百年清华

新中国第一个新矿物(香花石)的发现者——孟宪民

2014-09-25 |

孟宪民,地质学家、矿床学家。对湖南临武香花岭锡矿作过深入研究,领导并促成了新中国第一个新矿物――香花石的发现。深入研究云南个旧锡矿矿床成因,并指导采矿竖井的建设。参与云南东川铜矿成因的研究,对扩大矿山远景很有意义。他最早在我国倡导使用微化学试验的矿物鉴定法。最早开始进行对矿床同生论和层控矿床的研究与推广应用工作,成绩卓著。

  孟宪民,字应鳌。1900年2月2日出生于一个职员家庭,父名孟进,曾担任过书记员,替人誊抄文件。孟宪民1905年到1908年在家乡读私塾。后随父亲到湖北汉口,上四明小学。1912年,小学毕业,考入文华中学。1918年,中学毕业后,以优异成绩考入北京清华学堂高等科。1919年,积极参加了“五四”爱国运动。1922年夏,毕业于清华学堂,赴美国留学。他最初在美国科罗拉多州立矿业学校学习。他刻苦努力,两年读完地质课程,于1924年毕业。毕业后,他到美国蒙大拿州的标特(Butte)铜矿参观考察。紧接着于同年底回到科罗拉多州立矿业学校。经多方努力,在该州虎城铅锌矿业公司找到实习机会,任井下采样员和化验员,工作一年多。1926年夏,他进入美国麻萨诸塞茨州理工学院研究生班继续深造,受教于著名矿床学大师W.林格仑(Lindgren)教授,致力于矿床学理论的学习和研究,于1927年夏获硕士学位后回国。

  孟宪民回国不久,正逢北京大学地质系李四光教授受中央研究院院长蔡元培之托,筹建该院地质研究所,孟宪民应李四光之聘,任该所研究员。他进该所一个多月后,赴广西中部调查地质,继赴湖北南漳、当阳、远安一带进行煤田地质调查。1929—1933年,他到浙江绍兴、诸暨、萧山、嵊县、青田、昌化,安徽芜湖、繁昌、铜陵、宣城及湖南临武、常宁等地进行地质矿产调查,撰写发表了6篇研究报告(独著3篇,与人合著3篇)。1934年,孟宪民应中央研究院总干事丁文江之请求,调查云南个旧锡矿,并参加了中缅边界南段未定界的勘察工作,至1936年春结束在云南的工作回所。

  1937年,抗日战争爆发后,经济部资源委员会副主任委员钱昌照与中央研究院地质研究所所长李四光商洽,请孟宪民再去个旧锡矿,任锡矿勘探队队长,后勘探队改为工程处,孟宪民为主任,为该矿的探、采、运做了大量工作。1942年,他再赴云南,重点作东川铜矿的详查勘探。1946-1952年,孟宪民任清华大学地质系教授。1952年,地质部成立。孟宪民调任该部地质矿产司副司长。1956年地质部矿物原料研究所成立,孟宪民任副所长,后任所长。1959年,地质部地质科学研究院成立,孟宪民任副院长、院党委委员,一直从事地质学、矿床学研究工作,直到1969年在北京逝世。

  孟宪民早年加入中国地质学会,一直积极参加学会活动与工作。他于1938年、1942―1944年、1948年任《地质论评》编辑;1941年、1945―1947年、1949年、1950年任《中国地质学会志》编辑;19521956年任《地质学报》编辑委员会主任;1957-1962年任中国地质学会编辑委员会主任;1962-1969年任学会编辑委员会委员,《地质学报》主编。他于1948年、1949年、1951年任中国地质学会候补理事;1952年、1953年、19571962年任理事,19621969年任常务理事。1954年冬,他曾列席第二届全国政协会议。1955年他被聘为中国科学院生物地学部学部委员。他于1956年加入中国共产党。1964年代表中国科协,率团访问巴基斯坦和斯里兰卡,同年当选为第三届全国人大代表。

