在中国上下五千年的悠长历史中,聪明勤劳的中国人于自然中汲取了许许多多的资源用以繁衍生息。中国对于矿产的开发很早,经过石器时代后,中国就进入了青铜器时代,开启了中国金属矿产的开发利用历史。这些金属的利用,不仅大大提升了中国人民的生产力,改善无数人民的生活,更是为后人留下了无数精美的文化瑰宝。像四羊方尊、司(后)母戊鼎等令世人惊叹的青铜器,还有千百年后依旧剑锋凛冽的越王勾践剑、保家卫国的钢铁火铳,都是中国人对金属矿产的开发利用成果。
中国对于金属矿产的开发自夏代晚期开始,彼时的中国进入了青铜器时代。商代对于青铜器的利用规模更是达到鼎盛,青铜手工业也因此得到了极大的发展。进入春秋时期,中国已经拥有了相当发达的采矿技术和冶铸工艺。除了铜矿的开采外,铅和锌作为组成青铜合金的重要金属也得到了开采和发展。战国时代后,中国从青铜时代迈向了铁器时代,这时候铁矿开采的规模越来越大,生铁所铸的铁器逐渐融入到千家万户的生活中。另外,对于一些贵金属如金、银等,人们对这些金属的开发利用也从很早就开始了。当然,如此多种金属的开发利用,离不开古人的找矿探矿经验。
在各种探矿理论中,最为著名的是战国时期的《管子·地数篇》,其中对于铁、铜、锌、铅、金、银、汞七种金属矿产的勘探有了系统性的总结。书中提到“山,上有赭者,其下有铁;上有铅者,其下有银;上有丹砂者,其下有金;上有慈石者,其下有铜金。此山之见荣者也”以及“上有陵石者,下有铅、锡、赤铜”。随着我国对矿产研究日益深入,夏湘蓉等老一辈矿产地质学家将《管子·地数篇》的找矿经验总结为六条口诀,称为“管子六艺”,分别是“上有赭者下有铁;上有慈石,下有铜金;上有铅者下有银;上有丹砂下有金;上有陵石下有铅、锡、赤铜;上有银者下有铅”。在漫长的探矿过程中,这六条探矿口诀为我国的矿产勘探提供了诸多指导。
上有赭者下有铁
这里的赭石指的是赤铁矿(FeO),古人发现当某地上方出现红褐色的赤铁矿,下面就会出现大型铁矿。这里的铁矿通常是指矽卡岩型铁矿,我国著名的大冶铁矿就是这一类型的铁矿。在成矿时,炽热而富含铁元素的矿浆侵入碳酸盐岩中而生成铁矿石。在主要成矿期可以出现大量磁铁矿矿石,而在后期过程中形成黄铁矿和菱铁矿等矿石。当然,这里的赭石也就是赤铁矿可能是在成矿期伴生的,但更有可能是各种铁矿石由于后期的风化作用而形成赤红色铁矿石。在大型的铁矿中,高品位的铁矿石暴露于地表后被风化形成赤铁矿,而古人在找矿时就根据这些出露的赭石寻找下面富集的铁矿石。
上有慈石下有铜金
慈石也就是我们现在所说的磁铁矿,由于古人发现磁铁矿可以吸引许多铁磁性矿物,因此认为它有母性之仁慈,所以叫它慈石。这一口诀往往指斑岩型铜矿。斑岩型铜矿的发育与氧逸度密切相关,在成矿早期,氧逸度适合铜、金两种金属的成矿。而在晚期,氧逸度已经不适合成矿时,就会有磁铁矿的出现。因此,当广泛出现磁铁矿时,其下部很可能有铜、金等矿物的出现。
上有铅者下有银
这里的铅主要是指方铅矿,而银则是自然银或辉银矿。这里提到的自然银虽然是次生的,但也往往与辉银矿伴生,赋存于铅银矿床的氧化带中。而原生的辉银矿则是中、低温热液矿床中的常见矿物,这种矿床同时也发育方铅矿的矿石。方铅矿与辉铜矿在成矿过程中紧密联系,经常见到二者连生。古人对于这点的认识也尤为深刻,“铅乃银之母,银乃铅之精也”,虽然二者的形成可能并不能相互促进,但是不难看出这两种矿石紧密的共生关系。
上有丹砂下有金
这则找矿口诀就不太适合现在的探矿了,丹砂和自然金两种矿物通常分别存在于各自的原生矿脉中,极少数可能有共生关系。然而,古人对于汞和金的成矿研究并不成熟,当时的汞矿和金矿都以砂矿为主,因此会出现汞和金共生的砂矿床,所以在当时根据这条口诀在当时找矿还是比较准确的。当然,从目前的研究来看,卡林型金矿也有自然金与辰砂伴生的现象,但是考虑到这种矿床主要产出微粒自然金,以古人的技术应该还不足以开采这种类型的矿床。
上有陵石下有铅、锡、赤铜
这里的陵石对我们来说是一个比较陌生的名字,而在《太平御览·地部三》将陵石引为绿石,经过后期学者考证为孔雀石。这条口诀不仅仅适用于以铅为主的铅锌铜多金属矿床,也适用于与铜、铅、锌共生的锡矿床和赤铜矿矿床。这些矿床因为富含硫化物、氯化物和铜离子,所以在表生风化过程中,会形成一些孔雀石。当然“上有陵石下有锡”和“上有陵石下有赤铜”这两种情况也是古人根据实际探矿现象总结出的经验。
上有银者下有铅
这一条口诀看起来是和第三条完全相反的结论,但其实在古代采矿中的应用也十分广泛。这种上面含银而下面为铅的关系,实际上并非指一个矿体中两种金属矿产的垂直分布关系,而是这两种矿产分别赋存于两个不同时代的地层中空间的上下关系。
“管子六艺”为中国古代找矿探矿提供了扎实的理论基础,当然,除了《管子·地数篇》,我国历史上还有非常丰富的找矿探矿经验。在不少史料的记载中,当时的人们已经对岩层与矿床的关系有了比较明确的认知,通过页岩寻找煤矿等经验运用尤为广泛。
当然除了找矿外,中国古代也有着同样发达的采矿技术。这些领跑于当时世界的技术是中国古代劳动人民智慧的结晶。从古至今矿产资源都是一个国家的宝贵财富,如何开发利用好这些自然瑰宝,需要一代又一代地质人的不懈努力。
参考文献:
[1]王一.《中国古代矿业开发史》[J].中国科技史杂志,(3):2.
[2]盛唐西安.中国古代的探矿理论[J].科学大观园,(9):1.
未标注的插图图源维基百科、图虫
美编:张亚男
校对:江淑敏覃华清申博恒
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来源:中科院地质地球所
编辑:Garrett