河南灵宝市朱阳镇虢州石矿资源特征及开发利用前景

冯建涛

(河南省地质矿产勘查开发局第四地质勘查院，河南 郑州 450001)

虢州石作为一种工艺类非金属矿产，质地细腻、润泽似玉、表面光洁，颜色以暗紫红色为主，夹浅绿、浅黄色条带，构图简洁大方，具有极高的观赏价值，是中国历史上砚用名石之一。现今制作砚台、茶盘、屏风等工艺品，开发利用越来越广泛。2017年在灵宝市朱阳镇南部一带开展地质勘查工作，大致查明了矿床的赋存条件及形态特征，初步了解矿体地质特征、矿石质量。通过对虢州石矿资源的基础研究，对今后开发利用及特色资源带动乡村振兴发展有着重要意义。

1 区域地质概况

区域大地构造位置属于华北陆块区(II级)—豫皖陆块(II-6级)—华北南缘陆缘盆地(II-6-2级)与秦祁昆造山系(IV级)—秦岭弧盆系(IV-10级)—北秦岭岩浆弧(IV-10-2级)接触部位的华山—熊耳山陆缘带中[1]。地层隶属华熊地层小区，在三门峡—鲁山断裂与马超营断裂之间分布，属于华北陆块南缘台地型沉积；出露地层有新太古界太花岩群、中元古界长城系熊耳群、蓟县系高山河组、官道口群龙家园组、官道口群巡检司组、官道口群杜关组、官道口群冯家湾组、震旦系罗圈组、寒武系东坡组、寒武系辛集组、第四系[2-6]。区域上宽缓的背斜、向斜构造和与之相关发育在褶皱核部和翼部的脆性断裂构造分布[7-8]，以近东西向断裂为主，北西向断裂次之。区内岩浆侵入活动较弱，在西北部有新元古代中酸性岩体和燕山期花岗岩体(图1)。

图1 区域地质简图（a据张国伟[9-10]修改；b据河南省地调院[7]修改）

2 矿床地质特征

2.1 矿体特征

虢州石矿体赋存于震旦系罗圈组冰碛岩下部[11]的厚层状泥岩、含粉砂泥岩。通过槽探、钻孔等工程控制，虢州石矿体空间上呈层状产出，倾向南东，倾角6～12°；矿体长800～1 400m，宽800～1 200m，厚度一般17.99～62m。矿 体厚度变化主要由于上部风化剥蚀造成；矿体赋存标高660～860m，控制分布面积约1.5km2。由于断层作用将矿体断为两部分，编号分别为①、②号矿体(层)。①号矿体：倾向南东，倾角8～12°，厚度13.41～58.35m，平均厚度29.04m，厚度变化系数42.20%。②号矿体：倾向南东，倾角6～8°，工程控制矿体厚度69m。

由于断层影响，区内节理发育，节理面平直光滑，以剪节理为主。通过对矿体节理的观察、测量、统计、分析，掌握了节理的空间展布形态，为虢州石的选料、用料及荒料率统计提供了理论依据。本次在紫石沟(GC1)、烟囱沟(GC2)、南沟(GC3)选取3个观察点进行统计，并绘制节理走向、倾向玫瑰花图，由节理玫瑰花图(图2a)可知，节理走向以北西西为主，其次为北东东，倾向南、北向，呈X型节理；由节理玫瑰花图(图2b)可知，节理走向以北西为主，其次为北东东，东西向较弱，倾向以北东为主，东南次之；由节理玫瑰花图(图2c)可知，节理走向以北北东为主，其次为北西向，近东西向较弱，倾向以北西西为主，东南次之。节理倾角分布范围为50～90°，主要分布区间为70～90°，占节理总数的87%，表明节理以高倾角为主[12]。

图2 观测点节理走向、倾向玫瑰花图

根据虢州石的用途，大料制作砚台、工艺美术品，价值较高，而小的边角料可制作印章、镇纸、小工艺品，价值相对比较低。通过市场调研选取块度(表1)进行布裁理论图解荒料率。