  孟宪民毕生从事矿床地质学研究,在矿物学、岩石学研究方面造诣颇深。他调查研究的范围遍及大半个中国,他对若干重要矿山的矿区地质、矿床成因方面更有重大建树。

香花岭锡矿之研究和香花石的发现

  本本世纪30年代初,孟宪民与张更在浙江、安徽、湖南等省从事金属矿床研究,他先后联名发表了5篇研究报告:《浙江昌化闪锰矿》(1933年)、《浙江青田石坪川辉铝矿石英脉》(1933年)、《安徽铜陵铜官山铜铁矿床》(1933年)、《湖南水口山铅锌矿矿物的沉积顺序》(1935年)、《湖南临武香花岭锡矿地质》(1935年)。水平最高的当数最后一篇。这部英文专著还附有1/10000的“湖南临武香花岭地质剖面图”3幅;1/10000的“湖南临武香花岭地质图”(彩色)1幅。该书除论及该区地质特征、地层、构造、矿区概况(自明朝开始土法采炼)等外,着重阐述了火成岩岩石学(尤其是水热变质、气成变质作用)及矿物学。在“矿物学”部分,论及51种矿物,并配以31个图版、100多张照片,在当时条件下,其鉴定矿物之细致、精确,是有口皆碑的,至今仍有重大科学价值。该书还进一步论述了与主要造矿矿物――锡石伴生的矿物共生组合、矿脉系统与花岗岩侵入体之关系,花岗岩浆之成因与性质,以及锡、砷矿业生产与提炼过程。

  该书的出版,一方面为孟宪民后来对个旧锡矿之研究提供了借鉴,同时也为该区矿床学、岩石学、矿物学之进一步研究打下了基础。1954年,孟宪民把香花岭情况与美国新墨西哥州含铍矽卡岩加以对比,指出在香花岭有可能发现条纹岩型铍矿。在他启发、指导下,地质部地矿司开展了香花岭矿物学、岩石学的研究工作。1955―1956年,该司青年地质工作者黄蕴慧、杜绍华等去香花岭从事长期野外考察。1957年,孟宪民又率黄、杜等再次考察香花岭。最后,终于发现新矿物――香花石,于1958年正式发表。这是中国地质学家发现的第一个新矿物,在中国地质学与矿物学史上是重要的里程碑。

个旧锡矿的勘查与开采

  云南省个旧,是我国著名的“锡都”,自明代已开始对锡矿进行土法采炼。至本世纪30年代初,它以年产锡7000吨而成为当时我国最大的有色金属企业。虽然中外学者络绎不绝前往考察,但在矿床成因、找矿预测等方面尚无重大突破。地质学家丁文江1914年考察云南地质时,在个旧矿区调查了将近两个月,在矿区地质、锡矿采、洗、炼等方面的调查都很有收获。1934年,云南省教育厅请中央研究院总干事丁文江特派孟宪民偕同实业部地质调查所陈恺一同赴滇。丁文江把自己早年在个旧及云南其他地区工作时的原始笔记、野外草图等资料无保留地交给孟、陈二人,并嘱咐他们要从地形测量作起,再完成地质矿床学研究之全过程。孟、陈到云南后,会同云南大学矿冶系地质学教师何塘到个旧整整作了半年野外调查。他们于1935年初结束工作,进行室内整理研究,得出重大成果。1936年初,丁文江在湖南考察煤矿时,不幸病逝。当年创刊的《地质论评》第3期是《丁文江先生纪念号》。孟宪民为纪念丁文江而在该期发表了研究成果之概要文章――《个旧地质述略》。紧接着,孟宪民与陈恺、何塘三人在1937年出版的《中国地质学会志》第16卷上联名发表了《云南个旧锡矿地质述略》一文。该文对个旧地区的地层、构造、矿物、花岗岩侵入体、矿床等作了精湛研究,还列出了该区花岗岩与湖南临武香花岭花岗岩的化学分析对比表。最后,关于矿床成因得出了精辟的结论。

  孟宪民等在该文中指出:在前震旦纪已有云南弧形构造,古生代结束时,长期剥蚀作用将大多数古生代地层剥蚀掉,三叠纪以后的地层直接不整合覆盖在前震旦纪古老地层之上。三叠纪早中期沉积了巨厚的个旧灰岩。此后发生了重要的造山运动(今日所称的“印支运动”),造成火把冲煤系(当时孟宪民等认为是侏罗系,今日则定为上三叠统)与个旧灰岩间之不整合。此后,在侏罗纪又发生燕山期的褶皱、逆掩断层及花岗岩基侵入。

