“泗滨砭石”地质特征及成因分析

王继芳,王鲁林,彭冲,徐然,孟祥超,郑海涛,王志亮

(1.山东省鲁南地质工程勘察院，山东 兖州 272000；2.泗水县国土资源局，山东 泗水 273000)

近年来在泗水县南部一带发现了历史上记载的古代名石“泗滨砭石”，又名泗滨浮石、磬石、扁鹊石，泗滨砭石为砭石之正宗，其医学功效可“活血化瘀，疏通经络”，是中医的五大疗法及两大医疗器械之一，目前砭石产品主要用于医疗、保健和装饰等，并不断有新产品开发出来。由于砭石的悠久历史和广泛应用，因此在当地兴起了砭石产品的开发和加工热。至目前为止，尚未有对“泗滨砭石”的成矿地质特征及成因进行研究总结，该文旨在通过对“泗滨砭石”的成矿特征进行分析研究，探讨其的控矿作用，总结其成矿规律，以期对泗水县南部砭石矿的找矿有所启示[1]*山东省鲁南地质工程勘察院,山东省泗水县南部地区砭石矿资源调查报告，2017年。。

1 成矿地质背景

矿区大地构造位置处于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁中隆起(Ⅲ)尼山-平邑断隆(Ⅳ)之尼山凸起(Ⅴ)的北部。区域性尼山断裂、独角断裂和仲都断裂分别由调查区西南部、中部和东北部穿过。由这3条主干断裂及其派生的次级断裂构成了该区的构造格架，控制了区内地层及岩浆岩的展布(图1)。

区内地层主要为古生代寒武纪长清群、寒武纪—奥陶纪九龙群、奥陶纪马家沟群和新太古代泰山岩群等，在河流及冲沟两侧，有少量第四系分布。其中寒武纪长清群馒头组的石店段为“泗滨砭石”的赋矿层位。石店段岩性为紫红色纹层状微晶灰岩、杂色泥云岩、泥质灰岩、灰色中层泥晶灰岩夹生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、藻灰岩。石店段为该区“泗滨砭石”赋矿层位，石店段厚度60m。其中的紫红色纹层状结晶灰岩即为砭石矿赋存母岩，厚度一般0.5～1.80m，平均1.0m(图2)[2-5]。

区内寒武纪、奥陶纪地层走向292°～314°，倾向NE，倾角8°～27°，局部受断层影响产状复杂，总体为一向NE倾斜的单斜构造。区内断裂构造发育，主要有NW向、NE向、近EW向3组(表1)。以NW向断层最为发育，其他2组断层为NW向断裂的派生构造。NW向断裂主要为仲都断裂、独角断裂和尼山断裂，构成了该区的构造格架，也控制了区内砭石矿层的展布[6]。

1—第四系；2—古近系；3—石炭—二叠系；4—奥陶系；5—寒武—奥陶系；6—寒武系；7—寒武纪馒头组；8—新太古代正长花岗岩；9—新太古代花岗闪长岩；10—新太古代角闪闪长岩；11—地质界线；12—实测角度不整合界线；13—推测角度不整合界线；14—实测平行不整合界线；15—实测性质不明断层；16—推测性质不明断层图1 山东省泗水县南部地质略图

1—馒头组下页岩段；2—馒头组石店段；3—朱砂洞组上灰岩段；4—朱砂洞组丁家庄段；5—磨坑单元粗斑花岗闪长斑岩；6—桃科单元斑状细粒含黑云角闪闪长岩；7—砭石矿体；8—含黑云角闪闪长岩；9—花岗闪长斑岩；10—白云岩；11—含燧石结核白云岩；12—灰岩；13—白云质灰岩；14—泥灰岩；15—纹层灰岩；16—泥晶灰岩；17—页岩；18—钙质页岩；19—产状；20—坐标测量点；21—薄片样品位置及编号图2 泗水南部立山崆村东地质剖面图

区内岩浆岩主要为新太古代侵入岩，其岩性主要为花岗闪长岩、二长花岗岩、正长花岗岩和角闪辉长岩等，局部发育中元古代辉绿岩脉和中生代燕山期花岗闪长斑岩、角闪闪长玢岩，花岗闪长斑岩呈岩床状分布(图2)，与区内“泗滨砭石”成矿关系密切。

