中國古代的礦物學(xué)

礦物和人類生活關(guān)系極其密切,，我們的祖先在舊石器時代就認(rèn)識和使用過十四種礦物和巖石。新石器時代認(rèn)識和使用礦物巖石的品種有三十七種，玉石,、銅都相繼為人們所注意和使用,。

四千多年前，中國人民已經(jīng)開采銅礦石煉銅,。到殷商末年，已經(jīng)鑄造出一千七百五十斤重的司母戊鼎,。隨著煉制青銅的需要,，錫、鉛礦也被開采使用,。三千多年前,，中國人民開始用隕鐵。春秋戰(zhàn)國時期,，人們已經(jīng)掌握了鑄鐵技術(shù),，出現(xiàn)了塊煉滲碳鋼，鐵工具已經(jīng)在農(nóng)業(yè)和手工業(yè)生產(chǎn)中使用,。石器——銅器——鐵器的演進必須以對礦物的認(rèn)識演進和礦產(chǎn)的探尋,、開采、冶煉事業(yè)的向前發(fā)展作基礎(chǔ),。中國古代礦物學(xué)也就從礦石生產(chǎn)中逐漸產(chǎn)生,。比如：《山海經(jīng)·五藏山經(jīng)》（以下簡稱《山經(jīng)》）、《禹貢》等著作中,，有關(guān)礦物知識的記載,，就是從石器時代到鐵器時代對礦物的認(rèn)識和使用的總結(jié)?！渡浇?jīng)》成書于戰(zhàn)國時期（公元前五世紀(jì)左右）,，記載了礦物八十九種，其中有金屬礦,、非金屬礦和各種怪石,、各色堊土；記載產(chǎn)地三百零九處,，對礦產(chǎn)出處描述比較詳細,，如山上、山下,，山陰,、山陽，水中等等,；又根據(jù)礦物巖石的硬度,、顏色、光澤,、透明度,、粗糙或平滑的程度,、敲擊聲音、磁性,、醫(yī)藥性能,、集合體的狀態(tài)（土狀的、塊狀的,、卵狀的,、米粒狀的、巨大的）等等性質(zhì)來識別礦物和巖石,；部分的知道了礦石的可熔煉性,；有時就根據(jù)這些特性對礦物和巖石命名，如磁石,、采石,、瓀（ruǎn）石（軟的石頭）、丹粟（紅色粒狀）,、茈（zǐ）石（紫色石頭）,、白玉、青臒（hù）（黑色石頭）等等,?！渡浇?jīng)》中還反映了近代礦床學(xué)上所稱的“共生現(xiàn)象”，如赤銅-礪石,、鐵-文石,、銀-砥礪、鐵-美玉-青堊,、黃金-銀,、白金-鐵、金-銀-鐵,、金-玉-赭石等,。以前曾經(jīng)有人把希臘學(xué)者泰奧弗拉斯托斯（約前372—前287）于公元前三世紀(jì)寫的《石頭志》（書中只記載了十六種礦物，分金,、石,、土三類）說成是世界上最古老的地質(zhì)文獻。其實,，當(dāng)《石頭志》問世時,，我國的《山經(jīng)》已經(jīng)傳世二百年左右了，而且內(nèi)容比它豐富得多,。

中國古代礦物知識和中醫(yī)藥學(xué)有很密切的關(guān)系,。在歷代本草著作中，都收集了礦物藥，積累了豐富的礦物知識,。從《神農(nóng)本草經(jīng)》到《本草綱目》,，其中主要的本草著作在三十種以上。本草著作中記載了礦物的藥性,，礦物的化學(xué),、物理性質(zhì)，礦物的產(chǎn)地以及鑒別,、采掘方法等,。這就完全有理由把各類本草著作中有關(guān)礦物知識的部分看作中國古代的礦物學(xué)著作。比如宋代寇宗奭的《本草衍義》,，就利用化學(xué)變化、晶形,、解理,、色澤來鑒定許多礦物。明代李時珍的《本草綱目》集歷代本草著作的大成,，也是古代礦物知識的總結(jié),。書中列有礦物藥二百六十六種，除水,、火,、土三部外，金石部所載連附錄共達一百六十多種,，分金,、玉、石,、鹵四類,，保存了不少可供研究參考的礦物學(xué)資料。書中對每種金石的產(chǎn)地,、形色和采掘,、鑒別方法都有不同程度的詳細記述，并且考察歷史記載,，鑒別正確和錯誤,，使它更加完整。

