中國古代的礦物學

礦物和人類生活關系極其密切，我們的祖先在舊石器時代就認識和使用過十四種礦物和巖石。新石器時代認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，中國人民已經開采銅礦石煉銅。到殷商末年，已經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，人們已經掌握了鑄鐵技術，出現(xiàn)了塊煉滲碳鋼，鐵工具已經在農業(yè)和手工業(yè)生產中使用。石器——銅器——鐵器的演進必須以對礦物的認識演進和礦產的探尋、開采、冶煉事業(yè)的向前發(fā)展作基礎。中國古代礦物學也就從礦石生產中逐漸產生。比如：《山海經·五藏山經》（以下簡稱《山經》）、《禹貢》等著作中，有關礦物知識的記載，就是從石器時代到鐵器時代對礦物的認識和使用的總結。《山經》成書于戰(zhàn)國時期（公元前五世紀左右），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；記載產地三百零九處，對礦產出處描述比較詳細，如山上、山下，山陰、山陽，水中等等；又根據礦物巖石的硬度、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。《山經》中還反映了近代礦床學上所稱的“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。以前曾經有人把希臘學者泰奧弗拉斯托斯（約前372—前287）于公元前三世紀寫的《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文獻。其實，當《石頭志》問世時，我國的《山經》已經傳世二百年左右了，而且內容比它豐富得多。

中國古代礦物知識和中醫(yī)藥學有很密切的關系。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《神農本草經》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、物理性質，礦物的產地以及鑒別、采掘方法等。這就完全有理由把各類本草著作中有關礦物知識的部分看作中國古代的礦物學著作。比如宋代寇宗奭的《本草衍義》，就利用化學變化、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。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資料。書中對每種金石的產地、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、風化程度、化學作用等。它所記石類有：第一，比較純的石灰?guī)r類，曾經被水侵蝕、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，含有錳質或鐵質的石灰?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。它是中國古代百科全書式的科學技術著作。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·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?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?！笆汀钡拿Q，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)照明產品——石燭問世。關于石油的藥用功能，明代李時珍作了記載。那時四川、陜北一帶的人民已經開始煉油。這些記載是很寶貴的，總結起來，可以看出我國人民對石油的發(fā)現(xiàn)、認識、使用、開采是一步步提高的。

中國古代的礦物學和煉丹也有密切的關系。古代煉丹家對礦物藥的認識，是礦物學的重要組成部分。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地和鑒別方法。比如晉代葛洪的《抱樸子內篇》對黃金、云母、雄黃的鑒別就是很有科學道理的。他說：“黃金入火，百煉不消；埋之，畢天不朽?！彼腰S金的化學穩(wěn)定性作了恰當?shù)拿枋觥υ颇?，當時的人多不能分別，而葛洪卻有一套鑒別方法，說是 “法當舉以向日，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》特別強調鑒別礦物藥的重要，說：“夫學道欲求丹寶，先須識金石，定其性質，知美惡?！闭驗闀淖髡呱罡需b別礦物的重要，所以書中除了記載礦物產地外，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。

中國古代礦物學和繪畫所使用的顏料有一定關系。古人對礦物顏料的認識是古代礦物學的組成部分。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。這方面的礦物知識也是中國古代礦物學的重要內容。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。比如仰韶文化彩陶彩料，經光譜分析得知，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、紫等各種不同色調的低溫釉。在陶瓷色料應用上，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》。它總結了一些礦床中礦物的分布規(guī)律，指出可以根據礦苗和礦物的共生關系來尋找礦床。

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，分組說明它們的上下關系，是西漢以前找礦采礦實踐中得出的經驗總結?！肮茏恿鶙l”中所說的上下關系，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系，僅僅是一種空間位置的相對關系。

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

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

第一條，無疑是從采礦實踐中總結出來的經驗。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)銅礦中總結出來的經驗。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。《楚雄縣志》說：“鉛乃銀之母，銀乃鉛之精也。”輝銀礦的成因有次生的，也有原生的。原生輝銀礦經常和方鉛礦共生。

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

除了“管子六條”外，古人對礦物和圍巖的關系也有所認識，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志（見《本草綱目》卷八）。宋代，蘇頌把白石作為辰砂礦的標志（見《重修政和經史證類備用本草》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?！边@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。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》?！兜冂R圖》原書已佚，現(xiàn)在只能從后人的引文中看到它的部分內容。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找礦方法的肇端，是一個很有科學價值的新創(chuàng)見，新理論。當然，這個新理論也是逐步產生的，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)有關的思想。晉張華《博物志》也說：“山，……有谷者生玉”。到《地鏡圖》，內容就大大充實了。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?！碧拼纬墒剑?？—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，英國科學史家李約瑟曾經作過恰當?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)代科學理論和科學實踐的先驅?！雹?/p>

