超基性岩成因蛇纹石玉成因特征及其开发利用价值——以泰山玉矿床为例

邱伟，翟彬，魏斌，张进忠，张道勇

（山东省地质矿产勘查开发局第五地质大队，山东 泰安 271000）

0 引言

蛇纹石类玉石矿床主要有两种成因类型（邹天人等，1996），一类是蛇纹石化基性、超基性岩变质成因矿床；一类是白云质碳酸岩变质成因矿床。在现在板块俯冲带、缝合带附近，或深断裂带内超基性岩发育（黄宣镇，2001），有十分强烈的蛇纹石化，是主要的蛇纹石玉成矿远景区（黄宣镇，2005）。赋存于超基性岩建造中的蛇纹石玉矿床在我国分布甚是广泛，秦岭-大别造山带、昆仑造山带、阿尔金-祁连造山带、喀刺昆仑-三江造山带、鲁中隆起区、康滇隆起带等主要构造单元均有分布。比较有名的这类玉石矿床有甘肃武山县鸳鸯玉矿床（葛云龙等，2011）、青海乌兰县墨绿玉矿床、河南西峡黑绿玉矿床（周世全和丁莉，2004）、山东泰山玉矿床等。作者主持开展了泰山玉矿床的详查、分类研究等工作，并在主持泰山玉产地特征研究期间对上述地区典型矿床进行了考察研究，对泰山玉的矿床特征进行了详细研究。泰山玉矿山开采揭露，使蛇纹岩玉化成因和特征认识进一步清晰，通过总结其成因特征，认为与其他产地矿床成因相似，泰山玉成因特征对提高人们对超基性岩成因蛇纹石玉的认识具有重要意义。

1 泰山玉矿床地质概况

泰山玉矿床位于泰山西麓，距泰安市城区西北约9 km的石腊村西侧，是2009年勘查发现的一个大型玉石矿床，共探获泰山玉矿石量752.6万t，玉石量270.5万t（李宗成，2018）。该矿床过去曾作为钙镁磷肥的原料进行开采，为了进行山体恢复治理，现已由地方政府主导进行限量开发和环境恢复。

玉矿赋存于新太古代五台期超基性岩变质成因蛇纹岩岩体中（全岩变质为蛇纹岩，经原岩恢复，原始岩石成分主要为斜方辉橄岩，少量纯橄榄岩和二辉橄榄岩），岩体既是矿体，直接出露于地表。矿体呈脉状侵位于新太古代泰山岩群雁翎关组和阜平期英云闪长岩体内。矿体内又有后期侵入的辉绿岩脉、斜长岩脉、二长花岗岩脉、煌斑岩脉及石英脉等岩体（脉）穿插其中，将矿体大致分割为4段（张厚生和张希雨，1989；李宗成等，2012；程佑法等，2015；邱伟，2018）。后期脉岩的侵入对蛇纹岩的进一步玉化产生了重要作用，其中以辉绿岩和石英脉与蛇纹岩的接触带蚀变最强，表现为含透闪石金云母滑石片岩→滑石片岩→含滑石石棉碧玉→墨玉→未玉化蛇纹岩的由强到弱的变化特征。

泰山玉玉石种类有碧玉、花斑玉、墨玉3类主要玉石（图1）（程佑法等，2011；张念鹏等，2014；张念鹏，2016），碧玉呈墨绿、深绿、翠绿、黄绿、青绿等绿色调，半透明—亚透明，个别为不透明（黄绿或浅绿），质地细润，玻璃—蜡状光泽，常具有细小的黑色斑点；墨玉以黑色调为主，不透明—微透明，质地细润，玻璃—蜡状光泽；花斑玉是有杂色的碧玉或墨玉。

图1 泰山玉玉石种类及其原岩光面照片

玉石矿物成分以蛇纹石为主，含少量绿泥石、磁铁矿、滑石、石棉、碳酸盐等矿物；玉石摩氏硬度2.5～6.0，以＞5为主，绿色玉石多比黑色玉石硬度高；密度2.48～2.71 g/cm3，平均2.60 g/cm3。

2 玉石产出特征

玉石赋存于蛇纹岩体内，玉化程度主要受后期岩浆及热液活动影响控制在岩体中分布。对蛇纹岩玉化起主要作用的是后期侵入的辉绿岩和石英脉（图2），玉石主要赋存于这两类岩体（脉）及其影响范围内。这两类岩体（脉）发育的部位是碧玉、墨玉和花斑玉的重要产出部位。