中國古籍中,，比較重要的礦物巖石著作還有宋代杜綰的《云林石譜》,、明代陶宗儀的《輟耕錄》、宋應(yīng)星的《天工開物》以及某些《硯譜》,。

《云林石譜》重點是講園庭裝飾和鑒賞的巖石以及制硯,、制各種用器、珍品、文物等的石頭,，描述石頭的大概形狀,、顏色、聲音,、硬度,、文理、光澤,、晶形,、磁性、透明度,、吸濕性,、風(fēng)化程度、化學(xué)作用等,。它所記石類有：第一,，比較純的石灰?guī)r類，曾經(jīng)被水侵蝕,、有特別形狀,、可以作假山用的石頭近二十種；第二,，石鐘乳類,；第三，含有長石的石灰?guī)r或砂巖,；第四,，含有錳質(zhì)或鐵質(zhì)的石灰?guī)r或砂巖；第五,，比較純的石英巖,、砂巖、瑪瑙等,；第六,，葉蠟石、云母,、滑石類,；第七，頁巖和硯石類,；第八,，比較純的金屬礦物和玉類；第九,，化石類,。這確實是一部比較全面而專門的礦物巖石著作,，特別偏重于沉積巖、變質(zhì)巖的研究,，是名副其實的《石譜》,。至于陶宗儀所注意的礦物都屬于寶石類?！短旃ら_物》研究的重點是五金,、鹽、各類粘土,、石灰?guī)r,、煤炭、各種礬石以及在軍事工業(yè)上起重大作用的礦物,，而把珠玉放在最后,，這種安排，體現(xiàn)了作者貴五金賤珠玉的思想,?！短旃ら_物》對礦物研究的特點是：不僅記載礦物名稱、種類,、性狀，而且詳細記載探礦,、開采,、冶鑄技術(shù)。它是中國古代百科全書式的科學(xué)技術(shù)著作,。此外,，中國古代各類歷史專著、地方志,、博物志,、筆記等，也記載有豐富的礦物學(xué)資料,。

中國是世界上最早發(fā)現(xiàn)和使用石油的國家之一,。明確記載石油產(chǎn)地的是《漢書·地理志》。秦漢時期的高奴縣（今延安一帶）人民,，發(fā)現(xiàn)延河的支流洧水的水面上有可燃燒的液體,，便“接取用之”（《水經(jīng)·河水注》）。東漢時候,，人們又在酒泉延壽縣南山流出的泉水中發(fā)現(xiàn)了石油,。由于這種液體裝在器皿中“始黃后黑”，有如漆狀,，所以當(dāng)?shù)厝私兴笆帷保◤埲A：《博物志》,，《續(xù)漢書·郡國志》引）,。這種“石漆”不僅”燃之極明”，而且“膏車甚佳”,，可以作車軸的潤滑劑,。北魏和唐代，我國新疆庫車和甘肅玉門一帶,，相繼發(fā)現(xiàn)了石油,，勞動人民對石油的開采和性能有了進一步的認(rèn)識。北宋出現(xiàn)了石油軍用加工場,，用石油作主要原料造軍用武器,。“石油”的名稱,，是沈括明確提出的,。沈括還試驗成功了用石油煙制墨（《夢溪筆談》卷二十四）。南宋,，石油的一種固態(tài)照明產(chǎn)品——石燭問世,。關(guān)于石油的藥用功能，明代李時珍作了記載,。那時四川,、陜北一帶的人民已經(jīng)開始煉油。這些記載是很寶貴的,，總結(jié)起來,，可以看出我國人民對石油的發(fā)現(xiàn)、認(rèn)識,、使用,、開采是一步步提高的。

中國古代的礦物學(xué)和煉丹也有密切的關(guān)系,。古代煉丹家對礦物藥的認(rèn)識,，是礦物學(xué)的重要組成部分。后代講煉丹的著作,，不僅記載了一些礦物名稱,，解釋了煉丹藥的隱名，而且記載了礦物的產(chǎn)地和鑒別方法,。比如晉代葛洪的《抱樸子內(nèi)篇》對黃金,、云母、雄黃的鑒別就是很有科學(xué)道理的,。他說：“黃金入火,，百煉不消；埋之,，畢天不朽,?！彼腰S金的化學(xué)穩(wěn)定性作了恰當(dāng)?shù)拿枋觥υ颇?，?dāng)時的人多不能分別,，而葛洪卻有一套鑒別方法，說是 “法當(dāng)舉以向日,，看其色,，詳占視之，乃可知耳,?！边@是我國最早記載直接看反射光顏色來區(qū)別云母種屬的方法。唐代煉丹著作《金石簿五九數(shù)訣》特別強調(diào)鑒別礦物藥的重要,，說：“夫?qū)W道欲求丹寶,，先須識金石，定其性質(zhì),，知美惡,。”正因為書的作者深感鑒別礦物的重要,，所以書中除了記載礦物產(chǎn)地外,，還記載了各種礦物的鑒別方法，說明顏色,、光澤,、形狀、透明度,、反射光的顏色、粗細感覺程度,、敲擊聲音,、磁性、污染性,、火焰色,、燃燒氣味、味覺等等,。唐代梅彪著的《石藥爾雅》,，主要是解釋煉丹藥的隱名，剝掉煉丹家故意加在礦物藥名上的神秘色彩,，為煉丹藥名的通俗化作出了貢獻,。

