孫江潔，殷天濤

(1.山東科技大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266590;2.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南 250013)

0 引言

魯硯是山東各地所產(chǎn)硯種的總稱，為中國十大名硯之一。其品種豐富、歷史悠久、文化底蘊(yùn)深厚，深受文人雅士的喜愛。前人著重在魯硯的產(chǎn)地、工藝特征、歷史淵源及收藏價(jià)值等方面做了重點(diǎn)研究。關(guān)于其礦物成分說法不一，張希雨［1］、李勁松［2］等認(rèn)為魯硯多為泥質(zhì)灰?guī)r。對于魯硯石形成地質(zhì)環(huán)境更是少有研究。

然而隨著魯硯的進(jìn)一步開發(fā)利用，迫切需要對其主要礦物成分及其形成的地質(zhì)環(huán)境有更進(jìn)一步的了解，繼而能更好地認(rèn)識(shí)魯硯。為此筆者在野外考察的基礎(chǔ)上，結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對魯硯石的主要礦物成分進(jìn)行了分析，并對其形成的地質(zhì)環(huán)境進(jìn)行了一定的研究。

1 魯硯的區(qū)域地質(zhì)背景

山東省位于中國東部沿海，黃河下游，是中華民族古老文明的發(fā)祥地之一。魯硯根據(jù)其各硯種產(chǎn)地的地理位置，主要分布在魯西地塊。魯西地塊位于郯廬斷裂帶以西，是華北地塊的一部分，位于山東省西南部地區(qū)，主要是山東省濰坊—臨沂一線以西的地區(qū)［3］。魯硯產(chǎn)地在行政區(qū)域上主要包括臨沂、棗莊、泰安、濟(jì)南、淄博、濟(jì)寧、濰坊、即墨等市(圖1)，多低山丘陵地區(qū)。魯硯產(chǎn)區(qū)具有獨(dú)特的地質(zhì)特征和豐富的礦產(chǎn)資源。

魯硯的原石形成期在地質(zhì)時(shí)代上跨度較大。從元古宙、古生代、中生代到新生代都有，以寒武系居多。

魯硯石賦存的主要地質(zhì)層位有:新元古代蓬萊群豹山口組、土門群佟家莊組，寒武紀(jì)饅頭組、徐莊組、張夏組、崮山組、長山組，奧陶紀(jì)馬家溝群，石炭-二疊紀(jì)太原組、白堊紀(jì)萊陽群等。

山東省地層發(fā)育良好，化石豐富，早期被國內(nèi)外地質(zhì)學(xué)家所關(guān)注，研究歷史較長，地層資料頗豐。張?jiān)銎娴龋?，5］認(rèn)為，根據(jù)地層發(fā)育狀況，山東省大部屬于華北地層大區(qū)的晉冀魯豫地層區(qū)的東南隅。按照綜合地層區(qū)劃的原則，山東又被分為華北平原、魯西和魯東3 個(gè)地層分區(qū)(圖1)。華北平原地層分區(qū)地表皆為第四系。魯西地層分區(qū)是山東省地層發(fā)育最全的一個(gè)分區(qū)，也是魯硯產(chǎn)出的主要地區(qū)。魯東地層分區(qū)中前寒武紀(jì)地層及中生代—新生代地層發(fā)育，目前尚未發(fā)現(xiàn)古生代地層，僅在中生代萊陽群中發(fā)現(xiàn)大量古生代灰?guī)r礫石。

圖1 魯硯的巖性及區(qū)域分布圖

2 魯硯的類型和基本特征

魯硯按物質(zhì)成分、工藝美術(shù)特征、成因、產(chǎn)地的不同，可分為近20 種;按巖性可以分為2 大類:一類為變質(zhì)成因的千枚巖。另一類為沉積成因的石灰?guī)r。

