铜官山国家矿山公园典型矿业遗迹评价

汪庆玖, 吴长贵, 宁 磊, 庞冯秋, 叶小华

(安徽省地质矿产勘查局 321地质队,安徽 铜陵 244033)

安徽省铜陵市铜官山地区是中国历史上铜矿资源的重要生产地。其采铜冶铜历史可上溯至商周[1],盛于汉唐,延至当代,有3 000多年历史。西汉武帝元封二年(公元前109年),在今天的铜陵设置“铜官”负责这一带的铜矿开采冶炼。以后历代相沿,规模不断扩大,以致达到了“炉火照天地,红星乱紫烟”的地步[2]。新中国成立后,铜官山铜矿是国家最早恢复建设的重点项目之一。自1952年采出第一车铜矿石之后,又进行了大规模露天开采,形成坑下露天联合开采铜矿格局,为新中国建设做出了巨大贡献,其采矿方案、生产工艺以及地质找矿研究成果被地矿、冶金等院校列入教学内容,是中外地质、采矿界专家学者研究注意的重点矿区。可以说,铜陵铜官山是中国3 000年来采冶铜矿资源史的缩影,是中国青铜文明史的重要组成部分[3]。

2010年4月,安徽铜陵铜官山铜矿被国土资源部授予“国家矿山公园”[4]称号,为全国第二批国家矿山公园之一,也是安徽省第二家国家矿山公园。

1 矿山公园地质概况

铜官山国家矿山公园位于铜陵市建成区南侧,中心位于铜官山山顶,地理坐标为东经117°49′01″、北纬30°53′57″,面积约4.95 km2。

矿山公园区属低山丘陵地貌,微地貌包括低山、丘陵、斜坡地、坳谷等。最高点为铜官山,山顶标高493.1 m。坳谷地形较平坦,地面标高20～50 m。

矿山公园构造单元属扬子陆块下扬子地块中的沿江褶断带。构造上位于铜官山背斜中段,铜官山背斜长约18 km,为一北东向“S”型短轴背斜,轴线总体方向为42°。背斜枢纽起伏,扭曲如麻花状,依轴面及枢纽产状,背斜可划分为北、中、南三段。北段轴面倾向南东,南段轴面倾向北西,中段两翼正常,轴面近直立。背斜轴部出露地层为志留系中统坟头组,两翼地层齐全,依次出露志留系—三叠系。北西翼地层倾向北西,倾角40°～60°,产状正常。南东翼地层亦倾向北西,倾角在60°以上,产状倒转。

与背斜伴生有一系列北东向断层以及北北西向(330°)断层。断裂具有多期活动特征,对矿床的形态特征有明显的控制作用。后期则表现为对矿床的破碎、破坏作用。

矿山公园内出露三个岩体:铜官山岩体、天鹅抱蛋山岩体和金口岭岩体。三个岩体均为小岩体,但与成矿关系密切。据岩体地球物理学分析,三个岩体在深部相连接。

2 铜官山铜矿床及矿山开采概况

2.1 矿床赋存状况

铜官山铜矿床位于铜官山背斜北东端近轴部,处于铜陵—戴家汇东西向构造岩浆岩带西端南侧,北东向褶皱与东西向基底断裂构造的交汇处。

矿区内出露志留系—三叠系地层,矿体赋存于中石炭统黄龙组(C2h)底部白云岩与上泥盆统(D3w)砂页岩过渡带、黄龙组(C2h)与船山组(C3c)界面以及船山组(C3c)和栖霞组(P1q)灰岩界面附近。极少部分产于大隆组(P2d)或殷坑组(T1y)灰岩与岩浆岩接触带。矿带走向长约2 200 m。

铜官山铜矿属矽卡岩型接触交代矿床[5]。由松树山、老庙基山、小铜官山、涝山、宝山、白家山、罗家村及笔架山等8个矿段组成,围绕铜官山石英闪长岩岩体周缘接触带分布(图1)。其中前5个矿段位于岩体南东侧接触带,白家山与笔山矿段分别位于南、北接触带,罗家村矿段位于岩体北西接触带。