中國古代礦物學(xué)和繪畫所使用的顏料有一定關(guān)系。古人對礦物顏料的認(rèn)識是古代礦物學(xué)的組成部分,。漢代墓室壁畫使用的礦物顏料有石青,、石綠,、赭石、石黃,、朱砂等,。魏晉隋唐壁畫使用的礦物顏料是赭石、黃土,、石青,、石綠、白堊,、朱砂,、孔雀藍、煤黑,、高嶺土,、藍銅礦、綠泥石,、氧化鋁,、青金石，密陀僧（PbO）,、黃銅粉,、絳礬（Fe2O3）、金,、銀,、銀朱（硫化汞）、鉛粉（堿式碳酸鉛）等①,。制造陶瓷的原料和彩繪著色劑都和礦物有關(guān),。這方面的礦物知識也是中國古代礦物學(xué)的重要內(nèi)容。我國在新石器時代早期已有陶器,，原料是陶土,，包括紅土、沉積土,、黑土或其他粘土,。從仰韶文化晚期起，已出現(xiàn)白陶,，原料是瓷土和高嶺土,。商代中期出現(xiàn)了原始瓷器，原料是高嶺土或瓷土,。東漢出現(xiàn)了瓷器,，原料是瓷石或瓷土，它是一種含石英-高嶺-絹云母類型的偉晶花崗巖風(fēng)化后的巖石礦物,。由于瓷土中含鐵量的不同,，出現(xiàn)了青瓷,、白瓷和黑瓷。宋代出現(xiàn)了紫砂器,，原料是一種質(zhì)地細膩,、含鐵量高的特殊陶土，屬于高嶺-石英-云母類型,。陶瓷的彩繪呈色劑也和礦物有關(guān),。比如仰韶文化彩陶彩料，經(jīng)光譜分析得知,，赭紅彩中的主要呈色元素是鐵,，黑彩中的主要呈色元素是鐵和錳。因此估計赭紅彩料可能是赭石,，黑色彩料可能是一種含鐵很高的紅土,，或烏金土和紫金土。白色彩料可能是一種配入熔劑的瓷土,。商周釉陶器表面上的釉,，是用天然的碳酸鈣礦物配合粘土制成的。這種石灰釉是后世青瓷釉的鼻祖,。青瓷釉由石灰石和瓷土配制而成,。在石灰釉里，鐵是主要呈色元素,，其次是鈦和錳,。商周時期還發(fā)明了鉛釉，以鉛的化合物作為基本熔劑,，主要呈色劑是銅和鐵,。銅使釉呈現(xiàn)翠綠色，鐵使釉呈現(xiàn)黃褐和棕紅色,。在鉛釉中加入少量含鈷或含錳的礦物,，還會得到藍、紫等各種不同色調(diào)的低溫釉,。在陶瓷色料應(yīng)用上,，鈷僅次于鐵,、銅,，像唐三彩的藍色，就是用鈷呈色的,。此外天藍釉,、霽青釉都加入了鈷。宋代發(fā)明的青花釉,，主要呈色劑是氧化鈷（CoO）,，礦物學(xué)上叫鈷土礦,。瓷器上的釉上彩粉彩類,，色料在我國采用不純的礦物原料,，如青礬、黃丹,、銅花等作為呈色劑,，配以石末,、牙硝、鉛粉等煉成熔塊,，磨細制成,，大約有二十多種。①

中國古代的探礦理論

中國古代有比較系統(tǒng)的探礦理論,。最著名的是戰(zhàn)國時期的《管子·地數(shù)篇》,。它總結(jié)了一些礦床中礦物的分布規(guī)律，指出可以根據(jù)礦苗和礦物的共生關(guān)系來尋找礦床,。

書中說道：“山,，上有赭者，其下有鐵,；上有鈆（“鈆”是“鉛的異體字——引者注）者,，其下有銀；一曰上有鈆者,，其下有鉒銀,；上有丹砂者，其下有鉒金,；上有慈石者,，其下有銅金。此山之見榮者也,?！庇终f：“上有丹砂者，下有黃金,；上有慈石者,，下有銅金；上有陵石者,，下有鈆,、錫、赤銅,；上有赭者,，下有鐵。此山之見榮者也?！彼^“山之見榮”,，就是礦苗的露頭。此外,，在唐代張守節(jié)的《史記正義》中,，所引《管子》文字略有不同：“山上有赭，其下有鐵,；山上有鉛,，其下有銀；山上有銀,，其下有丹,；山上有磁石，其下有金也,?！?/p>

上引三段文字互有出入，夏湘蓉等把它們歸納成六條,，稱作“管子六條”：第一,，山上有赭，其下有鐵,；第二,，山上有磁石，其下有銅金,；第三,，山上有鉛，其下有銀,；第四,，山上有丹砂，其下有黃金,；第五,，山上有陵石，其下有鉛,、錫,、赤銅；第六,，山上有銀,，其下有丹。六條中,，第一,、二兩條是三段文字所共有。第三,、四兩條是兩段文字所共有,。第五、六兩條卻是一段文字僅有的,?！肮茏恿鶙l”包括鐵、銅,、錫,、鉛、金,、銀,、汞七種金屬礦產(chǎn)，分組說明它們的上下關(guān)系,，是西漢以前找礦采礦實踐中得出的經(jīng)驗總結(jié),。“管子六條”中所說的上下關(guān)系,，包含三種意義：

