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岩石分类及硬度级别

发布日期:2021-02-26 09:20 作者:365官网

  岩石分类及硬度级别 岩石级别 坚固程度 代表性岩石 Ⅰ 最坚固 最坚固、致密、有韧性的石英岩、玄武岩和其他 各种特别坚固的岩石。(f=20) Ⅱ 很坚固 很坚固的花岗岩、石英斑岩、硅质片岩,较坚固 的石英岩,最坚固的砂岩和石灰岩.(f=15) Ⅲ 坚 固 致密的花岗岩,很坚固的砂岩和石灰岩,石英矿 脉,坚固的砾岩,很坚固的铁矿石.(f=10) Ⅲa 坚 固 坚固的砂岩、石灰岩、大理岩、白云岩、黄铁 矿,不坚固的花岗岩。(f=8) Ⅳ Ⅳa Ⅴ 比较坚固 比较坚固 中等坚固 一般的砂岩、铁矿石 (f=6) 砂质页岩,页岩质砂岩。(f=5) 坚固的泥质页岩,不坚固的砂岩和石灰岩,软砾 石。(f=4) Ⅴa Ⅵ 中等坚固 比较软 各种不坚固的页岩,致密的泥灰岩.(f=3) 软弱页岩,很软的石灰岩,白垩,盐岩,石膏, 无烟煤,破碎的砂岩和石质土壤.(f=2) Ⅵa 比较软 碎石质土壤,破碎的页岩,粘结成块的砾石、碎 石,坚固的煤,硬化的粘土。(f=1.5) Ⅶ (f=1) Ⅶa Ⅷ Ⅸ 软 软致密粘土,较软的烟煤,坚固的冲击土层,粘土质土壤。 软 土 状 松散状 软砂质粘土、砾石,黄土。(f=0.8) 腐殖土,泥煤,软砂质土壤,湿砂。(f=0.6) 砂,山砾堆积,细砾石,松土,开采下来的煤. (f=0.5) Ⅹ 流沙状 流沙,沼泽土壤,含水黄土及其他含水土壤. (f=0.3) A 表示矿岩的坚固性的量化指标. 人们在长期的实践中认识到,有些岩石不容易破坏,有一些则难于破碎。难于破 碎的岩石一般也难于凿岩,难于爆破,则它们的硬度也比较大,概括的说就是比 较坚固。 因此, 人们就用岩石的坚固性这个概念来表示岩石在破碎时的难易程度。 坚固性的大小用坚固性系数来表示又叫硬度系数,也叫普氏硬度系数 f 值)。 坚固性系数 f=R/100 (R 单位 kg/cm2) 式中 R——为岩石标准试样的单向极限抗压强度值。 通常用的普氏岩石分及法就是根据坚固性系数来进行岩石分级的。 如: ① 极坚固岩石 f=15~20(坚固的花岗岩,石灰岩,石英岩等) ② 坚硬岩石 f=8 ~10(如不坚固的花岗岩,坚固的砂岩等) ③ 中等坚固岩石 f=4 ~6 (如普通砂岩,铁矿等) ④ 不坚固岩石 f=0.8~3 (如黄土、仅为 0.3) 矿岩的坚固性也是一种抵抗外力的性质, 但它与矿岩的强度却是两种不同的概念。 强度是指矿岩抵抗压缩,拉伸,弯曲及剪切等单向作用的性能。而坚固性所抵抗 的外力却是一种综合的外力。 (如抵抗锹, 稿, 机械碎破, 炸药的综合作用力) 。 岩石分类 岩石可分三大类:1,岩浆岩{喷出岩}.2,沉积岩.3,变质岩. 1、岩浆岩主要有:花岗岩,安山岩,闪长岩,流纹岩,玄武岩辉长岩等等. 2、沉积岩主要有:石英砂岩,石灰砾岩,泥铁岩,白云岩,泥岩,石膏等. 3、变质岩主要有:片麻岩,绿泥石片岩,千枚岩,大理岩,云母片岩等等. 虽然岩石的面貌是千变万化的,但是从它们形成的环境,也就是从成因上来 划分,可以把岩石分为三大类:沉积岩、岩浆岩和变质岩。 1、沉积岩 沉积岩是在地表或近地表不太深的地方形成的一种岩石类型。它是由风化产物、 火山物质、有机物质等碎屑物质在常温常压下经过搬运、沉积和石化作用,最后 形成的岩石。 不论那种方式形成的碎屑物质都要经历搬运过程,然后在合适的环 境中沉积下来,经过漫长的压实作用,石化成坚硬的沉积岩。 