中國古代的采礦技術

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，也必然會從生產實踐中產生先進的采礦技術。下面分述幾種主要采礦業(yè)和采礦技術。

銅礦的開采

中國銅礦石的開采極晚到商代已經初具規(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論。

據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，有豎井二十四口，平巷三條，露天采礦坑一處，選礦槽一處。這說明當時已經采用豎井、平巷、坑采等聯(lián)合開采方法。井巷有木材支護結構，井壁貼有扁平木板或小木棍，井體采用榫卯式和內撐式方框支架組接，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，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的銅鐵礦床。這一古代礦井（當?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?，礦床的開采采取了豎井、斜井、斜巷、平巷相結合的采掘方式。同時又用各種技術手段初步解決了井下通風、排水、提升和巷道支護等一系列復雜的技術問題。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時高水平的采礦技術。

像這樣采礦的規(guī)模和技術，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?！鄙刂菔墙駨V東韶關一帶，說那里往年銅礦發(fā)達，現(xiàn)在銅已經少了。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構沒有記載。明代宋應星的《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、銅礦井結構都在上卷敘述。上卷書的前面，繪有礦廠剖面圖，把有關采礦技術作了形象的反映，文和圖對照閱讀，能使讀者清楚地知道當時采銅技術的各個細節(jié)。圖上有礦井內部結構，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；有礦井中的設備，如油燈、擺夷樓梯、風箱、風柜、拉龍等。此外，通風、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”，講礦井內部結構和具體技術操作；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、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、經營，開采技術只是其中幾個小部分。整本書為我們展現(xiàn)了當時礦業(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、鹽巖所標示的地下鹽鹵，而且能開采沒有自然鹽泉標示的地下鹽鹵。東漢以后鹽井逐漸向深度發(fā)展，晉永康元年（公元300年）已經鑿到三十丈深，唐時陵井深八十丈。漢代四川井鹽生產勞動畫像磚，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，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，打成深井。

第二，井內下隔淡水用的井套，井套用巨竹去節(jié)，牝牡相銜構成。

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。

在當時世界上，這是最先進的鑿井技術，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，宋應星在《天工開物》中也詳細記載了鹽井開鑿技術，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)論述石油生產的專著，內容有六項：第一，介紹自流井的性質和位置。第二，介紹鹽井的經營機構、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水平和面貌。

光緒初年李榕寫的《自流井記》反映了當時自流井的生產規(guī)模、工藝水平和對地層的認識，是一篇不可多得的鹽井技術史著作。主要內容有：第一，鹽井開鑿技術。第二，鹽井中巖層層位關系。第三，鹵水深度和含鹽率的關系。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》，以兩卷的篇幅總結了四川鹽井生產技術，有精美的插圖，圖文并茂。

隨著鹽井深度的加深，把當?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

中國在西漢時已經正式用煤煉鐵，河南等地的煤田已經開始開采。

宋代，煤礦開采已經有一套比較完整的技術。從鶴壁古煤礦遺址知道，當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，對采煤技術記載比較詳細的是《天工開物》，書中說：“凡取煤經歷久者，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?；蛞痪拢靠v橫廣有，則隨其左右闊取。其上支板，以防壓崩耳?！边@里講的用竹筒排毐氣的辦法是很科學的。

清代，記載采煤技術的書以孫廷銓的《顏山雜記》最詳細，最好。他的記載是符合實際的，是當時山東淄博地區(qū)煤礦工人實際經驗的總結。他從煤的性質講起，然后順序講煤礦的勘探和開采。關于煤礦開采技術，書中是這樣講的：“凡攻炭，必有井干蔫。”這是指主井、豎井?！半m深百尺而不撓?！必Q井雖深百尺也不彎曲，是直立的。”已得炭，然后旁行其隧。視其炭之行，高者倍人，薄者及身，又薄及肩，又薄及尻。”當豎井的深度和將要開采的煤層相當時，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?！拌徴呲枺h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系。當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?，前其手，必燈而后入。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。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中首次提到開氣井的文獻，反映了明末清初在煤礦井坑設計和建造方面又邁出了新的步伐，達到了一個新的技術水平。