第一,，一個垂直的礦體或一條礦脈，山上露頭中出現(xiàn)某種礦物,，可能對下面賦存的另一種主要礦產(chǎn)起到指示作用,，這種指示礦物在古代稱作“苗”或“引”。又某些多金屬礦體（脈）的上部和下部富集的礦種有所不同,，這種垂直分帶現(xiàn)象,，在古代也是有所認(rèn)識的。

第二,，山上出現(xiàn)的某種礦物和山下出現(xiàn)的另一種礦物,，分別產(chǎn)于不同的地層或巖石中，既不同屬于一個礦體,，成因上又沒有明顯的聯(lián)系,，屬于這種情況的上下關(guān)系，僅僅是一種空間位置的相對關(guān)系,。

第三,，山上賦存有某種原生礦床，而山下出現(xiàn)另一種砂礦,，這也是一種上下關(guān)系,。這種關(guān)系也不一定和礦床成因有聯(lián)系。

由于“管子六條”是實踐經(jīng)驗的總結(jié),，因此,，它是符合實際的，有科學(xué)價值的。各條的科學(xué)價值是：

第一條,，無疑是從采礦實踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗,。它基本上適用于邯鄲、邢臺式,、大冶式和某些鞍山式鐵礦,。

第二條，是古人從開發(fā)銅礦中總結(jié)出來的經(jīng)驗,。適用于銅綠山類型的銅礦,。

第三條，這里的“鉛”主要指方鉛礦,，“銀”指自然銀或輝銀礦,。自然銀主要是次生的，賦存于鉛銀（或銀鉛）礦床上部的氧化帶中,?！冻劭h志》說：“鉛乃銀之母，銀乃鉛之精也,?！陛x銀礦的成因有次生的，也有原生的,。原生輝銀礦經(jīng)常和方鉛礦共生,。

第四條，丹砂和自然金在汞或金的原生礦脈中,，除少數(shù)外,，一般不存在共生關(guān)系。這條規(guī)律,，對于原生脈金礦床來說,，沒有實際意義。不過先秦時期的汞礦或金礦都以砂礦為主,。在汞和金共生的砂礦床中,，這條規(guī)律是確切的，是反映實際情況的,。

第五條,，陵石，《太平御覽》地部三引作綠石,，就是孔雀石,。因此，這條規(guī)律適用于以鉛為主的鉛鋅銅多金屬礦床,，上有綠石,、下有錫的現(xiàn)象也是存在的,，而上有綠石、下有赤銅是實際情況的確切反映,。

第六條,，也是古代采礦經(jīng)驗的總結(jié)。這種銀在上,、汞在下的上下關(guān)系，是兩種礦產(chǎn)賦存于時代不同的兩個地層中的上下關(guān)系,，而不是一個礦體（脈）中金屬礦產(chǎn)的垂直分帶關(guān)系,。①

除了“管子六條”外，古人對礦物和圍巖的關(guān)系也有所認(rèn)識,，并且把它用于找礦,。比如唐代陳藏器把粉子石作為金礦的標(biāo)志（見《本草綱目》卷八）。宋代,，蘇頌把白石作為辰砂礦的標(biāo)志（見《重修政和經(jīng)史證類備用本草》卷三）,。

清初孫廷銓（1616—1674）在《顏山雜記》中記載了人們利用巖層和礦床的關(guān)系找礦，說：“凡脈炭者,，視其山石,，數(shù)石則行，青石,、砂石則否,。察其土有黑苗，測其石之層數(shù),，避其沁水之潦,，因上以知下，因近以知遠,，往而獲之為良工,。”這段話的意思是：凡是找煤礦的人,，必須先觀察山上的巖石性質(zhì),。假如山上有頁巖出現(xiàn)，就可能有煤,。如果山上全是石灰?guī)r,、砂巖，就沒有煤,。當(dāng)看到土地上有黑色的煤層露頭時,，就要仔細測量煤層上下巖石的層次，避開涌水,。從上面的巖層情況推測地下的各種情況,，從近處的巖層情況推測遠處的各種情況,。這樣去找煤礦就容易找到。這樣的人才是優(yōu)秀的煤礦勘探者,。

