埋而保留下來。許多地點的表面,覆蓋有一米多厚的古代爐渣,總量估計達40萬噸左右,而這僅僅是煉 銅後棄置的爐渣,就煉渣40萬噸來計算,估計古代提煉的紅銅應當在4萬噸![3]

湖北大冶銅綠山遺址

湖北大冶銅綠山遺址

銅綠山礦床地圖

銅綠山礦床地圖

要解決湖北地區藍銅礦的成因,就需要解決湖北地區銅礦的成因,所以問題又來了,銅綠山的銅礦又是如何形成的呢?

根據地質學家研究,銅綠山的銅礦源於板塊構造的岩漿活動。湖北大冶銅綠山從礦區位置上來說,位於長江中下游成礦帶西段的鄂東南礦集區,礦區內以高品位銅、鐵為主要優勢礦種,包括諸多大型金屬礦場,成礦類型齊全。

鄂東南礦集區地質構造與礦產分佈簡圖

大地構造位置上看,鄂東南礦集區處於揚子地台北緣,下揚子凹陷帶(臺褶帶)西段,北接大別造山帶,南鄰幕阜山變質核雜巖帶。該區在古生代處於古揚子地區的大陸邊緣,在古生代—中生代早期處於古揚子板塊的東部,在中生代晚期—新生代為歐亞大陸內部的構造活動帶。從這個區塊打小開始,基本上不是處於構造帶上,就是被構造帶包了個圓,妥妥被板塊構造活動安排的明明白白。

楊子地塊區點陣圖
楊子地塊區點陣圖

楊子地塊區點陣圖

根據銅綠山一帶區域地層科學分析研究顯示,銅綠山的成礦元素的主要來源可能是地殼深部或上地慢的岩漿源,也就是說岩漿岩是成礦物質的主要載體。

那麼這些富含銅的礦液又是如何形成銅綠山的呢?有的讀者可能會說,是隨著構造作用產生的斷裂帶進入的,這種說法有道理,但是並不準確。

地質學家對銅綠山的礦田的成礦通道研究,發現了只存在儲礦場和岩石之間的網路聯通。換句話說,成礦流體是通過岩石中微小裂隙或粒間空隙進入儲礦場的。岩漿期後,最早產生的是高溫的超臨界流體,超臨界流體的特性使其萃取了較多的成礦物質,它們是流體的先鋒。炙熱的岩漿在加熱周圍的物質後,開始慢慢冷卻,我們都知道熱脹冷縮,當岩漿冷卻後,體積也開始減小。同時岩漿岩固結後,在其與碳酸鹽巖接觸面上,由於冷縮作用產生一個向接觸面空間匯聚流體的吸力。簡單來說,就和拔火罐一樣,火罐內的氣體冷卻後,對皮膚產生一個吸力,只不過,現在變成了逐漸冷卻的熔岩和流體與其周邊的接觸面。

在臨界轉換後,超臨界狀態流體轉化為高溫流體,冷縮低壓區空間內壓力減小,吸力再次為流體匯聚提供動力。隨著溫度降低,吸力逐漸增強,這些流體發生了匯聚,大量的經臨界轉換後形成的殘餘流體與不同方向匯來的流體混合,導致了以銅為主的金多屬的沉澱。

岩漿的固結是逐步的,向接觸面匯聚的流體隨著巖體的固結亦逐漸向巖體內部延伸,於是就形成了一個由接觸面向巖體的連通的通道。這種通道相在橫縱向形成網路,它們可能與某些裂隙連通形成較大的通道,也可能只是粒間相通直接到達接觸面。當岩漿逐漸冷卻時,含礦熱液不斷從外部向接觸帶中匯聚,形成了一個流體匯聚通道。所以,運礦通道就是粒間裂隙或小的孔隙,而不是成規模的斷裂構造,這種冷縮吸力促使了含礦熱液在銅綠山富集。

岩漿的熱能不僅在與碳酸鹽巖接觸時,而且加熱原有的岩石使其發生熱變質作用,不僅排空了其內的流體、彌合了大部分裂隙,形成了一個相對封閉而堅硬的巖「蓋」。相對穩定的大環境和相對封閉的接觸面小環境為含礦流體匯聚、圈閉、長期駐留以至成巖成礦提供了條件。[4]

對於銅綠山來說,岩漿活動就是它的「母親」。

藍銅礦,是岩石中含銅元素的水溶液和石灰岩相互作用,氧化、蝕變產生的一種富水鹼式碳酸銅,孔雀石化學成分為Cu2(OH)2CO3,理論含CuO 71.95%,CO219.90%,H2O 8.15%;藍銅礦Cu3(CO3)2(OH)2,理論含CuO 69.24%,CO225.53%,H2O 5.23%。[5][6]

當銅礦氧化層處在地下密閉、乾燥、二氧化碳豐足的成生環境時,孔雀石會轉換為藍銅礦;如若成生環境不具備上述條件,藍銅礦就會轉變為孔雀石。這種可逆性互生關係,於自然界礦物群體中非常奇異、罕見。有時,在礦層岩石中,還會出現二者的單晶體共生在一起,造就出一半是藍銅礦晶體、另一半是孔雀石晶體的精美晶簇。[7]

藍銅礦與孔雀石共生體

藍銅礦與孔雀石共生體

孔雀石的綠色、藍銅礦的藍色都是礦物本身之色,這種顏色是致色元素與礦物晶體架構對特定波長光線做出特定吸收與反射的結果。也正是在大自然的鬼斧神工下,王希孟借「天地造化」,以時接千載的礦物顏料,勾勒出厚重、蒼翠山水畫面,一舉奠定了青綠山水發展的里程碑!

有獎問答

有獎問答

我們在這裡準備了幾個與本文密切相關的問題,大家可以通過留言回答。前三位全部答對者可以獲得石頭科普工作室定製的帆布包一個哦~(文章發佈後24小時內作答有效;24小時後將在評論區精選所有作答的評論,並公示中獎者)

  1. 石青和石綠分別是哪種礦物?

  2. 銅礦液能夠匯聚成礦的關鍵是什麼?

  3. 銅礦液的運礦通道是如何形成的?

大家快來踴躍作答吧~

參考文獻

[1] 百度百科 石青.百度百科 (baidu.com)

[2] 藝術先鋒.淺講國畫顏料之礦物色石青.2018-09-20.

[3] 夏鼐,殷瑋璋.湖北銅綠山古銅礦[J].考古學報. 1982,(01).

[4] 張宗保.湖北銅綠山礦田成礦系統研究[D].中國地質大學(北京). 2011-07-16.

[5] 百度百科 藍銅礦.百度百科 (baidu.com)

[6] 百度百科 孔雀石.百度百科 (baidu.com)

[7] 趙曉晨.孿生姐妹——孔雀石與藍銅礦[J].百科知識. 2011,(14).

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撰稿:扁舟

美編:劉俞伶

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