火山石

火山石，又称火山岩（英文：volcanic rock），是火山作用时喷出的岩浆经冷凝、成岩、压实等作用形成的岩石。

火山石的主要化学成分为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃和CaO，其中SiO₂的含量为41%~75%。除此之外还含有丰富的钠、镁、锰、磷、镍[niè]、钴等几十种矿物质。火山石中常见的高温矿物有：透长石、高温斜长石、高温石英、贫钙单斜辉石、富钙斜方辉石、褐色角闪石、玄武角闪石、棕红色黑云母、白榴石、黝方石以及火山玻璃等。随着内外条件（如温度、压力、时间、气体包体等）的改变，这些原生的高温矿物是不稳定的，它会随着发生变化，逐渐向稳定矿物转变。这些变化主要表现为：石英从高温转变为低温；透长石转变为正长石或微斜长石（常有条纹）；斜长石由高温型、明显环带状变成低温型混浊状（环带不清）；暗色矿物发生分解交代，似长石转变为沸石、云母、钾长石等。火山玻璃发生脱玻作用：酸性的火山玻璃转变成乖细岩，析出铁质，颜色变为浅红色：基性的火山玻璃转变成隐晶岩，颜色变为紫绿色。

火山石气孔体积占总体积1/3以上，因空隙较多，密度小。火山石由基性至酸性，颜色一般由深变浅。基性的玄武岩类通常呈黑–黑绿色；中性的安山岩类为深灰、紫红色，偏碱性的粗面岩类为浅灰–深灰色；酸性的流纹岩类多呈浅灰、粉红色。此外，成分相同的火山石，细而致密的总是比结晶较好的岩石颜色深些。

按火山石的结晶程度，可将火山石结构大体分为三种：全晶质结构、玻璃质结构、半晶质结构。除此之外，一些火山石还具有特有的一些结构，如斑状结构、似斑状结构、玻基斑状结构、辉绿结构、间粒结构、嵌晶含长结构、间隐结构、拉玄结构、细碧结构、交织结构、安山结构、粗面结构等。其中，斑状结构在熔岩中最常见，岩石中所有颗粒或晶体呈大小悬殊的两部分，大者称斑晶，小者称基质。基质常为隐晶质或玻璃质。微晶、隐晶、玻璃质结构在熔岩中常见，肉眼或借助放大镜基本不见斑晶，岩石呈瓷状断口，光泽暗淡；由细小针柱状微晶组成时称微晶结构；借助放大镜基本不见微晶者称隐晶质结构；岩石断口光滑、常见贝壳状弧形者为玻璃质结构。集块、火山角砾和凝灰结构为火山碎屑岩的专有结构。岩石全部由火山碎屑物（火山弹、各种岩屑、晶屑及玻屑）组成，碎屑物粒径多半在64mm 以上者称集块结构；64~2mm 之间称火山角砾结构；岩石主要由<2mm的晶屑及玻屑组成，构成凝灰结构。熔结凝灰结构为熔结凝灰岩所特有，由塑性玻屑及塑性玻璃质岩屑和少量刚性岩屑、晶屑组成，玻屑产生塑性变形后呈蚯蚓状、滴状及焰舌状等，岩石中呈明显定向分布。火山石的构造包括：绳状构造、熔块构造、波状构造、块状构造、熔岩空洞构造、气孔构造、杏仁构造、枕状构造等。

枕状构造外形及断面构造示意图

火山石又称喷出岩，属于岩浆岩（火成岩）的一类，是火山作用时喷出的岩浆经冷凝、成岩、压实等作用形成的岩石。火山石既包括细粒的、隐晶质的或玻璃质的熔岩和火山碎屑岩，又包括与火山作用有关的次火山石。从火山喷发环境可区别为海底喷发和陆相喷发。海底喷发通常是地槽下沉阶段喷发的，它与海相沉积物一般呈整合接触关系。陆相喷发通常是在构造运动后期喷发的，与下伏的岩层多呈不整合接触关系，其中也可夹有沉积岩。它的形成温度目前已知的范围通常为800~1200℃。

