古代科学技术成就——矿物学和采矿技术成就

中国的矿物学同样有着悠久而光辉的历史。李约瑟在比较中西古代矿物学知识时说：“中国人在文艺复兴以前的各个时期内对岩石和矿物的研究，并不是感情用事的，而是科学的，他们的贡献至少可与欧洲人相提并论。”李约瑟的这一评价是不为过分的，事实上中国古代在这方面的贡献，往往超过同时代的欧洲人。

中国最早记载矿物的典籍是《山海经》中的《五藏山经》，其成书年代大约在春秋末期。据统计，《五藏山经》中共记载有矿物89种，包括金属、非金属和各种怪石、各色垩土等矿藏。同时记载了这些矿藏的产地309处。对矿物的性质，如硬度、颜色、光泽、透明度以至敲击声音、医药性能、集合体的状态（土状、块状、卵状、米粒状）等，都有所描述。而成书于公元前3世纪左右的古希腊矿物学名著《石头记》，只记载了16种矿物，分成金、石、土三类。

中国古代的矿物又与医药学关系极其密切，本草药物著作中包含有丰富的矿物学知识。如唐代梅彪撰于818年的《石药尔雅》，列举有62种矿物药物的335种异名，是世界上第一部矿物药物同义词典。宋代寇宗奭的《本草衍义》中，已经利用化学变化、晶体形状、矿物解理和色泽等来鉴定不少矿物。明代李时珍的《本草纲目》列有矿物药物266种，除水、火、土三部外，金石部所载连同附录计有矿物一百六十多种，分金、玉、石、卤四类，对其产地、形色、鉴别等都有记述。（图17—15）其他如各种石谱，都在文艺复兴前领先于欧洲。

人们从长期的找矿、采矿实践中，还较早就总结了一套经验性的探矿理论。《管子·地数篇》说：“山上有赭者，其下有铁；上有铅者，其下有银；上有丹砂者，其下有黄金；上有慈（磁）石者，其下有铜金。此山之见荣者也。”所谓“山之见荣”，即是矿苗露头。铁矿表层高价氧化物呈赭色，铅和银常共生，这是现代矿床学所证明了的。这里讲的除把铜和铁的硫化物混称为黄金和铜金外，大体上符合现代关于硫化矿床的矿物分布理论。这段记载表明，在战国时期中国已经总结了一些矿床中矿物分布知识，并提出了根据矿苗和矿物的共生或伴生规律来找矿的方法。这些关于矿物共生的知识，在中国探矿史上一直得到继承，并不断丰富。

利用植物找矿的方法，是中国古代对探矿理论的又一重大贡献。其起源可以上溯到战国时期，《荀子·劝学篇》中就有“玉在山而草木润”的记载，表明关于矿物与植物关系的知识已经萌生。后来这方面的经验性认识不断积累、增多，到唐代的段成式进行了集中和概括。他说：“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。”这些记载虽与实际情况不完全相符，但却为人们开拓了利用指示植物找矿的新途径，是现代利用植物找矿或生物地球化学找矿理论的滥觞。正如李约瑟所说的：“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。”

在采矿技术方面，中国古代也有着一系列的发明。至迟在春秋战国时期，人们就已不仅能开采露天矿藏，而且可以开采地下矿藏，并已达到相当高的技术水平。1974年，在湖北铜绿山发掘出从春秋到汉代的古铜矿遗址。从春秋时期的矿井遗址看，其开采深度在20—30米左右，有竖井八个，斜井一个，井筒的支护结构采用“密集法搭口式接头”。战国到汉代的矿井遗址开采深度在40—50米左右，有竖井五个，斜巷一条，平巷十条，组成较合理的矿井体系，采掘和支护技术较春秋时期有明显进步。（图17—16）古矿遗址表明，早在二千多年前，中国“已有效地采取竖井、斜井、平巷、斜巷相结合，多中段的开拓方式，初步解决了井下通风、排水、提升、照明和巷道支护等一系列复杂的技术问题”。其后，历代的地下开采一直是采用这种井巷结合的方法，并在矿物运送、井下通风和排水、安全保障等方面不断加以改进。