2 矿床地质特征

2.1 矿床特征

矿区内圈定“泗滨砭石”矿体10个(图3)，均赋存于古生代寒武纪长清群石店段地层中，按平面分布大致分为3个矿带，自SW向NE依次为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ;3个矿带沿走向出露总长32854m，沿倾向出露宽8285m。其中I矿带出露长度26241m，含2个矿体(①②)；II矿带出露长度20700m，含5个矿体(③④⑤⑥⑦)；III矿带出露长度13800m，含3个矿体(⑧⑨⑩)；本应为一个矿层，由于受断裂构造和长期风化剥蚀作用，在地表分割成3个矿带，10不连续的带状矿体。I矿带和II矿带为仲都断裂切割错断，II矿带和III矿带为独角断裂切割错断。

矿体呈层状，总体走向292°～314°，倾向NE，倾角8°～27°左右，矿层产状与围岩一致。矿石为微晶灰岩，颜色红黄相间，局部以砖红色为主。矿层局部夹有角砾状、碎裂状微晶灰岩。矿层南西部为露头区，向北延入地下，埋深逐渐加大。其中①矿体的大泉、西马头山、立山崆、西峪、土洞、圣水峪等地和③矿体的夹谷山一带有以往的民采点。矿体赋存标高+114m～+470m，矿体厚度最薄0.50～1.80m，平均厚度1.0m，厚度变化系数14.65%。矿体与顶底板围岩界线呈过渡状态。矿体内偶见夹石，矿化较连续。在10个矿体中①矿体为区内主矿体；其次为③④⑩矿体，其他矿体规模较小。

2.2 矿体特征

矿区内共发现“泗滨砭石”矿体10个，各矿体特征见表1，①矿体为区内主矿体，其特征如下：

①矿体分布于Ⅰ矿带的中西部，位于金庄镇南至泗张镇西，矿体赋存于寒武纪长清群馒头组石店段地层中，上部矿体裸露地表，呈一带状展布。矿体沿走向长22196m，控制斜深100m，矿层产状同围岩产状一致，走向295°，倾向NE，倾角12°～27°，矿体向NE隐伏于地下，埋深逐渐加大。矿体赋存标高+146m～+380m，矿体厚度0.50～1.80m，平均1.05m，厚度变化系数36.11%，厚度稳定。①矿体一般分布于山体下部相对平缓处，随地形起伏较大，在孙老洞、戈山、夹谷山、红山、二旗山、桃花山等山体处赋存位置较高。①矿体以往有7处民采点，现已关停。①矿体是泗水南部砭石矿出露最好，控制程度最高的矿体。矿体岩性为红褐色、黄褐色纹层状微晶灰岩。

表1 泗滨砭石矿体特征

图3 泗水南部砭石矿体分布图

2.3 矿石质量

(1)矿石颜色。“泗滨砭石”矿石颜色主要呈砖红色、黄褐色、斑杂色，多红黄相间，色泽润美；局部具红黄相间顺层或者穿层的微细条纹，有的条纹呈同心圆状、波状、木纹状。

(2)矿石的矿物成分。砭石的主要矿物成分为方解石，少量为氧化铁质、泥质、有机质、石英等。方解石在镜下多见他形粒状，方解石颗粒十分细小，粒径多在0.03～0.004mm之间，为微晶和粉晶结构，少量重结晶形成的方解石粒径在0.03～0.10mm之间。方解石晶体排列较紧密,少见机械双晶的方解石，颗粒内裂隙和解理均缺失。集合体呈较为明显的微层状构造，可能是在较为稳定的环境中沉积而成。浅褐灰色，具闪突起，高级白干涉色，具铁染现象，含量95%左右。泥质与氧化铁质：二者相混，常分布于方解石晶粒间或边部，不均匀；或是分布于层理间构成层状构造。褐红色，半透明，含量4%左右。有机质：呈细小鳞片状、粒状，多分布于层理间零星可见。褐色，不透明，含量≤1%。石英呈他形

粒状，局部偶见。岩石中金属矿物见有褐铁矿，他形粒状，局部见到，含量甚微[7-10]。

(3)结构构造。矿石的结构：主要为微晶结构、泥晶结构和粉晶结构等。砭石中主要矿物方解石颗粒十分细小，粒径多在0.03～0.004mm之间，为微晶和粉晶结构，少量重结晶形成的方解石粒径在0.03～0.10mm之间。根据谢先德研究资料，泗滨砭石的主要矿物组成为纳米晶方解石,占体积含量的96%左右,其次有微米晶黄铁矿、锐钛矿和石墨,都以1～3μm大小的单个颗粒分散在方解石颗粒晶间。此外,砭石中还含有极多的均匀、分散状的纳米晶石墨[8]。矿石的构造：中薄层构造、纹层状构造、块状构造。

