花岗石和大理石

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一、饰面石材的类别和品种

按组成矿物的不同,饰石石材可以分为两大类,即大理石类和花岗石类。大理石类主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物组成。质地较软,属软质石材,地质上常由沉积作用和沉积变质作用所形成,如石灰岩、白云岩和大理岩等。花岗石类主要由硅酸盐矿物长石、云母、闪石和辉石等组成,质坚硬,属硬质石材,地质上主要由岩浆作用所形成,如花岗岩、闪长岩、辉长岩和玄武岩等。板岩也是一种饰面石材,可以划归为大理岩类,也可单独划作一类,是一些主要由粘土矿物、碳酸盐矿物、含水和不含水的硅质矿物和铁质矿物等组成的沉积岩和轻微变质的沉积岩、即板岩、千枚岩等。

在大理石类和花岗石类之中,又按不同花色等特点分许许多多的品种,至今我国叫出的大理石品种约有400个,如汉白玉、苍山白、花雪白、东北红和残雪等等。花岗石品种有300多个,如四川红、洛阳红、将军红、丰镇黑和黑牡丹等等。

大理石这个名称来自我国云南大理地名。产于云南大理县点苍山的前寒武纪变质岩系苍山群,总厚大于2600m,其中含有中厚层条纹大理岩,薄层至厚层大理岩和结晶白云质灰岩。具有千姿百态各种美丽花纹的大理石和纯净洁白的苍白玉就是采自这里。公元739年唐王朝的云南王统一六昭之后,大兴土木建造宫殿和寺院所用的石柱、栏杆、屏风等就是取自这里的岩石。由于在我国使用这种石材以大理较早和花色极佳而闻名于世,从而取名大理石。大理石和大理岩从英文中均为Marb1e,来自拉丁文marmaros,含有闪光的意思。作为商品大理石来讲,其岩石类型是多样的,凡是以方解石、白云石和蛇纹石等为主要组成矿物,具有装饰性色泽花纹并能采出足够大的块度的岩石均属大理石。例如沉积的黑色石灰岩、白色白云岩,具有花纹的藻礁灰岩、热接触变质的大理岩、区域变质的各种大理岩、混合岩化作用形成的蛇纹石化镁橄榄石矽卡岩等。

花岗石的名称原于地质学的岩石名称花岗岩,但是它的岩石类型不限于花岗岩。凡是符合花岗石工业要求的酸性的、中性的、基性的可能还会有超基性的深成岩浆岩和浅成至地表喷出岩浆岩均属花岗石。有些老的长石石英变质岩和混合花岗岩也有作为花岗石来采用的。

花岗石的色泽美丽、鲜艳、机械强度高,耐酸碱,它的板材用于室内外建筑材料,尤其作大厦地板、实验室地板及实验台等最为适宜。

二、饰面石材的质量评价

1.色泽和花纹

色泽和花纹指的是石材锯开板面磨平抛光后,呈现的颜色、光泽和由不同色调矿物组合起来的各种花纹形态。对于花岗石来讲,矿物成分往往比较均匀或非常均匀,由不同矿物反映出来的颜色和花纹也就比较均匀或很均匀。玄武岩板面磨平抛光后,就是一片亮黑;而辉绿岩磨平抛光后,斜长石的白色和辉石等暗色矿物的黑绿色,互相之间也是均匀地分布,呈现为大体一致的黑绿色调。在花岗石中,色泽一般都是均匀的,不构成姿态多变的花纹。当岩石基本未受后来的蚀变和风化时,矿物鲜艳、抛光后十分光亮。当遭受后来的蚀变和风化时,抛光后光泽常表现为暗淡亮度不高,不适于作磨光饰面板材。

大理石当组成矿物单一时,方解石和白云石常呈现纯白色,有的呈现淡的鸭蛋青色或淡粉红色。含大量有机质沥青时,则呈现为深黑色,有的呈现为浅灰色,总的色泽也是不均一的。而生物灰岩和碎屑灰岩就出现不同的花纹。在区域变质大理岩中,有些是纯的白色大理岩,而有些是橄榄大理岩、透辉石大理岩、金云母大理岩、蛇纹石大理岩等,由于经过长期的构造作用和变质作用,可出现各式各样、千变万化的色泽花纹。在深埋地下时,由于高温高压下的褶皱作用、柔皱作用、碎裂变形和重结晶作用等,就出现了各式各样的花纹图案,有的胜似绘画大师的山水画面。“流水”、“残雪”等品种名称均来自花纹的形象。