魯硯石成分均一，質(zhì)地致密細(xì)膩，硬度一般3 ～4，既不吸水、亦不滲水，下墨甚利。其礦物成分為以石灰?guī)r為主，另含少量的陸源礦物(云母、長石、石英、綠泥石、粘土礦物)?，F(xiàn)將已知主要魯硯的基本特征分述如下:

(1)徐公硯

徐公石產(chǎn)于沂南縣青砣鎮(zhèn)南徐公店附近的硯臺(tái)溝，其斌存于震旦紀(jì)土門群佟家莊組上部，地層產(chǎn)狀平緩。張希雨［1］認(rèn)為，徐公石多為自然形扁平石餅，大者直徑30 余厘米，小者約10 cm，厚約10 ～13 cm。餅周邊有細(xì)碎石乳狀天然紋飾。其顏色多種多樣，有蟹蓋青、鱔魚黃、生褐、橘紅色等?！杜R沂縣志》稱:“石可為硯，其形方圓不等，邊生細(xì)碎石乳，不假人工，天趣盎然，純樸雅觀”?？梢姽湃藢π旃脑u(píng)價(jià)頗高。

(2)尼山硯

尼山石因產(chǎn)于曲阜城東南約30 km 的孔子誕生地“尼山”而得名，用它制成的硯臺(tái)稱作“尼山硯”。在地質(zhì)構(gòu)造上，尼山石的產(chǎn)地位于魯西尼山穹窿構(gòu)造帶上，其含礦地層為中寒武世徐莊組［1］。尼山石為柑黃色含泥的微晶灰?guī)r，其特點(diǎn)是在柑黃色石面上呈現(xiàn)有褐墨色松花紋，具松花紋的為制硯之上品。

(3)龜硯

龜石賦存于中寒武世徐莊組，產(chǎn)于山東省臨朐縣辛寨龍巖寺附近石澗溝壑中，多為橢圓形扁平子石，外表有風(fēng)化層，磕之層層脫落，如龜脫殼，因此而得名，用該石制成的硯臺(tái)稱“龜硯”。清《臨朐縣志》記載“龜石產(chǎn)辛寨龍巖寺石洞中，天然龜形，磕之底蓋自分，質(zhì)細(xì)而潤，蓄墨數(shù)日不枯”。由于硯面質(zhì)細(xì)而潤，不吸水，不滲水，蓄墨不涸，理細(xì)不滑，發(fā)墨益毫，故為優(yōu)良硯材，可制隨形硯等［2］。

李勁松等［2］認(rèn)為龜石形成于濱-淺海相環(huán)境，屬餅狀灰?guī)r結(jié)核。在地質(zhì)構(gòu)造上，龜石蘊(yùn)藏于魯西近沂沭斷裂的NWW 向冶源斷裂北側(cè)的第四紀(jì)殘積坡積物中，分布有限。它的形成經(jīng)歷了風(fēng)化作用，是寒武紀(jì)徐莊組頁巖層所夾的薄層狀或透鏡體狀和其他形狀的泥質(zhì)石灰?guī)r或石灰?guī)r經(jīng)風(fēng)化再沉積的產(chǎn)物。

(4)紫金硯

產(chǎn)于山東省臨朐縣冶源鎮(zhèn)三陽山、二郎廟及石家河一帶山嶺的土中，亦稱作臨朐紫金石。紫金石賦存于寒武紀(jì)炒米店組中部的薄層至中厚層，深灰色泥云質(zhì)條紋、條帶狀灰?guī)r，以及紫紅色竹葉狀灰?guī)r和藻凝塊灰?guī)r韻律層中。其含礦層厚1 ～2 m，內(nèi)存的紫金石多呈透鏡狀或扁豆?fàn)睿瑔误w一般厚5 ～20 cm，硬度為3.5 ～4.5，磨光面顯油脂光澤，紋理大多清晰。