在探礦理論方面,，南北朝的梁代出現(xiàn)了新的理論著作，體現(xiàn)了新的方向,。這就是有名的地植物找礦著作——《地鏡圖》,。《地鏡圖》原書已佚,，現(xiàn)在只能從后人的引文中看到它的部分內(nèi)容,。它的主要觀點是把地下的礦床和地表的植物聯(lián)系起來，是現(xiàn)代指示植物找礦或生物地球化學(xué)找礦方法的肇端,，是一個很有科學(xué)價值的新創(chuàng)見,，新理論。當(dāng)然,，這個新理論也是逐步產(chǎn)生的,，并不是突然出現(xiàn)的。往上追溯,，我們發(fā)現(xiàn),，《荀子·勸學(xué)篇》就說過：“玉在山而草木潤”，首次提出了山上賦存的礦物和周圍植物生態(tài)有關(guān)的思想,。晉張華《博物志》也說：“山,，……有谷者生玉”。到《地鏡圖》,，內(nèi)容就大大充實了,。書中說道：“二月中，草木先生下垂者,，下有美玉,。五月中，草木葉有青厚而無汁,，枝下垂者,，其地有玉。八月中,，草木獨有枝葉下垂者,，（下）必有美玉。有云,，八月后草木死者亦有玉,。十二月中，草木獨有枝葉垂者,，下有美玉,。山有蔥,，下有銀，光隱隱正白,。草莖赤秀,，下有鉛；草莖黃秀,，下有銅器,。”唐代段成式（,？—863）對它作了初步的整理,，說：“山上有蔥，下有銀,；山上有薤,，下有金,；山上有姜,，下有銅錫；山有寶玉,，木旁枝皆下垂,。”（《酉陽雜俎》卷十六）這些記載,，不一定完全和實際相符,，但是他所指出的利用指示植物找礦的方向是對的。

對中國古代利用指示植物找礦理論的發(fā)明和發(fā)展,，英國科學(xué)史家李約瑟曾經(jīng)作過恰當(dāng)?shù)脑u價,，他說：“中國人在中古代所進行的觀察，確實可以說是仍在迅速發(fā)展中的,、范圍十分廣闊的現(xiàn)代科學(xué)理論和科學(xué)實踐的先驅(qū),。”①

中國古代的采礦技術(shù)

我們的祖先對礦物的大量需要,，必然要以發(fā)達的采礦業(yè)做基礎(chǔ),，也必然會從生產(chǎn)實踐中產(chǎn)生先進的采礦技術(shù)。下面分述幾種主要采礦業(yè)和采礦技術(shù),。

銅礦的開采

中國銅礦石的開采極晚到商代已經(jīng)初具規(guī)模,，雖然歷史上這方面的記載缺乏，但是從商代大量銅器的出現(xiàn)和銅礦遺址的發(fā)現(xiàn),，我們可以得出這個結(jié)論,。

據(jù)1989年一月二十七日《中國文物報》報道，江西瑞昌銅嶺發(fā)現(xiàn)一處商代中期大型銅礦遺址,，是目前發(fā)現(xiàn)的中國最早的一處采銅遺址,。遺址面積約二十五萬平方米（一平方里）,，在已發(fā)掘的三百平方米范圍內(nèi)，有豎井二十四口,，平巷三條,，露天采礦坑一處，選礦槽一處,。這說明當(dāng)時已經(jīng)采用豎井,、平巷、坑采等聯(lián)合開采方法,。井巷有木材支護結(jié)構(gòu),，井壁貼有扁平木板或小木棍，井體采用榫卯式和內(nèi)撐式方框支架組接,，井深大都在八米以上,。還有一條斜巷。提升工具有轆轤,，采掘工具有青銅弧刃鉞形斧,。

1979年四月，湖南麻陽發(fā)現(xiàn)一處春秋戰(zhàn)國時期的銅礦遺址,，有古礦井十四處,，其中一處是露天開采，其余是礦井式地下開采,。一般是在地表沿礦脈露頭開口后,，就沿礦脈傾向由上而下進行斜井開采。礦井不規(guī)則,，寬窄不一,，呈彎曲的鼠穴式。垂直深度約八十米,。在跨度大的采空區(qū)間內(nèi),，留有礦柱或隔墻，在跨度比較大的相鄰礦柱之間,，又輔以木支柱,，以防止礦井頂板因壓力過大而下塌。

