山東蒙陰金剛石礦床中鉻鐵礦紅外譜學特征及找礦意義

遲廣成，鄒耀辛，汪寅夫，李麗君，劉 敏，付 宇

（1.沈陽地質礦產研究所，遼寧沈陽110032；2.遼寧地質礦產研究院，遼寧沈陽110032）

山東蒙陰金剛石礦床中鉻鐵礦紅外譜學特征及找礦意義

遲廣成1，鄒耀辛2，汪寅夫1，李麗君1，劉 敏2，付 宇2

（1.沈陽地質礦產研究所，遼寧沈陽110032；2.遼寧地質礦產研究院，遼寧沈陽110032）

鉻鐵礦是金伯利巖型金剛石礦床含礦性重要指示礦物之一.通過對山東蒙陰金剛石礦區無礦、貧礦、中等含礦、富礦金伯利巖巖筒中的鉻鐵礦紅外光譜系統采集，尋找不同金伯利巖巖筒中鉻鐵礦紅外譜圖參數特征與金伯利巖含礦性的關系，以達到判斷金伯利巖體無礦、貧礦還是富礦的目的.不同含礦性金伯利巖巖筒中50個鉻鐵礦紅外光譜參數特征統計顯示：鉻鐵礦紅外光譜A峰吸光度與高頻峰吸光度平均比值從無礦、貧礦、中等含礦到富礦金伯利巖巖筒，數據依次為0.71、0.73、0.83～0.93、1.09，顯示出明顯的找礦指示意義.

金伯利巖；鉻鐵礦；紅外圖譜：含礦性判斷；山東省

金伯利巖中鉻鐵礦的分布比較普遍，其含量與金伯利巖含礦性成正比，如山東的勝利1號富礦小巖筒金伯利巖含鉻鐵礦78～1440 g/m3，貧礦金伯利巖含鉻鐵礦33～169 g/m3.金伯利巖中鉻鐵礦的顯著特征是渾圓形斑晶和形態復雜的八面體歪晶.渾圓形斑晶一般大于1 mm，最大可達5 mm.八面體歪晶一般0.2～0.7 mm，呈顯微斑晶.而基質中的鉻鐵礦則為小于0.2 mm的正八面體自形晶.渾圓形斑晶鉻鐵礦，在物理性質和化學成分上，與金剛石中包體鉻鐵礦很接近，有的完全一樣，表明其與金剛石為共生或近共生的關系.相似巖石中不含這種渾圓形斑晶鉻鐵礦，鉻鐵礦標型具成因意義［1-9］.鉻鐵礦為尖晶石族礦物，尖晶石族礦物化學成分通式為AB2O4.A組離子有Mg2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+等.B 組離子有 Fe3+、Al3+、Cr3+及 Mg2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+等.該族礦物屬等軸晶系，尖晶石型結構，每個單體晶胞由32個O原子堆疊形成64個四面體空隙和32個八面體空隙.根據結構中A、B組離子的分布，可將尖晶石型結構細分為：正尖晶石型，分子中A組二價陽離子Mg2+、Fe2+占據四面體位置，B組三價陽離子 Al3+、Cr3+、Ti4+、Fe3+則占據八面體位置，如鉻鐵礦 Fe［Cr2］O4；反尖晶石型，分子中 1/2的 B 組三價陽離子Fe3+進入四面體位置，剩余的1/2的B組三價陽離子和全部的A組二價陽離子進入八面體位置，如磁鐵礦Fe3+［Fe3+Fe2+］O4［10-13］.尖晶石礦物的群分析表明，尖晶石族礦物總共有16類光學振動模式，其中A1g+Eg+3F2g是拉曼光效性模式，4F1u是紅外光效性模式.大量實驗數據表明［14］，尖晶石紅外光譜高頻帶主要與聚合八面體的晶格振動相關，分子的振動頻率由八面體陽離子B與O原子間鍵力強度決定，低頻紅外譜帶是四面體和八面體離子都參入的復合振動，分子的振動頻率取決于陽離子的質量和半徑大小.據晶體光譜學理論，除多面體對稱降低使紅外簡并譜帶分裂外，還有兩種因素會引起振動紅外譜帶位移.一種是振動基團內離子置換引起的質量改變；另一種是由于電負性不同的離子間置換或由于多面體畸變引起振動基團內化學鍵力學常數的改變.尖晶石礦物晶體中，小半徑陽離子Al3+（離子半徑0.51 ?）進入八面體位置，O2－離子將沿（111）遠離鄰近的四面體陽離子，四面體體積增大，對稱性不變.而八面體體積變小，與相鄰八面體3對共用棱變短，2對非共用棱保持不變，導致八面體畸變程度增加，Al-O 鍵短，高頻譜帶 v1處于高位（678.8 cm－1）.磁鐵礦八面體中的一半位置由大半徑Fe2+（離子半徑0.74 ?）離子占據，B-O鍵變長，高頻譜帶v1處于低位（567.5 cm－1）.鉻鐵礦中中等大小的Cr3+（離子半徑0.63 ?）離子進入八面體，高頻譜帶v1位于前兩者之間（633.7 cm－1）.尖晶石、鉻鐵礦、磁鐵礦紅外低頻譜帶分別位于 510.3 cm－1、503.8 cm－1和 471.4 cm－1，鉻鐵礦低頻譜帶同樣位于尖晶石和鉻鐵礦低頻譜帶之間［15］?郭立鶴，王阿連，王五一.全國第六屆分子光譜學術報告文集.1991.?郭立鶴，趙泰.全國第七屆分子光譜學術報告文集.1992.?郭立鶴，陳啟桐.全國第七屆分子光譜學術報告文集.1992..

