文.圖/周錦鐘、林積舟

金瓜石曾經是東南亞的金都,在小小幾平方公里的土地,生產出數百噸的黃金,這是世界上少有的特例;然而目前已處於停產階段,即使我們相信在更深的地層,還有更多蘊藏,但基於環保,地方人士致力於觀光產業,所以也不一定要重新開採才是最好的選擇。對喜歡地質礦物的愛好者而言,自然知道金瓜石必定也是礦物的聖地,只是在盛產時期人們只重視金銀銅等金屬煉製,很少注意到標本的採集與保存,以至於現在想要一探金瓜石礦物之美變得十分困難,再加上現有的標本散落四方沒有追蹤列冊,也十分令人憂心,希望透過這篇文章,呼籲大家一同來關心這個問題。

金瓜石水湳洞十三層選礦場遺跡,取材自維基共享資源,Credit by Lenovo-lin,Creative Commons

▲金瓜石水湳洞十三層選礦場遺跡,取材自維基共享資源,Credit by Lenovo-lin,Creative Commons

金瓜石的金礦
目前有關礦物書籍上記載, 金瓜石的金礦顆粒很小,多肉眼所不能見;經過考證發現這是個誤解,原因是金瓜石的富金礦在日據時期,已經挖掘殆盡,我們對金瓜石金礦的印象則是在國民政府接收之後,還好經過許多老礦工紛紛拿出當時的標本說明,才讓我們能夠想像當年的黃金盛世。

重晶石礦脈中的自然金
▲重晶石礦脈中的自然金。

  1. 重晶石礦脈中的自然金 Gold on Barite:
    重晶石 Barite 組成硫酸鋇 BaSO4,算是常見的礦物,唯自然金與之大量共生,是金瓜石金礦的主要特色,在網路的礦物資料庫mindat(http://zh.mindat.org/) 中,來自世界各地的自然金標本沒有與之相同的;最接近的是墨西哥產的自然金與石膏(即硫酸鈣 CaSO4)共生。金瓜石金礦產量很重要的一部分就是重晶石的金礦脈(產狀岩層則為矽化安山岩);自然金與重晶石、黃鐵礦或是氧化鐵以細如粉末的微晶狀(或結成塊狀)填充在礦脈空隙,稍經淘洗即可見到黃金顆粒。據老礦工說這型的富礦其金含量可達數十百分比,顆粒雖小但是肉眼能見。
    到國民政府時期,剩下的此類金礦則多為下圖之標本,含金量也不錯但肉眼已看不到黃金,需要經過搗碎研磨過程才能煉製。
    重晶石脈中自然金夾雜於鐵礦
    ▲重晶石脈中自然金夾雜於鐵礦
  2. 自然金長在黃鐵礦中 Gold in Pyrite:
    黃鐵礦 Pyrite 組成為二硫化亞鐵(FeS2),由於顏色近似黃金,而被稱為愚人金,金瓜石的黃鐵礦為正八面體,十分美麗。黃鐵礦
    ▲黃鐵礦
    這個標本不禁讓人懷疑金字塔的設計是否是仿照它的?一般而言黃鐵礦形成時或者多少溶入些許黃金,含金量較高的被稱為含金黃鐵礦,若其含金量有數十ppm 已經是很好的,如山東省的許多金礦。但是在金瓜石有一種主要的金礦型態是自然金長在黃鐵礦中,此類富礦之金含量竟然是前者的數倍以上,達到數十百分比,老礦工稱為 「烏鉛金仔」,其黃金深入黃鐵礦內部並且在表面就能看見。
    自然金 in 黃鐵礦
    ▲自然金 in 黃鐵礦
    「烏鉛」是老礦工對黃鐵礦的俗稱,其鉛含量少,但因為此地的黃鐵礦含有之雜質被氧化後讓其變黑如鉛,而有此誤會的稱呼。「烏鉛金仔」是此地金礦形成當時地層劇烈變動的直接證據,為此含金的熱液發生改道而接觸到黃鐵礦礦脈,因此產生迅速的氧化還原使得黃金大量析出,這類型金礦在世界其他地方偶有出現,但遠不如金瓜石是普遍的案例.金瓜石地區的成礦作用發生在火成活動後的極短時間內,時距約在四十四萬年前到五萬年前之間,也說明金瓜石的金銅礦是全球最新或最短時間內所形成的礦床之一。
    由於金瓜石黃金是日本準備二次大戰主要軍費來源之一(用此向外國購買鋼鐵、機械),因此對黃金產量多所隱瞞,但由老礦工挖掘到的煉金爐遺跡是爐壁的殘片,仍可看到球狀的銀金顆粒,其煉製容量是2 噸,就可以知道不會是日本官方所公布稱一年總產量只有5 噸而已。上述兩者之富礦(尤其是烏鉛金仔),在日據時代已 挖到所剩無幾,才落到後來的地理教科書上介紹金瓜石時,稱此地只產少量金銅之窘境,而在其他專業書刊則有稱金瓜石的自然金肉眼多不能見之謬誤。
    煉金爐的殘壁
    ▲煉金爐的殘壁
  3. 角礫岩筒中的自然金 Gold on Breccias:
    角礫岩 Breccias,可能由沉積作用形成,也可能是火山礫石堆積而成,在金瓜石與鄰近的樹梅地區其角礫岩則是岩層被爆破之碎片聚集產生;原因是金礦熱液通道的上端,溫度稍降而水晶沉積導致通道阻塞,通道底部又因接近熔岩而受高熱作用,使得水蒸氣壓無處宣洩,最後產生如鍋爐爆炸的現象,其結果也是讓金礦熱液通道擴大,讓熱液能接觸到其他還原性物質,經作用讓金還原出來。角礫岩中的自然金
    ▲角礫岩中的自然金
  4. 石英脈中的自然金 Gold in Quartz:
    世界各地的金礦,為肉眼可見自然金的標本中,Gold in Quartz將近佔了9 成,主要是說明金礦形成的環境多偏向酸性,然而在金瓜石的金礦中 Gold in Quartz反而成為少數,雖然如此金瓜石的Gold in Quartz 還是與眾不同,其水晶脈的間隙,除了自然金以外還填滿黑色的銅礦,老礦工稱它們為「青磺金仔」,名稱的由來可能是銅礦會氧化並與水作用,產生銅綠顏色之故;至於填充的銅礦為何?有人說是法馬丁礦,或者是其他銅礦也都有可能。前一項角礫岩的自然金,周邊也是圍滿了銅礦,顯示此地金礦的形成確實與世界其他地方的金礦(若有其他填充物則多以鐵礦為主)有很大的不同。石英脈中的自然金
    ▲石英脈中的自然金