1974年,，湖北大冶銅綠山發(fā)掘出了春秋戰(zhàn)國時期的古銅礦井,，比較完整，是一部很有價值的實物歷史,。銅綠山銅礦富集,，主要有孔雀石、自然銅,、黃銅礦等,。這些礦物有的呈孔雀綠,，有的呈金黃色，顏色鮮明,，容易發(fā)現(xiàn)和采選,，含銅的品位也很高。礦床類型屬接觸變質(zhì)的銅鐵礦床,。這一古代礦井（當(dāng)?shù)胤Q老窿）是在露天采礦過程中被揭露出來的,，老窿從南到北呈不規(guī)則條帶狀分布?？脊殴ぷ髡哌x擇發(fā)掘了兩處：“十二線老窿”和“二十四線老窿”,，兩處南北相距三百米?！笆€老窿”發(fā)掘點距地表四十多米,，在五十平方米發(fā)掘面積里，出現(xiàn)了八個豎井和一個斜井,。支護木料是直徑五到十厘米的圓木,。豎井井口直徑約八十厘米?！岸木€老窿”發(fā)掘點距地表井口五十多米,，大約一百二十平方米發(fā)掘面積里,，有五個豎井,，一條斜巷和十條平巷，支護用的圓木直徑一般在二十厘米左右,，豎井井口直徑一般是一百一十到一百三十厘米,，比“十二線老窿”的豎井大。豎井是交通孔道,，從這里把礦石和地下水提出地面,，把井架支護木送到井下。五十米深的豎井分幾段,，就是掘一段豎井,，挖一段平巷，每一條平巷都裝有轆轤,，這樣逐級提運,，接力完成。十條平巷的方向不一致,，寬窄也不一樣,。最大的是二號巷道，內(nèi)空高一米六,，寬一米九五,，其他巷道的高寬一般在一米三到一米五,。斜巷和平巷的作用不同，從礦層表面開斜巷斜穿到底部,，主要是為了探礦,；再沿水平方向開平巷，從礦層底部向上回采,。已采的礦石在井下進行初選,，把貧礦和廢石充填進采空區(qū)，這樣,，既可以有選擇地進行開采,，又可以使出窿的礦石品位比較高，減少提運量,?？傊V床的開采采取了豎井,、斜井,、斜巷、平巷相結(jié)合的采掘方式,。同時又用各種技術(shù)手段初步解決了井下通風(fēng),、排水、提升和巷道支護等一系列復(fù)雜的技術(shù)問題,。比如礦井工人利用不同井口氣壓差的高低,，形成自然氣流，并且采取密閉已經(jīng)廢棄的巷道,，來控制氣流沿著采掘方向前進,，保證氣流到達最深處的工作面；井下,，礦工們又利用船形木盤等器具,，進行重力選礦，以測定礦石的品位,，決定采掘方向,。他們十分準(zhǔn)確地選擇了斷層接觸帶中礦體富集、品位高的地方進行開采,。這個古銅礦井的被發(fā)掘,，以十分生動的事實說明了當(dāng)時高水平的采礦技術(shù)。

像這樣采礦的規(guī)模和技術(shù),，在歷史書中很少記載,，只有宋代孔平仲在《談苑》中講到銅礦的開采情況。書中記載：“韶州岑水場，往歲銅發(fā),，掘地二十余丈即見銅,。今銅益少，掘地益深,，至七八十丈,。役夫云：地中變怪至多，有冷煙氣中人即死,。役夫掘地而入,，必以長竹筒端置火先試之，如火焰青,，即是冷煙氣也,，急避之，勿前,，乃免,。”韶州是今廣東韶關(guān)一帶,，說那里往年銅礦發(fā)達,，現(xiàn)在銅已經(jīng)少了。所說冷煙氣可能是含一氧化碳比較多的天然氣,。這里講到了礦井深度和防止冷煙氣的辦法,，但是對整個礦井的結(jié)構(gòu)沒有記載。明代宋應(yīng)星的《天工開物》提到：“湖廣武昌,、江西廣信皆饒銅穴,，”“凡出銅山，夾土帶石,，穴鑿數(shù)丈得之,?！?/p>

到了清代,，有了不少關(guān)于礦井的文獻記載。比如張泓的《滇南新語》,，王崧的《礦廠采煉篇》,，倪慎樞的《采銅煉銅記》，吳其濬（1789—1847）的《滇南礦廠圖略》,，以及某些地方志等,。其中以《滇南礦廠圖略》講得最詳細，又附有礦井剖面圖,，是一部圖文并茂的著作,。書分上下兩卷，上卷《云南礦廠工器圖略》，下卷《滇南礦廠輿程圖略》,，采銅技術(shù),、銅礦井結(jié)構(gòu)都在上卷敘述。上卷書的前面,，繪有礦廠剖面圖,，把有關(guān)采礦技術(shù)作了形象的反映，文和圖對照閱讀,，能使讀者清楚地知道當(dāng)時采銅技術(shù)的各個細節(jié),。圖上有礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如平巷,、斜巷,、另峒、釣井,、掌子面,、陡腿、平推,、鉆篷,、象腿、倒回龍,、馬鞭橋,、頂子、◆門等,；有礦井中的設(shè)備,，如油燈、擺夷樓梯,、風(fēng)箱,、風(fēng)柜、拉龍等,。此外,，通風(fēng)、排水,、照明,、挖礦石、背礦石等等勞動場面,，圖上也有表現(xiàn),。還有專門的工具器物圖。所以,，圖在這本書中和文字一樣重要,，甚至更勝過文字,。比如圖上畫的象腿，就是石柱或礦柱,，它代替坑木支護礦井,，是自春秋時期以來就有的一種開采方法，文字說明中沒有,。文字部分寫得層次分明,，共分十六個部分：第一“引”，講礦苗,；第二“硐”,，講礦井內(nèi)部結(jié)構(gòu)和具體技術(shù)操作；第三“硐之器”,，講礦井中使用的工,、器具；第四“礦”,，講礦石品位高低,；第五“爐”，講冶煉,；第六到第八,，講冶煉和用品；第九“丁”,，講礦山人員組成,；第十“役”，講分工,；第十一,、十二講礦山制度和禁忌；第十三“患”,，講礦災(zāi),、礦害；第十四到第十六講迷信活動,。所以整本書講的是銅礦的開發(fā),、管理、經(jīng)營,，開采技術(shù)只是其中幾個小部分,。整本書為我們展現(xiàn)了當(dāng)時礦業(yè)上各方面的活動場面，使我們能夠比較清楚地了解當(dāng)時銅礦開采的水平,。