紫金石形成于距今約5 億a 前的古生代，屬淺海-陸臺(tái)潮坪相沉積巖。該石是在巨厚的沉積碳酸鹽巖形成過程中，于沉積間斷之后和大規(guī)模海侵之前形成的。在海退階段的陸臺(tái)地段，以接受陸源為主的微細(xì)沉積物，因氣候等原因泥狀沉積物產(chǎn)生龜裂，進(jìn)而接受再沉積，再沉積的沉積物填于龜裂縫隙中，此后又接受海侵后的連續(xù)沉積。

(5)紅絲硯

紅絲石產(chǎn)于山東省臨朐縣冶源鎮(zhèn)老崖崮村壯山和青州市廟子鎮(zhèn)北峪村方前寨山蝎子毒一帶，用該巖石制成的硯臺(tái)稱“紅絲硯”。

紅絲石賦存于奧陶紀(jì)馬家溝群第一巖段頂部與第二巖段相接觸部位［1］。該石在地下呈夾層狀或者不規(guī)則團(tuán)塊狀礦體出現(xiàn)，礦層厚幾厘米到1 m 不等。用紅絲巖石制硯已有千年歷史，主要品種有紫紅地灰黃絲紋、豬肝色地灰絲紋、紫紅地紅刷絲紋、柑黃地紅刷絲紋等。紅絲硯深受國內(nèi)外書畫家賞識(shí)，被稱為“魯硯之首”［1］。

紅絲石的形成是巖石在沉積過程中，由于沉積環(huán)境變化的反復(fù)影響使沉積物質(zhì)發(fā)生頻繁交替，在特定的沉積環(huán)境下形成，或使尚處于可塑狀態(tài)的具有微紋理的碳酸鹽巖層發(fā)生拖動(dòng)變形的結(jié)果［2］。

(6)田橫硯

田橫石產(chǎn)于即墨縣城東50 km 的田橫島。此硯石為黑色粉砂質(zhì)泥巖，用它制成的硯臺(tái)稱“田橫石硯”或“田橫硯”。田橫硯下墨頗利，發(fā)墨有光，為頗有名氣的魯硯之一。

在地質(zhì)構(gòu)造上，田橫石形成于海灣中，常因海水漲潮而被淹沒。因其淹沒于海水中，只有退潮時(shí)才能開采，故當(dāng)?shù)胤Q之為“水巖”。該石賦存于白堊紀(jì)萊陽群第三段砂頁巖互層中的頁巖層中。

(7)砣磯硯

砣磯石產(chǎn)于煙臺(tái)長島縣砣磯島西海岸懸崖山泉水眼處，用它做成的硯臺(tái)稱為“砣磯硯”。

砣磯石為千枚巖。張希雨［1］認(rèn)為砣磯石賦存地層為震旦紀(jì)蓬萊群豹山口組，礦層走向NW，傾角60°，厚度0.5 ～1 m 不等，夾于白色絹云母石英片巖中，延深到海下。砣磯石成分均一，質(zhì)地致密，硬度3 ～4 級(jí)，既不吸水，亦不透水。其閃閃群星是巖石中所含的白色星點(diǎn)狀分布的白鈦礦所致，波浪狀紋彩是千枚狀構(gòu)造所致，雪浪為其間所夾的石英片巖微層。該硯石成礦地質(zhì)條件較好，儲(chǔ)量較大。

3 魯硯的巖石結(jié)構(gòu)特征

通過偏光顯微鏡、熱分析法對魯硯石的巖石結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析。

3.1 偏光顯微鏡

(1)徐公硯

徐公石為少許粉砂質(zhì)的泥晶灰?guī)r(圖2)(依據(jù)碳酸鹽巖命名原則，朱筱敏［6］)，薄層狀、多具自然溶蝕邊。通過鏡下觀察，得出它的礦物成分為含約92%的泥晶方解石(小于0.005 mm)及少量硅質(zhì)沉積物(5%左右)。另可見方解石脈體，含量2% ～3%。