图1 铜官山铜矿床地质示意图Fig.1 Geological map of Tongguanshan copper deposit1.第四系;2.三叠系下统;3.二叠系上统龙潭组;4.二叠系下统孤峰组;5.二叠系下统栖霞组;6.石炭系中上统黄龙船山组;7.泥盆系下统五通组;8.石英闪长岩;9.闪长斑岩;10.矽卡岩;11.角岩;12.铁帽;13.磁铁矿;14.磁黄铁矿;15.地质界线;16.逆断层;17.平移断层;18.背斜轴。

2.2 矿山开采概况

古代铜矿遗址的考古发掘和出土的商周时期的青铜器表明,境内铜矿采冶历史已有3 000多年,有文字记载的历史已有2 000多年。据《汉书·地理志第八上》记载,西汉元封二年(公元前109年)在今铜陵设置“铜官”,主管该地区矿业事宜。

铜官山铜矿是新中国成立后自行设计建设的第一座中型有色金属露天开采铜矿山。1950年5月开始建设,1952年10月正式投入生产,建设规模为日采选400 t矿石量。1953年,开发铜官山铜矿资源被列入国家第一个五年计划,成为156个重点项目之一。同年5月,铜官山冶炼厂建成投产,炼出了新中国第一炉铜水。到“一五”期末,铜陵有色公司基本形成了以铜金属采、选、粗炼为主的铜联合企业,铜料及粗铜产量接近当时全国总产量的一半[6]。

铜官山铜矿最低开采中段为-375 m,开拓方法为联合开拓法,概括为“多点开拓,联合运输”,即以下盘和侧翼竖井开拓为主,各矿段形成独立的开拓系统。老庙基山、小铜官山、松树山矿段的上部地段采用露天开采,其余矿段采用井下开采。采用过的采矿方法十余种,由于矿体赋存状态、矿岩物理力学特性、机械装备水平和职工技术水平等因素的变化,采矿方法时有变更,采用的主要采矿方法有:阶段矿房空场法、下向分层空场法、分段空场法、阶段崩落法、浅孔留矿法等五种。松树山矿段开采深度从地表至井下-215 m中段,老庙基山矿段开采深度从地表至井下-370 m中段,小铜官山矿段开采深度从地表至井下-175 m中段,涝山矿段开采深度从地表至井下-23 m中段,宝山矿段开采深度从95 m中段至-250 m中段,笔山矿段(6线以东部分)开采深度从-171 m中段至-335 m中段。

铜官山铜矿床的小铜官山、宝山、松树山、涝山、笔山和老庙基山六个矿段因矿产资源枯竭,经安徽省储委会批准,先后于1988年、1989年、1993年、1998年闭坑,结束了铜官山铜矿的采铜史。2002年铜官山铜矿被国务院列为关破矿山。

从建矿投产到最后一个矿段闭坑,铜官山铜矿五十多年来共为国家生产铜24万t,硫精砂(35%)600万t,铁精砂(60%)582万t,以及黄金、白银等产品,实现工业总产值36亿元,上缴了数量可观的利税,作为工业建设的人才摇篮,铜官山铜矿还培养并向外输送了一大批管理人才和技术人才,促进了铜陵市“中国当代铜基地”的地位。

3 典型矿业遗迹评价

3.1 评价指标体系及标准

根据国土资源部国土资发[2004]256号文附件4《国家矿山公园评价标准》,按矿业遗迹的典型性、稀有性、科学价值、历史文化价值以及系统完整程度将矿业遗迹分为三个等级,分别为:一级(珍稀级),二级(重要级),三级(一般级)。

