色相如天——青金石

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天青色等煙雨,而我在等你,這次我們不等「青花瓷」,而來邂逅一位色相如天的礦物顏料——青金石。早在6000年前中亞國家就已開發和使用青金石,我國對青金石的使用最早見於西漢時期,當時對青金石已有「蘭赤」、「金螭」、「點黛」等頗有詩意的稱呼,除此之外,青金石還有著「璆琳」、「金精」、「瑾瑜」,「青黛」等諸多雅稱。自明清以來,由於青金石「色相如天」,而天為「上」,因此明清帝王多重青金石。[1]

青金石

青金石1

青金石在地球上非常少見,其主要產地分佈在阿富汗(薩雷散格礦床、巴達克山科克奇河)、俄羅斯(小貝斯特拉礦床、斯柳甸礦床)、智利(安地斯山脈Ovalle)、加拿大(巴芬島南端)等地,高品位的青金石主產於阿富汗,該地所產的青金石呈深藍色、天藍色和淺藍色,色澤純正,是世界上歷史最悠久最優質的青金石原料產地,其他各地所產青金石伴生礦物較多顏色一般較淺,質量上遜於阿富汗青金石,因此阿富汗產出的青金石可以說是皇冠上的明珠。[2]

阿富汗區點陣圖
阿富汗區點陣圖

阿富汗區點陣圖2

雖然優質的青金石顏色純粹,但是實際上青金石是一種礦物集合體,其成分十分複雜,主要為含硫酸的鈉鈣鋁矽酸鹽,這也是其藍色的來源,青金石常與其他礦物(方鈉石和藍方石、方柱石、長石等)及少量黃鐵礦共生,另有方解石(石中白斑者)、透輝石、雲母、角閃石(石中彩色斑),由於這些伴生礦物的存在,青金石中常見有白色方解石色斑與星點狀銅黃色黃鐵礦[3],這些伴生礦的含量往往超過青金石原礦。[4]

青金石礦

青金石礦

那麼如何評價一塊青金石的品質呢?總結而言,大致有以下幾個方面:顏色、質地、淨度、塊度、工藝,拋開人為加工因素不談,「天生麗質」的青金石應當具有濃豔純正的色彩,緻密細膩的質地,少伴生礦物的純淨,以及足夠大的塊頭,因此高品質的礦物青金石可遇而不可求。[5]由於阿富汗青金石色彩純正豔麗,光輝燦爛,因此通過絲綢之路被各文明古國所使用,在美索不達米亞平原所發展出來的文明兩河文明、古埃及文明、古希臘、古羅馬文明、中華文明、阿拉伯文明、古印度文明都有使用青金石作工藝品的歷史。

兩河文明出土青金石石像

兩河文明出土青金石石像

古埃及青金石聖甲蟲

古埃及青金石聖甲蟲

古羅馬青金石馬賽克

古羅馬青金石馬賽克

清代青金石屏風

清代青金石屏風

由於阿富汗青金石質地細膩、色彩深沉、顏色端莊,除了加工成工藝品外,青金石還是一種重要的優質藍色顏料,在我國青金石常作為高級壁畫、雕塑顏料被大量使用,在歐洲青金石則常作為油畫的顏料。

西魏 敦煌第249窟伎樂天壁畫

西魏 敦煌第249窟伎樂天壁畫

翰內斯·維米爾 戴珍珠耳環的少女

翰內斯·維米爾 戴珍珠耳環的少女

那青金石是如何形成的呢?實際上青金石的形成與岩漿活動與變質作用息息相關。從地質學上來說,青金石多是由接觸交代變質作用形成,主要賦存於矽酸鹽─鎂質矽卡巖中和鈣質矽卡巖中。專業術語有點多啊,讓我們慢慢縷一縷。

何為接觸交代變質作用(接觸交代作用)?接觸交代作用是由於岩漿結晶晚期析出的大量揮發分和熱液,通過交代作用使接觸帶附近的侵入岩和圍巖,在巖性及化學成分上均發生變化的一種變質作用。[6]

「食不厭精,膾不厭細」,雖然定義簡單,但是理解起來卻沒那麼簡單,我們慢慢縷一縷,這裡涉及的兩個容易錯過的「小」知識點,交代作用與變質作用,先讓我們來了解一下「它們」。

交代作用,或譯作熱水換質作用,顧名思義,是岩石與熱水之間產生化學反應的現象。深埋地底的岩石的裂隙中,如果受到熱液(例如被火山作用加熱的地下水)滲入,溶解於熱液中的離子就可能與岩石中的礦物結晶反應,反應最主要的形式為晶格中陽離子的取代,使晶體在不熔解、不改變其晶格結構下,改變化學組成,請注意上面這句話哦「使晶體在不熔解、不改變其晶格結構下,改變化學組成」,變質作用發生在相對高壓高溫區,使晶體發生再結晶現象,而交代作用則不會改變晶格的原有形式。因此,交代作用與變質作用形成的機制與現象稍有不同,但是,由於地下環境的複雜性這兩個作用常常伴隨出現。[7]

