山东泰山玉矿的发现及矿床和玉石特征

李宗成

(山东省第五地质矿产勘查院，山东 泰安 271000)

石之美者谓之玉。汉代许慎著《说文解字》载：“玉，石之美者兼五德者”。所谓玉的“五德”，指坚韧的质地、晶莹的色泽、绚丽的色彩、致密的纹理组织、舒扬致远的声音，概括出了玉所具备的特质[1]。随着人们对玉石的逐渐了解和利用，再加上地质工作者和玉石专家的不断研究，认为玉石实际上就是一种岩石；它是由某一种矿物或某几种矿物的许多小晶体共同组成的。必须具有美观、可爱的基本属性；还应该比较罕见，使人不能轻易获得，从而使它有物以稀为贵的高贵身价；还应该具有一定的耐久性，能经受岁月的考验，经久不变，永葆美丽的本色[2]。泰山玉是玉石的一种，属于蛇纹石玉(岫玉)[3]。

1 泰山玉矿的发现评价历史

自1984年以来，先后有山东省化学矿地质勘探队、山东省地质科学研究所、山东省地质博物馆、山东省第五地质矿产勘查院(山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队)、山东省地矿工程集团有限公司、山东科技大学、中国地质大学、国家黄金钻石制品质量监督检验中心、泰安市矿产资源储备开发中心等多家单位，对泰山玉矿床的勘查评价和玉石的特征等进行了不同的研究工作。

1.1 蛇纹岩矿勘查工作

早期的地质工作者将泰山玉的原岩—蛇纹岩作为化肥原料勘查和利用。1985年5月，山东省化学矿地质勘探队提交的《山东省长清县界首矿区蛇纹岩矿详细普查地质报告》，评价了4个蛇纹岩矿体，分别长880m，280m，614m，856m，厚度不等。氧化镁为33%～35%，含镍0.22%。提交蛇纹石资源量2608万t。当时身为化肥原料的泰山玉并未受到重视[4]。

1.2 泰山玉石矿勘查工作

(1)泰山玉石矿调查研究。1989年6月，山东省地质博物馆的张厚生等[5]对长清界首矿段进行了地质调查工作，将泰山玉作为山东新发现的蛇纹石质玉，对其玉石特征、赋存部位、围岩及成因作了较详细的论述，并对蛇纹岩玉石的地质产状、储量、物理化学性质及工艺性能进行了系统研究。预计界首矿段求得玉石储量约50万t，其潜在经济价值可达5亿元[5]。

(2)石腊矿区玉石矿详查。2010年6月，山东省第五地质矿产勘查院提交了《山东省泰安市岱岳区石腊矿区泰山玉玉石矿详查报告》。共圈定4个矿体，矿石类型主要为泰山墨玉、其次为泰山翠斑玉、泰山碧玉。估算泰安境内泰山玉矿石量353.3万t，玉石量156.9万t。

(3)界首矿区玉石矿普查。2010年6月，山东省第五地质矿产勘查院提交了《山东省济南市长清区界首矿区泰山玉玉石矿普查报告》。共圈定了4个泰山玉矿体，其中Ⅰ矿体的大部分、Ⅱ矿体的一部分分布于长清境内，估算济南境内泰山玉矿石量153.4万t，玉石量50.2万t。

(4)界首矿区蛇纹岩(泰山玉)矿补充详查。2012年1月，山东省地矿工程集团有限公司提交了《山东省济南市长清区界首矿区蛇纹岩(泰山玉)资源储量报告》。估算蛇纹岩矿石量261.4万t，MgO平均品位34.44%，共生泰山玉矿石量30.4万t。

(5)大辛庄矿区泰山玉详查。2013年12月，山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队提交了《山东省泰安市岱岳区大辛庄矿区泰山玉玉石矿详查报告》。圈定了3个泰山玉矿体，估算泰山玉矿石量245.9万t，玉石量63.4万t，含玉率25.8%。

1.3 泰山玉研究工作

1.3.1 《泰山玉》标准制定

经过数次的勘查及综合研究后，基本查清了泰山玉石矿的成矿地质背景，矿床特征，玉石的岩石学、矿物学、宝石学等特征。但对泰山玉的划分没有统一的认识，为了建立较为一致的行业标准。山东省第五地质矿产勘查院承担了泰山玉山东省地方标准的起草工作，于2013年11月20日由山东省质量技术监督局发布实施[6]。标准明确了泰山玉适用范围，规范性引用文件，术语和定义，鉴定特征，鉴定方法，参考标准样品，定名规则，鉴定证书，标示九项内容。

