矿物颜料那些事 —— 只此青绿（石青）
石头科普工作室2022-11-14 22:22
这次让我们来看看“只此青绿”中那抹深邃悠远的石青吧！
石青，又称为白青、碧青、鱼目青、扁青、大青，取自于蓝铜矿，也可作为一种中药使用，主要由碱式碳酸铜 Cu3(CO3)2(OH)2 组成。明代的《品汇精要》还记录里石青的炮制方法：“先捣罗，更以水飞极细，候干，再研用。”翻译过来就是，将矿石捣碎，通过水飞法将矿石按颗粒粗细大小过滤，并风干，待使用时研磨开即可。[1] 石青有头青，二青，三青，四青之分。在中国画青绿山水中，石青是主要的颜色，因石青的覆盖性强，可以在绘制时一层一层的覆盖，所以画家在画山水时喜用矿物色石青在凝造山体的质感。[2]
那么靓丽的蓝铜矿又是如何形成的呢？
蓝铜矿（石青）与孔雀石（石绿）紧密共生，堪称穿一条裤衩的哥俩好。与孔雀石一样，蓝铜矿也产于铜矿床氧化带中，是含铜硫化物氧化的次生产物。但是当温度增高时，蓝铜矿易转变成孔雀石。而当季节干燥时，并在有足够数量碳酸的条件下，孔雀石（石绿）可转变为蓝铜矿（石青），因此蓝铜矿分布没有孔雀石广泛。
蓝铜矿与铜矿伴生可作为寻找原生铜矿的标志，因此蓝铜矿的矿产地与铜矿产地高度重合，主要位于广东阳春、湖北大冶和赣西北，而三者中的顶梁柱则是湖北大冶铜矿。
若要说湖北大冶的铜矿产地，那么一定绕不过“铜绿山”。铜绿山矿田位于长江中下游成矿带七大矿集区之一的鄂东南矿集区，这里蕴藏有丰富的铜铁矿床，并与金、银、钻等有色金属共生。铜绿山古矿区的范围，南北约二公里，东西约一公里 (图一)。古矿井的附近还有古炼炉遗存，因被炉渣掩埋而保留下来。许多地点的表面，覆盖有一米多厚的古代炉渣，总量估计达 40 万吨左右，而这仅仅是炼 铜后弃置的炉渣，就炼渣 40 万吨来计算，估计古代提炼的红铜应当在 4 万吨！[3]
要解决湖北地区蓝铜矿的成因，就需要解决湖北地区铜矿的成因，所以问题又来了，铜绿山的铜矿又是如何形成的呢？
根据地质学家研究，铜绿山的铜矿源于板块构造的岩浆活动。湖北大冶铜绿山从矿区位置上来说，位于长江中下游成矿带西段的鄂东南矿集区，矿区内以高品位铜、铁为主要优势矿种，包括诸多大型金属矿场，成矿类型齐全。
从大地构造位置上看，鄂东南矿集区处于扬子地台北缘，下扬子凹陷带 (台褶带) 西段，北接大别造山带，南邻幕阜山变质核杂岩带。该区在古生代处于古扬子地区的大陆边缘，在古生代 — 中生代早期处于古扬子板块的东部，在中生代晚期 — 新生代为欧亚大陆内部的构造活动带。从这个区块打小开始，基本上不是处于构造带上，就是被构造带包了个圆，妥妥被板块构造活动安排的明明白白。
根据铜绿山一带区域地层科学分析研究显示，铜绿山的成矿元素的主要来源可能是地壳深部或上地慢的岩浆源，也就是说岩浆岩是成矿物质的主要载体。
那么这些富含铜的矿液又是如何形成铜绿山的呢？有的读者可能会说，是随着构造作用产生的断裂带进入的，这种说法有道理，但是并不准确。
地质学家对铜绿山的矿田的成矿通道研究，发现了只存在储矿场和岩石之间的网络联通。换句话说，成矿流体是通过岩石中微小裂隙或粒间空隙进入储矿场的。岩浆期后，最早产生的是高温的超临界流体，超临界流体的特性使其萃取了较多的成矿物质，它们是流体的先锋。炙热的岩浆在加热周围的物质后，开始慢慢冷却，我们都知道热胀冷缩，当岩浆冷却后，体积也开始减小。同时岩浆岩固结后，在其与碳酸盐岩接触面上，由于冷缩作用产生一个向接触面空间汇聚流体的吸力。简单来说，就和拔火罐一样，火罐内的气体冷却后，对皮肤产生一个吸力，只不过，现在变成了逐渐冷却的熔岩和流体与其周边的接触面。