變質作用,是指岩石在基本上處於固體狀態下,受到溫度、壓力及化學活動性流體的作用,發生礦物成分、化學成分、岩石結構與構造變化,而使岩石轉換成變質岩的整個地質作用。雖然變質活動的主要推動力量是「熱」和「壓力」,但當變質作用發生時,常有一些岩石本身孔隙中的液體或氣體,會在固態岩石礦物間充當取代反應的介質,促進變質作用的化學反應;有時這些流體還可以提供一些新的成分,因而影響了變質岩的化學成分。[8]

變質作用

變質作用3

因此,交代作用可以說是參與變質作用的「常見玩家」。交代作用實際是物質成分注入和逸出的作用,是在溫度、壓力、溶液化學成分發生改變後發生的一種置換現象,在變質過程中,圍巖與侵入體(如火山活動產生的氣水熱液等其他熱水溶液)發生物質交換,帶入某些新的化學組分,帶出一些原有的化學組分,從而使岩石的化學組成和礦物組成發生變化。值得一提的是,交代作用的全過程是在固態並有溶液參與下發生的,原有礦物的分解和新生礦物的形成也是同時進行的,而交代作用,其主要表現在接觸交代作用(接觸交代變質作用)過程中。[9](兜兜轉轉終於又繞回來了!)

(兜兜轉轉終於又繞回來了!)

於是乎,我們就可以推出,交代作用是參與變質作用的一種作用方式,其主要表現在接觸交代作用(接觸交代變質作用)的過程中,接觸交代變質作用實際是兼具交代作用與變質作用的一種作用。

推理是否正確,我們來旁證一下,找到氣液變質作用(pneumatolytic hydrothermal metamorphism )的詞條,我們可以發現有如下解釋,即氣液變質作用是具有化學活動性的氣態或液態流體,對岩石進行交代而使岩石發生變質的一種作用,當這種流體來自於岩漿體時,使接觸帶圍巖和巖體發生交代作用,稱為接觸交代變質作用。[10](ps:不容易的邏輯循環,舒服了)

(ps:不容易的邏輯循環,舒服了)

岩漿的侵入活動對周邊的圍巖本身就易發生變質作用,而岩漿在侵入活動的結晶晚期會析出的大量揮發分、氣水熱液,這些氣水熱液往往攜帶有各類金屬與非金屬元素,這些物質又會與接觸帶附近侵入岩和圍巖發生交代作用,在變質作用與交代作用的疊加下,促使岩石發生接觸交代變質作用,使其巖性及化學成分上發生變化,並逐漸形成接觸交代礦床。

這種接觸交代變質作用可形成各種接觸交代變質岩石,而青金石賦存的矽酸鹽─鎂質矽卡巖中和鈣質矽卡巖正是接觸交代變質岩石!

矽(xī)卡巖(skarn),最早源於焦涅邦在1875年和1880年對瑞典Norborg鐵礦床研究的論文[11],其名稱來源於矽(舊名矽,為Si音譯)和鈣(卡為Ca音譯)是一種變質岩,從名稱的來源我們就可以猜出矽卡巖主要由富鈣或富鎂的矽酸鹽礦物組成。矽卡巖主要產在火成岩體(主要為中性火成岩及酸性火成岩)與碳酸鹽類岩石(主要是石灰岩)接觸帶或其附近,是由於碳酸鹽岩石和鋁矽酸鹽岩石(包括侵入岩、火山岩和混合巖等)在高溫岩漿的熱接觸變質作用和高溫氣化熱液影響下,經接觸交代變質的岩石。[12]

鎂質矽卡巖

鎂質矽卡巖4

在後續的研究中,地質工作者們又總結出了矽卡巖的幾種成因:1、在花崗岩類與碳酸鹽巖接觸帶及其附近相互作用形成的;2、火山熱液作用形成的;3、混合巖化作用形成的;4、區域變質作用形成的;5、噴流成因矽卡巖成礦的。因此矽卡巖形成作用至少包括擴散交代作用和滲濾交代作用兩種。矽卡巖是擴散作用、滲濾作用和化學反應的耦合結果[13]。(小貼士:擴散交代作用(diffusive metasomatism)是交代作用的一種方式,一般多分佈在岩脈和礦脈的附近。我們知道,物質分子從高濃度區域向低濃度區域轉移,在這種作用下,岩石中的組分通過停滯在孔隙中的溶液進行擴散而移動,組分的移動主要取決於溶液的濃度差,在溶液中濃度較高的它總是向濃度較低的方向移動。[14]

