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輝綠巖
來源:互聯網

輝綠巖(diabase),又稱為粗玄巖或微輝長巖,是一種基性淺成侵入巖巖石。有人把具輝綠結構的基性熔巖或次火山巖也稱為輝綠巖。巖石常呈灰綠色,深灰色或灰黑色。為全晶質,具斑狀結構、細-中粒結構和輝綠結構。其中的礦物晶體可表現出玻璃光澤到亞金屬光澤,斷口為貝殼狀。莫氏硬度通常為6~7,密度為2.85~3.0g/cm3。

輝綠巖的主要化學成分為二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)和氧化鋁(Al2O3)等,主要礦物為輝石和基性斜長石(與輝長巖成分相當的淺成巖類),次要礦物為橄欖石、磷灰石、鈦鐵礦磁鐵礦、黑云母石英等。其中輝石常蝕變為角閃石綠泥石碳酸根等,基性斜長石則常蝕變為綠簾石、黝簾石、鈉長石等礦物集合體及高嶺土等,基性斜長石顯著地較輝石自形,常構成輝綠結構。在世界上分布廣泛,中國、美國、巴西、西班牙、芬蘭、利比里亞和伊朗等地均有輝綠巖產出。常以巖墻、巖脈、巖床或巖盤方式存在,多為巖株狀,偶爾也在造山帶單獨出現,也可形成火山頸。

輝綠巖是造鑄石的原料,輝綠巖鑄石是一種具有高度耐磨性材料。輝綠巖力學強度大,耐腐蝕性、耐酸堿性、抗凍性能、抗風化性和保溫性能均良好,因其獨特的理化性質成為良好的建筑材料和工業原料,具有較好的雕刻性,廣泛應用于浮雕、紀念碑和梁啟超墓等方面的雕刻上。其風化后的含磷土還是天然的磷肥,有一定的肥效。對輝綠巖地層的研究則更有助于地質事件解析、資源勘探、土地管理和災害評估。

名稱來源

輝綠巖在美國稱為粒玄巖,指一種侵入巖,最初被法國地質學家亞歷山大·布隆尼亞爾(Alexandre Brongniart,1770-1847)在1807年使用。這一名稱在德國指第三紀前的玄武巖,在英國指已分解的玄武巖,在蘇聯加拿大則指具含長結構的脈巖。而輝綠巖在希臘語“δι?βασι?”中是“交叉,跨越”的意思,是一種化學性質相似的中間巖石,代表了較粗、較深冷卻的輝長巖和表面瞬間冷卻的玄武巖熔巖之間的變化。

主要特性

礦物組成

輝綠巖的主要礦物為輝石和基性斜長石,次要礦物為橄欖石、磷灰石、鈦鐵礦、磁鐵礦、黑云母和石英等。全晶質中粒結構基性斜長石通常為富拉玄武巖,但有時為中長石奧長石,占比約65%~70%,呈細長柱狀、雜亂排列組成輝綠結構的三角架;輝石多為普通輝石,其次是易變輝石鈦輝石,但多為他形不規則狀,占比約20%~30%,以粒狀充填于斜長石組成的三角架中,共同構成典型的輝綠結構,石英占0~5%,呈他形粒狀。其中輝石常蝕變為角閃石、綠泥石碳酸根等;基性斜長石則常蝕變為綠簾石、黝簾石、鈉長石等礦物集合體及高嶺土等,且斜長石總比輝石自形程度高。較酸性的輝綠巖中含少量的石英、正長石或二者形成文象連晶,而極少量偏咸性的輝綠巖中則含有方沸石。

物理特性

輝綠巖中因含有次生的綠泥石礦物而使巖石常呈灰綠色,也呈深灰色、灰黑色等,其中的礦物晶體則可表現出玻璃光澤到亞金屬光澤,斷口為貝殼狀。莫氏硬度通常為6~7,密度為2.85~3.0g/cm3,韌性大不易磨耗,孔隙率通常較低,抗凍性能、抗風化性和保溫性能均良好。因輝綠巖通常含有磁鐵礦,還可以表現出一定的磁性。

化學特性

輝綠巖主要化學成分有二氧化硅(SiO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鐵(Fe2O3)、氧化鐵(FeO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化納(Na2O)、氧化鉀(K2O)和水(H2O),富含鐵和鎂,是一種鎂鐵質火成巖,SiO2含量通常在45%~52%之間。輝綠巖還具有很強的耐酸堿性,除氫氟酸熔融堿外,對一切濃度的堿及大多數的酸都耐蝕,對磷酸,醋酸及多種有機酸也耐蝕。