1.3.2 勘查评价的工业指标研究

山东省第五地质矿产勘查院根据泰山玉的实际情况制定了以下泰山玉勘查的工业指标。

矿石工艺要求：①质地：致密、均匀、柔和、滋润，且未经风化，无裂纹的玉石质量好。相反，质地粗糙、有裂纹的玉石质量差。②颜色和色彩：颜色或色调纯正，上光后柔和明亮，有“巧色”色带、色纹等可利用颜色的玉石，可成为上品；色彩新颖华美，上光后鲜艳而不暗淡，且被大多数人喜爱的颜色、花纹、色彩的玉石质量好，反之，质量差。③透明度：透明度高的质量好，半透明的质量中—上等，不透明质量差。④块度：块度越大越好，一般块体在1.48kg以上，碧玉可降低至0.5kg。⑤硬度：具可琢磨性和可加工性，不易破损，硬度<4者质量差。

开采条件：①最低可采厚度1m，玉石质量好的可降低至0.5m。②夹石剔除厚度1m。③剥采比≤3∶1(m3)。④露天开采最终边坡角不大于60°，边坡角大于60°时，建议坑采。⑤剥离爆破安全距离：距主要建筑设施不小于300m。

1.3.3 泰山玉分类研究

2013年12月，山东省第五地质矿产勘查院提交了《山东省泰山玉分类标准及其特征研究报告》。主要对泰山玉的宝石学、岩石学、矿物学和工艺学特征进行全面研究，为泰山玉分类分级提供物理化学特征和加工性能特征等方面的依据[7]。对泰山玉的工艺流程[8]、加工设备及辅料[9]、加工工艺特点和工艺品种类[10]4个方面进行了评价。

1.3.4 泰山玉与相似玉种比对研究

2015年3月，山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队提交了《泰山玉与相似玉种特征比对报告》。在分析测试数据的基础上，进行细致的综合比对研究工作，筛选确定了泰山玉有别于其他相似玉种的鉴定特征[11]；利用不同产地蛇纹石质玉石中微量元素的地球化学特性，发掘出泰山玉区别于其他相似玉种产地样品的指纹鉴定特征[11]。

2 泰山玉矿床特征

矿区位于泰安市城区西北约10km的泰安市与济南市交界处，分属泰安市岱岳区粥店办事处、道朗镇和济南市长清区万德镇[12]。

2.1 矿床特征

泰山玉矿赋存于蛇纹岩中，呈大小不一的玉石透镜体[13]，矿区内共发现有7个泰山玉矿体(图1)，呈脉状、不规则脉状产出[14]，总体走向320°，倾向SW，倾角59°～84°。共探获泰山玉矿石量752.6万t，玉石量270.5万t。主要矿体特征如表1所示。

1—第四纪沂河组;2—第四纪临沂组;3—第四纪大站组；4—新太古代泰山岩群；5—长城纪牛岚单元；6—新太古代傲徕山序列；7—新太古代南涝坡序列百草房单元；8—新太古代黄前序列；9—新太古代黄前序列西店子单元；10—新太古代泰山片麻序列望府山单元；11—新太古代万山庄序列南官庄单元；12—煌斑岩脉；13—石英岩脉；14—花岗岩脉；15—泰山玉矿体及编号；16—断裂；17—韧性剪切带；18—矿区位置图1 泰山玉矿分布图

Ⅱ矿体：矿体呈脉状产出，总体走向320°，倾向SW，倾角62°～77°，沿走向向SE逐渐变薄至尖灭，向NW被辉绿岩脉分割。赋存标高140～286m，控制长度238m，倾向延伸一般在75～113m，厚度13.82～57.01m，平均厚度36.52m，变化系数为43.2%，矿体连续性较好，厚度变化较稳定。矿体矿石量201.7万t，玉石量113.0万t，含玉率为56.0%，玉石以泰山墨玉为主，占43.5%；次为泰山翠斑玉，占11.3%；泰山碧玉，仅占1.2%。

Ⅲ-1矿体：矿体呈不规则脉状产出，总体走向320°，倾向SW，倾角65°～67°，向两端逐渐变薄至尖灭，尖灭部分出现分支现象。由于后期脉岩的侵入和矿体含有较多围岩捕虏体，矿体的完整性受到破坏。赋存标高95.5～225.5m，控制长度298m，倾向延伸64m，厚度13.71～69.56m，平均厚度32.55m,变化系数为64.4%，矿体连续性较好，厚度变化较稳定。矿体矿石量189.7万t，玉石量67.5万t，含玉率为35.6%，玉石以泰山墨玉为主，占25.1%；次为泰山翠斑玉，占9.6%；泰山碧玉仅占0.9%。

