X射線粉晶衍射法在巖礦鑒定中的應(yīng)用

林瑤+路峰+李芬香+秦沖+田江濤+吳艷秋

【摘 要】本文采用XRD和顯微鏡下觀測相結(jié)合的方法，結(jié)合筆者實際工作中遇到的問題，對所選實驗樣品進(jìn)行綜合鑒定，并采用X射線熒光光譜儀（XRF）對鑒定結(jié)果進(jìn)行驗證，進(jìn)一步證明了XRD輔助鏡下鑒定的準(zhǔn)確可靠性。

【關(guān)鍵詞】巖礦鑒定；X射線粉晶衍射；粗面巖；應(yīng)用

0 引言

巖石礦物定名通常采用顯微鏡鏡下判定，利用偏振光透過不同礦物時，在單偏光、正交偏光或錐光系統(tǒng)下呈現(xiàn)的不同光性特征來鑒定礦物，再依據(jù)組成巖石的礦物含量、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征確定巖石名稱。此方法快捷易操作，但對顆粒細(xì)小的礦物卻很難鑒定。此時則需要采取更現(xiàn)代化的檢測方法，如X射線粉晶衍射（XRD）檢測技術(shù)可以快速鑒定出礦物種類和含量，據(jù)此可對巖石做出準(zhǔn)確的定名。此次實驗樣品中顆粒細(xì)小的長石難以在鏡下區(qū)分種屬，從而給確定巖石名稱帶來難度，利用X射線衍射（XRD）對礦物的實際衍射圖譜進(jìn)行擬合，可以準(zhǔn)確地確定所測樣品中含量多但顆粒細(xì)小的礦物成分和含量，彌補(bǔ)顯微鏡下鑒定的不足。

1 實驗部分

1.1 偏光顯微鏡鑒定

將所選實驗巖石樣品磨制成厚度約為0.03mm的薄片（所用樹膠為加拿大樹膠，折射率為1.54），使用OLYMPUS-BX51偏反兩用偏光顯微鏡觀察組成巖石的礦物在偏光顯微鏡下的光學(xué)性質(zhì)，確定巖石的結(jié)構(gòu)和礦物成分，其中對于不易鑒定的礦物采用XRD來確定。

1.2 X射線粉晶衍射分析

將所選實驗樣品研磨成粉末至200目，使用背壓制樣法，將研磨好的樣品裝入鋁制樣品架內(nèi)，再將鋁制樣品架放入Smart Lab（9KW）高分辨X射線衍射儀（日本理學(xué)公司）樣品臺的插槽內(nèi)，在設(shè)定條件下，采集測試樣品的X射線粉晶衍射圖譜。使用PDXL2全自動分析軟件，來判斷巖石的主要物相組成。實驗條件為：Cu-Kα轉(zhuǎn)靶，輻射λ=1.5418，工作電壓40kV，工作電流200mA，采樣步寬0.02°。掃描速度7.0°/min.。IS（入射狹縫）=0.5°，RS1（接收狹縫）=0.5°，RS2（接收狹縫）=0.3mm，掃描范圍為3～70°。

1.3 化學(xué)成分分析

實驗樣品的化學(xué)組分通過X射線熒光光譜儀（XRF）方法進(jìn)行測試分析。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 偏光顯微鏡鑒定結(jié)果

2.1.1 樣品01鑒定結(jié)果

巖石呈褐灰色，杏仁狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)為顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖1）。

1）斑晶：由鉀長石4%和斜長石1%組成，其中鉀長石呈無色半自形～它形板條狀，粒度在0.25×0.1mm～1.5×1.2mm間不等，干凈透明，負(fù)低突起，可見港灣狀熔蝕邊緣和熔蝕麻點(diǎn)；斜長石呈無色半自形～它形板條狀，粒度約0.4×0.2mm～0.6×0.4mm間不等，正低突起。

2）基質(zhì)：由長石72%、長英質(zhì)隱晶質(zhì)7%、石英4%及不透明礦物2%組成，其中長石粒度約0.025×0.02mm～0.05×0.02mm間不等，可見負(fù)低突起的鉀長石和正低突起的斜長石，彼此間緊密鑲嵌，難以區(qū)分各自含量；長英質(zhì)隱晶質(zhì)無固定形態(tài)；不透明礦物粒度約0.025～0.1mm間不等；石英無色透明，粒度在0.05～0.1mm間不等；此外，巖石可見杏仁體10%，其形狀不規(guī)則，大小在1～6mm間不等，由細(xì)粒石英和玉髓組成（圖2）。

2.1.2 樣品02鑒定結(jié)果

巖石呈土灰色，塊狀構(gòu)造，斑狀結(jié)構(gòu)，基質(zhì)具顯微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（圖3）。

1）斑晶：由鉀長石2%和微量斜長石組成，鉀長石粒度在0.6×0.5mm～5×0.6mm間不等，負(fù)低突起，部分發(fā)育卡式雙晶，可見明顯港灣狀熔蝕邊；斜長石呈半自形～它形板條狀，正低突起，粒度在0.5×0.4mm～1.2×0.5mm間不等，可見熔蝕現(xiàn)象。

