花岗岩

花岗岩（Granite）是大陆地壳上分布最广的深成酸性岩，矿物组成以石英、钾长石和斜长石为主^[7]，化学成分主要是硅酸盐类和铝硅酸盐类^[8]，其中SiO2的含量可达到65%以上^[9]，Al2O3的含量可达12%~17%^[2]。其颜色较浅，以灰白色、肉红色较为常见^[7]。花岗岩在地表分布广阔，是构成化学成分上高度演化的大陆地壳的主体，这也是地球区别于其他星球的重要标志。在揭示大陆地壳的生长、地幔与地壳的演化方面，花岗岩具有重要的意义^[10]，它也是公认的高级建筑结构材料和装饰材料^[3]。

花岗石主要是由石英、钾长石和斜长石等矿物组成^[7]，部分花岗石品种夹杂少数角闪石、云母或其他矿物^[11]，不同类别的花岗石的矿物成分有所不同，这与花岗石形成的构造环境有关。^[10]

化学成分主要是硅酸盐类和铝硅酸盐类^[8]，其中SiO2的含量可达到65%以上^[8]，Al2O3的含量可达12%~17%^[9]，化学成分随产地不同而有所不同。^[6]

花岗石颜色较浅，以灰白色、肉红色较为常见^[7]，也有青灰或灰黑等颜色，其中差异由长石和深色矿物所决定^[4]。花岗石密度一般为2.5 ~ 3.3g/cm3，孔隙度0.04 ~ 2.8%，吸水率0.11%~0.7%^[3]，软化系数为0.78~0.86^[12]，肖氏硬度71 ~ 79，莫式硬度6~7级^[6]，其抗压强度与晶体直径大小有关，粗粒花岗石抗压强度可达78.4~ 98MPa，中粒花岗石可达117~ 147MPa，细粒花岗石可达147 ~ 284MPa^[5]，抗弯强度为抗压强度的1/15~1/7，抗冻性能为100~200次冻融循环（将含水量达饱和状态的材料置于低温环境中冻结，然后再置于常温环境中解冻，这样的过程称一次冻融循环）^[13]，具有良好的抛光性能，经抛光后光洁度可达100度以上^[4]。耐火性较差，当温度达到800℃以上，花岗石中的SiO2晶体会发生晶体转化而膨胀开裂。^[3]

花岗石矿物呈全晶质等粒或不等粒状镶嵌结构、块状结构、片麻状结构、似斑状结构^[14]，有时也可见矿物定向排列而成的流状结构^[15]，其中矿物颗粒紧密嵌合在一起， 难有空隙，水分不易渗入，不易风化，这是花岗石能长期保持坚固的原因之一。^[16]

花岗岩主要是地壳深熔论观点已被广泛认同。大面积的花岗岩主要出露于大陆地壳中，地壳岩石经不同程度的熔融可以产生不同成分的花岗岩浆。文克勒（Winkler） 在PH₂O=2x108Pa条件下对硬砂岩所做的熔融实验，充分说明了大陆地壳物质部分熔融可以产生花岗质岩浆，且随着熔融程度增高，产生熔体成分可以不断发生变化。因此，相同成分的源岩在不同的温度条件下熔融可以形成不同成分的花岗岩。^[17]

地壳熔融形成规模巨大花岗岩的一个重要问题就是热源，目前主要有两种认识：一是造山作用造成地壳加厚，进而引起地温梯度增高，并导致岩石发生部分熔融；二是热源主要来自地幔，是幔源基性岩浆以底侵方式在地壳底部聚集，这种高温岩浆所带来的巨大热量引起下地壳大规模变质和部分熔融作用，形成花岗岩浆。来自地幔的基性岩浆不仅提供花岗岩浆形成所需的热量，同时部分幔源基性岩浆与下地壳熔融产生的酸性岩浆发生混合，形成不同类型的花岗质岩石，构成成分连续过渡的系列岩石组合。这也是目前有关花岗岩浆混合作用的主流观点。^[18]

花岗岩浆的产生除温度这一至关重要的因素外，水的加入和压力降低也是其形成的重要控制因素。水的加入可以大大降低岩石熔融的温度，压力降低使得岩石的熔点降低，有利于岩石的熔融，地壳的拉张就是减压的环境，使得地壳减薄的同时，还有利于软流圈物质上涌和幔源岩浆底侵作用，导致地壳温度升高，促使地壳物质的熔融。^[18]

上述原因表明，大量的花岗岩形成于俯冲带和造山后伸展构造环境。^[18]

花岗石是一种分布广泛的矿产，它构成了70%的地壳^[19]，是化学成分上高度演化的大陆地壳的主体^[10]。世界花岗岩矿产资源十分丰富，仅存在局部或品种上的不足。总的来讲，凡是火成岩分布地区或深变质岩带就可能蕴藏着花岗岩矿产资源。