  孟宪民等进一步论述了成矿的条件:首先是大地构造位置利于岩浆分异;第二是气成矿物有好的储集场所;第三是具体的容矿构造,即背斜、穹窿,使有用矿物富集成有经济价值的矿脉。个旧灰岩厚达1500米,多呈块状,是理想的围岩。个旧位于“云南弧”顶,裂隙最多,易为花岗岩基侵入。个旧锡矿区多小背斜及穹窿,可为容矿构造。个旧花岗岩及锡矿石之矿物组合与临武香花岭很相似。这些得天独厚条件之齐备,使个旧成为良好的矿区。

  1938年,孟宪民担任个旧锡矿勘探队队长及云南锡矿工程处主任,带领工作人员钻入狭而深的民窿矿硐,作了精细的测量,制成1/5000的个旧矿区地质图及1/10000地形图,以确定锡矿体产状。在此基础上,开创了正规的石门、平巷、风动凿岩、铁道矿兜、竖井提升运矿等机械化及半机械化新方法。他提出在老厂背阴山冲地面毫无矿化之处开凿一对竖井,分别运送矿石和运送人员。竖井直径为3.8米和3.1米,深度为205米,在地下掘通,井下又开凿正规巷道和石门,竖井提升运矿全用机械化。两竖井在205米深处连通后,向湾子街潜力最大的矿化区掘进,终于在1公里多处见矿,在更远的主巷、支巷中亦遇到许多大、中型矿体。而且,此两竖井井底开拓的平巷恰好位于该区隐伏花岗岩突起之顶部矿化最强烈处。此两竖井不但是运输井,实际是结合探、采、运为一体的综合通道。在当时无钻探、物探资料的条件下,井巷工程设计如此准确,实令人万分惊奇和佩服。此矿井工程总长度3486.85米,历时5年,于1945年全面建成投入使用。直到90年代,还一直是国营云南锡业公司原生矿最主要的探采井。

  1943―1946年间,云南省经济委员会与中央研究院地质研究所合组的云南地质调查组,由孟宪民主持,有许杰、张席?、王恒升、邓玉书、舒全安和马旭辉等人参与,又对个旧锡矿进行了大量地质调查,先后发表了:《中国之锡矿》、《云南之锡矿》、《云南矿产种类述略》、《云南高原的几种构造现象》和《云南个旧锡矿区地质图及说明书》等论著,更有利于个旧锡矿之开发。

对东川铜矿的再研究与新贡献

  1942年,孟宪民领导云南东川地质调查组对东川铜矿做了系统的区域地质和矿产普查工作。他们不怕东川矿区险恶的地形,自行测量三角网和1/50000地形图,然后进行地层剖面的选定、测制与填图工作,对含铜的前寒武纪浅变质岩系(昆阳群)首次作了划分对比。他们分该群为7个单元,自下而上是绿墩板岩、姑庄板岩、因民紫色层、落雪灰岩、桃园板岩、黑山板岩和大风口页岩。他们确定,昆阳群早于南方震旦系,并弄清了铜矿在落雪、因民和汤丹全区都是成层状沿因民紫色层与落雪灰岩之间的过渡带产出。

  经过两三年奋战,他们完成了全区几千平方公里的1/250000地质图和落雪、因民、汤丹矿区1/5000至1/10000地形地质图及中英文对照说明书。该项成果按层状矿正确估算有100万吨铜的远景储量。他们研究的成果也体现在1948年孟宪民与张席?、许杰、邓玉书、舒全安联名发表的专著《云南东北部东川地区地质》中。此书内,孟宪民与邓玉书、舒全安负责撰写的“经济地质I”内容正是东川最主要的矿区――落雪―因民铜矿与汤丹―白锡腊铜矿。

  中华人民共和国成立后,孟宪民于1952年春与中央重工业部有色金属工业管理局长李华、王逸群等再赴东川铜矿勘查,从而揭开了1953―1955年东川矿区大规模勘探的序幕。1963年秋,孟宪民第三次到东川铜矿,除进一步研究铜矿外,还探讨了该区岩浆岩中有无铌、钽矿化之可能性的问题。

  孟宪民经多次反复对东川铜矿的考察研究,终于解决了东川铜矿之成因与找矿预测问题。前人对于东川铜矿成因大都认为是岩浆热液型。孟宪民根据自己大量野外实践和研究工作,在50年代初已认识到东川铜矿属层状和似层状铜矿。50年代之后,他更进一步怀疑热液成矿论,1962年,他终于提出东川铜矿属沉积成因的见解。在他的启发下,东川矿区的地质人员从地层、岩性、岩相古地理、矿体形态、产状、矿石结构构造、藻类化石(叠层石)等多方面进行了研究。特别在地球化学方面,从常量元素、微量元素和同位素资料等进行综合研究,否定了铜矿床与二叠纪辉长岩和前震旦纪辉长辉绿岩之间的矿源关系,从而基本上结束了关于东川铜矿床属岩浆期后热液成因的争论,东川铜矿是同生沉积的层控矿床的信念终于确立下来。弄清了成因才有利于预测。当孟宪民发现脉状矿体是沿一定层位分布时,就沿层位布置钻孔,追索主要层状矿体,果然达到预期的目的。