除了像汉白玉等的典雅风格外,大理石中的色泽和千姿百态的花纹是否美丽对其评价很为重要。在花岗石中除了磨光面的光亮度外,出于不同用途(不同建筑、墓碑等)和不同民族的爱好,颜色常是评价中很受重视的。如我国的四川红、山东红、新疆红、广西红、广东红等红色花岗石,内蒙古黑、山西黑、河北黑等黑色花岗石在国际市场上均受欢迎。

2.出材率

成荒率和板材出材率是评价一个岩层、岩体或石材矿床的主要条件。荒料是指矿山采下后无明显裂缝、体积大于一定规格、加工修整成矩形的石材。成荒率、出材率的计算如下:

非金属矿产地质学

非金属矿产地质学

成荒率不仅百分数要大,更重要的是荒料的块度要大,至少大于1m3,最好是2~3m3,小于1m3的不适于现代机械化锯切,也出不了大面积板材。

出材率不仅与荒料的微裂隙是否发育有关,而是与生产技术和要求板材厚度密切有关。一般要求中档饰面石材板材率>18m2/m3。

大理石类的矿床,岩体为层状和透镜状,单层厚度要大,节理不发育,这样才能采出大的荒料。花岗石类的矿床,岩体呈多种样的,深成岩多为岩基状,岩株状,浅成岩为岩盘状、脉状等,喷出岩为层状。深成岩的三向原生节理间距较大,后期断裂很不发育,浅成岩和喷出岩也要求后期断裂很不发育,岩盘和岩脉要求有一定大的规模。对于玄武岩来说,原生柱状节理很重要,被多向节理圈定的岩柱必须有大的直径,否则就没有大的荒料可采。斑晶、气孔和杏仁发育的玄武岩均不适于作饰面石材。

3.耐久性

大理石与花岗石相比,大理石的最大缺点是化学性不稳定,特别是不耐酸,较容易受酸雨侵蚀,暴露于室内的大理石,即使在正常情况下,大约100年就要被溶蚀1mm厚,像北京故宫中的一些大理石雕刻,经过几百年的侵蚀已模糊不清了。当白云质灰岩中的白云石集中分布时,便形成了所谓豹皮灰岩。由于成分和粒度的差别,热膨胀系数就有差别,常年的冷热变化,就会使白云石集合晶体首先脱落下来,显得粗糙难看,因而不可作为饰面石材。有些石灰岩中含较多的黄铁矿、白铁矿、极易氧化形成褐铁矿等红色铁锈并形成坑眼,不能作饰面石材。有些白色大理岩,含有铁白云石甚至菱铁矿,磨光面长期暴露于空气中,就会由内变黄,是低价铁变为高价铁所致,也不是好的饰面石材。评价时,岩石的肉眼观察和显微镜鉴定,要结合化学分析就很容易发现其优缺点。

4.放射性

天然岩石中均含有天然放射性元素铀、钍及其衰变产物和钾-40,其放射性的高低取决于岩石中放射性元素的浓度。经测定我国不同地区,不同岩性的天然石材的放射性强度不同。

花岗石因其种类繁多、岩性、粒度变化较大,其放射性水平变化范围较大。同一岩性的花岗石类石材,其放射性水平因产地和时代不同而异,因而波动范围很大。但一般规律是基性、超基性岩水平低微,中性岩略高,酸性岩最高。根据花色特点而言,红色花岗石的放射性普遍较高,灰色花岗石次之,黑色花岗石最低。

三、饰面石材的矿床类型和主要特点

1.石灰岩和白云岩大理石矿床

石灰岩、白云岩、白云质石灰岩和变质白云岩等广泛分布于自早中生代三叠纪到前寒武纪地层中,其中质地纯,单层厚度大。构造破坏轻微的可作饰面石材利用,如一些黑色沥青灰岩、具有花纹的藻礁灰岩、质地纯的白云岩和白色变质白云质灰岩等。

2.大理石矿床

一般产于震旦纪以后到晚古生代地层中的石灰岩和白云质灰岩,受比它年轻的岩浆侵入热变质作用,要发生不同程度的重结晶和褪色作用,形成晶质白色大理岩,符合大理石工业要求时,可作为大理石开采,这类大理岩,常仍保留其原有的层状。

而产于前寒武纪变质岩系中的大理岩类不仅数量多,花色品种也多。有质地纯洁的白色大理岩,更常见的是具有各种各样色泽花纹的蛇纹大理岩,蛇纹石化橄榄大理岩等。这些大理岩类,由于是沉积变质形成的,有的简单均一,有的很复杂。

