中国古代有比较系统的探矿理论。最著名的是战国时期的《管子·地数篇》。它总结了一些矿床中矿物的分布规律,指出可以根据矿苗和矿物的共生关系来寻找矿床。
书中说道:“山,上有赭者,其下有铁;上有鈆(“鈆”是“铅的异体字——引者注)者,其下有银;一曰上有鈆者,其下有鉒银;上有丹砂者,其下有鉒金;上有慈石者,其下有铜金。此山之见荣者也。”又说:“上有丹砂者,下有黄金;上有慈石者,下有铜金;上有陵石者,下有鈆、锡、赤铜;上有赭者,下有铁。此山之见荣者也。”所谓“山之见荣”,就是矿苗的露头。此外,在唐代张守节的《史记正义》中,所引《管子》文字略有不同:“山上有赭,其下有铁;山上有铅,其下有银;山上有银,其下有丹;山上有磁石,其下有金也。”
上引三段文字互有出入,夏湘蓉等把它们归纳成六条,称作“管子六条”:第一,山上有赭,其下有铁;第二,山上有磁石,其下有铜金;第三,山上有铅,其下有银;第四,山上有丹砂,其下有黄金;第五,山上有陵石,其下有铅、锡、赤铜;第六,山上有银,其下有丹。六条中,第一、二两条是三段文字所共有。第三、四两条是两段文字所共有。第五、六两条却是一段文字仅有的。“管子六条”包括铁、铜、锡、铅、金、银、汞七种金属矿产,分组说明它们的上下关系,是西汉以前找矿采矿实践中得出的经验总结。“管子六条”中所说的上下关系,包含三种意义:
第一,一个垂直的矿体或一条矿脉,山上露头中出现某种矿物,可能对下面赋存的另一种主要矿产起到指示作用,这种指示矿物在古代称作“苗”或“引”。又某些多金属矿体(脉)的上部和下部富集的矿种有所不同,这种垂直分带现象,在古代也是有所认识的。
第二,山上出现的某种矿物和山下出现的另一种矿物,分别产于不同的地层或岩石中,既不同属于一个矿体,成因上又没有明显的联系,属于这种情况的上下关系,仅仅是一种空间位置的相对关系。
第三,山上赋存有某种原生矿床,而山下出现另一种砂矿,这也是一种上下关系。这种关系也不一定和矿床成因有联系。
由于“管子六条”是实践经验的总结,因此,它是符合实际的,有科学价值的。各条的科学价值是:
第一条,无疑是从采矿实践中总结出来的经验。它基本上适用于邯郸、邢台式、大冶式和某些鞍山式铁矿。
第二条,是古人从开发铜矿中总结出来的经验。适用于铜绿山类型的铜矿。
第三条,这里的“铅”主要指方铅矿,“银”指自然银或辉银矿。自然银主要是次生的,赋存于铅银(或银铅)矿床上部的氧化带中。《楚雄县志》说:“铅乃银之母,银乃铅之精也。”辉银矿的成因有次生的,也有原生的。原生辉银矿经常和方铅矿共生。
第四条,丹砂和自然金在汞或金的原生矿脉中,除少数外,一般不存在共生关系。这条规律,对于原生脉金矿床来说,没有实际意义。不过先秦时期的汞矿或金矿都以砂矿为主。在汞和金共生的砂矿床中,这条规律是确切的,是反映实际情况的。
第五条,陵石,《太平御览》地部三引作绿石,就是孔雀石。因此,这条规律适用于以铅为主的铅锌铜多金属矿床,上有绿石、下有锡的现象也是存在的,而上有绿石、下有赤铜是实际情况的确切反映。
第六条,也是古代采矿经验的总结。这种银在上、汞在下的上下关系,是两种矿产赋存于时代不同的两个地层中的上下关系,而不是一个矿体(脉)中金属矿产的垂直分带关系。
除了“管子六条”外,古人对矿物和围岩的关系也有所认识,并且把它用于找矿。比如唐代陈藏器把粉子石作为金矿的标志(见《本草纲目》卷八)。宋代,苏颂把白石作为辰砂矿的标志(见《重修政和经史证类备用本草》卷三)。
清初孙廷铨(1616—1674)在《颜山杂记》中记载了人们利用岩层和矿床的关系找矿,说:“凡脉炭者,视其山石,数石则行,青石、砂石则否。察其土有黑苗,测其石之层数,避其沁水之潦,因上以知下,因近以知远,往而获之为良工。”这段话的意思是:凡是找煤矿的人,必须先观察山上的岩石性质。假如山上有页岩出现,就可能有煤。如果山上全是石灰岩、砂岩,就没有煤。当看到土地上有黑色的煤层露头时,就要仔细测量煤层上下岩石的层次,避开涌水。从上面的岩层情况推测地下的各种情况,从近处的岩层情况推测远处的各种情况。这样去找煤矿就容易找到。这样的人才是优秀的煤矿勘探者。
在探矿理论方面,南北朝的梁代出现了新的理论著作,体现了新的方向。这就是有名的地植物找矿著作——《地镜图》。《地镜图》原书已佚,现在只能从后人的引文中看到它的部分内容。它的主要观点是把地下的矿床和地表的植物联系起来,是现代指示植物找矿或生物地球化学找矿方法的肇端,是一个很有科学价值的新创见,新理论。当然,这个新理论也是逐步产生的,并不是突然出现的。往上追溯,我们发现,《荀子·劝学篇》就说过:“玉在山而草木润”,首次提出了山上赋存的矿物和周围植物生态有关的思想。晋张华《博物志》也说:“山,……有谷者生玉”。到《地镜图》,内容就大大充实了。书中说道:“二月中,草木先生下垂者,下有美玉。五月中,草木叶有青厚而无汁,枝下垂者,其地有玉。八月中,草木独有枝叶下垂者,(下)必有美玉。有云,八月后草木死者亦有玉。十二月中,草木独有枝叶垂者,下有美玉。山有葱,下有银,光隐隐正白。草茎赤秀,下有铅;草茎黄秀,下有铜器。”唐代段成式(?—863)对它作了初步的整理,说:“山上有葱,下有银;山上有薤,下有金;山上有姜,下有铜锡;山有宝玉,木旁枝皆下垂。”(《酉阳杂俎》卷十六)这些记载,不一定完全和实际相符,但是他所指出的利用指示植物找矿的方向是对的。
对中国古代利用指示植物找矿理论的发明和发展,英国科学史家李约瑟曾经作过恰当的评价,他说:“中国人在中古代所进行的观察,确实可以说是仍在迅速发展中的、范围十分广阔的现代科学理论和科学实践的先驱。”
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