倡导矿物微化学分析鉴定法

  孟宪民作为一位杰出的矿床学家,善于将岩石学和矿物学的工作同矿床学的研究紧密结合起来。他更深深地懂得,矿物之准确鉴定是一切的基础。抗日战争之初,孟宪民去昆明筹建云南地质调查组,并负责该组工作,条件极其艰苦。他集中力量研究矿物的微化学分析。西南联合大学化学系的高崇熙教授常与他合作,并提供化学试剂,使他工作很有成效。为了推广这种先进方法,他特用英文写了一本《矿物鉴定的微化学方法》,于1943年由云南省经济委员会地质组与中央研究院地质研究所联合刊印。该书谈及矿物微化学分析的一般概念、所用试剂、工具与仪器、化验程序,以及具体的55种元素的化验法,最后列了一张“各种元素之半微量与微量化学反应之特征现象与灵敏度总表”,书后还附有4个图版,共24张素描的反应产物晶形图,更使人易于掌握。

  孟宪民是我国最早运用微化学试验法鉴定矿物的学者。几十年中他一直大力倡导此法,无疑对我国矿物鉴定工作有很大的推动。

倡导同生论与层控矿床学说

  孟宪民在学术上勇于探索、敢于创新,从不墨守成规。他本是后生岩浆热液成矿学派鼻祖W.林格仑的门人,他在早期工作中,也遵循N.L.鲍文(Bowen)的玄武岩浆分异成岩说与W.林格仑的岩浆热液成矿说之正统、经典理论。但经过长期实践与探索,他发现这些学说不能很好地解释许多地质现象。于是,他尊重事实,逐渐把立足点转到同生沉积―火山成矿论上来。在找矿思想上,他摒弃了“沿小侵入体找矿”,而主张“沿层找矿”。在他建议下,于1959年在贵州召开了全国铅锌矿会议,讨论矿床成因和找矿方向。由他发起,在1963年举行长江中下游铁铜矿床成因与找矿方向现场会议。有各个矿床学派参加,并开展了一场大辩论。孟宪民在这些会议上积极倡导了同生论与层控矿床学说。

  孟宪民的主要论点,集中反映在他于1963年发表的两篇论文里。其一是《矿床成因与找矿》一文。该文内,他以某些矿床为例,指出所谓“同生矿床”,就是“成矿与成岩是同时的,成矿的物质不是成岩后由很远的地方移来的(并非是‘后生的’)”。他并指出:“过去认为侵入的花岗岩总是作为矿石的重要来源,而火山作用则不重要,以致不值一谈”的看法就不对了。他认为,火山作用起压倒一切的重要作用,而侵入活动则仅是次要的,实际上是一个破坏的过程。金属的富集要归功于风化和沉积的过程。另一是《矿床分类与找矿方向》一文。该文按五大岩石组合(即大洋中组合、大陆组合、陆缘组合、岛弧组合、原生山脉组合)与五个主要地质时代(太古代―元古代、古生代、中生代、新生代、近代)交叉分出若干矿床类型,并在找矿实践中具体运用。

  由于对同生成矿论的研究,孟宪民追索到后生成矿学派关于岩浆侵入、热液交代的一些根本问题,在于花岗岩类之成因与产状问题。他提出过若干新见解,指出花岗岩并非都是“上小下大”和一味向下延伸,而是“有顶有底”;并认为部分花岗岩是火山成因的。他还热烈支持花岗岩化理论。他倡议并组织了1965年在安徽黄山召开的花岗岩讨论会,对花岗岩化学说之宣传达到最高潮。他这方面的主要论著有《关于花岗岩的安放问题》等等。