(2)尼山硯

尼山石為含泥的微晶灰?guī)r，其物質(zhì)成分主要為微晶方解石:呈方形，半自形—自形晶，粒度0.005 4 mm，含量80% ～90%;另可見方解石脈體、泥質(zhì)物(10% ～15%)、鐵質(zhì)膠結(jié)物(3%左右)。有的尼山石中可見少量海綠石(圖2)，呈鮮綠色，細(xì)粒狀集合體，干涉色為綠色，含量不足3%，尼山石具泥晶結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。

(3)龜硯

龜石硯屬含生物化石碎屑的泥晶灰?guī)r，具泥晶結(jié)構(gòu)。其主要礦物成分為泥晶方解石(含量90%左右);生物化石碎屑(圖2):鈣質(zhì)，形狀不規(guī)則，有橢圓狀、彎曲長條狀、鉤狀等，含量5%;另可見方解石脈體(含量大約5%)及少量有機(jī)雜質(zhì)。

(4)紫金硯

通過鏡下觀察，紫金石的主要礦物成分為泥晶方解石(含量95%以上)、少量鐵質(zhì)物及少量海綠石?？梢娞妓猁}巖脈體，脈體中含少量白云石(呈馬鞍狀)(圖2)。其屬于泥晶灰?guī)r。

(5)紅絲硯

紅絲石呈泥晶結(jié)構(gòu)，為泥晶灰?guī)r，部分為含鐵的泥晶灰?guī)r。臨朐紅絲石的礦物成分主要由泥晶方解石組成(含量達(dá)90%)(圖2)。另含有少量鐵質(zhì)物，含量約5% ～6%，及極少量的硅質(zhì)沉淀物，分布不均，含量約4%。青州紅絲石的礦物成分主要為:泥晶方解石，含量90%以上;方解石脈體，含量5% ～7%;含少量有機(jī)雜質(zhì)及少量粉砂級(jí)石英。

圖2 魯硯石的鏡下特征(單偏光×10)

(6)田橫硯

田橫石(圖2)的礦物成分:泥晶方解石含量約12% ～15%。粘土礦物(水白云母):含粘土雜基，極細(xì)泥質(zhì)顆粒，呈不規(guī)則狀充填于晶質(zhì)的石英、長石與白云母之間，含量約50% ～60%。石英:分選性較好，粒度平均0.05 mm 左右，磨圓度較差，次棱角狀—次圓狀，含量約15% ～25%。白云母:正中突起，平行消光，正延性，含量約2% ～3%，呈片狀，長0.72 mm，寬0.15 ～0.2 mm。長石:板柱狀，正低突起，一級(jí)灰干涉色，部分顆粒表面較臟，部分可見聚片雙晶，磨圓度較差，棱角狀—次棱角狀，粒度:長約0.13 mm，寬約0.036 mm。含量5% ～7%。另可見細(xì)的硅質(zhì)脈體，含量約為3%。田橫石整體呈基底膠結(jié)，雜基支撐，具粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，微層理發(fā)育。

(7)砣磯硯

砣硯石的礦物成分為:絹云母含量25% ～35%，細(xì)小磷片狀，礦物分布不太均勻，正中突起，粒度平均0.04 mm;石英:25% ～30%，正低突起，一級(jí)灰干涉色，不規(guī)則粒狀，平均粒度0.09 mm;綠泥石(圖2):呈半自形長條狀，長0. 14 ～0. 16 mm、寬0.01mm，淡黃綠色，弱多色性，干涉色呈現(xiàn)出姜黃色或丁香紫，正中突起，含量35% ～45%，可見部分晶體具蒿束狀特征，受應(yīng)力作用呈定向—半定向排列;鈦鐵質(zhì)礦物:長條狀，自形—半自形，黑褐色，含量3% ～5%，平均粒度0.23 mm;碳質(zhì)礦物:粒狀集合體，黑色，含量3%左右;電氣石:黃綠色，少量，3%左右，平均粒度0.09 mm，正中突起，平行消光，負(fù)延性，多色性明顯(淡黃褐色—灰綠色)，環(huán)帶結(jié)構(gòu)。含少量硬綠泥石，礦物顆粒多呈細(xì)粒狀、鱗片狀，具細(xì)粒磷片變晶結(jié)構(gòu)，呈膝折和彎曲現(xiàn)象，定向排列。