表1 虢州石矿荒料规格划分表

通过对选点(GC1、GC2、GC3)矿体节理、层理进行分析、统计、素描，在素描图上按照最小布裁规格布裁，理论图解荒料率为80%，作为今后开发利用的参考依据。

2.2 矿石质量

2.2.1 物质组成

虢州石岩石学名称为泥岩、含粉砂泥岩，呈暗紫红色，泥状结构，层状构造、条带状构造。主要矿物成分为伊利石45%～65%，绿泥石2%～5%，呈泥状、显微鳞片状，大致定向分布；斜长石1%～5%，钾长石1%～3%，呈次棱角状、无定形状分布，d=0.01～0.06mm；赤铁矿5%～7%，呈隐晶质胶状、粉末状，呈薄层状相对聚集，定向散染，使岩石薄层状构造明显；碳酸盐4%～10%，呈泥微晶状，部分呈微纹状相对聚集，相间断续定向分布，部分呈次圆状砂屑聚集，零散分布。

2.2.2 化学成分

根据矿区采集的6件矿石化学分析样品测试结 果 可 知，矿 石SiO256.60%～59.6%、Al2O315.49%～18.17%、Fe2O33.86%～9.41%、FeO 0.12%～0.32%、CaO 0.48%～3.33%、MgO 0.03%～0.08%、 K2O 6.06%～6.74%、Na2O 0.21%～1.13%、TiO20.84%～0.96%、MnO 0.03%～0.08%、P2O50.20%～0.26%、SO30.008%～0.03%、LOSS 3.16%～6.86%。由化学分析结果可知(SiO2+Al2O3+K2O+Fe2O3)的平均值大于80%，虢州石是以粘土矿物为主的暗紫红色、浅绿色含粉砂泥岩、泥岩，其颜色主要以Fe2O3含量而定(紫红色7%～10%、浅绿色3%～4%)。

2.2.3 物理性能

虢州石作为工艺类非金属矿产，历史上主要用以砚台雕刻，现今用以工艺品、砚台、茶盘、屏风、大小摆件等。根据虢州石的用途，在矿体中采集具代表性物性试验样品，分别对抗压强度、体积密度、摩氏硬度进行了测试[12](表2)。

虢州石矿抗压强度≥70Ma，体积密度≥2.56g/cm3，摩氏硬度值4.7～5.1，测试结果表明：抗压强度、体积密度指标符合GB/T19766-2016《天然大理石建筑板材》对饰面石材规定的质量要求；硬度指标相比GB/T34852-2017《文房四宝 石砚》中摩氏硬度值2～4略大。

2.2.4 放射性

根据矿石类型分别对暗紫红色和浅绿色虢州石进行天然放射性核素镭-226、钍-232、钾-40放射性比活度测试。暗紫红色虢州石IRa≤0.18、Iγ≤0.81，浅绿色虢州石IRa≤0.16、Iγ≤0.81。放射性结果满足GB/T34852-2017《文房四宝 石砚》IRa≤1.0、Iγ≤1.0的要求，同时满足DZ/T0291-2015《饰面石材矿产地质勘查规范》IRa≤1.0、Iγ≤1.3的要求，产销和使用范围基本不受限制。

3 矿石加工技术性能

为了解虢州石矿的加工性能，根据历史文化传统、人文意义，结合当代人的审美取向，采集样品进行了设计、雕刻、打磨、上蜡、检验等工艺流程测试(图3)，虢州石矿石加工料质地细腻完整、无裂纹缺陷，颜色淡雅，矿物颗粒分布均匀，是上等工艺品原料。

图3 虢州石矿原料与工艺品照片

4 开发利用前景

虢州石作为一种工艺类非金属矿产，是制作砚石、屏风、大小拍件等工艺品的原料，具有较大的经济价值和文化意义。据《灵宝县志》记载：朱阳镇出虢石，自生花草，可为屏风、为砚。唐元和初有李文者于朱阳涧侧得一石，因琢为砚甚佳，县人有能琢者取石琢之，售于稠桑驿，获厚利，因名稠桑砚。可见历史文化传承久远。该石质地细腻，有暗紫红色、浅绿色、乳白、灰绿等，石体内部有白色或浅黄色图案，具有极高的观赏价值。

通过对当地的走访和调查，目前虢州石雕刻作坊和工艺雕刻公司有数十家，但均未形成品牌化和规模化，对外宣传力度较弱。随着我国经济建设的迅速发展和国家城乡一体化各项政策的出台，乡村振兴发展放到首要位置，而虢州石矿资源的开发利用，不仅能够解决当地劳动力就业，带动地方经济的发展，更重要的是可培养优秀的工艺雕刻师，有效传承虢州历史文化，推动区域特色文化旅游发展，促进当地经济建设发展。