(4)化学成分。矿石的化学组分主要为CaO 36.83%～50.86%,SiO23.14%～5.59%,MgO 1.10%～12.57%；次为Na2O 0.03%～0.05%,K2O 0.28%～0.45%,Al2O30.44%～0.75%,Fe2O30.54%～1.12%,FeO 0.10%～0.29%,MnO 0.03%～0.06%,TiO20.04%～0.05%,P2O50.04%～0.05%等;烧失量(CO2↑)40.48%～42.29%(表2)。

表2 砭石矿化学成分 ω(B)/10-2

(5)微量元素。矿石中含有55种微量元素(表3)，包括贵金属，有色金属、黑色金属、稀有分散元素及重稀土、轻稀土元素。其中5种有害物质铅、镉、铬、汞、砷含量均很低，分别为Pb(5.3～12.8)×10-6,As(2.7～4.8)×10-6,Cr(2.1～8.8)×10-6,Cd(0.1～0.4)×10-6,Hg(6.5～9.3)×10-9。远低于国家标准GB18584-2001和GB7916-87分别给出的室内装饰装修材料木家具中有害物质限量和化妆品卫生标准。通过光谱定量分析，砭石矿含有对人体有益的微量元素Mo,Sn,Fe,Zn,Cu,Mn,I,Go,Sr,Ge,Li,Zn,B,Se,V,F等30多种，包括21种抗癌因子，其中砭石中Sr含量特别高，最高292.80×10-6，最低38.60×10-6，平均141.78×10-6[11]。

表3 砭石矿光谱定量分析结果 (×10-6)

(6)放射性。根据γ能谱剖面测量，砭石中U238含量最高5.80×10-6，最低1.40×10-6，平均1.62×10-6；Th232含量最高5.80×10-6，最低1.40×10-6，平均3.71×10-6；K40含量最高1.90%，最低为0.50%，平均1.03%；放射性总量Σ(γ)最高10.10Ur，最低4.30Ur，平均7.06Ur；照射量率最高42.00Bq/s，最低20.90Bq/s，平均31.38Bq/s(表4)。根据γ能谱U238，Th232，K40测量曲线图(图4)分析，U238、Th232、K40含量均很低，尤其Th232，K40曲线中砭石矿体比上下围岩(页岩、花岗斑岩等)都低，在U238、Th232、K40含量曲线图中页岩的含量最高。总体来说砭石矿区内各岩性U238，Th232，K40含量均较低。测量资料说明区内没有放射性异常。砭石矿对人体无伤害[12]。

表4 “泗滨砭石”放射性测量

图4 泗水南部砭石矿区γ能谱剖面测量100线和200线剖面图

根据北京耿乃光物性检测技术研究中心2005年对“泗滨砭石”的测试资料，天然放射性核素(Ra226，U232，K40)放射性比活度内照射指数和外照射指数都较低。内照射指数为新国家标准A类石材限量的1/23，外照射指数为新国家标准A类石材限量的1/30。放射性比活度为Ira 0.08，Ir0.06。远低于装饰石材放射性比活度Ira<1.0，Ir<1.3标准。

⑦矿石的物理性能。“泗滨砭石”这种细密的结构造就了其独特的物理性能。根据北京耿乃光物性检测技术研究中心2005年对泗水砭石矿的测试资料，“泗滨砭石”摩擦人体产生的平均超声波脉冲事件次数为3708次，红外辐射波谱波长上限超过15μm(表5)。

表5 “泗滨砭石”超声波脉冲实验对比

砭石属石灰岩类，岩石级别一般为VI～VII级，属中等硬度。根据砭石矿力学测试资料，矿石天然抗压强度45.3～49.0MPa，天然抗剪强度8.26MPa，摩擦角28.35°。由于力学样品均采自地表岩石，岩石有一定程度的淋滤风化，采取时由于砭石矿石为薄层状和纹层状，样品的力学结构可能受到一定程度的破坏，造成测试结果可能比实际偏低。总体来说，岩石力学强度属中等硬度岩石。