沉积岩依照沈积物颗粒的大小又分砾岩、砂岩、页岩、石灰岩.沉积岩的形成 1. 风化侵蚀:在河流上的大石头,经年累月被侵蚀风化,逐渐崩解成小的沙泥、碎 屑。 2.搬运:这些碎屑被水流从上游搬运到下游。 3.堆积:下游流速减缓,搬 运力减小,岩石碎屑便沉积下来。 4.压密:新的沉积物压在旧的沉积物上,时 间久了,底下的沉积物被压得较紧实。 5.胶结:地下水经过沉积物的孔隙,带 来的矿物质填满孔隙, 使岩石碎屑颗粒紧紧胶结在一起, 形成沉积岩。 6.露出: 堆积在海底的沉积岩层在板块运动的推挤下拱出海面,露出地表。 2、岩浆岩 岩浆岩也叫火成岩, 是在地壳深处或在上地幔中形成的岩浆,在侵入到地壳上部 或者喷出到地表冷却固结并经过结晶作用而形成的岩石。 因为它生成的条件与沉 积岩差别很大,因此,它的特点也与沉积岩明显不同。 岩浆岩又分安山岩、玄武岩、花岗岩。 由地底岩浆冷却凝固形成,由于岩浆成 分和冷却凝固方式不同,便形成不同的火成岩。岩浆岩的形成: 1.安山岩:岩浆 藉由火山口喷发出地面,快速冷却形成的。 2.玄武岩:岩浆经由缓和喷发漫流 而出,逐渐冷凝形成的。 3.花岗岩:岩浆并不喷出地面,而是在地底下慢慢冷 却形成的。 3、变质岩 在地壳形成和发展过程中,早先形成的岩石,包括沉积岩、岩浆岩,由于后来地 质环境和物理化学条件的变化, 在固态情况下发生了矿物组成调整、结构构造改 变甚至化学成分的变化,而形成一种新的岩石,这种岩石被称为变质岩。变质岩 是大陆地壳中最主要的岩石类型之一。 变质岩又分: 板岩、 片岩、 片麻岩、大理岩。 变质岩的形成:1.为变质前的岩层: 由于沉积或火山作用,堆积出一层层岩层。 2.挤压岩层:在强大挤压和摩擦力 之下,产生温度和压力,使得深埋在地底下的岩石发生变质作用。 3.变质成新 岩石:岩石里零散分布的矿物结晶会呈规矩排列,或生出新矿物来,而变成各种 新的变质岩。 岩石对人类来说,并不陌生。由动物进化为人类后的第一个时代就是石器时代。 那时, 我们的祖先用石头作为与大自然作斗争的工具。那么什么是岩石呢?现代 地质学称石头为岩石, 岩石的“岩”字在古代是山崖和山穴的意思, 表示山势高峻、 峰岭陡峭的地势;“石”字则是指磬、碑、砚、陨星等。自从 18 世纪地质学诞生 以来,“岩石”一词就不再沿用古义了,我们可以给岩石下这样一个定义:岩石是 各种地质作用形成的自然历史产物,是构成地壳的基本组成单位,是由矿物及非 晶质组成的,具有一定结构、构造的固态地质体。外观上岩石是多种多样的,但 从成因上看,可将所有的岩石归为三大类,即岩浆岩、沉积岩和变质岩,这就是 自然界三大类岩石。这三大类岩石在地壳中是怎样分布的呢?在全球陆地表面, 沉积岩覆盖了 75%,岩浆岩和变质岩加在一起才只占陆地面积的 1/4。但是到了 地下深处,沉积岩逐渐变成了“少数民族”。在整个地壳中,沉积岩只占到地壳体 积的 8%,变质岩占了 27%,剩下的 65%都是岩浆岩。 岩石在太阳辐射、大气、水和生物作用下出现破碎、疏松及矿物成分次生变化的 现象。导致上述现象的作用称风化作用。分为:①物理风化作用。主要包括温度 变化引起的岩石胀缩、 岩石裂隙中水的冻结和盐类结晶引起的撑胀、岩石因荷载 解除引起的膨胀等。②化学风化作用。包括:水对岩石的溶解作用;矿物吸收水 分形成新的含水矿物, 从而引起岩石膨胀崩解的水化作用;矿物与水反应分解为 新矿物的水解作用; 岩石因受空气或水中游离氧作用而致破坏的氧化作用。③生 物风化作用。 