截至2023年，世界花岗石储量最大的国家为土耳其，占全球储量的40%，^[20]截至2022年，中国饰面用花岗石储量为16.95亿立方米。^[21]截至2021年，世界上最大的花岗石供应国是印度，占全球出口的46%，其次是中国，占全球出口的10%。此外，巴西、葡萄牙、西班牙、挪威和南非等国也拥有丰富的花岗石储量，是全球主要的花岗石出口国。^[22]

花岗石为公认的高级建筑结构材料和装饰材料，其石材常制作成块状石材和板状饰面石材。块状石材用于重要的大型建筑物的基础、勒脚、柱子、栏杆、踏步等部位以及桥梁、堤坝等工程中，是建造永久性工程、纪念性建筑的良好材料。板状石材质感坚实，华丽庄重，是室内外高级装饰装修板材。由于板状石材在建筑物中使用部位的不同，导致花岗石表面的加工要求也不同，通常可将板状石材分为剁斧板、机刨板、粗磨板、磨光板四种。剁斧板多用于室外地面、台阶、基座等处；机刨板一般用于地面、台阶、基座、踏步、檐口等处；粗磨板常用于墙面、柱面、台阶、基座、纪念碑、葛碑、铭牌等处；磨光板因具有色彩绚丽的花纹和光泽，故多用于室内外墙面、地面、柱面的装饰，以及用作旱冰场地面、纪念碑、墓基碑、铭牌等处。^[3]

花岗石在化工、石油、酿造、食品、无机酸制造及电镀等工业部门用作耐酸贼腐蚀体材料，在精密仪器制造业经精确成型、高度抛光后可以做精密仪器的底座、支架、平行轨、V型块等高精度器具及各种钟表架座、测量座等。花岗石用作玻璃、陶瓷配料，不仅能简化配料工艺流程，而且能降低纯碱用量，缩短烧成时间，改善成型工艺，并提高产品质量。^[5]

花岗石材矿山开采的类型有露天开采和地下开采两种，以露天开采居多，开采工艺流程可概括为剥离、分离、翻倒、分割、移位、整形、吊装运输、清渣排废等八道程序。^[23]而具体开采花岗石的方法则与石材种类、矿山类型等因素有关。^[23][24]

（1）开采圆盘锯与排孔劈裂组合低台阶开采法：开采效率最高，开采成本最低，但荒料规格受到使用锯片直径的限制，荒料规格单一，可通过使用大直经开采圆盘锯或调整切割荒料的尺寸方向尽量增大荒料的体积，但荒料的一些面平整度差。

（2）开采圆盘锯与串珠锯组合低台阶开采法：特点与开采圆盘锯与排孔劈裂低台阶开采法相同，但开采荒料表面平整度好，相比之下直接开采成本会有所增加。

（3）串珠锯与排孔劈裂组合高台阶开采法：这种方法开采效率和开采成本适中，但可大批量获得各种规格的荒料，而且荒料的块度最大，开采荒料率比较高。

（4）串珠锯全锯切高台阶开采法：这种开采方法开采出的荒料质量最好，荒料率最高，但开采成本也最高，适合高档花岗石的开采。

（5）火焰切割机与排孔劈裂组合开采法：由于火焰切割机使用中的缺点，加之居高不下的柴油消耗成本，这种开采方法虽然可用，但通常不推荐。只有在凹陷露天、高台阶开采花岗石矿山的采准阶段可以使用。^[25]

（1）花色及市场价值的影响：在相同地质、地形条件下，使用相同的开采方法，开采成本相差不大，但花岗石荒料的市场价值却决定了开采该花岗石的经济效益，而花纹走向与主切面的方向又与选用的开采方法有关。

（2）矿体的地形条件是选择山坡露天还是凹陷露天开采方式的依据，矿体产状、裂隙发育程度也影响开采方法的选择，而基建和采准工程的工作量、前期投入又与矿体的地质条件、覆盖层厚度有关。

（3）石材本身的特性：如花岗石硬度和可劈裂性决定选择更合适、更经济的开采方法和开采设备。

（4）矿山的外部条件：会影响到未来荒料的运距及最终荒料的市场价格，也与矿山的基础设置建设、辅助设施和辅助设备的选择和投入的资金有关，同时矿山投资企业的经济实力决定了矿山建设规模和实现最终目标所需的时间以及开采设备、辅助设备投入。^[25]

花岗石资源的开发利用历史悠久，古埃及人早于公元前5000年就在尼罗河东西两侧的高山开采花岗石、玄武岩等，并用来制作石质器皿和建筑材料，一种被称为“埃及红斑岩”的暗红色花岗石在古埃及亦已被开发利用，如英国伦敦大英博物馆就有一尊于公元130年用这种石材雕制的皇帝头像。^[26]