2.4 矿体围岩和夹石特征

矿体顶板为寒武纪长清群馒头组石店段纹层灰岩及云泥岩和馒头组下页岩段紫红色页岩，底板为寒武纪长清群馒头组石店段薄层灰岩、灰绿色页岩等，产出稳定，产状与矿层产状基本一致。矿体局部有夹层，在①矿体马头山村西矿段夹石厚度达2.7m，夹石长度达400多米。局部夹厚度2～20cm夹石层，夹层多分布在矿体中上部，夹层岩性为泥灰岩、薄层灰岩、角砾状灰岩等，产状与矿体基本一致。

3 矿床成因讨论

3.1 陨石成因

自从“泗滨砭石”发现以来，一直在探讨矿床成因，但众说纷纭，莫衷一是，主要认为陨石成因。

陨石成因认为在距今6500万年前白垩纪末期有一直径为10km的陨星击中该地区，并发生巨大爆炸。在爆炸之前，陨星经过地球大气层的爆燃形成等离子锥体，钻入地下爆炸激起冲击压缩波，地表岩石剥离升空形成痂片，包括馒头组石店段灰岩等被剥离飞入空中，在高温高压等离子体的熏蒸下，渗入了陨星粉沫中含有的大量稀有金属元素。岩石碎片在快速冷却过程中形成微晶结构，散落地面。其经历了漫长的地质历史时期的渐变和陨星冲击瞬间的突变，并因其浮在当地巨厚层石灰岩之中，故称为“泗滨砭石”。

陨石成因来源于冲击变质理论，然而在该地区和周边地区至今未发现陨石坑，通过钻探及磁法、重力和人工地震等地球物理测量，也未发现陨石迹象。在周边地区也没有发现陨石碎片和镍-铁珠球等冲击产物，以及石英和石墨高压变种、熔层或熔融玻璃碎块、震裂锥的存在等。而且该区地层层序稳定，岩石完整，除砭石矿层外，其他层位岩性与周边地区基本一致。因此此种说法漏洞颇多[13-15]。

3.2 沉积变质成因

古生代寒武纪时期，该地区逐渐下沉处于滨海和浅海环境，接受沉积，海水中饱和的碳酸钙围绕着呈悬浮状的质点—泥质矿物或先晶出的方解石，同时沉积的还有少量的硅质、泥质、氧化铁质等，经成岩作用形成朱砂洞组的厚层灰岩、含燧石结核泥云岩、灰白色薄层泥云岩等。随着海水的加深，海水动荡不稳定，沉积了馒头组石店段的薄层灰岩，纹层状灰岩等。海水继续加深，该区域处于开阔海环境，沉积了该地区巨厚的紫红色页岩。

至中生代燕山运动晚期，随着沂沭断裂带的左行扭动，派生了鲁西旋卷构造及帚状构造，该区形成了独角断裂、尼山断裂、仲都断裂及其次级构造，并伴有层间断裂、大量节理、裂隙的发育，为岩浆活动及成矿热液的运移提供了通道。燕山运动晚期该区有小规模花岗闪长质岩浆活动，形成粗斑花岗闪长斑岩岩体，呈岩床或岩枝产出。岩床普遍侵位于馒头组石店段下部的朱砂洞组地层中(图2、图5)。该次岩浆活动就位时间较长，形成粗斑花岗闪长斑岩，长石和石英斑晶粗大，最大者石英斑晶粒径达1.50cm,石英斑晶多呈六方柱状。由于花岗闪长质岩浆携带丰富的对人体有益的微量元素，伴随着花岗闪长质岩浆的上侵和就位，产生的中低温气水热液沿裂隙、节理上移，在上移的过程中气水热液再此汲入围岩中的微量元素，在馒头组石店段地层的中上部遇到泥云岩和页岩等，气水热液上移遇阻，滞留于石店段中上部的微晶灰岩中，由于微晶灰岩纹理及岩溶发育，为含有丰富有益微量元素的气水热液储存和富集提供了良好的空间，经过长期的热液变质作用，从而形成“泗滨砭石”矿层。根据光谱定量全分析，“泗滨砭石”和粗斑花岗闪长斑岩的微量元素含量非常接近，“泗滨砭石”的形成和粗斑花岗闪长斑岩关系密切。