3.2 熱分析法

由偏光顯微鏡鑒定結(jié)果可以看出，魯硯石主要礦物成分為方解石。為了證實(shí)鏡下觀察結(jié)果的準(zhǔn)確性，采用差熱分析法及熱重分析法予以驗(yàn)證。

(1)差熱分析法

差熱分析是根據(jù)礦物在升溫過程中所發(fā)生的脫水、分解、氧化、同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變等所產(chǎn)生的熱效應(yīng)特征，來鑒定和研究礦物的一種有效方法［8］。在差熱分析曲線上，不同的碳酸鹽礦物逸出CO2的溫度不同，因此用差熱分析法來鑒定碳酸鹽類礦物是非常有效的［9］。方解石只有一個(gè)吸熱谷，純方解石的差熱曲線(圖3)中，CaCO3在830 ～1 020℃分解，吸熱峰峰頂溫度為960℃［10］。

圖3 方解石的差熱曲線

圖4 中a-f 中方解石的差熱曲線與圖3 相近。故可判斷這些魯硯石中主要礦物為方解石。

圖4 魯硯石的差熱曲線圖

(2)熱重分析法

熱重分析是記錄礦物在受熱情況下所發(fā)生的重量變化，根據(jù)失重和溫度的關(guān)系研究物質(zhì)的組成［9］。由于礦物分解所引起的失重一般是礦物的固有組分的排出，因而其失重反映礦物的含量?？梢愿鶕?jù)礦物的失重量與礦物的分子量計(jì)算樣品中礦物的含量［11］。現(xiàn)以徐公石為例，計(jì)算該礦物中方解石的含量。方解石的失重率為44%，見圖5f，取樣品26.13 mg，868℃時(shí)分解放出CO2引起失重，此時(shí)樣品重量為15.22 mg，可計(jì)算出方解石分解釋放的CO2重量為26.13 -15.22 =10.91(mg)。根據(jù)方解石中CO2的含量為44%，計(jì)算出樣品中方解石含量為24.79 mg，由此得出方解石的含量為94.87%，與鏡下觀察結(jié)果基本相符。

圖5g 中，570℃處有一個(gè)寬而小的吸熱谷，應(yīng)是石英的同質(zhì)多像轉(zhuǎn)變特征，吸熱谷面積不大，說明其含量不高。700 ～850℃時(shí)的吸熱谷與放熱峰應(yīng)為水白云母，其中吸熱谷也應(yīng)包含方解石。圖5h 中，580℃時(shí)的小吸熱谷也是石英的同質(zhì)多像轉(zhuǎn)變特征。740 ～820℃之間的吸熱谷與放熱峰為絹云母和綠泥石。絹云母和水白云母都屬于水白云母類礦物，結(jié)合圖5g，5h 可知，水白云母的脫水溫度比絹云母的低，而且吸熱谷面積較大，形狀比較平緩。

圖5 魯硯石的失重曲線圖

4 魯硯形成的主要地質(zhì)環(huán)境

魯硯石主要分布于魯西地區(qū)。其巖性可主要分為石灰?guī)r和千枚巖2 大類。原石形成期在地質(zhì)時(shí)代上跨度較大，從元古宙、古生代、中生代到新生代都有，以寒武紀(jì)居多。

山東省除缺失上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)、三疊系等地層外，總體地層發(fā)育良好。