3.花岗石矿床

在花岗石的岩石类型中,大量的是花岗岩类,其中包括酸性花岗岩、偏碱性花岗岩和花岗闪长岩等。它们都是深成的或较深成的侵入岩,主要组成矿物是正长石、条纹长石、微斜长石、酸性斜长石、石英、黑云母,较少的白云母和角闪石等,其中黑云母、角闪石和磁铁矿等暗色矿物总含量从10%到30%左右,呈均匀分布,因而颜色总是浅色。它们的岩体有的是大型岩基状,较小的有岩株状、岩墙状等。大型岩基的中心部位常为粗粒结晶,而边缘部分则为细粒结晶,岩体具有原生的冷却节理三组,常分台阶开采。

4.辉长岩(暗色花岗石)矿床

辉长岩是基性深成侵入岩,主要组成矿物是基性斜长石和辉石,有的含橄榄石,中粗粒结晶,均匀分布,暗色矿物辉石等含量常大于35%,有的可65%。因而总的颜色是深色的,辉长岩有的单独形成岩体,有的在基性 超基性杂岩体中形成一个火成堆积层。

5.辉绿岩和玄武岩(暗色花岗石)矿床

玄武岩是岩浆喷溢于地表后冷凝而成的,结晶细微(橄榄石斑晶除外),长石和辉石混成一体,呈黑色,肉眼不能分辨,岩体呈层状,有的具有冷却形成大致垂直于地表的多边形柱状节理。辉绿岩是浅成的,由于冷凝较慢,只有细粒结晶,浅色长石和暗色辉石均匀分布明显可分,辉绿岩有的形成岩墙、岩盘,有的是厚层玄武岩下部冷却结晶缓慢的那一部分。

6.板石矿床

板石矿床是沉积形成的,在地质学中一般叫板岩,实际应用中人们叫瓦板石或瓦板岩。组成成分主要是沉积的粘土矿物、碳酸盐、二氧化硅、含水铁质矿物等。产于吉林白山市板石沟的板石为震旦纪所沉积,产于陕西汉中等地的板石为寒武-奥陶纪所沉积。在上覆岩层的长期压力下,成岩时形成坚固致密、具有平整而发育的层理,就形成了板岩。板石沟的板岩,单层石板厚度1cm至数厘米,完整的平板厚度数十米。产于陕西安康和汉中地区的板石呈层状,厚数米至数十米,延长数千米,质地均一,板面平整、韧性较大,击之音调铿锵。我国板石开发、出口始于1980年,到目前为止,有黑板石、青板石、绿板石、红板石、灰板石、黄板石、紫板石、彩色条带板石、玄武板石等几十个品种。

四、花岗石饰面石材实例——海南省花岗石饰材

海南省岩浆岩分布广泛,占全岛面积的40%以上,花岗石资源极其丰富即点多、面积广、品种齐全。海南岛属华南地槽系的海西褶皱带,岩浆岩主要为印支期、燕山期,分布于海南岛中、南部。岩性主要为花岗岩、闪长岩、辉绿岩、流纹岩类。最初开采建筑用石料,随着经济发展,那些花岗石块度较大、颜色花纹较好的矿山便转向生产石材荒料。建省以后,在发展外向型经济中,石材以其投资少、见效快吸引了大量的资金。一批新的矿山投产,一批新的产品投入市场。其中很多品种远销国外,如泰国、日本、美国、东南亚一带。海南省花岗石饰材地质特点如下:

1.品种全、分布广

海南省花岗石饰材可分为辉绿岩类、闪长岩类、流纹岩类、花岗岩类花岗石。其中花岗岩类花岗石占2/3。其工艺种类有:乌石、黑金刚、天涯红、玫瑰红、木棉红、冬梅、四彩花、白斑花、玫瑰紫等,它们分布于海南省中、南部山区。

2.覆盖层薄

花岗石矿区覆盖层厚度不均匀,0~3m,一般小于1.5m。

3.岩石成块性好

海南花岗石矿区具有0~3组节理,其中原生节理两组。节理面平直光滑、稳定,为剪节理。节理倾角大,间距0.5~20m,一般大于3m,岩石成块性好。

4.风化层不发育

由于花岗石时代新,一般没有风化层,有的矿区有风化层时,厚度一般小于3m。

5.后期岩脉不发育

多为石英脉,宽度<10cm,一般<5cm,沿节理分布,间距>2m。

6.成荒率高

实际成荒率为30%~50%(荒料规格为2.8×1.5×1.7m3,3.4×1.7×1.7m3,少量1×1×1m3)。

表17-1 各矿山饰材装饰性能特征表

7.开采条件好

由于花岗石节理、裂隙少,岩石完整性好,脉岩不发育,岩石连续性好,覆盖层、风化层薄,便于开采。

海南花岗石饰材装饰性能特点:以颜色纯正或花纹美丽多姿,光泽度高、质地均匀,无色线、色斑,色调一致、整体性强,适合拼接等特征(表17-1)。海南石材已开发出了十几种适用范围广、产销对路的品种。

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