金属矿产储量的统计研究

  1965年,孟宪民领导和组织了长江中下游铜铁矿的找矿研究,与有关同志一起完成了我国若干金属矿产储量之统计研究。在此基础上,孟宪民与周圣生、郑直、吴功建、黎诺、孙忠和共同撰写了《某些金属矿的找矿方向和方法的初步经验》一文,于1966年正式发表。文内对各种金属矿储量分为5大类分别统计:第一类是层状矿体;第二类是附近有“侵入体”的层状矿体;第三类是围绕小侵入体发育的矿体;第四类是脉状矿体;第五类是在火山岩、“侵入岩”内的若干似层状矿体。根据铁、铜、铅、锌、汞、锑、锡这7种主要金属之各类矿占总储量的百分比统计列表而得出以下结论:①各矿种以层状矿为主,以第一类矿在总储量中所占百分比而论,铁为58.87,铜为37.78,铅为59.87,锌为79.77,汞为83.44,锑为88.69,锡为36.69,这些矿一般规模大,形状简单,分布稳定,品位较富,为工业开采的主要对象;②各矿种一般沿某一或某几个地层层位分布;③各矿种与围岩也有一定关系,以碳酸盐岩为围岩的各矿种的储量百分比,铁为17.19,铜为40.02,铅为59.70,锌为75.15,锑为85.78,汞为96.29,锡为59.87。总的来说,以碳酸盐岩为围岩的矿占着优势。此外,各矿种还与沉积旋回有一定的关系。

  基于上述结论,该文提出主要应找层状矿,在某一地区应沿某一已知含矿层位之地层找矿为主,并注意要在不整合面之上,在含矿构造层上部及岩性变异等部位去找矿,对实践很有指导意义。

  孟宪民在矿床学上的重大成就,得到国内外同行普遍赞扬与钦敬。我国著名矿床学家谢家荣1941年在《云南矿产概论》一文中称道孟宪民为首的个旧地质调查工作是中外专家调查工作中“最为详尽者”。1963年,孟宪民的《矿床成因与找矿》一文在英文版《科学通报》上发表后,英国层控矿床学家J.卜内纳(Breina)即来函表示赞赏,并希望进行学术交流与合作研究。

  孟宪民对科学技术的国际交流与合作是很重视的。1956年,他领导组建各种地质矿产研究专业小组,意识到稀有元素矿产资源对我国未来国防尖端科技发展具有重要意义,而当时这方面研究尚处于空白。于是,他积极抽调有关人员,从岩矿鉴定、化学分析、选矿试验到理论研究,成龙配套地派到苏联有关研究所、稀有金属矿山、工厂去进修考察,为尽快开展我国稀有元素矿产的找矿和研究工作,及时作了许多准备,以至有后来的发展。

  1964年,孟宪民曾代表中国科学技术协会,率团访问巴基斯坦和斯里兰卡。他在当地作了关于《矿床分类和找矿》、《矿床成因和找矿》以及《石油地质》方面的报告,并以中国科学技术协会的名义邀请所访问的国家的地质专家参加北京科学讨论会。

孟宪民工作作风严谨、认真,与下属人员同甘共苦,不畏难,不避险,深入普查勘探第一线,兢兢业业地工作。他倡导同生成矿说不仅废寝忘食,且生病住院亦念念不忘。“文化大革命”期间,他虽遭迫害,仍亲自刻蜡纸,油印同生成矿论材料,不懈地宣传。充分表现出他热爱事业,执著追求真理的可贵品质。孟宪民这些崇高精神与他光辉的学术成就一起永垂史册。

(潘云唐)

简历

  1900年2月2日 生于江苏武进。

  1918年 考入北京清华学堂高等科。

  1922年 毕业于清华学堂,留学美国科罗拉多州立矿业学校。

  1924年 毕业于科罗拉多州立矿业学校;到蒙大拿州标特铜矿参观考察。

  1925年 重回科罗拉多州立矿业学校,获工程师称号,在该州虎城铅锌矿实习。

  1926年 入麻萨诸塞茨州理工学院研究生班,受教于矿床学大师W.林格仑。

  1927年 获麻萨诸塞茨州理工学院硕士学位后回国。

  1928年 任中央研究院地质研究所研究员。

  1937年 任云南个旧锡矿探矿队长、工程处主任。

  19461952年 任清华大学地质系教授。

  1952年 任地质部地质矿产司副司长。

  1955年 任中国科学院学部委员。

  1956年 任地质部矿物原料研究所副所长。

  1959年 任地质部地质科学研究院副院长。

  1964年 代表中国科协率团访问巴基斯坦和斯里兰卡。

  1969年2月18日 在北京逝世。

转自 光明网 2006329

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