3.2 典型矿业遗迹评价

依据上述评价标准对矿山公园矿业遗迹进行评价,铜官山矿山公园计有矿产地质遗迹、矿业活动遗迹等5大类11个亚类的矿业遗迹,其中一级(珍稀级)15处,二级(重要级)11处,三级(一般级)14处[7]。典型矿业遗迹见表1。

表1 铜官山矿山公园典型矿业遗迹评价表Table 1 Evaluation of typical mining heritage of Tongguanshan Mining Park

3.2.1 矿产地质遗迹

(1) 典型矿床剖面及找矿地质标准。铜官山铜矿床是典型的矽卡岩型铜矿,分布在铜官山岩体南东接触带的矿体,自北东向南西依次有松树山、老庙基山、小铜官山、涝山、宝山五个矿段,断断续续。原勘探21线剖面即为典型矽卡岩矿床地质剖面(图2)。

矿体底板均为石炭系下统高骊山组(C1g)角岩,其上毫无例外地发育一层蛇纹石岩(或夹有滑石岩)。各矿段以含铜蛇纹石滑石岩顶面为界可分为上部矿浆侵入型、下部沉积改造型两部分。

上部矿浆侵入型矿体靠近岩体,矿石为块状,系由来源于深部的矽卡岩浆侵入充填形成。近岩体一侧都发育有块状的石榴子石矽卡岩,向外部磁铁矿、磁黄铁矿、黄铁矿依次渐增,矿石类型也由内向外依次发育有含铜石榴子石矽卡岩、含铜磁铁矿、含铜磁黄铁矿、含铜黄铁矿,次序上渐变过渡,基本不乱。

下部沉积改造型矿体靠近底板高骊山组(C1g)角岩,矿石具层状、(细)纹层状构造,保留了沉积地质体的层状形态特征,是由上部的侵入矿浆对原沉积物进行交代改造而形成。

该剖面沿线找矿标志层及标志矿物矿石类型齐全,具有很高的科考、科普价值。

铜官山铜矿床是中国勘探最早的矽卡岩型铜矿之一,由于它比较典型,当时即把它作为该类型代表,以致在相当长的时期内,“铜官山式”一词几乎成为矽卡岩型铜矿的同义语[8-9]。高校教材中的矿床学,其中涉及接触交代矿床(矽卡岩矿床)多有引用、记载,如袁见齐、朱上庆、翟裕生编著的《矿床学》、胡受奚等编著的《矿床学》(地质出版社,1985)皆引用了铜官山铜矿相关资料[10]。高校其它学科教材亦有引用,如候德义编著的《找矿勘探地质学》引用了铜官山铜矿相关资料[11]。

图2 铜官山矿床小铜官山矿段21号地质剖面图Fig.2 Geological section of the 21 line of the small Tongguanshan ore section in Tongguanshan copper deposit1.大理岩;2.角页岩;3.石英岩;4.石榴子石矽卡岩;5.透辉石矽卡岩;6.蛇纹石岩;7.蚀变石英闪长岩;8.矿化石英闪长岩;9.磁铁矿;10.黄铁矿;11.磁黄铁矿;12.实测及推测地质界线;13.矿体界线;14.外推矿体界线;15.采空区范围;16.坑道;17.投影坑道。

(2) 间接找矿标志——铜草花。铜官山矿区主要间接找矿标志有特殊植物——铜草,铜官山、笔架山等山上广泛生长。

铜草花学名海州香薷,唇形科,多年生草本,高30～40 cm。茎直立,通常呈棕红色,茎方形,多分枝,叶对生,开的花儿成穗状花序,偏向枝端一侧,其形似牙刷,因此人称“牙刷草”。它是地球上已知独有的能够比较准确地显示铜矿藏位置的特色植物。