結構特征

輝綠巖與輝長巖成分相近,但輝綠巖粒度較小,邊緣相一般為細粒結構,向中心相過渡為中粒結構,均為塊狀構造。輝綠巖呈顯晶質,有輝綠結構或次輝綠結構,也可與輝長結構過渡,稱輝長輝綠結構。輝綠結構是指基性培長石輝石顆粒大小相近,但是自形程度不同,自形程度好的斜長石呈板狀,搭成三角形孔隙,其中充填他形的輝石顆粒,斜長石顆粒部分或完全被輝石顆粒所包圍,因為礦物質從巖漿中的結晶順序首先是斜長石,然后才是輝石。除此之外輝綠巖會有嵌晶含長結構,斜長石有葡萄石化,橄欖石有蛇紋石化及滑石化。輝綠巖為多斑狀結構,斑晶則是由斜長石普通輝石組成,斑晶以外的基質部分常有明顯的輝綠結構。

形成原因

輝綠巖是地殼深處的玄武質巖漿侵入淺處結晶形成的,形成過程開始于地殼或地幔深處,熔化的巖漿在地殼或地幔中積聚,由于巖漿密度和各種地質過程觸發巖漿向地球表面上升的趨勢,但不會以熔巖的形式噴發,通常會沿著地殼的裂縫、斷層或薄弱環節侵入現有的巖層,隨著巖漿的冷卻和凝固,其中的礦物質就會開始結晶。隨著礦物質繼續結晶和巖漿進一步冷卻逐漸凝固成巖體,礦物晶體相互交錯,形成連貫且耐用的巖石結構。在地質活動時期,上覆巖石可能會由于風化、侵蝕和隆起等自然過程而受到侵蝕使位于地殼深處的輝綠巖地層暴露在地表,也可能會經歷斷層、褶皺和變形等地質過程,最終塑造了地殼中輝綠巖地層的外觀和分布。

輝綠巖常以巖墻、巖脈、巖床或巖盤方式存在,多為巖株狀,偶爾也在造山帶單獨出現,也可同輝長巖、基性噴出巖共生。其產狀受頂板巖層的厚度控制,當貫入較薄的巖層中可形成與斷裂相通的錐狀巖席,貫入較厚的巖層中則成為廣展的巖床巖漿上升,通過頂板巖層的抬升會比穿透頂板巖層更容易,所以輝綠巖多伴為巖床,少數為巖墻。單個巖床(墻)的厚度可從幾米至數百米。當巖漿向上移動到火山下方的裂縫和薄弱區域時,輝綠巖的冷卻速度相對較快,可形成巖脈(穿過原有巖層或巖體的板狀火成巖體)或基臺(與原有巖層平行形成的板狀火成巖體)。巖漿體向上移動時不同冷卻速率決定了礦物晶體的大小,較慢的冷卻會產生較大的晶體,而較快的冷卻會產生較小的晶體,輝綠巖中的的大晶體為斑晶,是巖漿在巖漿室深處緩慢冷卻時形成的,當帶有大結晶的巖漿迅速向上移動時會導致其余巖漿更快地冷卻,又形成了小晶體。巖脈多具有分帶現象,且輝綠巖形成得比較淺,不像輝長巖那樣深,輝綠巖在各個時代的大地構造單元內廣泛分布,是巖石圈或者地殼伸展的產物,對應著一次大型的構造事件,常被用來恢復古板塊的裂解、伸展和聚合過程。

分類

按次要礦物可將輝綠巖分為橄欖輝綠巖、角閃輝綠巖、石英輝綠巖和黑云輝綠巖,含沸石正長石等的稱堿性輝綠巖。具斑狀結構的稱為輝綠玢巖,所含的斑晶為基性斜長石和普通輝石,有時含橄欖石。基質是含長結構,由拉長石、普通輝石及橄欖石等組成,有時含有少量的斜方輝石、角閃石、黑云母、磁鐵礦、鈦鐵礦等。

依某種礦物含量大量增加來命名可分為苦橄輝綠巖(橄欖石含量超過了20%)、斜長輝綠巖(培長石含量大于70%)和多輝輝綠巖(輝石含量高于60%)等。還可根據次生變化分類為次閃輝綠巖、伊丁石化輝綠巖、蛇紋石化輝綠巖等。