图2 矿体内侵入的脉岩

辉绿岩体在矿床内仅发育一条，规模比较大（长800 m，最宽处40 m），呈大的岩墙状斜切穿透矿体及其两侧围岩，辉绿岩呈中细粒辉绿结构，块状构造。由辉绿岩侵入变质形成的玉石整体沿它的两侧分布（图3），变质带最宽处可达3～10 m。蛇纹岩靠近辉绿岩体一侧的局部可见到由强到弱（由绿泥透闪片岩→玉石）的蚀变过渡现象。玉化以原始切割成的蛇纹岩块体为单元由外向内玉化，靠近岩脉一侧玉化厚度比远侧明显加厚。在此脉体两侧形成的玉石普遍质感细腻油润，透明度也相对较好，是矿床内最优质玉石的产出部位。

图3 辉绿岩与玉石接触关系

石英脉在矿床内部分布较多，脉体规模较小，宽度几厘米至几十厘米不等，有的部位只见相应蚀变见不到脉体，脉体中石英呈颗粒状，中粗粒结构，块状构造。这类脉体沿蛇纹岩体内原始裂隙充填分布，是影响整个矿床玉化的主要因素（图4）。石英脉侵入部位及其附近蛇纹岩除了有蛇纹石质玉化，还见有蛭石化、金云母化、滑石化、石棉化等蚀变产物，玉石产出在蚀变产物的外层。和石英脉有关的玉石普遍质感较粗糙。

图4 石英脉与玉石接触关系

玉化除受以上岩体影响外，还受蛇纹岩体内早期构造作用形成的裂隙控制。矿体内裂隙发育，将蛇纹岩体分割成大小不同的块体，后期岩浆与热液影响到的块体，中心玉化弱或为未玉化蛇纹岩，外部玉化好（图5）。玉化强度和岩脉或蚀变带的宽度成正相关。

图5 玉石与蛇纹岩的过渡关系

3 化学成分特征

3.1 主量元素化学成分特征

玉石中主量元素化学成分（邱伟，2017）主要为SiO2和MgO，两种化学成分占了总量的70%～85%；其次为TFe和LOI（烧失量），二者之和为15%～25%；其他成分含量甚少。

在碧玉中SiO2平均含量42.79%，MgO 平均含量40.25%；墨玉中SiO2平均含量41.23%，MgO平均含量39.01%；未玉化蛇纹岩中SiO2平均含量35.74%，MgO平均含量38.71%。总体SiO2和MgO含量随着玉化程度的提高表现增加的趋势。

在碧玉中TFe 平均含量3.71%；墨玉TFe 平均含量7.39%；未玉化蛇纹岩TFe 平均含量10.1%；随着玉化程度的提高，TFe 含量呈逐渐减少的趋势。

碧玉LOI平均含量12.45%；墨玉LOI平均含量11.88%；未玉化蛇纹岩LOI平均含量 14.38%。在玉化进程中LOI成分呈减少的趋势。

统计玉石特征与化学成分的关系，玉石硬度与SiO2含量存在正相关性，随着含量增加玉石硬度增加，碧玉的硬度普遍比实际蛇纹石矿物硬度大很多，能达到莫氏硬度6左右，且油润度有显著提高；玉石的颜色和透明度与TFe含量有一定的负相关性，随着含量的减少蛇纹岩颜色变浅并逐渐变的透明。

3.2 稀土元素特征

对泰山玉稀土元素含量（表1）统计，碧玉稀土元素总量（∑REE）2.88×10-6～6.83×10-6，平均值4.65×10-6，∑LREE/∑HREE为4.67～6.69；墨玉∑REE0.77×10-6～4.32×10-6，平均值1.91×10-6，∑LREE/∑HREE为0.9～4.33；蛇纹岩∑REE0.71×10-6～3.03×10-6，平均值1.81×10-6，∑LREE/∑HREE为1.55～2.65。数据显示碧玉比其它两类的稀土元素总量偏高。

以球粒陨石稀土元素（Taylor and McLennan，1985）进行标准化的分玉石种类平均稀土含量配分蛛网图显示（图6），碧玉呈右倾并有负Eu异常特征，墨玉和蛇纹岩蛛网图特征基本一致，呈近水平状下凹特征，无Eu异常。碧玉稀土配分蛛网图右倾的特征和稀土总量的增加，推测应该是进入到玉石中的外来稀土成分引起的，使其含量相对未玉化蛇纹岩有所增加，其配分特征可能与外来稀土配分特征一致（还需进一步确定后期热液证据）。

图6 玉石样品稀土元素平均值配分特征

4 矿床成因

泰山玉原岩具有幔源特征（张跃峰等，2015），推测是来自于地幔的超基性侵入岩，矿床全岩均变质为蛇纹岩，仅见橄榄石或辉石的变余假晶，说明超基性岩浆侵入后首先发生了早期的蛇纹石化自变质作用或区域变质作用（白文吉，1964；贾炳文，1976；魏君奇，2000；黄瑞芳等2013），这一过程在矿体内也发现有玉化现象；后期有了新的岩浆或热液侵入到蛇纹岩体中，使早期的蛇纹岩进一步玉化。