1 金伯利巖中鉻鐵礦樣品采集

筆者在山東蒙陰金伯利巖中選取50件鉻鐵礦樣品做紅外光譜分析.在勝利1號小巖筒中等含礦金伯利巖體中選了20件鉻鐵礦樣品，勝利1號小巖筒富礦金伯利巖體中選了3件鉻鐵礦樣品，勝利1號大巖筒中等含礦金伯利巖體中選了15件鉻鐵礦樣品，紅旗6號巖筒貧礦金伯利巖中選了3件鉻鐵礦樣品，勝利2號貧礦金伯利巖脈中選了3件鉻鐵礦樣品，無礦坡里金伯利巖脈中選了6件鉻鐵礦樣品.

2 鉻鐵礦的紅外光譜采集

2.1 儀器和測量條件

采用儀器為Nicolet 5700型紅外光譜儀（美國熱電公司生產）.測量所需條件：光源為IR，掃描次數為32，分辨率為 4，檢測器為 DTGS CsI，分束器為 CsI，光圈 100，鏡速 0.6329，掃描范圍 400～4000 cm－1.

2.2 測試樣品的制備

本次研究采用溴化鉀壓片法，每個鉻鐵礦測試樣品稱取1 mg左右，用瑪瑙研缽磨細至45 μm，將待測鉻鐵礦樣品與150 mg溴化鉀粉末放在瑪瑙缽中，一起研磨至2.5 μm左右，利用壓片機制成測試樣［16］.

2.3 樣品測試

在給定的儀器測試條件下，用紅外光譜儀對鉻鐵礦樣品進行測試，獲得相應的鉻鐵礦紅外圖譜.

2.4 分析樣品紅外圖譜特征解譯

本次實驗所測得的50件鉻鐵礦樣品紅外圖譜參數特征如下.

（1）勝利1號小巖筒中等含礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區有3個.高頻吸收峰617.5～628.1 cm－1，平均值為 622.9 cm－1；低頻吸收峰 494.3～501.2 cm－1，平均值為 497.8 cm－1；A 吸收峰 1073.8～1095.1 cm－1，平均值為 1084.4 cm－1.A 峰吸光度（IA）與高頻峰吸光度（I1）的比值為 0.69～0.99，平均值為 0.83；高頻峰（v1）與低頻峰（v2）差值為 120.9～129.1 cm－1，平均值為 125.0 cm－1.

（2）勝利1號大巖筒中等含礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區有3個.高頻吸收峰在618.6～629.2 cm－1之間，平均值為 623.7 cm－1；低頻吸收峰在 494.3～503.1 cm－1之間，平均值為 498.3 cm－1；A 吸收峰在 1020.0～1072.3 cm－1之間，平均值為 1041.3 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為0.75～1.03，平均值為0.88；高頻峰與低頻峰差值為122.1～130.2 cm－1，平均值為125.4 cm－1.

（3）紅旗6號巖筒貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區有3個.高頻吸收峰在620.8～621.9 cm－1之間，平均值為 621.3 cm－1；低頻吸收峰在493.4～497.5 cm－1之間，平均值為 495.4 cm－1；A 吸收峰在 1085.2～1088.2 cm－1之間，平均值為 1086.5 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為0.61～0.88，平均值為0.73；高頻峰與低頻峰差值為124.6～127.8 cm－1，平均值為125.9 cm－1.

（4）坡里無礦金伯利巖脈中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區有3個.高頻吸收峰在630.9～634.6 cm－1之間，平均值為 632.2 cm－1；低頻吸收峰在 498.0～507.9 cm－1之間，平均值為 504.3 cm－1；A 吸收峰在 1083.9～1090.7 cm－1之間，平均值為1088.0 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為 0.54～0.83，平均值為 0.71 cm－1；高頻峰與低頻峰差值在124.3～133.3cm－1之間，平均值為127.9 cm－1.

（5）勝利1號小巖筒富礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區有3個.高頻吸收峰在623.9～624.9 cm－1之間，平均值為624.5 cm－1；低頻吸收峰在494.9～500.7cm－1之間，平均值為 498.4 cm－1；A 吸收峰在 1030.9～1032.9cm－1之間，平均值為 1032.1 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為1.07～1.12，平均值為1.09；高頻峰與低頻峰差值為121.9～129.8 cm－1，平均值為126.1 cm－1.