在中国，诸多遗址地区里都能发现用花岗石制作的石器，如北京周口店旧石器时代早期“北京人”遗址、内蒙古昭乌达盟巴林左旗乌尔吉木伦河两岸的细石器文化遗址、山东日照两城镇新石器时代文化遗址。素以出产花岗岩而闻名中外的福建省则有着丰富的花岗岩石刻、石雕的历史文化遗迹，如福州乌山摩崖石刻林立，唐大历七年（公历772年）书法家李阳冰写的《般若台题名》就是刻在花岗岩岩体上的著名石刻之一。^[26]

花岗石的分类方法多样^[27]。比较普遍的划分方式是根据岩浆的源岩特征对花岗石进行分类，查佩尔（Chappell）和怀特（White）于1974年和1977年通过对澳大利亚拉克兰河褶皱带花岗岩研究，提出S型和I型花岗岩的概念。此后，卢瓦塞尔（Loiselle）于1979年又从I型花岗岩中分出了A型花岗岩，如果花岗岩岩浆来自地幔源区，则称为M型花岗岩。^[28]

源岩为地壳岩石，化学成分上Na2O和CaO含量较高，Na2O/K2O>1，铝饱和指数A/CNK<1.1， CIPW标准矿物中不出现刚玉，或其含量小于1%，87Sr/86Sr初始比值小于0.708。实际矿物中不出现白云母、石榴子石、堇青石等富铝矿物，而出现角闪石、磁铁矿。^[28]

源岩为地壳岩石，化学成分特征是富铝，铝饱和指数A/CNK>1.1，CIPW标准矿物中出现含量>1%的刚玉，CaO含量低，Na2O/K2O<1，87Sr/86Sr初始比值大于0.708。实际矿物出现富铝矿物，如石榴子石、白云母、董青石、红柱石等，不出现角闪石。^[28]

主要是指由幔源岩浆分异形成的，也有人将俯冲大洋岛弧之下的洋壳熔融产生的花岗岩归于M型。A/CNK <1.1，Na2O/K2O较高，岩石中的Cr、Co、Ni、V等过渡族元素含量较高，87Sr/86Sr初始比值很低，小于0. 705。^[28]

原意是指一套富碱、富含挥发分的花岗岩，碱性花岗岩是其典型代表。现指富碱（Alkaline）、无水（Anhydrous）、非造山（Anorogenic）（张性构造环境）的花岗岩，包括部分偏铝质花岗岩。^[28]

可以根据花岗岩形成的构造环境进行分类：皮尔斯（Pearce）等于1984年和1987年先后提出洋脊花岗岩、火山弧花岗岩、板内花岗岩、碰撞花岗岩、造山后花岗岩等。1989年，马尼亚尔（Maniar）和皮科利（Piccoli）提出的将花岗岩分为造山花岗岩和非造山花岗岩。一年后，巴巴林（Barbarin）根据花岗岩类的矿物组合、野外出露和岩性、定位特点以及地球化学和同位素特征，将花岗岩划分出7种类型，同类型花岗岩分别对应不同的地球动力学环境和源区（幔源、壳源和壳幔混源）。^[29]

还有以长石变化为基础的花岗石“运动分类”方法，可将花岗石分为同运动花岗石、晚运动花岗石和运动后花岗石。根据花岗岩矿物集合体的不同特征以不同方式建立起来的岩石学分类方法，可将花岗石分为单长石花岗石、正长石花岗岩、微斜长石——钠长石花岗岩、微斜长石——更长石花岗岩等。^[30]

花岗石英文名granite，该词来自拉丁文的granum，意思是谷粒或颗粒。因为花岗岩是深成岩，常能形成发育良好、肉眼可辨的矿物颗粒，因而得名^[31]。光绪二十五年（公历1899年），傅兰雅与潘松所译《求矿指南》中，始称granite为花刚石，民国十二年（公历1923年），董常编写《矿物岩石及地质名词辑要》，将granite通译作花岗岩。^[32]

地壳中含有放射性物质^[33]，花岗石作为天然石材存在部分放射性元素，对人体健康有一定影响^[34]，而一些放射性核素较高的花岗石不适用于家庭室内装修^[35]。在国家颁布的《天然石材产品放射防护分类控制标准》中，按石材镭当量浓度，把石材放射性分为A、B、C三类。A类用于居室内装修，B类用于其他装饰物的内部装修，C类只可用于一切建筑物的外饰面^[34]。在选购花岗石产品时，买家可以向经销商索要产品的放射性核素检验报告进行查看。