2）基質(zhì)：由長石82%、長英質(zhì)隱晶質(zhì)6%、不透明礦物5%、石英2%及玻璃質(zhì)2%組成，其中長石粒度在0.03×0.01mm～0.05×0.02mm間不等，可見負(fù)低突起的鉀長石和正低突起的斜長石，彼此間緊密鑲嵌難以估算各自含量；長英質(zhì)隱晶質(zhì)無固定形態(tài)；不透明礦物粒度在0.01～0.025mm間不等；石英干凈透明，粒度約0.1～0.75mm；玻璃質(zhì)形態(tài)不規(guī)則，多已脫?；荤R下顯光性。

從巖石的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和已確定的礦物含量，已能將實驗樣品劃分為鈣堿性中性火山熔巖中的粗安巖或粗面巖，若準(zhǔn)確定名，其關(guān)鍵信息在于長石的種屬和其含量。顯微鏡下觀察后，已確定巖石中既有斜長石也有鉀長石，由于基質(zhì)中長石礦物顆粒細(xì)小，不易從顯微鏡下準(zhǔn)確進(jìn)行長石定量。因此也難以確定其為粗安巖或是粗面巖。此時，借助現(xiàn)代化的檢測儀器設(shè)備是非常有必要的。

2.2 X射線粉晶衍射分析結(jié)果

2.2.1 礦物組成分析

1）樣品01號衍射結(jié)果

從圖4譜圖可看出：主要物相為透長石（d=0.377nm，d=0.330nm，d=0.322nm）、鈉長石（d=0.407nm，d=0.323nm，d=0.320nm）、石英（d=0.425nm，d=0.334nm，d=0.181nm）。與顯微鏡下觀測結(jié)果進(jìn)行比較，薄片鑒定中占巖石主要含量的基質(zhì)部分的長石經(jīng)過XRD分析可進(jìn)一步確定為透長石，因此再根據(jù)巖石構(gòu)造可確定巖石為杏仁粗面巖?？紤]到原巖含量較少的礦物在含量較高的礦物影響下可能會檢測不出，因此與鏡下鑒定存在一定誤差，但主要礦物成分可以相互對應(yīng)。

2）樣品02衍射結(jié)果

從圖5譜圖可以看出：主要物相為透長石（d=0.377nm，d=0.330nm，d=0.298nm）、歪長石（d=0.410nm，d=0.324nm，d=0.320nm）、石英（d=0.427nm，d=0.335nm，d=0.182nm）。與顯微鏡下觀測結(jié)果進(jìn)行比較，薄片鑒定中基質(zhì)部分的長石經(jīng)過XRD分析應(yīng)該為透長石和歪長石，因此可以確定巖石為粗面巖。

2.2.2 礦物定量分析

利用PDXL2全自動擬合分析軟件的RIR定量法對兩件實驗樣品進(jìn)行定量分析，得出樣品01為：透長石（74%）、石英（14%）、鈉長石（12%）；樣品02為：透長石（64%）、歪長石（30%）、石英（6%），與鏡下鑒定結(jié)果基本一致。

2.3 化學(xué)成分分析結(jié)果

為了驗證鏡下鑒定和X射線粉晶衍射鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用X射線熒光光譜對實驗樣品進(jìn)行了更深一步的化學(xué)成分分析工作，結(jié)果為：樣品01的主要主量元素含量為SiO2：63.08%，K2O：5.01%，Na2O：3.78%，CaO：1.34%；樣品02的主要主量元素含量為SiO2：60.75%，K2O：5.25%，Na2O：4.30%，CaO：2.01%。根據(jù)TAS圖解（圖6）顯示，樣品01和樣品02均為粗面巖，驗證了X射線粉晶衍射結(jié)果與鏡下鑒定結(jié)合定名的準(zhǔn)確性。

3 結(jié)語

本文對實驗樣品進(jìn)行了顯微鏡鏡下鑒定和XRD、XRF分析。顯微鏡下鑒定的優(yōu)勢在于能夠準(zhǔn)確地鑒定出巖石結(jié)構(gòu)和主要礦物的組成和含量，但對于基質(zhì)中的小顆粒長石，難以獲取更多的光學(xué)特征，因此難以確定長石種屬造成無法確定巖石名稱，此時傳統(tǒng)巖礦鑒定方法就顯露出了弊端，而結(jié)合XRD鑒定則可以迅速準(zhǔn)確的鑒定出巖石中主要礦物成分及其含量，從而確定巖石為粗面巖。而通過XRF分析并采用TAS圖解法可以進(jìn)一步確定實驗樣品為粗面巖，為準(zhǔn)確的確定巖石名稱提供了很好的佐證。本文使用的多種儀器綜合鑒定法為巖礦鑒定工作開拓了新思路，實際工作中在鑒定玄武巖、頁巖、板巖、千枚巖等方面也可加以應(yīng)用推廣。

【參考文獻(xiàn)】

[1]龐小麗，劉曉晨，薛雍，江向鋒，江超華.粉晶X射線衍射法在巖石學(xué)和礦物學(xué)研究中的應(yīng)用[J].巖礦測試，2009，05：452-456.

[2]龐小麗，劉曉晨，薛雍，江向鋒，江超華.粉晶X射線衍射法在巖石學(xué)和礦物學(xué)研究中的應(yīng)用[J].巖礦測試，2009，05：452-456.

[3]胡林彥，張慶軍，沈毅.X射線衍射分析的實驗方法及其應(yīng)用[J].河北理工學(xué)院學(xué)報，2004，03：83-86+93.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]