鹽鹵、天然氣,、石油的開采

四川鹽井的掘鑿是戰(zhàn)國時期李冰首創(chuàng)的,。他成功地組織人民“穿廣都鹽井”、“鹽溉”。這些鹽井,、鹽溉屬于大口淺井的雛形,。東漢是中國大口淺井型鹽井蓬勃發(fā)展的時期，不但能開采自然鹽泉,、鹽巖所標(biāo)示的地下鹽鹵,，而且能開采沒有自然鹽泉標(biāo)示的地下鹽鹵。東漢以后鹽井逐漸向深度發(fā)展,，晉永康元年（公元300年）已經(jīng)鑿到三十丈深,，唐時陵井深八十丈。漢代四川井鹽生產(chǎn)勞動畫像磚,，為我們展現(xiàn)了距今兩千多年前鹽井工人勞動的情景,。

漢代不僅有鹽井，而且有火井（就是天然氣井）,，井深達六十多丈,，用火井煮鹽。這比英國1668年使用天然氣大約早十三個世紀(jì)以上,。

小口深井的鹽井又叫“卓筒井”,，北宋仁宗慶歷、皇祐年間（公元1041年到 1054年）已經(jīng)開鑿,，鑿井的工具是“圜刃”,，鑿出的井口只有小碗那么大，深卻有幾十丈,。用粗大的竹子做井套,，隔斷淡水。用比較小的竹子做桶,，出入井中,，一筒裝水幾斗，用機械提升,。這種“圜刃”是近代鉆井用的各種各樣鑿刀的先驅(qū),，在深井鉆鑿中是必不可少的工具。鑿井的工作過程,，在宋代蘇軾的《東坡志林》中敘述得很詳細,。主要工作環(huán)節(jié)是四個：

第一，筒井用圜刃銼鉆鑿,。這是一種新發(fā)明的沖擊式環(huán)形銼,，頓擊井底而把巖石搗碎。每銼一次,，重新提起,，再作第二次頓擊,。這樣循環(huán)往復(fù)，打成深井,。

第二,，井內(nèi)下隔淡水用的井套，井套用巨竹去節(jié),，牝牡相銜構(gòu)成,。

第三，提鹵用竹桶,，竹桶用比井套略小的竹子做成,，桶的底端開一二個小孔，把幾寸熟皮綁在桶底,，做成活門,。

第四，用機械提鹵,。

在當(dāng)時世界上,，這是最先進的鑿井技術(shù)，是中國人的一項偉大發(fā)明,，可以列為中國的第五大發(fā)明,。

明朝萬歷年間（公元1573年到 1620年），四川射洪人馬驥寫了一篇《鹽井圖說》,，原著已佚,，只在明代曹學(xué)佺（1574—1647）撰《蜀中廣記》和清代顧炎武（1613—1682）著《天下郡國利病書》中有部分引文?！尔}井圖說》詳細記載了鹽井開鑿工藝,，內(nèi)容包括井位勘察、開井口,、鉆鑿工具,、豎井架、鑿大竅,、清孔,、竹桶的用法、下套管,、鑿小竅,、樹立提鹵井架、吸鹵和它的機械裝置,、事故的處理等,，比《東坡志林》的內(nèi)容豐富得多。井深也由宋代的幾十丈發(fā)展到一百多丈甚至二百多丈,。

明代末年,，宋應(yīng)星在《天工開物》中也詳細記載了鹽井開鑿技術(shù),，并附了一幅插圖,，這是鹽井工藝最早的圖畫,。

清代記載鹽井工藝的著作，有段玉裁（1735—1815）的《富順縣志》,，嚴(yán)如熤的《三省邊防備覽》,，吳鼎立的《自流井說》，李榕的《自流井記》,，丁寶楨（1820—1886）的《四川鹽法志》等,。

《自流井說》是我國古代第一部系統(tǒng)論述石油生產(chǎn)的專著，內(nèi)容有六項：第一,，介紹自流井的性質(zhì)和位置,。第二，介紹鹽井的經(jīng)營機構(gòu),、人員分工和各個部門的名稱,。第三，介紹鹽井開鑿工藝,。第四,，介紹井病整治辦法。第五,，介紹井臺危險,。第六，介紹四個石油品種和生產(chǎn)方法,。這部書真實地反映了清代同治年間四川自流井的生產(chǎn)水平和面貌,。

光緒初年李榕寫的《自流井記》反映了當(dāng)時自流井的生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平和對地層的認(rèn)識,，是一篇不可多得的鹽井技術(shù)史著作,。主要內(nèi)容有：第一，鹽井開鑿技術(shù),。第二,，鹽井中巖層層位關(guān)系。第三,，鹵水深度和含鹽率的關(guān)系,。第四，井病的整治,。