2.2 泰山玉的赋存状态及质量

泰山玉多呈不规则的团块状、透镜状赋存于蛇纹岩内，有的呈似板状、扁豆体状断续赋存于蛇纹岩与后期侵入岩脉的接触部位。玉石块体大小不一，块度差别很大，大的透镜体可达5m×3m×2m，重达70～80t，常见者为3m×2m×1m，重约15t左右，目前已采出的“泰山玉王”体积达10m×6m×5m，总重量超过300t。似板状玉石规模与侵入体的规模及接触带产状有关，侵入体的规模大、产状稳定，所形成的玉石规模就大。反之即小，玉石厚度一般在0.1～1m左右。

表1 泰山玉矿体特征

由于玉石的组分差异，变质程度和含杂质的多少不同，致使出现了颜色不一，硬度不同的玉石[15]。变质程度高者，呈隐晶质结构，具油脂光泽，反之则颗粒变粗，光泽变差，多为玻璃光泽，碧玉和上好的墨玉变质程度强，花斑玉较差。近地表的蛇纹岩因受风化作用，颜色显浅显暗，玉石质量变差。目前已开采的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ矿体中，好玉多出自Ⅱ矿体，其采深已超80m，局部地段处于水位线之下，Ⅰ，Ⅲ矿体玉石质量较差，其采深只有10～20m。

玉石的质量变化较大，通常是似板状及扁豆体的玉质较好，与滑石岩接触处为透明度较高的淡黄绿色玉石，向里过渡为碧绿色、墨绿色至黑色玉石[15]。透镜体状玉石往往玉质较差，并出现层圈构造，最外层为一薄层滑石，往里为各种绿色调玉石，厚约10～30cm，内核为黑色，内核占块体的绝大部分。另外与石棉接触的玉石多呈黄绿、碧绿色，半透明，质地细润，但裂隙多，块度小。由于矿体受热液变质及构造应力作用，裂隙及劈理较发育，对玉质有影响。

2.3 矿床成因类型

泰山玉的成矿母岩是上地幔的超基性岩浆，经泰山期构造运动，形成的二辉橄榄岩。二辉橄榄岩侵位形成后，经过后期的区域变质(自变质或热液蚀变)转变为蛇纹岩。继之又经历多期岩浆活动和热液蚀变作用，使蛇纹岩发生了玉化，但也不能排除蛇纹岩的自蚀变作用形成玉石。玉石与围岩蚀变有密切关系，但玉化晚于蛇纹石化，故玉石在蛇纹岩体内孕生。因此，泰山玉矿床为超基性岩浆变质矿床[7]。

3 泰山玉石特征

3.1 泰山玉的岩石特征

3.1.1 表观特征

泰山玉的表观颜色可大致分为绿色系列和黑色系列，另外少数样品受褐铁矿化染色而略带褐黄色调[15]。

3.1.2 结构构造

泰山玉的主要组成矿物蛇纹石的颗粒非常细小，呈细粒—隐晶质结构。按矿物颗粒大小，泰山玉结构可分为2种类型：显微晶质结构和显微隐晶质结构。按矿物形态，泰山玉结构可分为3种类型：叶片状变晶结构(图2a)，鳞片状变晶结构(图2b)，纤状变晶结构(图3a)。按矿物变晶粒度相对大小，泰山玉结构可分为3种类型。等粒变晶结构(图3b)，不等粒变晶结构(图4a)，斑状变晶结构(图4b)。此外还有假象结构和交代残留结构。

泰山玉主要的构造类型为块状构造，少数为弱定向构造，此外还有特殊的花斑状构造。

图2 叶片状变晶结构及鳞片状变晶结构

图3 纤状变晶结构及等粒变晶结构

图4 不等粒变晶结构及斑状变晶结构

3.1.3 泰山玉的化学成分

泰山玉的主要化学成分为SiO2,MgO,Al2O3,Fe2O3,FeO和LOI(烧失量中主要是H2O)。其中SiO2含量为34.7%～44.3%，平均41.44%；MgO含量为34.6%～44.9%，平均39.70%；Al2O3含量为7.2%～9.1%，平均8.16%；Fe2O3含量为1.9%～7.2%，平均4.50%；FeO含量为0.8%～4.9%，平均1.95%。与蛇纹石的理论成分相比，SiO2,MgO,H2O(LOI)的含量均低。不同颜色系列样品化学成分略有差异(表2)[11]。从绿色→花色→黑色，Si,Al含量逐渐降低，Fe含量逐渐升高，Mg含量变化不大[15]。