分布區域

輝綠巖在溢流玄武巖區中或四周廣泛分布且往往形成巖床(墻)群,巖床較巖墻更為發育。大洋地殼的第二層主要以玄武巖為主,該層上部多為低鉀拉斑玄武巖(大洋拉斑玄武巖),而下部則多為呈巖脈或巖床形式的輝綠巖。輝綠巖在大陸區則產在未褶皺的,厚度一般為3000~6000m的沉積盆地中。南極洲中單個中侏羅紀輝綠巖床的體積可達1000~5000km3,其干谷地區的費拉爾輝綠巖就有100~300m厚。北美州從明尼蘇達州到尼皮貢湖的蘇必利爾湖北岸,有厚達200m的輝綠巖巖床穿過太古代基巖侵入元古代蓋層,美國亞利桑那州加利福尼亞州在650x300公里寬地區內輝綠巖的水平侵入巖含量十分豐富,南美洲的巴西、歐洲的西班牙和芬蘭、非洲的幾內亞和利比里亞、亞洲的伊朗和沙特阿拉伯等地也均有輝綠巖產出。

輝綠巖在中國的分布也較廣泛,但面積要比玄武巖小得多,在巖漿巖尤其是基性巖分布的地區常見輝綠巖的侵入體,主要產地有貴州省浙江省、河南省、山西省等。

歷史

人類最早的生產工具是石器,使用石器工具的時代被稱為“石器時代”,舊石器時代持續了數十萬年,這個時代打制的石器比較粗糙,而距今1.2萬年開始的新石器時代則是在打制石器的基礎上還增加了磨制的方法。人類常通過就地取材或交換等方式獲得石材,輝綠巖是新石器時代制作石器的主要原料之一,因其莫氏硬度大于6,可用于制作石斧、石和石鑿等木作工具,該時期及以后的石刀也多以砂巖和輝綠巖原料為主。

風化及變質

新鮮的輝綠巖強度高且完整性好,而淺層的輝綠巖脈極易風化。輝綠巖的風化與構造、地下水和地形有關,一般地形較緩部位的巖體風化深,地形較陡部位巖體風化淺;構造蝕變風化較為普遍、深度較大;受熱液蝕變、構造擠壓、地下水等因素作用,上、下盤沉積巖的接觸蝕變部位的巖體風化深度也較大。變質基性巖墻的原巖為輝綠巖的多變質形成斜長角閃(片)巖或榴閃(片)巖。

輝綠巖表面因為風化常呈土黃色,并可觀察到明顯的球形風化特征,在較高溫度下還會形成紅土風化殼。風化的土壤是壤土,富含粘土礦物,并且往往具有發育良好的底土硬層,限制了滲透性。與粉砂巖風化的土壤相比,它們的pH值、鈣、鎂和錳濃度明顯更高,鐵濃度則顯著降低。

應用領域

建筑材料

輝綠巖的力學強度大,強度高但硬度低,因其礦物中有細小的互鎖顆粒,具有完美的解理,用于建筑時不會影響巖石的耐久性,是良好的建筑材料。規模較大的輝綠巖常成為高質量的板材原料,經磨光后是良好的飾面材料可用來鋪砌地面、鑲砌柱面等,且色彩優良,有墨綠色或黑墨綠色等天然色彩,花紋結構均一,便于大面積拼接安裝使用,有很好的裝飾效果,且具有較強的耐磨性能和耐酸堿腐蝕性能,抗風化性能好,機械強度高,除用作高級建筑內壁裝飾外,還可大量用作外墻及門面裝飾。保溫能力使其可用于溫泉浴、桑拿房,甚至需要耐熱性的廚房臺面。輝綠巖被粉碎后能作混凝土和瀝青等建筑材料的骨料,其穩定性、排水性和耐磨性使其成為道路建設和路面的基材,是鐵路道碴(支撐鐵路軌道的碎石基礎)的絕佳選擇,因此是工程中常用的天然石材。

輝綠巖具有很好的耐磨、耐酸和耐腐蝕性,經常用于建筑物或設備(容器)的防腐材料,鋪砌耐酸池、地平面層及耐酸池槽,各種化工設備的襯里等。也可加工成各種型式的零件如接頭、套管、爐柵等,或者加工成各種精度的粗細管材及粉料,作為耐腐蝕性的填充劑。將輝綠巖粉加入適量的氟硅酸鈉,以硅酸鈉調和后可得到一種很好的耐酸粘合劑,能用于陶瓷的粘接和糖瓷器皿的修補。但輝綠巖耐熱性能較差,使用溫度不應超過150°。