火山石广泛存在于世界各地，其主要分布地区可划分为环太平洋火山带、大洋中脊火山带、东非裂谷火山带和阿尔卑斯-喜马拉雅火山带4个区域。在中国，火山石资源主要分布在3个地带：环蒙古高原带、青藏高原带以及环太平洋带。其中，西藏地区火山石资源主要分布在麻克哈错火山群、卡尔达西火山群、涌波错火山群以及乌兰拉湖火山群等区域。

除了大量的硫磺外，火山石中还会有各种各样有价值的矿物。火山石常常产生半宝石。橄榄石在玄武岩中很常见，辉石岩也是如此。更奇异的矿物可以在熔岩中找到，例如在德国中部的粗面岩中发现一种稀有的辉石矿物，在墨西哥和美国西南部的流纹岩中发现黄玉。火山玻璃也可以被熔化和塑造成合成的“宝石”。作为储存矿产的地层，火山石及其周边地区除了金伯利岩外还会有金、银和钼[mù]的产出；同样，由于多气孔的特质，火山活动引起的背斜和向斜，会有油气的储存。

橄榄石是矿物橄榄石的宝石级品种，其化学成分包括铁和镁而铁元素正是橄榄石黄绿色色彩的成因

火山喷发物还会有地质方面的意义，主要是和地球动力学、大地构造学、深部地质学和矿床学有着较为深刻的联系和指示。火山石浆来自地幔和地壳，是岩石圈内部各层圈相互作用的产物，它带来岩石圈物质的直接信息，人们视之为天然的深钻和岩石圈的探针；火山活动常常带来有用的成矿物质和热源，从而形成与火山有关的金属、非金属宝玉石和自然景观资源；火山学也是有关矿床成因研究的基础，众所周知，现代火山地热成矿作用为人类认识乃至探测古火山低温浅成热液矿床——斑岩型矿床提供了重要借鉴。

火山石由于其稳定性、强度、颜色、可利用性和耐风化性等特点，在世界范围内得到广泛应用。它的用途从简单的被用作花园墙到巴洛克式的大教堂，再到现代的摩天大楼，不一而足。块状火山石是一种很好的建筑材料，因为熔岩和火成岩具有很高的强度和良好的保温性能。这种石头在欧洲和英国都被用作纪念碑和教堂。

圣阿加塔大教堂（Cathedral of Sant'Agata），大教堂主要部分复建于18世纪，是由埃特纳火山黑色的火山岩和锡拉库萨特产的白色石灰岩修建而成

火山石因其在表面均匀布满气孔，色泽古色古香，同时具有抗风化、耐高温、吸声降噪、吸水防滑阻热、调节空气湿度，改善生态环境、导电系数小、无放射性、永不褪色等特性，适用于高档建筑的内外墙装饰、酒店、宾馆、别墅、市政道路、广场、住宅小区、园林等。火山石因其独特的特性和质感，可用于室外景观等装饰，如：室外景观挡墙、建筑栏杆及地坪铺设等，施工简单，装饰效果好。火山石同时也作为建筑室内外的装饰材料，比如室内文化墙、室外镂空围墙，其广泛应用于传统中式建筑的情景营造。同时火山石可加工成规格板（厚度不小于30 mm）在建筑外墙干挂作为幕墙使用，与其他石材干挂类似。同时也可以加工成更小规格的面砖作为外墙粘贴和砌筑使用。

北京西海边的院子，设计：王硕

以色列内坦亚NS住宅，设计：Blatman-Cohen Architects

火山石乱石景观墙

火山石也用在水泥混凝土中的资源化利用，主要包括三方面：将火山石破碎、筛分并重新进行颗粒搭配后，作为骨料和填料使用；将火山石破碎、粉磨制成火山石粉，作为矿物掺合料使用；将火山石破碎、粉磨后制成火山石粉，用来制备碱激发火山石粉胶凝材料。

火山石所铸的石管具有极好的耐磨损、抗腐蚀性能，可作为电力、化工、冶金、矿山、煤炭等部门气力或水力输送磨损腐蚀性物料和浆料的管道系统的衬里。其可以制成机器零件，汽车制动器，管道，保温、隔热吸收噪声材料。它与金属相比，质量轻，耐腐蚀，寿命长。其弹性、韧性比钢材高20%，耐腐蚀性高于玻璃。