包括动物和植物对岩石的破坏,其对岩石的机械破坏亦属物理风化 作用, 其尸体分解对岩石的侵蚀亦属化学风化作用。人为破坏也是岩石风化的重 要原因。岩石风化程度可分为全风化、强风化、弱风化和微风化 4 个级别。 大约在 200 年前, 人们可能认为高山、 湖泊和沙漠都是地球上永恒不变的特征。 可现在我们已经知道高山最终将被风化和剥蚀为平地, 湖泊终将被沉积物和植被 填满,沙漠会随着气候的变化而行踪不定。地球上的物质永无止境地运动着。暴 露在地壳表面的大部分岩石都处在与其形成时不同的物理化学条件下, 而且地表 富含氧气、二氧化碳和水,因而岩石极易发生变化和破坏。表现为整块的岩石变 为碎块,或其成分发生变化,最终使坚硬的岩石变成松散的碎屑和土壤。矿物和 岩石在地表条件下发生的机械碎裂和化学分解过程称为风化。由于风、水流及冰 川等动力将风化作用的产物搬离原地的作用过程叫做剥蚀 地表岩石在原地发生机械破碎而不改变其化学成分也不新矿物的作用称物理风 化作用。如矿物岩石的热胀冷缩、冰劈作用、层裂和盐分结晶等作用均可使岩石 由大块变成小块以至完全碎裂。 化学风化作用是指地表岩石受到水、氧气和二氧 化碳的作用而发生化学成分和矿物成分变化,并产生新矿物的作用。主要通过溶 解作用水化作用水解作用碳酸化作用和氧化作用等式进行。 虽然所有的岩石都会风化, 但并不是都按同一条路径或同一个速率发生变化。经 过长年累月对不同条件下风化岩石的观察,我们知道岩石特征、气候和地形条件 是控制岩石风化的主要因素。 不同的岩石具有不同的矿物组成和结构构造,不同 矿物的溶解性差异很大。节理、层理和孔隙的分布状况和矿物的粒度,又决定了 岩石的易碎性和表面积。 风化速率的差异,可以从不同岩石类型的石碑上表现出 来。如花岗岩石碑,其成分主要是硅酸盐矿物。这种石碑就能很好地抵御化学风 化。而大理岩石碑则明显地容易遭受风化。 气候因素主要是通过气温、 降雨量以及生物的繁殖状况而表现的。在温暖和潮湿 的环境下,气温高,降雨量大,植物茂密,微生物活跃,化学风化作用速度快而 充分,岩石的分解向纵深发展可形成巨厚的风化层。在极地和沙漠地区,由于气 候干冷,化学风化的作用不大,岩石易破碎为棱角状的碎屑。最典型的例子,是 将矗立于干燥的埃及已 35 个世纪并保存完好的克列奥帕特拉花岗岩尖柱塔,搬 移到空气污染严重的纽约城中心公园之后,仅过了 75 年就已面目全非。 地势的高度影响到气候:中低纬度的高山区山麓与山顶的温度、气候差别很大, 其生物界面貌显著不同。 因而风化作用也存在显著的差别。地势的起伏程度对于 风化作用也具普遍意义: 地势起伏大的山区,风化产物易被外力剥蚀而使基岩裸 露,加速风化。山坡的方向涉及到气候和日照强度,如山体的向阳坡日照强,雨 水多,而山体的背阳坡可能常年冰雪不化,显然岩石的风化特点差别较大。 剥蚀与风化作用在大自然中相辅相成,只有当岩石被风化后,才易被剥蚀。而当 岩石被剥蚀后,才能露出新鲜的岩石,使之继续风化。风化产物的搬运是剥蚀作 用的主要体现。当岩屑随着搬运介质,如风或水等流动时,会对地表、河床及湖 岸带产生侵蚀。这样也就产生更多的碎屑,为沉积作用提供了物质条件。 岩石在日光、水分、生物和空气的作用下,逐渐被破坏和分解为沙和泥土,称为 风化作用。沙和泥土就是岩石风化后的产物。 山地的中的岩石极为多样,差别很大,进行工程分类十分必要。《94 规范》首 先按岩石强度分类, 再进行风化分类。 按岩石强度分为极硬、 次硬、 次软和极软, 列举了代表性岩石名称。又以新鲜岩块的饱和抗压强度 30MPa 为分界标准。