在临界转换后，超临界状态流体转化为高温流体，冷缩低压区空间内压力减小，吸力再次为流体汇聚提供动力。随着温度降低，吸力逐渐增强，这些流体发生了汇聚，大量的经临界转换后形成的残余流体与不同方向汇来的流体混合，导致了以铜为主的金多属的沉淀。
岩浆的固结是逐步的，向接触面汇聚的流体随着岩体的固结亦逐渐向岩体内部延伸，于是就形成了一个由接触面向岩体的连通的通道。这种通道相在横纵向形成网络，它们可能与某些裂隙连通形成较大的通道，也可能只是粒间相通直接到达接触面。当岩浆逐渐冷却时，含矿热液不断从外部向接触带中汇聚，形成了一个流体汇聚通道。所以，运矿通道就是粒间裂隙或小的孔隙，而不是成规模的断裂构造，这种冷缩吸力促使了含矿热液在铜绿山富集。
岩浆的热能不仅在与碳酸盐岩接触时，而且加热原有的岩石使其发生热变质作用，不仅排空了其内的流体、弥合了大部分裂隙，形成了一个相对封闭而坚硬的岩“盖”。相对稳定的大环境和相对封闭的接触面小环境为含矿流体汇聚、圈闭、长期驻留以至成岩成矿提供了条件。[4]
对于铜绿山来说，岩浆活动就是它的“母亲”。
蓝铜矿，是岩石中含铜元素的水溶液和石灰岩相互作用，氧化、蚀变产生的一种富水碱式碳酸铜，孔雀石化学成分为 Cu2(OH)2CO3，理论含 CuO 71.95%，CO2 19.90%，H2O 8.15%；蓝铜矿 Cu3(CO3)2(OH)2，理论含 CuO 69.24%，CO2 25.53%，H2O 5.23%。[5][6]
当铜矿氧化层处在地下密闭、干燥、二氧化碳丰足的成生环境时，孔雀石会转换为蓝铜矿；如若成生环境不具备上述条件，蓝铜矿就会转变为孔雀石。这种可逆性互生关系，于自然界矿物群体中非常奇异、罕见。有时，在矿层岩石中，还会出现二者的单晶体共生在一起，造就出一半是蓝铜矿晶体、另一半是孔雀石晶体的精美晶簇。[7]
孔雀石的绿色、蓝铜矿的蓝色都是矿物本身之色，这种颜色是致色元素与矿物晶体架构对特定波长光线做出特定吸收与反射的结果。也正是在大自然的鬼斧神工下，王希孟借“天地造化”，以时接千载的矿物颜料，勾勒出厚重、苍翠山水画面，一举奠定了青绿山水发展的里程碑！
参考文献
[1] 百度百科 石青.百度百科 (baidu.com)
[2] 艺术先锋.浅讲国画颜料之矿物色石青.2018-09-20.
[3] 夏鼐，殷玮璋.湖北铜绿山古铜矿 [J].考古学报. 1982,(01).
[4] 张宗保.湖北铜绿山矿田成矿系统研究 [D].中国地质大学 (北京). 2011-07-16.
[5] 百度百科 蓝铜矿.百度百科 (baidu.com)
[6] 百度百科 孔雀石.百度百科 (baidu.com)
[7] 赵晓晨.孪生姐妹 —— 孔雀石与蓝铜矿 [J].百科知识. 2011,(14).
本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：扁舟
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