火山石中含有钠、镁、铝、硅，钙，铁等几十种矿物质元素，添加在饲料中对肉品品质有良好的影响。矿物质元素对肉质的颜色、嫩度、剪切力、汁液损失、脂肪含量等均有显著性影响；可以提高机体免疫力、改善肉的品质；可降低滴水损失，增加肉色，提高抗氧化能力；明显提高了肉的嫩度与口感。

火山石被雕刻成小型雕刻艺术品，比如各种火山石材料雕刻的人物形象或者走兽形象，因为这种材料的独有特征，这种石雕往往天然具备着古朴大气的特点。火山石在现代技术和机器的支持下，可通过打磨抛光制作出中式茶具，或者是各种小型家具，让火山石的特点更毫无保留地体现开来，比如在石头上镶刻金属制品，让其在表现特点的同时还具备现代气息。火山石还可作为水族箱的装饰。

火山石滤料是用在曝气生物滤池的生物填料，主要用作生物水处理的生物载体。使用火山石滤料的滤池能处理市政污水、河湖环境水、可生化的有机工业废水、生活杂排水、微污染水源水等。火山石固载微生物具有一定净水功能，能降解河道污水、湿地污水中的氨氮（NH₃-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）。火山石载体生物膜对废水中总氨氮（TNH₃-N）的总去除效率大于95%，这可能是由于孔状火山石生物膜载体表面为细密孔结构，比表面积大，有利于细菌附着和生长。孔状火山石载体生物膜对废水中TNH₃-N的去除总量和去除效率随着废水中TNH₃-N初始浓度的升高而增高。微囊藻水华爆发导致大量微囊藻毒素释放至地表水环境中，严重威胁着饮用水供水安全。火山石自然曝气生物滤床对微囊藻胞内毒素（IMCs）胞外毒素（EMCs），微囊藻毒素（MC-LR和MC-RR）均有较好的去除效果，去除率分别为91% 、58% 、68%和54%。微生物吸收降解和火山石填料吸附是火山石自然曝气生物滤床去除微囊藻毒素的最主要作用因素，生物膜吸附﹑光降解等其他因素无明显作用。

火山石是一种多孔形环保石材，它质轻、蓄水能力强、利于植物生长。采用火山石材料作为屋顶绿化蓄水防涝基层，取代传统的防根系穿透层和导水层，能够更好地发挥屋顶绿化的防内涝功效。第一，火山石质地较轻，又适宜植物生长，使用火山石蓄水层，可在一定程度上减少土壤用量，进而减轻屋顶绿化的自重；第二，火山石蓄水层孔隙率大且孔隙互通，雨水可在其中自由流动，积水过多时能够体现较好的导水性能，同时，水流因石孔阻力、毛细作用而流速缓慢，蓄水作用较强；第三，火山石属多孔型材质，适宜植物在其内部扎根，横向延展，能够防止植物根系穿透屋顶结构。

开发的面料选用具有高强蓄热力且抗菌的火山岩纤维和黏胶纤维混纺纱作为经纱，蚕丝纤维和竹纤维混纺纱为纬纱织造而成。通过这些纤维的组合，纤维间的性能得以优势互补，再经过面料的后整理，开发出一款既有抗菌健康功能，又轻薄保暖的面料。产品具有持久的抗菌保暖效果，且柔软亲肤舒适，绿色环保，是一款高档高品质的功能性服装面料。另外，可以制成防火、阻燃织物，服装等。

火山石可以稳定覆盖破碎化礁盘增加石质基底覆盖率，减少碎石、珊瑚断枝对珊瑚造成的不利影响；表面多孔结构及特殊的理化性质可以显著促进珊瑚幼体的附着，增加珊瑚幼体补充量；形成的三维结构稳定并为藻类提供附着基，可以吸引大型底栖生物和鱼类的聚集生长；修复方式简单，成本低。因此，火山石是可以应用于近岸修复珊瑚礁礁盘破碎化的优质材料。