问 题在于,新鲜的末风化的岩块在现场有时很难取得,难以执行。 岩石的分类可以分为地质分类和工程分类。地质分类主要根据其地质成因、矿物 成分、结构构造和风化程度,可以用地质名称(即岩石学名称)加风化程度表达, 如强风化花岗岩、微风化砂岩等。这对于工程的勘察设计确是十分必要的。工程 分类主要根据岩体的工程性状, 使工程师建立起明确的工程特性概念。地质分类 是一种基本分类, 工程分类应在地质分类的基础上进行,目的是为了较好地概括 其工程性质,便于进行工程评价。 为此,本次修订除了规定应确定地质名称和风化程度外,增加了岩块的“坚硬程 度”、岩体的“完整程度”和“岩体基本质量等级”的划分。并分别提出了定性和定量 的划分标准和方法, 可操作性较强。岩石的坚硬程度直接与地基的承载力和变形 性质有关,其重要性是无疑的。岩体的完整程度反映了它的裂隙性,而裂隙性是 岩体十分重要的特性, 破碎岩石的强度和稳定性较完整岩石大大削弱,尤其对边 坡和基坑工程更为突出。 本次修订将岩石的坚硬程度和岩体的完整程度各分五级, 二者综合又分五个基本 质量等级。与国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)和《建筑地基基础设计 规范》(GB50007-2002)协调一致。 划分出极软岩十分重要,因为这类岩石不仅极软,而且常有特殊的工程性质,例 如某些泥岩具有很高的膨胀性;泥质砂岩、全风化花岗岩等有很强的软化性(单 轴饱和抗压强度可等于零);有的第三纪砂岩遇水崩解,有流砂性质。划分出极 破碎岩体也很重要, 有时开挖时很硬, 暴露后逐渐崩解。 片岩各向异性特别显著, 作为边坡极易失稳。事实上,对于岩石地基,特别注意的主要是软岩、极软岩、 破碎和极破碎的岩石以及基本质量等级为 V 级的岩石,对可取原状试样的,可 用土工试验方法测定其性状和物理力学性质。 举例: 1 花岗岩,微风化:为较硬岩,完整,质量基本等级为Ⅱ级; 2 片麻岩,中等风化:为较软岩,较破碎,质量基本等级为Ⅳ级; 3 泥岩,微风化:为软岩,较完整,质量基本等级为Ⅳ级; 4 砂岩(第三纪),微风化:为极软岩,较完整,质量基本等级为 V 级; 5 糜棱岩(断层带):极破碎,质量基本等级为 V 级。 岩石风化程度分为五级,与国际通用标准和习惯一致。为了便于比较,将残积土 也列在表 A.0.3 中。国际标准 ISO/TC182/SCl 也将风化程度分为五级,并列 入残积土。风化带是逐渐过渡的,没有明确的界线,有些情况不一定能划分出五 个完全的等级。一般花岗岩的风化分带比较完全,而石灰岩、泥岩等常常不存在 完全的风化分带。 这时可采用类似“中等风化-强风化’“强风化-全风化”等语句表述。 同样,岩体的完整性也可用类似的方法表述。第三系的砂岩、泥岩等半成岩,处 于岩石与土之间,划分风化带意义不大,不一定都要描述风化。 3. 2. 4 关于软化岩石和特殊性岩石的规定,与《94 规范》相同,软化岩石浸水 后,其承载力会显著降低,应引起重视。以软化系数 0.75 为界限,是借鉴国内 外有关规范和数十年工程经验规定的。 石膏、岩盐等易溶性岩石,膨胀性泥岩,湿陷性砂岩等,性质特殊,对工程有较 大危害,应专门研究,故本规范将其专门列出。 3. 2. 5、 3. 2. 6 岩石和岩体的野外描述十分重要, 规定应当描述的内容是必要的。 岩石质量指标 RQD 是国际上通用的鉴别岩石工程性质好坏的方法,国内也有较 多经验,《94 规范》中已有反映,本次修订作了更为明确的规定。 