新元古代時(shí)土門群和蓬萊群地層分布較窄，其中土門群僅分布于魯中南地區(qū)南部的沂沭斷裂帶及其西側(cè)的沂水、臨沂、蒼山一帶，由砂巖、頁巖、泥灰?guī)r組成，厚0 ～290 m，濱-淺海相碎屑巖夾碳酸鹽巖建造［12］。蓬萊群主要分布在棲霞、長山列島、蓬萊等地。由千枚巖、板巖、石英巖、結(jié)晶灰?guī)r及大理巖等淺變質(zhì)巖組成，厚2 880 ～5 295 m，為一套巨厚的淺變質(zhì)巖濱-淺海沉積巖系。早古生代山東以淺海相為主體。魯西地塊的早古生代沉積環(huán)境演化少見突變環(huán)境，具有明顯的繼承性。宋明春等［13］認(rèn)為，魯西寒武系及中、下奧陶統(tǒng)總體以臺(tái)地相及潮坪、瀉湖相碳酸鹽巖為主，早期有較多潮坪泥砂質(zhì)沉積及少量濱海砂礫巖沉積。早寒武世早期沉積沿沂沭斷裂帶分布，魯西大部分地區(qū)為古陸，沉積相為濱海相。華北地臺(tái)晚寒武世存在著3 個(gè)陸地，其他地區(qū)則為廣闊的陸表海［14］。山東奧陶系為局限臺(tái)地與開闊臺(tái)地交互出現(xiàn)的沉積環(huán)境［13］。晚奧陶世山東地區(qū)皆為古陸。

華北晚古生代為一套海陸交互相地層。華北板塊經(jīng)歷了中奧陶世沉降后，其北部及中部地區(qū)于晚石炭世早期開始接受海侵。山東省晚石炭世早期的海侵方向主要是自東北向西南逐漸到達(dá)山東。晚石炭世晚期的海侵是由南往北，進(jìn)而由西向東推進(jìn)到整個(gè)魯西地區(qū)。自晚石炭世晚期海退以后，山東境內(nèi)的沉積區(qū)全部上升為陸，結(jié)束了自寒武紀(jì)以來地臺(tái)式海侵的歷史，沉積了以陸相為主的二疊紀(jì)地層［15］。

侏羅紀(jì)時(shí)山東的古地形呈現(xiàn)準(zhǔn)平原地貌。魯東地區(qū)基底全部出露，地表整體顯剛性特征，發(fā)育斷裂構(gòu)造。而魯西地殼表面還保留了古生代地層，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響下，產(chǎn)生斷裂構(gòu)造和寬緩的褶曲，在這些斷裂和褶曲的低洼部位形成侏羅紀(jì)的盆地，發(fā)生沉積作用。山東省白堊紀(jì)地層發(fā)育，分布廣泛，是我國白堊紀(jì)陸相地層的重要分布地區(qū)之一［15］。

山東省新近系總的來說是一套陸源碎屑沉積，局部地區(qū)受到海侵的影響。地層發(fā)育良好，全省3個(gè)地層分區(qū)均有出露［15］。

5 結(jié)語

(1)魯硯石主要產(chǎn)于魯西地塊。

(2)魯硯的原石形成期在地質(zhì)時(shí)代上跨度較大，形成于元古宙、古生代、中生代、新生代，以古生代寒武紀(jì)居多。

(3)魯硯石巖性主要分為變質(zhì)巖和沉積巖。變質(zhì)巖以絹云母、綠泥石為主要礦物，另含石英，電氣石等。沉積巖礦物成分以泥晶方解石為主，另含云母、長石、石英等粉砂級(jí)碎屑礦物及少量粘土礦物。石英硬度較高(7 級(jí))，作為次要礦物充填于性柔的絹云母或方解石中，使硯石柔中有剛、細(xì)中有鋒，提高了研磨性能［16］。

(4)魯硯的形成環(huán)境:新元古代為濱-淺海相沉積。早古生代以淺海相為主，晚古生代為一套海陸交互相沉積。白堊紀(jì)主要為陸相沉積。新近紀(jì)總的來說是一套陸源碎屑沉積。

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