在中國上下五千年的悠長曆史中,聰明勤勞的中國人於自然中汲取了許許多多的資源用以繁衍生息。中國對於礦產的開發很早,經過石器時代後,中國就進入了青銅器時代,開啟了中國金屬礦產的開發利用歷史。這些金屬的利用,不僅大大提升了中國人民的生產力,改善無數人民的生活,更是為後人留下了無數精美的文化瑰寶。像四羊方尊、司(後)母戊鼎等令世人驚歎的青銅器,還有千百年後依舊劍鋒凜冽的越王勾踐劍、保家衛國的鋼鐵火銃,都是中國人對金屬礦產的開發利用成果。
中國對於金屬礦產的開發自夏代晚期開始,彼時的中國進入了青銅器時代。商代對於青銅器的利用規模更是達到鼎盛,青銅手工業也因此得到了極大的發展。進入春秋時期,中國已經擁有了相當發達的採礦技術和冶鑄工藝。除了銅礦的開採外,鉛和鋅作為組成青銅合金的重要金屬也得到了開採和發展。戰國時代後,中國從青銅時代邁向了鐵器時代,這時候鐵礦開採的規模越來越大,生鐵所鑄的鐵器逐漸融入到千家萬戶的生活中。另外,對於一些貴金屬如金、銀等,人們對這些金屬的開發利用也從很早就開始了。當然,如此多種金屬的開發利用,離不開古人的找礦探礦經驗。
在各種探礦理論中,最為著名的是戰國時期的《管子·地數篇》,其中對於鐵、銅、鋅、鉛、金、銀、汞七種金屬礦產的勘探有了系統性的總結。書中提到“山,上有赭者,其下有鐵;上有鉛者,其下有銀;上有丹砂者,其下有金;上有慈石者,其下有銅金。此山之見榮者也”以及“上有陵石者,下有鉛、錫、赤銅”。隨著我國對礦產研究日益深入,夏湘蓉等老一輩礦產地質學家將《管子·地數篇》的找礦經驗總結為六條口訣,稱為“管子六藝”,分別是“上有赭者下有鐵;上有慈石,下有銅金;上有鉛者下有銀;上有丹砂下有金;上有陵石下有鉛、錫、赤銅;上有銀者下有鉛”。在漫長的探礦過程中,這六條探礦口訣為我國的礦產勘探提供了諸多指導。
上有赭者下有鐵
這裡的赭石指的是赤鐵礦(Fe2O3),古人發現當某地上方出現紅褐色的赤鐵礦,下面就會出現大型鐵礦。這裡的鐵礦通常是指矽卡巖型鐵礦,我國著名的大冶鐵礦就是這一型別的鐵礦。在成礦時,熾熱而富含鐵元素的礦漿侵入碳酸鹽巖中而生成鐵礦石。在主要成礦期可以出現大量磁鐵礦礦石,而在後期過程中形成黃鐵礦和菱鐵礦等礦石。當然,這裡的赭石也就是赤鐵礦可能是在成礦期伴生的,但更有可能是各種鐵礦石由於後期的風化作用而形成赤紅色鐵礦石。在大型的鐵礦中,高品位的鐵礦石暴露於地表後被風化形成赤鐵礦,而古人在找礦時就根據這些出露的赭石尋找下面富集的鐵礦石。
矽卡巖型鐵礦成礦模式圖(L. D. Meinert,1993)
上有慈石下有銅金
慈石也就是我們現在所說的磁鐵礦,由於古人發現磁鐵礦可以吸引許多鐵磁性礦物,因此認為它有母性之仁慈,所以叫它慈石。這一口訣往往指斑岩型銅礦。斑岩型銅礦的發育與氧逸度密切相關,在成礦早期,氧逸度適合銅、金兩種金屬的成礦。而在晚期,氧逸度已經不適合成礦時,就會有磁鐵礦的出現。因此,當廣泛出現磁鐵礦時,其下部很可能有銅、金等礦物的出現。
上有鉛者下有銀
這裡的鉛主要是指方鉛礦,而銀則是自然銀或輝銀礦。這裡提到的自然銀雖然是次生的,但也往往與輝銀礦伴生,賦存於鉛銀礦床的氧化帶中。而原生的輝銀礦則是中、低溫熱液礦床中的常見礦物,這種礦床同時也發育方鉛礦的礦石。方鉛礦與輝銅礦在成礦過程中緊密聯絡,經常見到二者連生。古人對於這點的認識也尤為深刻,“鉛乃銀之母,銀乃鉛之精也”,雖然二者的形成可能並不能相互促進,但是不難看出這兩種礦石緊密的共生關係。
上有丹砂下有金
這則找礦口訣就不太適合現在的探礦了,丹砂和自然金兩種礦物通常分別存在於各自的原生礦脈中,極少數可能有共生關係。然而,古人對於汞和金的成礦研究並不成熟,當時的汞礦和金礦都以砂礦為主,因此會出現汞和金共生的砂礦床,所以在當時根據這條口訣在當時找礦還是比較準確的。當然,從目前的研究來看,卡林型金礦也有自然金與辰砂伴生的現象,但是考慮到這種礦床主要產出微粒自然金,以古人的技術應該還不足以開採這種型別的礦床。
上有陵石下有鉛、錫、赤銅
這裡的陵石對我們來說是一個比較陌生的名字,而在《太平御覽·地部三》將陵石引為綠石,經過後期學者考證為孔雀石。這條口訣不僅僅適用於以鉛為主的鉛鋅銅多金屬礦床,也適用於與銅、鉛、鋅共生的錫礦床和赤銅礦礦床。這些礦床因為富含硫化物、氯化物和銅離子,所以在表生風化過程中,會形成一些孔雀石。當然“上有陵石下有錫”和“上有陵石下有赤銅”這兩種情況也是古人根據實際探礦現象總結出的經驗。
上有銀者下有鉛
這一條口訣看起來是和第三條完全相反的結論,但其實在古代採礦中的應用也十分廣泛。這種上面含銀而下面為鉛的關係,實際上並非指一個礦體中兩種金屬礦產的垂直分佈關係,而是這兩種礦產分別賦存於兩個不同時代的地層中空間的上下關係。
“管子六藝”為中國古代找礦探礦提供了紮實的理論基礎,當然,除了《管子·地數篇》,我國曆史上還有非常豐富的找礦探礦經驗。在不少史料的記載中,當時的人們已經對岩層與礦床的關係有了比較明確的認知,透過頁岩尋找煤礦等經驗運用尤為廣泛。
當然除了找礦外,中國古代也有著同樣發達的採礦技術。這些領跑於當時世界的技術是中國古代勞動人民智慧的結晶。從古至今礦產資源都是一個國家的寶貴財富,如何開發利用好這些自然瑰寶,需要一代又一代地質人的不懈努力。
[1]王一. 《中國古代礦業開發史》[J]. 中國科技史雜誌, 1982(3):2.
[2]盛唐西安. 中國古代的探礦理論[J]. 科學大觀園, 2010(9):1.
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美編:張亞男
校對:江淑敏 覃華清 申博恆