岩石 岩石是天然产出的具稳定外型的矿物或玻璃集合体,按照一定的方式结合而成。 是构成地壳和上地幔的物质基础。按成因分为岩浆岩、沉积岩和变质岩。其中岩 浆岩是由高温熔融的岩浆在地表或地下冷凝所形成的岩石,也称火成岩;沉积岩 是在地表条件下由风化作用、 生物作用和火山作用的产物经水、空气和冰川等外 力的搬运、沉积和成岩固结而形成的岩石;变质岩是由先成的岩浆岩、沉积岩或 变质岩,由于其所处地质环境的改变经变质作用而形成的岩石。 地壳深处和上地幔的上部主要由火成岩和变质岩组成。从地表向下 16 公里范围 内火成岩和变质岩的体积占 95%。地壳表面以沉积岩为主,它们约占大陆面积 的 75%,洋底几乎全部为沉积物所覆盖。 岩石学主要研究岩石的物质成分、 结构、 构造、 分类命名、 形成条件、 分布规律、 成因、成矿关系以及岩石的演化过程等。它属地质科学中的重要的基础学科。 十八世纪末岩石学从矿物学中脱胎出来而发展成一门独立的学科。 在岩石学发展 的初期,主要研究的是火成岩,到了十九世纪中叶才开始系统地研究变质岩,而 沉积岩直到二十世纪初才引起人们的注意。目前岩石学正沿着岩浆岩石学、沉积 岩石学和变质岩石学三个主要的分支方向发展。 古老岩石都出现在大陆内部的结晶基底之中。 代表性的岩石属基性和超基性的火 成岩。 这些岩石由于受到强烈的变质作用已转变为富含绿泥石和角闪石的变质岩, 通常我们称为绿岩。如 1973 年在西格陵兰发现了同位素年龄约 38 亿年的花岗 片麻岩。1979 年,巴屯等测定南非波波林带中部的片麻岩年龄约 39 亿年左右。 加拿大北部的变质岩—阿卡斯卡片麻岩是保存完好的古老地球表面的一部分。 放 射性年代测定表明阿卡斯卡片麻岩有将近 40 亿年的年龄,从而说明某些大陆物 质在地球形成之后几亿年就已经存在了。 最近, 科学家在澳大利亚西南部发现了一批最古老的岩石,根据其中所含的锆石 矿物晶体的同位素分析结果,表明它们的“年龄”约为 43 亿至 44 亿岁,是迄今发 现的地球上最古老的岩石样本,根据这一发现可以推论,这些岩石形成时,地球 上已经有了大陆和海洋。在地球诞生 2 亿至 3 亿年后,可能并不象人们所认为 的那样由炽热的岩浆所覆盖, 而是已经冷却到了足以形成固体地表和海洋的温度。 地球的圈层分异在距今 44 亿年前可能就已经完成了。 目前在中国发现的最古老岩石是冀东地区的花岗片麻岩, 其中包体的岩石年龄约 为 35 亿年。 澳大利亚西部 Warrawoona 群中的微化石在形态结构上比较完整。它们究竟是 蓝藻还是细菌目前尚难确定。通常认为,早期叠层石是蓝藻建造的,叠层石是蓝 藻存在的指示。如果 35 亿年前就已经出现蓝藻,则说明释氧的光合作用早就开 始了,这便引出一个问题:为什么直到 20 亿年前大气圈才积累自由氧呢?从 35 亿年前到 20 亿年前中间相隔 15 亿年之久,为什么氧的积累如此缓慢?对此当 然有不同的解释。 例如近年来已经发现叠层石也可能完全由光合细菌建造,或甚 至由非光合细菌建造。 最古老生命存在的间接证据中较重要的是格陵兰西部条带状铁建造(BIF)和轻碳 同位素。如果证据成立,则由此可推断在 38 亿年前的地球上已经出现进行释氧 光合作用的微生物,即类似蓝藻的生物。根据 Cloud 的解释,BIF 是由光和微生 物周期性地释氧而引起亚铁氧化为高价铁沉积下来的。 轻碳同位素也是光合作用 的间接证据。但反对的意见认为,BIF 形成所需的氧可以通过大气中的水分子的 光分解来提供,而轻碳同位素可能来自碳酸盐的热分解。 叠层石是前寒武纪未发生变质的碳酸盐沉积中最常见的一种“准化石”,是由原核 生物所建造的有机沉积。 