铜草花看起来像草,其实是一种没有叶子的小花,多为蓝色或紫红色,生长在藏有铜矿石的山野里,向人们展示着根底下的矿藏物。在古代探矿技术不发达的时候,找到它就意味着找到了铜矿,人类依靠它的指引来开采铜矿。铜陵有句谚语:“牙刷草,开紫花,哪里有铜,哪里有它”。铜陵的几大铜矿,处处可见铜草的倩影。尤其是在暴露的矿化地带,铜草长得最为葱郁,即使矿藏埋得很深,地表也会透出三两棵来。这是因为铜草吸附铜元素的能力特别强。有人做过试验,干的铜草含铜量达2/1 000。铜草花是铜陵市最具铜文化韵味的植物。

3.2.2 矿业生产活动遗迹

(1) 露天采矿遗迹(老庙基山—小铜官山露采场)。老庙基山、小铜官山露天矿段1954年10月开始建设,1956年9月投产,1985年底闭坑。该露采场为国内第一个自行设计的机械化露天矿山。20余年的露天采矿,采坑垂直高差最大超过100 m,形成了人工峡谷般的壮观景象。

东南边坡总长1 100余米,坑底最低标高48.9 m,边坡后缘最高标高160 m,相对高差111.1 m。边坡总体倾向315°,边坡角40°。组成边坡的岩层(底板围岩)为石炭系下统高骊山组、泥盆系上统五通组石英砂岩、粉砂岩,地层倾向和坡向相近,地层倾角与底盘最终边坡角基本一致。

西北边坡总长960余米,坑底最低标高48.9 m,边坡后缘最高标高118.9 m,相对高差70 m。边坡总体倾向135°,边坡角40°。组成边坡的岩层为石英闪长岩。

(2) 罗家村——露采新村古冶炼遗迹(大炼渣)。铜官山是中国著名的古矿区,区内古人采冶铜遗迹遍布,老窿、废矿堆、炼渣随处可见。五六十年代的现代矿山建设过程中,在松树山、笔山古采区,曾发现过多处古代采矿井巷以及铜斧、铜凿、铁锤、木制水车等生产工具。

冶炼遗址分布在笔山北侧、罗家村、露采新村和杨家山一带。炼渣遍地皆是,分布范围约5 km2,总计20万t以上,可见当时的矿冶规模之宏大。最典型的是罗家村——露采新村古冶炼遗迹。罗家村发现大炼渣6处(照片1),沿沟边暴露。炼渣为褐色,近方形,呈巨石状,直径1.4～1.8 m,高约1.2 m,重量2.2～6.6 t。2009年,露采新村发现大面积汉唐时期炼铜遗址,其中有大炼渣10块、土筑炉基4处、水井1口以及石砌炼炉残迹、红烧土颗粒等。

炼渣是古代炼铜的主要遗物之一,也是反映当时冶炼水平的重要标志。早期炼铜采用地面竖炉,燃料主要是木炭,炉的容量有限,炼渣多为蘑菇状。汉—唐宋时期,由于燃料更替和鼓风设备改进,则由地面竖炉改为地炉,炉体增大,在炉前开沟放渣,炼渣一般为条块状。罗家村——露采新村大炼渣的形成正是这种地炉多次放渣烧结所致。史料记载有“齐、梁之代为梅根治,以烹铜铁”,唐宋时期规模更甚,李白的“炉火照天地,红星乱紫烟。赧郎明月夜,歌曲动寒川”,生动地描绘了当年铜陵地区炼铜盛况。

照片1 罗家村大炼渣Photo 1 Luojiacun iron slag

罗家村——露采新村大炼渣不仅成为铜陵古代规模宏大的矿冶活动最好的实物见证,也是中国乃至世界冶金史上的一大奇观,具有极高的历史、文化价值。1998年,铜官山脚下汉唐时期古铜矿遗址罗家村大炼渣被安徽省人民政府公布为“省级重点文物保护单位”。2004年,首届CCTV全国魅力城市评选中,罗家村大炼渣作为城市瑰宝在CCTV向全世界展示。