金瓜石的銅礦

銅礦也是此地重要礦產, 於一百零八萬年前侵入此地的岩漿不只含大量的硫, 砷、銻元素含量也不少, 因此產生的銅礦也和世界許多地方的銅礦如黃銅礦CuFeS、輝銅礦 Cu2S、赤銅礦CuO、斑銅礦Cu5FeS4...... 等不太一樣,而是以下列礦物為主。

  1. 硫砷銅礦Enargite:
    組成Cu3AsS4、比重4.4~4.5、硬度3,為單斜晶系。晶體常叢生成晶簇,生長在礦脈或岩洞中,在本山、第一長仁、牛伏等地表露頭仍可發現。硫砷銅礦
    ▲硫砷銅礦
  2. 呂宋銅礦 Luzonite:
    組成Cu3AsS4、比重4.4~4.6、硬度3.5,為正方晶系,不透明之金屬光澤,條痕黑色。在五平巷本山礦體與八平巷、第三長仁、粗石山有發現。呂宋銅礦
    ▲呂宋銅礦
  3. 法馬丁礦:
    即脆硫銻銅礦Famatinite、Cu3SbS4、比重4.57、硬度3~4,為正方晶系,金屬光澤,無螢光。金瓜石所發現的法馬丁礦結晶多位在礦坑內部,在六坑、本山、長仁礦區中曾發現法馬丁礦。法馬丁礦
    ▲法馬丁礦