玉化过程中化学成分与岩浆或热液进行了物质成分交换，化学成分SiO2、TFe、LOI（烧失量）及REE等在玉化进程中的含量变化佐证了后期地质作用对蛇纹岩的玉化与化学作用过程的关系是密不可分的，存在物质的置换过程。置换过程中，起明显作用的是SiO2带入和Fe的带出。SiO2带入使玉石硬度增加，并且变得更加油润；Fe的带出使玉石由墨色逐渐变浅成为绿色，并使透明度增加。

泰山玉形成过程包括幔源岩浆物质上侵→自蛇纹石化→后期玉化改造（存在多期次过程）这一完整的成因链。幔源岩浆提供了主要物质基础SiO2和MgO；自蛇纹石化过程是岩浆成岩过程后期分异出的热液促成了辉石、橄榄石等矿物转化为蛇纹石；后期玉化是在漫长的地质作用中由侵入蛇纹岩体中的岩浆或热液对蛇纹岩的物质成分进行的带入和带出置换作用的过程。

石之美者称之为玉，泰山玉的油润与适宜的绿色和透明度造就了其厚重的特有泰山玉特色，与泰山厚重的文化特色相辅相成，似是有缘相生。

5 讨论

泰山玉矿床成因特征提供了超基性岩成因蛇纹岩玉矿成因的一个范例，它的成因过程具有这类矿床一致的特征，只是不同产地的矿床在蛇纹石化到玉化的过程和程度上有所差异。在超基性岩自变质阶段，斜辉橄榄岩、纯橄榄岩几乎全部蚀变为蛇纹石岩（玉），原岩保留的很少，在薄片中甚至橄榄石的残晶也很难发现，其蛇纹石化的强度也是由纯橄榄岩、斜辉辉橄岩、橄榄岩、斜方辉石岩至单斜辉石岩的顺序依次减弱（于庆文和李树才，2017），这一阶段也不乏形成的优质玉石；后期的岩浆或热液对蛇纹岩的玉化程度还受这些外来物质的物理、化学条件限制，如与泰山玉矿床有接触的后期脉岩，除提到的辉绿岩和石英脉对玉化起到了积极的作用，其它斜长石岩脉、二长花岗岩脉、煌斑岩脉等也有玉化作用，但可能因其物理、化学条件的差异，对蛇纹岩的玉化贡献较少。

泰山玉玉质硬而油润，且随着铁元素的减少，透明度可达半透明—透明。这些玉化特征使泰山玉变的耐磨而厚重，提高了玉石的可雕刻性和观赏价值及收藏价值 。泰山玉这一特征改变了人们认为的蛇纹石质玉石普遍质软不耐磨而造成的价值不高的印象。

我国许多赋存在超基性岩中的石棉矿副产品就是蛇纹岩玉，如青海省茫崖石棉矿、四川石棉县石棉矿等都有大量的蛇纹岩玉产出，曾有石棉县石棉矿中发现蛇纹石质猫眼玉的报道（卢保奇和冯建森，2012）。这些矿由于开发者长期以来没有认识到玉石资源的价值，多当作废石丢弃了。泰山玉的勘查开发与研究为这些类似成因矿床提供了发现资源价值的先例，值得借鉴。

超基性岩蛇纹岩玉是极赋开发价值的玉石矿，矿床规模大（如甘肃鸳鸯玉矿），适宜开采，且容易形成几吨重的玉石荒料，适合加工大件的玉石产品。因此，深入开展超基性岩成因蛇纹岩玉矿的勘查与研究，对于保护这一不可多得的资源，发展地方经济具有重要的意义。

6 结论

泰山玉是超基性岩变质成因蛇纹岩玉矿，玉石矿床规模大。研究认为接触交代作用使蛇纹岩的主要化学成分SiO2、TFe、LOI（烧失量）及稀土元素等含量发生变化，是蛇纹岩玉化的主要因素。玉化使蛇纹岩硬度变大且油润，透明度提高，深受人们喜爱，被泰山人赞誉称泰山玉承载了泰山文化的厚重。超基性岩成因的泰山玉矿床规模大，且玉石硬度大而厚重的特色，足以说明超基性岩变质成因的玉石具有极高的开发利用价值。

我国超基性岩成因蛇纹岩玉分布广泛，但由于人们对这类成因玉石的特点认识不足，严重忽视了它的开发利用价值。这类矿床普遍规模比较大，玉石硬度大，颜色厚重，加强对这类矿床的研究，以充分发掘其开发利用价值意义重大。

致谢“泰山玉与相似玉种特征比对研究”项目是泰山玉产业发展管理中心委托的基金项目。在研究过程中，该中心及泰山玉矿山给予了极大的支持和帮助，项目组成员付出了大量的辛勤劳动；审稿老师为本文提出了宝贵的提升建议，在此一并感谢！