3.2.3 矿业制品遗迹

(1) 青铜器。铜官山及周边地区考古发掘的一系列重大发现,为铜陵地区采矿冶铜历史研究提供了大量可靠的实物资料(照片2)。出土的青铜器主要有:1983年12月铜陵县西湖乡童墩村出土青铜爵、斝各1件(商)[12-13],童墩村青铜爵、斝的年代,可定在商代二里冈期[14-15];1984年出土的春秋铜器窖藏,内有铜淀一块,属铜铁合金(即冰铜),是使用硫化铜矿炼铜的重要标志。1987年11月出土铜鼎、钟、剑、矛各1件以及车马器残片等(西周)。1989年7月出土铜鼎、匜、剑、曲柄盉等共5件(春秋)。1993年2月出土铜甬钟5件(春秋)。

照片2 出土的青铜器(自左至右分别为冰铜锭、兽面纹斝、蟠虺纹盖鼎)Photo 2 Bronze vessels unearthed

(2) 矿产品。现代冶炼产品主要有粗铜、电解铜、硫酸、硫酸铜及金、银等。新中国成立后自己生产的第一块铜锭,即于1953年5月1日产生在铜陵(照片3)。

4 结论

(1) 铜官山铜矿有3 000多年的采冶历史,也是设置铜官最早且历代延续管理不断的地区,铜矿采掘、冶炼遗迹丰富。可以回顾、研究商周以来乃至民国、日伪时期以及建国后,从原始铜矿采冶、管理至现代勘查、开发、选冶和依矿建市的完整历程,是一部铜矿科技发展史。

(2) 铜官山国家矿山公园矿业遗迹丰富,计有矿产地质遗迹、矿业活动遗迹等5大类11个亚类的矿业遗迹,其中一级(珍稀级)15处,二级(重要级)11处,三级(一般级)14处。多处矿业遗迹具有典型性、稀有性的特征,具有较高的科学价值和历史、文化价值,遗迹类型及内容非常系统、完整。

照片3 新中国第一块铜锭Fig.3 The first copper ingot of new China

(3) 铜官山国家矿山公园位于皖江城市带承接产业转移示范区的铜陵市区,区位优越,交通便利,铜文化底蕴深厚,驰名中外,有良好的开发利用前景。

参考文献：

[1] 吴昭谦.铜陵史话[M].合肥:安徽人民出版社,2013.

[2] 萧涤非,程千帆,马茂元,等.唐诗鉴赏辞典[M].上海:上海辞书出版社,1983.

[3] 朱益华.断简集[M].北京:中国文联出版社,2004.

[4] 国土资源部地质环境司.中国国家矿山公园建设工作指南[M].北京:中国大地出版社,2007.

[5] 郭文魁.论安徽铜官山铜矿成因[J].地质学报,1957，37(3):317-322.

[6] 铜陵有色金属公司.铜陵有色金属公司志(1950-1990)[M].合肥:黄山书社,1994.

[7] 吴长贵,汪庆玖,宁磊,等.安徽铜陵铜官山国家矿山公园综合考察报告[R].铜陵:铜陵市人民政府,2010.

[8] 陈伯林.铜陵地区成矿地质因素分析[J].地质与勘探,1980(12):1-7.

[9] 常印佛.铜陵地区铜矿的找矿工作[J].中国地质,1985(1):23-24.

[10] 袁见齐,朱上庆,翟裕生.矿床学[M].北京:地质出版社,1985.

[11] 侯德义.找矿勘探地质学[M].北京:地质出版社,1984.

[12] 张国茂.安徽铜陵地区先秦青铜文化简论[J].东南文化,1991(2):138-144.

[13] 铜陵市地方志编纂委员会.铜陵市志[M].合肥:黄山书社,1994.

[14] 张爱冰,陆勤毅.皖南出土商代青铜容器的年代与性质[C]//青铜文化研究编辑部.青铜文化研究(第六辑).合肥:黄山书社,2009.

[15] 安徽大学.皖南商周青铜器[M].北京:文物出版社,2006.