3.2 泰山玉的矿物学特征

3.2.1 矿物成分

泰山玉的主要矿物成分为蛇纹石，极少数玉石主要矿物成分为蛇纹石和透闪石。不同种类泰山玉的蛇纹石含量相差较大，碧玉含量最高，一般大于95%，墨玉一般在85%～95%之间，花斑玉含量变化较大，低至70%，高可达95%以上。泰山玉中的蛇纹石主要有3种形态，即叶片状集合体、纤状集合体和细小鳞片状集合体，这3种形态大致对应蛇纹石形成的3个期次，结晶颗粒由粗到细对应形成时间由早到晚，泰山玉多为细小鳞片状，所以为晚期形成的。

表2 泰山玉的不同颜色系列主要组分平均含量

泰山玉中的杂质矿物主要有：磁铁矿、绿泥石、滑石、碳酸盐矿物、粘土矿物、黄铁矿、方黄铜矿、石棉、褐铁矿、阳起石、辉石、橄榄石等。

3.2.2 红外光谱特征

样品的红外光谱测试主要采用镜面反射法，少数为全岩粉末镜面反射法，工作仪器为德国BRUKER TENSOR27傅里叶变换红外光谱仪，分辨率优于1cm-1，波数范围4000～400cm-1，波数精度优于0.01cm-1。镜面反射法红外谱线见图5，KBr压片法红外谱线见图6。

图5 泰山玉镜面反射法红外光谱图

图6 泰山玉KBr压片法红外光谱图

2种测试方法红外光谱吸收峰的位置比较接近，且不同颜色泰山玉的红外光谱图基本一致。上述谱线显示了典型的蛇纹石红外光谱特征，其吸收频率主要集中在3个区域内：3700～3600cm-1,1100～950cm-1,700～400cm-1。这种谱线特征指示泰山玉主要矿物成分为叶蛇纹石。

3.2.3 X射线荧光光谱特征

采用美国热电公司生产的Quanx型能量色散X荧光光谱仪测试了泰山玉的化学成分，测试条件：分辨率为145eV，检测电压为20kV，电流为0.08～0.10mA。为突出次要元素的质量分数，测试过程中采用了赛璐璐滤光片。在抽真空的条件下，对不同泰山玉样品进行了测试，测试结果显示不同样品的X荧光光谱曲线基本相似，图7为黑色和黄绿色泰山玉的X荧光光谱图。

图7 泰山玉X荧光光谱图

X荧光光谱图显示，泰山玉的主要化学成分除Si,Mg外;还含有Fe,Ni,Cr,Ca,Al等元素。另外，黄绿色泰山玉光谱中还显示出了S,Mn元素峰，二者均为有色元素，应是该泰山玉呈黄绿色原因之一。

3.2.4 差热分析

该项分析除能正确确定蛇纹石的种属外，还能了解蛇纹石在加热时，随温度增高矿物成分、结构及分解的情况，为蛇纹石的深加工提供依据。泰山玉的差热分析曲线见图8。显示了叶蛇纹石特征，在600～800℃区间有一吸热谷，谷形窄而深(760℃)，表明矿物的结晶程度高，此过程矿物开始分解，脱失结构水，结构水主要是以羟基的形式存在于晶体结构单元层的八面体中。随着羟基的逐渐脱失，晶体结构发生重组，并开始出现新物相，在815℃出现一个尖锐的放热峰，形成新矿物橄榄石[5]。

图8 泰山玉差热分析曲线图

3.3 泰山玉的宝石学特征

3.3.1 外观特征

泰山玉的颜色主要为绿色、黑色和杂色三大系列[16]。泰山玉是由细小的叶片状、鳞片状蛇纹石单晶交织而成，结构致密。肉眼观察玉石的平整面，有的玉石表面光滑无颗粒感，有的玉石则具微弱至明显的颗粒感。泰山玉多数为细级别，上乘的碧玉和墨玉质地多为细润级别。泰山玉的颜色较深，所以其透明度较差，在5mm厚度下只有半透明、微透明、不透明3个级别。淡黄绿色、浅绿色的玉石可达半透明，墨绿色、深绿色、灰绿色的玉石多为微透明，黑色、绿黑色、灰黑色的玉石则不透明。泰山玉抛光后的光滑面多为玻璃光泽至蜡状光泽。泰山玉的净度多为一般级，泰山玉内含有较多包体，其颜色主要有黑色、钢灰色、灰白色、金黄色、褐色、白色等，以黑色最多[15]。