擴散作用

擴散作用5

滲濾交代作用(infiltration metasomatism)熱液和岩石間的組分交換是通過流經岩石裂隙的流動熱液實現的。當上升熱液沿著幾乎垂直於灰巖和矽鋁質岩石的接觸面流動時,溶液和圍巖相互作用,發生反應、溶解和吸取圍巖中的組分,並將其帶至上覆圍巖,與之交代反應形成矽卡巖。滲濾交代作用中,溫度梯度和壓力梯度是引起熱液流動的動力,因而熱液能作較長距離的運移,故有可能形成厚大的矽卡巖帶。[15]聽起來感覺有些讓人頭大啊,但是仔細地小夥伴們可能已經發現了,這些成因都與岩漿活動有著密切地關係。

岩石圈變質作用

岩石圈變質作用6

岩漿活動

岩漿活動7

歸納起來,矽卡巖礦床的生成大致可分為以下三個階段:

1、岩漿侵位的同時,使接觸帶附近的圍巖發生廣泛的接觸熱變質作用,形成各類角巖、大理岩等。當圍巖為白雲岩時,有可能形成部分岩漿期鎂矽卡巖。

2、岩漿期後的矽卡巖階段:形成各類矽卡巖,包括岩漿期後鎂矽卡巖、鈣矽卡巖和錳質鈣矽卡巖,與此同時,還有部分礦石的堆積。

3、矽卡巖期後的酸性淋濾階段:形成大部分礦石,並伴有大量退化交代礦物。

矽卡巖礦床的礦化主要形成於矽卡巖晚期和酸性淋濾階段, 各類含礦交代巖常圍繞侵人體呈帶狀分佈。[16]

舉個簡單而形象的比喻,矽卡巖的形成就像蒸包子,長期地岩漿活動形成了大量碳酸鹽岩石和鋁矽酸鹽岩石,這些岩石就像「生包子」,蒸包子的熱水蒸氣則是岩漿活動下的高溫揮發分、氣水熱液,在二者的共同作用下矽卡巖就這樣被「蒸熟了」。

阿富汗地質演化歷史較長,各地層均發育較全,從最古老的太古宙地層至全新世沉積均有出露,在漫長地質歷史演化中,構造運動頻繁,並伴隨著各種地質事件,這成為了孕育高品位青金石的天然搖籃。

阿富汗出產高品位青金石的礦地位於阿富汗東北部的巴達赫尚省,從地勢地圖地圖上看,阿富汗東北部主要為高原與山地,全國最高峰正位於東北部與巴基斯坦交界的諾夏克峰,海拔達7485 m,同時阿富汗最老地層也主要出露在東北部的巴達赫尚省,也正是在這樣的得天獨厚的的自然條件下,伴隨著造山運動的激烈而長期的岩漿侵入與各類地質活動,阿富汗高品位青金石歷經千萬年洗禮擁有了那抹純正而深沉的天藍。

巴達赫尚省具體位置圖

巴達赫尚省具體位置圖8

阿富汗地勢地圖

阿富汗地勢地圖9

圖片來源

1 湯家富.觀賞石譜–賞石形成解析與鑑評賞賦[M].123.

2 阿富汗地圖.Bing images.

3 變質作用.Bing images.

4 鎂質矽卡巖.中文百科.

5 擴散作用.Bing images.

6 岩石圈變質作用.Bing images.

7 岩漿活動.Bing images.

8 巴達赫尚省.Bing images.

9 阿富汗地圖.Bing images.

參考資料

[1] 百度百科.青金石(大眾寶石).百度百科 (baidu.com)

[2] 伏修鋒等.青金石產地探源[J].自然科學史研究. 2006,(03).

[3] 童榆嵐. 青金石玉品質影響因素研究[D].河北地質大學,2018.

[4] 湯家富.觀賞石譜–賞石形成解析與鑑評賞賦[M].123.

[5] 童榆嵐. 青金石玉品質影響因素研究[D].河北地質大學,2018.

[6] 百度百科.接觸交代變質作用.百度百科 (baidu.com)

[7] 中文維基百科.交代作用.中文維基百科【維基百科中文版網站】 (3822808.com)

[8] 中文維基百科.變質作用.中文維基百科【維基百科中文版網站】 (3822808.com)

[9] 百度百科 交代作用.百度百科 (baidu.com)

[10] 百度百科 氣液變質作用_百度百科 (baidu.com)

[11] 趙一鳴,林文蔚,畢承思,李大新.中國矽卡巖礦床基本地質特徵[J].中國地質科學院院報,1986(03):59-87.

[12] 中文百科 矽卡巖.中文百科(http://m.zwbk.org/lemma/268229)

[13] 田建濤,喻亨祥,揚準,李軍,王森,郭遠飛.矽卡巖成因及成礦作用研究進展綜述[J].中國科技資訊,2005(23):107.

[14] 360百科.擴散交代作用.https://baike.so.com/doc/1815547-1920113.html.

[15] 矽卡巖礦床. MBA智庫百科.wiki.mbalib.com/wiki/矽卡巖礦床.

[16] 趙一鳴,林文蔚,畢承思,李大新.中國矽卡巖礦床基本地質特徵[J].中國地質科學院院報,1986(03):59-87.

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