这种叠层状的生物沉积构造是由于蓝藻等低等微生物在 其生命活动中,通过沉积物的捕获和胶结作用发生周期性的沉积作用而形成的。 根据 Walter(1983)的统计,在澳大利亚、北美和南非三个不同大陆的 11 个地点 发现了太古宙叠层石,其年龄都在 25 亿年以上。晚元古代是地史上叠层石最繁 盛的时期,其分布广泛、形态多样。后生动物出现以后叠层石骤然衰落。寒武纪 至泥盆纪叠层石数量和分布范围有限。泥盆纪以后叠层石只是残存。现代海相叠 层石只分布在澳大利亚、中美洲、中东等地的少数地区特殊环境中。 陨石是太阳系内小天体的珍贵标本,为研究太阳系的起源、演化和生命起源提供 了宝贵的线索和资料。球粒陨石中不仅含有氨基酸,还有烃类、乙醇和其他可能 形成保护原始细胞膜的脂肪族化合物。对生命起源的研究有较大意义。生物化学 家 David.W.Dreamer 用默奇森陨石中得到的化合物制成了球形膜,这些小泡提 供了氨基酸、 核苷酸和其他有机化合物以及进行生命开始所必需的转变环境。也 就是说,当陨石撞击地球时,产生形成生命所需的有机物及必需的环境。和生命 起源于彗星的理论一样, 这是一种新的天外起源说。 另外, 康奈尔大学的 C.Hyba 指出, 撞击也可以用其它方式提供生命所需的原材料,来自一次陨石撞击的热和 冲击波可以在原始大气中激发起合成有机化合物的化学反应。 陨石是降落到地球表面的小块行星际物质撞入地球大气圈后尚未被烧尽的流星 体的残片。在晴朗的夜晚,可以看到一线亮光划过夜空,瞬间消失。这些弥漫在 宇宙空间中的星际尘埃, 如果被地球的引力捕获便形成陨星;当它们以极快的速 度进入地球大气圈时与大气发生摩擦、生热、发光,一部分残留下来落到地表就 成为陨石。如果陨石在空中爆炸后象下雨一样降落,就称为陨石雨。1976 年 3 月 8 日,我国吉林省降落过一次世界罕见的陨石雨,完整的陨石有 100 余块,重 2 吨多,其中最大的一块重达 1770 公斤,是世界上最大的石陨石。陨石来自星 际空间,在 1969 年阿普罗 11 号在月球着陆并将月岩带回地球以前,陨石是人 们能直接加以观察的唯一的外来天体。 近代史上最惊人的陨石坠落事件是 1908 年的通古斯事件。当时在前苏联西伯利 亚通古斯方圆 800 公里的范围内,都可见到了火光;在 100 公里范围内,都听 到了轰隆巨响;在 50 公里范围内,高大树木全部被烧毁。很多人推测这次事件 与陨石坠落有关,但奇怪的是至今没有找到陨石碎块。因此成为世界著名的“通 古斯之谜”,吸引了许多中外科学家前往这个地区进行考察和研究。 陨石可分为三类:石陨石、石铁陨石和铁陨石。其中以石陨石最多,约占 94%。 同位素年龄测定陨石的年龄约为 46 亿年。 石陨石:密度为 3-3.5 克/立方厘米。由硅酸盐矿物橄榄石、辉石、少量斜长石和 金属铁的微粒组成。可分为球粒陨石和无球粒陨石,前者含有直径为 1-2 毫米大 小的陨石球粒,它是熔融物质快速冷凝的产物。这种结构在地球上从未发现过。 可能是在太阳系形成初期原始行星物质被原始太阳的高温熔化后, 在脱离太阳时 迅速冷却而形成的。 因此, 玻璃质球粒的成分就反映了太阳系形成初期原始行星 的成分。 石铁陨石:密度约 5.6-6 克/立方厘米,由铁镍和硅酸盐矿物组成。铁陨石:密 度约 8-8.5 克/立方厘米。大约由 80%-95%的金属铁和 5%-20%的镍组成


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