对于用工具难以采掘的矿层和岩层，中国古代还利用“火爆”的方法进行开采。这种方法出现于何时，现尚难以确定，但至迟在明代已广泛使用。明代陆容曾记述浙江处州（今丽水一带）铜矿的开采方法，说：“采铜法，先用大片柴，不计段数，装叠有矿之地，发火烧一夜，令矿脉柔脆。次日火气稍歇，作匠方可入身，动垂尖采打。”这是利用矿藏中所含不同成分的物质热膨胀系数不同，经火烧后会开裂，然后开采的方法。也有利用热胀冷缩的性质进行开采的，即《明史·河渠志》所载：“焚以烈火，用水沃之，石烂化为烬。”福建泉州在历史上就曾使用这一方法开采花岗岩，称为“火攻”。

特别值得提出的是，中国历史上不但有着较高的开采固体矿藏的技术水平，而且能够开采液态和气态的矿藏，是世界上最早开发、利用石油和天然气的国家之一。

石油一名首见于沈括的《梦溪笔谈》，在此之前有石漆、水肥、脂水等称。中国大约在西汉时已发现石油，《汉书·地理志》上郡高奴县（今延安东）条下注说：“有洧水（今延河）可燃”，即石油浮于延河水上，可作燃料。其后，晋张华在《博物志》中指出：“水肥亦所在有之，非止高奴县洧水也”。北魏郦道元在《水经注》卷三中还引《博物志》说，把石油“取著器中，始黄后黑，如凝膏，然（燃）极明，与膏无异。膏车及水碓甚佳，方人谓之石漆”。“”字据《说文解字》称，乃“车毂中铁也”，即轴承的意思。唐李吉甫在记述玉门县（今玉门镇）石脂水时也说：“泉有苔如肥肉，燃之极明。水上有黑脂，人以草盝（捞）取，用涂鸱夷酒囊（革制酒囊）及膏车。北周武帝宣政（578）中，突厥围酒泉，取此脂燃火，焚其攻具，得水逾（愈）明，酒泉赖以获济。”由此可见，由汉代至唐代已发现石油产地多处，并被用作燃料，以及作为车辆和水碓轴承上的润滑油，也用于润革和作为火攻的原料。到宋代时，沈括又用石油的烟作墨，同时指出“石油至多，生于地中无穷，不若松木有时而竭”，必将被作为制墨原料而“大行于世”。

天然气的发现也是在西汉，《汉书·郊祀志》记载，汉宣帝神爵元年（前61年）“祠天封苑火井于鸿门（今陕西神木县西南）”；《汉书·地理志》西河郡鸿门县条下，班固自注说：“有天封苑火井，祠火从地出也。”关于天然气的开发和利用，最早的要数四川盆地，大约是在汉代穿凿盐井时发现的，并被利用来煮盐。西汉扬雄在《蜀王本纪》中说：“临邛有火井，深六十余丈。”张华《博物志》卷九也说，临邛火井“昔时人以竹木执以取火”，“执盆盖井上煮盐（水）得盐”。火井即是天然气井，天然气除被用来煮盐外，还被用以照明。东晋时就有记载说：“民欲其火，先以家火投之（火井口），顷许，如雷声，火焰出，通耀数十里。以竹筒盛其光藏之，可拽行终日不灭也。”唐《十道要记》也记载：“火井有水，郡人以竹筒盛之，将以照路，盖似今人秉烛，即水中自有焰耳。”四川的天然气开发，自汉代以来一直进行着，从未中断，至清道光（1821—1850）年间，已用竹、木、钻头构成的钻机，钻透四川气田的主要地层，建成了深达一千米以上的气井，这是当时世界上最深的气井。