3.3.2 光性特征

(1)折射率。介质的折射率与其组成成分、结构有关，在宝石学中，宝玉石折射率是反映其成分、晶体结构非常重要的参数之一。折射率的大小与光波在介质中的传播速度成反比。泰山玉的折射率在1.540～1.589之间，平均值1.564。

(2)吸收光谱。宝玉石的颜色是其对不同波长的可见光选择性吸收造成的，宝玉石中的致色元素常有特定的吸收光谱，通过观察宝玉石的吸收光谱，可推断其致色原因。经观察发现泰山玉不具有特征谱线。

(3)紫外荧光。紫外灯灯管能辐射出一定波长范围的紫外光波，经过特制的滤光片后，仅射出主要波长为365nm或253.7nm的短波的紫外光。根据宝玉石在长波和短波紫外光下的荧光特征可以帮助鉴定宝玉石类别。测试泰山玉表现为荧光惰性，在长波和短波下均无荧光发出。

(4)其他光性特征。偏光镜下观察，泰山玉呈非均质矿物集合体；二色镜观察，泰山玉无多色性。市场调查未发现泰山玉有特殊光学效应，但存在具有猫眼效应的可能性，原因是少数泰山玉具有矿物定向排列结构，且其他蛇纹石玉见有猫眼效应。

3.3.3 力学性质

(1)硬度。泰山玉摩氏硬度在2.5～6.5之间，平均值为5.7，一般在4～6之间。通过小刀刻划，绿色系列样品比黑色系列样品硬度高，隐晶质者比具颗粒感者硬度要高。

(2)抗拉抗压强度。泰山玉样品测试抗压强度为15.22～94.69MPa，抗拉强度为2.48～9.65MPa。从测试数据看，不同样品的抗压抗拉强度差别较大，主要原因应为强度低的样品中存有微裂隙。对于泰山玉饰品中的小件，外观若无裂隙，其抗压抗拉强度应大于该次测试数据中的最高值；对于大的泰山玉摆件，其强度应与该次测试相仿。

3.3.4 密度、磁性、放射性

(1)密度。泰山玉密度值在2.41～2.93g/cm3之间，平均密度为2.625g/cm3。碧玉密度平均值为2.604g/cm3，花斑玉密度平均值为2.632g/cm3，墨玉密度平均值为2.631g/cm3。

(2)磁性。对泰山玉样品进行了吸附测试292件，其中碧玉63件，花斑玉135件，墨玉94件。通过测试具有吸附感的样品为碧玉1件，花斑玉10件，墨玉52件，其各自所占比例为碧玉2%，花斑玉7%，墨玉55%，说明墨玉中含有磁性铁较多。

(3)放射性。对不同类型的泰山玉进行放射性测试20件，其测试结果计算值IRa 0.016～0.076，Ir 0.022～0.064，均远低于≤1.0要求。泰山玉放射性值低，对人身体无危害。

3.4 泰山玉的类型及特征

根据玉石的颜色、花纹、杂质含量、透明度等外观特征，将泰山玉分为3类，即泰山碧玉、泰山花斑玉和泰山墨玉。泰山碧玉：浅—墨绿色，半透明，常具有细小的黑色斑点，质地均匀。泰山花斑玉：浅—墨绿色夹杂较多白色、糖色、黑色等颜色的不规则斑块，或由2种以上明显不同颜色混合组成，质地不均匀，半透明至不透明，不同部位透明度差异较大。泰山墨玉：黑色—绿黑色，微透明—不透明。

4 结论

(1)泰山玉早期被作为钙镁磷肥用的蛇纹岩矿床勘查和开发，1989年开始作为玉石矿评价，先后勘查评价了石腊、界首、大辛庄等矿区，并进行了《泰山玉》标准、评价工业指标、分类等研究。

(2)泰山玉矿赋存于蛇纹岩中，呈团块状、透镜状产出，碧玉和上好的墨玉变质程度强，花斑玉变质程度较差。泰山玉矿床为超基性岩浆变质矿床。

(3)泰山玉包括绿色系列和黑色系列，主要矿物成分为叶蛇纹石。化学成分除Si,Mg外;还含有Fe,Ni,Cr,Ca,Al等元素。

(4)泰山玉由细小的叶片状、鳞片状蛇纹石单晶交织而成，结构致密，透明度较差。泰山玉的折射率在1.540～1.589之间，摩氏硬度在2.5～6.5之间，密度值在2.41～2.93g/cm3之间。

(5)泰山玉分为3个类型：泰山碧玉、泰山花(翠)斑玉和泰山墨玉。