同时由于上部的馒头组下页岩段为巨厚的紫红色页岩地层，是在强烈的氧化环境中沉积而成，在特殊的地域条件下富含氧化铁质及多种微量元素，在漫长的地质历史时期，馒头组下页岩段肝紫色页岩、粉砂岩中富含的氧化铁质及多种微量元素在地下水的作用下沿裂隙逐渐下渗，下渗的氧化铁质及多种微量元素在微晶灰岩富集，并经过变质重融和重结晶作用，岩石形成红黄相间的条带和柔皱，矿物自形程度较高。再经过长期的地壳升降、区域变质、风化剥蚀作用逐渐形成今日泗水之砭石矿床。矿床赋存于馒头组石店段地层中，岩性多为砖红色纹层状结晶灰岩(图5)。因此该矿床成因定为沉积变质型[10]。

1—馒头组下页岩段；2—馒头组石店段；3—朱砂洞组上灰岩段；4—朱砂洞组丁家庄段；5—磨坑单元；6—基底；7—砭石矿层；8—含黑云角闪闪长岩；9—花岗闪长斑岩；10—白云岩；11—灰岩；12—泥灰岩；13—页岩图5 泗水砭石矿成矿模式图

4 结论

(1)该区通过地质测量、放射性测量、地表工程和各类样品的分析测试，大致对泗水县南部地质特征和“泗滨砭石”特征进行了调查了解。区内寒武纪馒头组石店段地层赋存稳定，微晶灰岩发育，上部为云泥岩和厚度达100多米的紫红色页岩，区内构造、节理、裂隙发育，下部发育稳定的燕山期磨坑单元粗斑花岗闪长斑岩岩床，厚度10～30m。粗斑花岗闪长斑岩侵位和冷凝时间较长，岩浆结晶分异提供了充沛的含丰富有益微量元素的气水热液，为砭石矿的形成提供了有利条件。

(2)矿床位于泗水南部的低山丘陵区，总体地势为南高北低，地形起伏较为明显，最高山为南部的孙老洞山，海拔+532.4m,区内最低点下鲁城村北海拔+148.0m，相对高差374.4m。矿层赋存于寒武纪馒头组石店段地层中，一般位于山体的下部，在山体的南侧砭石矿层出露地表，沿倾向向北延伸隐伏于地下，埋深逐渐加大。该区馒头组石店段地层赋存面积约为340km2，东西最长45km，南北最宽23km。区内砭石矿层赋存稳定，质量较好；矿层上部直接出露地表，适于露天开采；深部矿层埋深大适合洞采。矿层易采易选，运输方便。“泗滨砭石”自发现以来，已有多处自发民采点，如西马头山村、大泉村、沙胡同村、立山崆村、西峪村等开采点。

(3)由于“泗滨砭石”为新兴矿种，目前尚未制定国家评价标准，参照《矿产工业要求参考手册》宝石评价标准以及《建筑材料放射性核素限量》(GB6566-2010)，结合矿床实际情况和当地砭石产品加工要求，暂拟定如下工业指标，对“泗滨砭石”进行圈定和评价。即：有害物质含量:Pb≤20×10-6，As≤5×10-6，Cr≤30×10-6，Cd≤35×10-6，Hg≤0.5×10-6。放射性:IRa≤0.5,Iγ≤0.6;矿物结晶粒度：A级，粒度<0.05mm，B级，粒度<0.1mm，C级，粒度<0.5mm；砭石磨擦人体产生的超声脉冲事件次数：A级，>3000次，B级，>2000次，C级，>1000次；辐射远红外波谱带宽最大波长:A级，>15μm，B级，>14μm，C级，>13μm。最低开采厚度0.50m。根据这一评价标准，“泗滨砭石”多为3A级的上品砭石。

(4)“泗滨砭石”属特色矿产，成因产地特殊，层位稳定，找矿标志明显。自20世纪80年代中期被发现以来，不断有新产品被开发出来，目前主要加工产品有刮痧板、按摩棒、砭石锥、项链、手链、梳子、美容仪、床垫、麻将、足浴桶等，还可泡制茶水，并具有一定的收藏价值等。随着对“泗滨砭石”研究的深入，新的砭石产品将不断开发出来，其需求量将越来越大，应用越来越广泛，市场前景十分广阔。今后通过对“泗滨砭石”研究的深入，尽快制定出“泗滨砭石”勘查规范和评价标准，查清“泗滨砭石”资源储量，以规范有序的尽早开发利用这一新兴资源，使资源优势尽快转化为经济优势[6，16-17]。

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