光緒八年（公元1882年）丁寶楨編纂的《四川鹽法志》,，以兩卷的篇幅總結(jié)了四川鹽井生產(chǎn)技術(shù)，有精美的插圖,，圖文并茂,。

隨著鹽井深度的加深,，把當(dāng)?shù)睾偷貙咏o打穿了。這樣,，我國于明代正德十六年（公元1521年）在四川峨嵋山下的嘉州（今樂山）,，鑿成了第一口石油豎井，深度至少達幾百米,，開創(chuàng)了我國鉆井取油的新時代,。這個成就，在當(dāng)時居世界第一位,，比北美和歐洲早三百多年,。美國到1859年才鉆成一口深二十一米多些的油井。到清代道光年間,，我國四川自流井地方的鉆井能手,，又用竹、木,、鉆頭構(gòu)成的鉆機,，鉆穿了四川氣田的主要地層，建成了深達一千米以上的氣井,，使天然氣的開采達到了一個新的歷史水平,。

煤炭的開采

中國在西漢時已經(jīng)正式用煤煉鐵，河南等地的煤田已經(jīng)開始開采,。

宋代,，煤礦開采已經(jīng)有一套比較完整的技術(shù)。從鶴壁古煤礦遺址知道,，當(dāng)時是先由地面開鑿圓形豎井,，深達四十六米，然后依地下自然煤層的變化開掘巷道,。巷道高一米多,，形狀上窄下寬，上寬一米,，下寬一米四,，再把需要開采的煤田鑿成若干小區(qū)，運用“跳格式”的先內(nèi)后外的方法逐步后撤,。井下排水一方面用轆轤往外抽水,，另一方面把地下水引進采完煤的坑洼地區(qū)貯積起來。

明代,，對采煤技術(shù)記載比較詳細的是《天工開物》,，書中說：“凡取煤經(jīng)歷久者，從土面能辨有無之色，然后掘挖,。深至 五丈許,，方始得煤。初見煤 端時,，毐氣灼人,。有將巨竹鑿去中節(jié)，尖銳其末,，插入炭中,，其毐煙從竹中透上,，人從其下施钁拾取者,。或一井而下,，炭縱橫廣有,，則隨其左右闊取。其上支板,，以防壓崩耳,。”這里講的用竹筒排毐氣的辦法是很科學(xué)的,。

清代,，記載采煤技術(shù)的書以孫廷銓的《顏山雜記》最詳細，最好,。他的記載是符合實際的,，是當(dāng)時山東淄博地區(qū)煤礦工人實際經(jīng)驗的總結(jié)。他從煤的性質(zhì)講起,，然后順序講煤礦的勘探和開采,。關(guān)于煤礦開采技術(shù)，書中是這樣講的：“凡攻炭,，必有井干蔫,。”這是指主井,、豎井,。“雖深百尺而不撓,?！必Q井雖深百尺也不彎曲，是直立的,?！币训锰浚缓笈孕衅渌?。視其炭之行,，高者倍人,，薄者及身，又薄及肩,，又薄及尻,。”當(dāng)豎井的深度和將要開采的煤層相當(dāng)時,，從豎井的旁邊開巷道,，巷道的方向看煤層的走向而定。煤層有厚有薄,，道巷有高有低,，高的有兩個人高，薄的 只有一人高,，再薄的只有一個人的肩頭高,，最薄的只有一個人的屁股高?！拌徴呲?，遠者馳。鑿者坐,，遠者僂,。鑿者螬臥，遠者鱉行,?！边@是講開鑿工和運煤工彼此的關(guān)系。當(dāng)挖掘工人可以站著工作時,，巷道自然高敞,，所以運煤工人可以直立行走；當(dāng)挖掘工人只能坐著干活時,，巷道低矮,，運煤工人就得彎腰走；當(dāng)挖掘工人仰臥干活時,，巷道極其低矮,，運煤工人只能像鱉一樣爬行了?！懊}乍大乍細,，窠窠螺螺，若或得之而驟竭,，謂之雞窩,，二者皆井病也。”這是指煤層不均勻,，時大時小,，甚至尖滅，這都是不利于開采的,?！胺残兴碚撸捌涫?，必?zé)舳笕?。井則夜也，燈則日也,。冬氣既藏,，燈則炎長；夏氣強陽,，燈則閉光,。是故鑿井不兩，行隧必雙,，令氣交通，以達其陽,。攻堅致遠,，功不可量，以為氣井之謂也,?！边@里講了井下照明，井下通風(fēng),。為了讓井下空氣對流,，工人們發(fā)明了開氣井的辦法。氣井,、氣巷和工作井巷分開,。這是中國古代采煤技術(shù)中首次提到開氣井的文獻，反映了明末清初在煤礦井坑設(shè)計和建造方面又邁出了新的步伐,，達到了一個新的技術(shù)水平,。