工業原料

輝綠巖是鑄石的主要原料,也是造巖棉的重要原料。輝綠巖鑄石是一種新型工業材料,具有非常好的抗滲透性,良好的耐磨性能和耐化學腐蝕性,耐磨性可達合金鋼材、普通鋼材、鑄鐵的數倍。除氫氟酸、過熱磷酸和熔融堿外,對一切濃度的堿及大多數的酸都耐蝕,對醋酸等多種有機酸也耐蝕,與無機酸最初接觸的數十小時內會有較顯著的腐蝕作用,隨后緩慢下來,再過一段時間腐蝕就完全停止。輝綠巖鑄石還有良好的介電性和較高的機械強度,是鋼鐵、有色金屬、合金材料、橡膠、耐酸糖瓷等理想的代用材料,在冶金、礦山、發電、煤炭、石油、化工、建材、輕工等領域均得到了廣泛的應用。

雕刻

輝綠巖還具有較好的雕刻性,廣泛地被用于浮雕、沉雕、人物肖像影雕、紀念碑和墓碑等。輝綠巖是惠安石雕的主要石材之一,中國泉州開元寺內的部分佛像、十六角形石柱、獅子與獅身人面的浮雕均是用輝綠巖雕刻而成的。灤平縣后臺子新石器時代遺址下層文化遺存中還曾出土6件以輝綠巖為料的石雕孕婦像,距今5300~4500年的華容長崗廟遺址還發現了磨制精細的長方形輝綠巖石斧、可見輝綠巖是中國從古代到現代一直延用的石雕材料。

農業

輝綠巖和輝長巖等含磷巖石風化而成的含磷土是一種天然的磷肥資源,具有一定的肥效。風化程度高的可以直接施用于花生和番薯的壟溝內;風化程度低的,可刨出經晾曬、凍融使其進一步風化,然后作底肥施用。含磷風化物施于酸性或微酸性土壤效果較好,施用含磷風化物可使作物增產10~15%,其中以花生、豌豆、甘薯等作物增產效果最好。

科學研究

輝綠巖的形成過程可幫助研究人員了解巖漿室的動力學以及驅動火山和深成活動的機制,特定區域的輝綠巖可以表明過去的構造環境,輝綠巖地層也是過去地質事件和條件的記錄,對輝綠巖及其相關巖石的研究有助于地質學家拼湊特定區域的歷史,包括巖漿侵位的時間和巖石的冷卻速率等方面。輝綠巖的礦物成分以及與輝長巖和玄武巖等其他巖石的關系提供了對巖漿分異過程的深入了解。一些輝綠巖地層含有磁鐵礦等礦物質,可以在其形成時保留地球的磁場,通過這些巖石能了解地球磁場的變化,有助于古地磁研究。輝綠巖與玄武巖的相似性提供了火山和深成巖環境之間的聯系,有助于了解相似的巖漿在不同深度冷卻時的行為。輝綠巖地層可幫助地質學家繪制地質圖,部分輝綠巖地層含有磁鐵礦或磷灰石等有價值的礦物,這對于資源勘探、土地管理和災害評估至關重要,還有助于評估潛在的環境影響,如輝綠巖的耐久性可能會影響地下水流模式并影響土地利用規劃。

環境影響

早期輝綠巖資源只用做飾面石材,只取大規格和高檔次的石材荒料,其余則作廢石處理,輝綠巖飾面石材廢石(不能成荒的碎石)率達80%,早期廢石一般是順坡向下傾倒,或運至附近地勢低洼處,后期多是堆放在采坑內。數年的開采后形成了大量的采坑和廢石堆。對土地、植被資源產生占用和破壞,對原生地形地貌景觀破壞嚴重,采礦活動可能引發、加劇或遭受的地質災害為崩塌、滑坡、 泥石流和地基不均勻沉降;對礦區地下水的補給、徑流、排泄也會產生一定的影響,還會導致地表水漏失,影響礦區地表水和地下水的循環條件,甚至影響礦區及周圍生產生活用水。

因此在礦山建設和生產過程中,要嚴格執行相關的采礦工作規程和國家有關采礦技術規范,科學施工,合理采礦,并不斷評估礦區及采礦過程中出現的斜坡等潛在塌隱患;還要設置安全警示標志,避免人員遇到危險;礦山生產中產生的棄土應及時運至廢土堆積處,礦井關閉應及時恢復和處理礦井防止土壤侵蝕。

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