砷與銻是同一族相差一個週期的元素,非氧化物的情況下性質很相似,連產生的呂宋銅礦與法馬丁礦晶型也相似,因此法馬丁礦一直被當成呂宋銅礦同樣去煉銅,一直到A. Rosenweig 教授發現有異,才分辨出來;然而此三者錯綜複雜的關係,並不因此就完全釐清。
硫砷銅礦與呂宋銅礦成分相同但因結構不同,導致性質上也有差異,被歸類在不同一組礦物,稱為同質異形;呂宋銅礦與法馬丁礦,成分不同但結構相同,反而歸到同組礦物,所以稱作異質同形。
再進一步研究,高溫下Cu3AsS4 分子會組成硫砷銅礦,低溫下則組成呂宋銅礦,然而大家是否注意到呂宋銅礦的相片有頗強的紫光,而硫砷銅礦的相片也有一點,原因是在低溫下硫砷銅礦內部結構會慢慢轉變成呂宋銅礦的結構,產生外表形狀還維持硫砷銅礦的樣子,可是內部結構已經不是了,這也就是礦物學中所說的假象礦物。
金瓜石這三種銅礦都世界有名,近幾年才有秘魯的標本與之較量,然而我們已經停產,且多數被煉銅耗盡,標本所剩無幾。

金瓜石其他著名礦物

金瓜石已經發現的礦物約一百餘種,約佔台灣已知礦物的半數左右,然而實際上可能不只如此,問題主因在於現場已經毀滅,無標本可採集並化驗;再者國內願意投入研究奉獻的機構、投入研究的人也不多;雖然如此除了金礦、銅礦之外,金瓜石仍有若干種礦物可以傲視全球,例如:

  1. 彩虹針鐵礦Goethite:
    組成FeO(OH), 針鐵礦短柱狀微小結晶附在物體表面,尖端反射光與底層反射光產生干涉作用,因此產生如彩虹般的光暈,人見人愛。彩虹針鐵礦
    ▲彩虹針鐵礦
    針鐵礦是熱液流至通道上層時,溫度下降,鹼性增強情況下鐵離子沉澱的一種方式,在此情形溶液中金離子已經很少,所以彩虹針鐵礦的區域已經不產金礦石,除非是交界地帶兩者相混,但是這類型標本更為稀少。在金瓜石第三和第二長仁地區有特殊的七彩針鐵礦產出。
  2. 彩虹針鐵礦覆蓋鈉明礬石 Natroalunite:
    組成NaAl3(SO4)2(OH)6, 明礬石與明礬組成不同, 後者如鈉明礬組成為NaAl(SO4)2,是酸性的礦物,對水的溶解度高,明礬石則是中性難溶於水。這也是金礦熱液的末期礦物,因此明礬石一樣產在非金礦區,為此明礬石或針鐵礦反而能保留比較多的標本。
    彩虹針鐵礦覆蓋鈉明礬石
    ▲彩虹針鐵礦覆蓋鈉明礬石
  3. 硫酸銅礦:
    即膽礬Chalcanthite、組成CuSO4‧5H2O。
    硫酸銅礦
    ▲硫酸銅礦
    這是化學課常提到的化合物硫酸銅晶體,但在自然界中並不多見,原因是它是銅礦剛氧化時產生的礦物,呈酸性,因此很容易和氫氧離子結合,而銅離子也很容易與碳酸根等結合,產生藍銅礦、孔雀石... 這類礦物。就算是製成結晶標本也需保持乾燥並隔絕CO2,是不易保存的礦物。
  4. 車輪礦(Bournonite):
    組成PbCuSbS3,"Bournonite" 為紀念法國礦物學家和晶體學家"Count J.L. deBournon" (1751~1825) 而命名,車輪礦之主要成分為銻,斜方晶系,比重:5.7~5.9,硬度:2.5~3,顏色:鋼灰色至鐵黑色,金屬光澤、不透明。分佈在中溫和低溫熱液礦床中,常和其他含硫的金屬礦共生,是力與美結合最佳的礦物之一,深受收藏者喜愛。
    車輪礦
    ▲車輪礦

結語

以上的說明與所配合的標本,並非都很好,但已經盡了最大的努力了,希望這樣的介紹可以讓更多朋友產生共鳴,一同來蒐集更好的標本與資料,讓大家知道金瓜石的礦物竟然是那樣豐富而美麗。

周錦鐘 西松國小退休校長、本刊編審委員
林積舟 桃園親子教育博物館館長

01/27/2014 15:54

當日人數:1  累積人數:8150

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