世界上几乎到处都有火山石，每年约有6~8 km的新火山物质喷发，在近2 km的地面物质中，80%是火山碎屑流、岩屑崩落和火山灰等颗粒物质。

根据其孔的大小，火山石可以分为毫孔火山石、小孔火山石、中孔火山石、粗孔火山石四个种类。毫孔火山石又称为“毫孔灰”，颜色一般偏灰，其孔洞较小，如针尖般大小，并且分布均匀。小孔火山石，孔状极像海绵状，孔洞从芝麻粒大小到米粒大小间，孔洞分布相对比较均匀，视觉效果非常好，也是产量最大的一种。其中根据颜色来分，又可以分为“小孔黑”和“小孔灰”两种。中孔火山石有中型蜂巢状孔洞，具有独特的艺术装饰效果，多用于某些文化景观方面的装饰。粗孔火山石，孔洞较大，且分布不均匀。也多用于特殊的装饰方面。另外还有一种红色火山石，它是由火山喷发结束时最后残留的岩浆凝结而成的，一般呈暗红色或者土红色，密度小且较轻，甚至可以浮在水上，因而得名“浮石”。此类火山石主要用于某些工业或农业用途。目前红色火山石主要用作文化石的装饰作用。由于开发时间较短，所以储量巨大，还有极大的开发空间。

按火山作用方式的不同可分为熔岩和火山碎屑岩两大类。

火山石的结晶程度远比深成岩差，实际的矿物含量很难测定或无法测定，很难像陆地岩浆岩分类命名那样用实际矿物含量进行准确分类。熔岩的分类有矿物定量分类、化学定量分类和定性分类等方案，三者常互相配合使用。对于全部由结晶的矿物组成火山石，可使用矿物定量分类；对于不能准确识别矿物成分及估计含量的半晶质火山石，又无化学分析时，主要使用定性分类；对于矿物晶粒极为细小，无法分辨甚至不存在矿物晶粒的火山石，一般用化学定量分类，也可换算成标准矿物后再使用矿物定量分类图解进行分类。勒巴斯（Le Bas）等代表TUGS（International Union of Geological Sciences，国际地质科学联合会）火成岩分会提出火山石的TAS（Total Alkali and Silica）分类方案。该方案选择岩石中SiO₂和（Na₂O+K₂O）的相对含量作为分类的基础，结合了自然界中岩浆的结晶演化规律，下图为分类图。

火山石的TAS分类图

火山碎屑岩的形成条件较复杂，除火山爆发物外，还可能有熔岩组分或外生组分，故按碎屑组分可划分为正常火山碎屑岩类、碎屑熔岩类和火山—沉积碎屑岩类三个大类。正常火山碎屑岩类，为火山爆发物降落堆积产物，常以压结方式成岩。火山灰的堆积物多半为熔结式成岩。因而又可分为普通火山碎屑岩、层状火山碎屑岩和熔结火山碎屑岩三个亚类。碎屑熔岩类，其岩石具熔岩结构，块状构造。熔岩部分的特征与相应的喷出岩相同，火山碎屑物质主要是晶屑、玻屑和岩屑，少量异源岩屑。其成分往往和胶结它们的熔岩成分相同或相似、火山碎屑含量为10%~90%，变化较大，陆上自碎碎屑常呈熔岩胶结，水下淬[cuì]碎碎屑常呈水化学胶结。火山–沉积碎屑岩类，其组分和外生碎屑组分的比例变化范围很大，可以把火山碎屑含量为90%~50%的划分为沉积火山碎屑岩亚类；将火山碎屑含量为50%~10%的划分为火山碎屑沉积岩亚类。

火山岩成岩作用应划分为早期成岩作用和晚期成岩作用。早期成岩作用是指以冷凝或压实作用为主的成岩作用，如火山熔岩以冷凝固结成岩为主，其早期成岩作用的表现是岩浆由地下深部上升到地下较浅处或地表冷凝固结过程中产生的作用；而火山碎屑岩以压实固结为主，成岩方式等同或类似于沉积岩，其早期成岩作用的表现是碎屑物由于埋深（重力载荷）的增加，发生排气、排水、孔隙度减小、体积缩小、密度增加和孔隙流体沉淀胶结，最终导致碎屑颗粒彼此粘结、硬化、固结成岩。而火山岩晚期成岩作用是指火山岩在早期成岩作用固结成岩后，由于热液、风化淋滤和埋藏作用的影响，火山岩所经历的机械及化学压实作用、交代蚀变作用、溶解作用等。