（6）勝利2號巖脈中等含礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區有3個.高頻吸收峰在623.3～623.8 cm－1之間，平均值為623.5 cm－1；低頻吸收峰在498.8～501.6 cm－1之間，平均值為 500.3 cm－1；A 吸收峰在 1028.7～1031.8cm－1之間，平均值為 1030.6 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為0.92～0.96，平均值為0.93；高頻峰與低頻峰差值為123.2～124.5 cm－1，平均值為123.3 cm－1.

3 鉻鐵礦紅外圖譜吸收峰與金伯利巖含礦性關系

勝利1號小巖筒中等含礦金伯利巖、紅旗6號巖筒貧礦金伯利巖、勝利1號小巖筒富礦金伯利巖、坡里無礦金伯利巖脈、勝利1號大巖筒中等含礦金伯利巖和勝利2號中等含礦金伯利巖脈中鉻鐵礦紅外光譜的高頻峰和低頻峰與金伯利巖筒含礦性對應關系顯示：無礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值大于632.0 cm－1，低頻峰平均值大于 504.0 cm－1；貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值小于622.0 cm－1，低頻峰平均值小于496.0 cm－1；中等含礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值在622.8～623.8 cm－1之間，低頻峰平均值在497.0～501.0 cm－1之間；富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值在624.4～624.8 cm－1之間，低頻峰平均值在498.0～499.0 cm－1之間.無礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值較大，貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值較小，中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值在兩者之間，規律性較強（見表1）.

不同含礦性金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜的A峰與高頻峰吸光度比、高頻峰與低頻峰差值和含礦性對應關系顯示：無礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值大于127.5 cm－1，吸光度平均比值小于0.72；貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值為125.5～126.0 cm－1，吸光度平均比值在0.72～0.76之間；中等含礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值為123.0～125.5 cm－1，吸光度平均比值在0.82～0.94之間；富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值為126.0～126.5 cm－1，吸光度平均比值在 1.08～1.12 之間.無礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰平均差值大，吸光度平均比值小；貧礦、中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰平均差值相差不大；從貧礦→中等含礦→富礦，吸光度比值有明顯加大的趨勢，具有明顯分帶性，規律性較強.

4 結語

（1）山東蒙陰金剛石礦區金伯利巖中鉻鐵礦樣品紅外圖譜高頻吸收峰范圍為617.5～634.6 cm－1，低頻吸收峰范圍為493.4～507.9 cm－1，分別介于磁鐵礦高頻吸收峰（567.5 cm－1）與尖晶石高頻吸收峰（678.8 cm－1）、磁鐵礦低頻吸收峰（471.4 cm－1）與尖晶石低頻吸收峰（510.3 cm－1）之間，顯示山東蒙陰金伯利巖中尖晶石族礦物多為鉻鐵礦，極少為尖晶石［17-18］.

（2）不同含礦性金伯利巖中鉻鐵礦A峰吸光度與高頻峰吸光度平均比值，由無礦→貧礦→中等含礦→富礦金伯利巖，依次為 0.71、0.73、0.83～0.93、1.09，逐漸升高，顯示出明顯的找礦意義.

表1 山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦紅外圖譜特征統計表Table 1 Statistics for the infrared spectroscopic features of chromite in the Mengyin kimberlite deposit in Shandong Province

（3）無礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值偏大，貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值偏小，中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值在兩者之間，峰值分區明顯，具有找礦意義.

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THE INFRARED SPECTROSCOPIC FEATURES OF CHROMITE IN THE MENGYIN DIAMOND DEPOSIT IN SHANDONG PROVINCE:Significance in ore prospecting

CHI Guang-cheng1,ZOU Yao-xin2,WANG Yin-fu1,LI Li-jun1,LIU Min2,FU Yu2

（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110032,China;2.Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources,Shenyang 110032,China）

Chromite is one of the key indicators for ore potentiality of kimberlite type diamond deposits.With systematical collection of infrared spectra of the chromites from kimberlite pipes in the Mengyin diamond orefield in Shandong Province,the infrared spectroscopic features of the chromites in barren,poor,medium-ore-bearing and rich ores are respectively analyzed,to find out their relation to the ore potentiality of the kimberlite.The statistic results show that,from barren,poor,medium-ore-bearing to rich ores,the average ratios of absorbance of A-peak and high-frequency peak of the infrared spectra are 0.71,0.73,0.83-0.93 and 1.09,respectively,with a significant indication.

kimberlite;chromite;infrared spectrum;ore potentiality;Shandong Province

1671-1947（2012）01-0156-04

P585.1

A

2011－05－03；

2012-05-22.編輯：李蘭英.

國土資源部“金剛石礦床標型礦物的X射線衍射特征”項目（編號200811120）資助.

遲廣成（1964—），男，高級工程師，從事巖礦測試工作，通信地址沈陽市北陵大街26甲3號，E-mail//chiguangcheng@126.com