山西金紅石礦床中黑色金紅石及相關礦物的礦物學特征研究

李孔亮

（1.合肥工業大學；2.安徽工業經濟職業技術學院，安徽 合肥 230051）

山西金紅石礦床中黑色金紅石及相關礦物的礦物學特征研究

李孔亮1,2

（1.合肥工業大學；2.安徽工業經濟職業技術學院，安徽 合肥 230051）

山西代縣金紅石礦床是中國第二大金紅石礦產資源，由于金紅石與國民經濟的發展有很密切的聯系，并且現在礦產資源極缺，因此研究該金紅石礦床意義重大.本文在收集大量前人研究資料的基礎上，從黑色金紅石礦床得賦存規律以及礦物特征入手，主要針對該地區的黑色金紅石礦床中所含有的主要的礦物組合，礦物得化學成分及其變化規律等進行了電子探針，鏡下觀察等工作，并且通過上述工作，論文獲得了以下進展：主要礦物成分為直閃石，金紅石，金云母，綠泥石，次要礦物為鈦鐵礦，鋯石，榍石.首次在金紅石礦石中發現金云母，并且含量較大.巖石的結構和構造比較簡單，礦石結構主要有它形晶結構，自形晶結構以及半自形晶結構，礦石構造主要為浸染構造，條帶狀構造.鋯石常常賦存在金紅石內部.

金紅石礦床；綠泥石；直閃石；代縣；黑色

金紅石是自然界中一種非常重要的礦物，在化學工業和涂料業中具有很好的市場.

金紅石常常作為一種包裹體出現在寶石礦物中，呈現為細長的針狀包體，能夠增加寶石的觀賞性.

本文的研究標本來自于山西代縣碾子溝金紅石礦區.山西代縣金紅石礦是全國儲量第二，而碾子溝礦區是代縣金紅石礦區中的最大也是最好的礦區.

1 樣品與測試方法

1.1 樣品

該項目的標本取自山西代縣碾子溝礦區，該區是代縣最大的金紅石礦區，由于黑色金紅石的標本不多，所以我只有磨好的薄片標本，以下論文也是在薄片的基礎上所展開的探討.

研究的目的是為了探討黑色金紅石的以及相關礦物的礦物學特征，以此能對金紅石礦床的研究有所幫助.金紅石是稀缺資源，而其主要成分TiO2時高檔電焊條必須的原料之一，也好是提取鈦，生產鈦白粉的主要原料，目前金紅石已經成為我國14種戰略儲備礦種之一.因此對于金紅石的研究，對于我國的國民經濟的發展起著重要的作用.山西代縣金紅石石國內第二大金紅石礦區，其包括有五個礦區，碾子溝礦區為一特大型金紅石礦區，TiO2平均含量為1.92%,礦體呈似層狀產出，該礦雖然礦石品位偏低，儲量豐富，金紅石純度高，雜質少，且可綜合回收鈦鐵礦、磁鐵礦等.

1.2 測試方法

由于代縣地區金紅石礦產有兩種顏色不同的金紅石礦，一種為紅色，位于礦床出露處，另一種為黑色，位于礦床深處，但是由于深度、P—T條件以及其他條件（尚待研究中）的不同，使得紅黑兩色的金紅石礦產的礦物組成不一致.我主要對黑色金紅石礦進行研究，主要負責以下內容得探討：

（1）通過我對標本的鏡下觀察和探針研究，得出礦物標本中的巖石礦物組成以及化學成分.從現在的研究來看，但是由于深度、P—T條件以及其他條件（尚待研究中）的不同，使得紅黑兩色的金紅石礦產的礦物組成不一致.另外，紅色金紅石部分含有鉀長石，而不含有金云母，但是黑色金紅石卻含有金云母，卻不含有鉀長石.而且在前人的研究中并沒有見到有對金云母的描述，所以金云母的出現也是對該地區礦石礦物組成提出了疑問.

（2）在以往的研究中沒有涉及到薄片中位于不同位置的礦物組合其化學和結構組成差別的研究，所以在打探針的過程中，專門對不同位置的礦物對各自打了探針，并且在同一個礦物組成位置中，又在礦物的不同位置又各自打了探針，以希望研究在邊緣和內部結晶速度的快慢所造成的化學成分的影響.

（3）通過研究，希望能夠對該地區五個礦區的不同部位都做出相應的分析，期望能夠通過對紅黑兩色的金紅石的研究能夠將造成金紅石出現這種情況的原因解釋得更加詳盡，更加確切.

2 測試結果及討論

2.1 角閃石

角閃石主要見于變質巖，產于富含鎂的片巖中[1].在顯微鏡下觀察角閃石,為灰白色至淺黃綠色,半自形長柱狀,粗晶,常呈晶簇產出.平行消光，高突起，其顆粒較大，邊緣可見到有不明顯的綠泥化，在巖石中分布廣泛，含量為50%左右.

角閃石的成分比較復雜，通過電子探針的分析可以準確的了解到其礦物組成的大小.

表1 角閃石電子探針數據（測試于中科院地質與地球物理研究所）

以上所打的八個點中均是從角閃石的邊緣向內核逐漸過渡測試的，從上面數據可以看出，Mg，Si的含量很大，Al的含量較小，并且Al2O3，TiO2，FeO的含量變化較大，這可能是某些元素未能進入硅氧結構體中的緣故造成的.而Fe的含量高，也就決定了角閃石的顏色較深.

由于角閃石族是非常大的礦物群體，為了更細致更確切的分析礦物組成，所以需要對角閃石進行分類.

以下是對其元素的分析所得到得表格，由下面的表格中的數據可以為巖石中的角閃石劃分種類.

對于角閃石的命名，國際上有一個通用的法則，根據國際礦物學協會新礦物及礦物命名委員會角閃石專業委員會的報告中可以對以上數據進行分析，可以對角閃石進行分類[2].

由數據中可以發現，Ca，Na，K元素的含量都非常少，即是Ca+Na〈1.34,而Mg，Fe的含量都比較大，因此該系列的角閃石都斜方晶系，屬于Mg-Fe-Mn-Li組角閃石.

表2 角閃石中元素的探針數據

由于上述的元素含量表中Si的量的數值均大于7，并且Fe的含量比Mg的含量要小很多，所以利用Mg/Mg+Fe的比值必然界于0.5到1.0之間，所以可以觀察到所打的八個角閃石點均屬于直閃石.

該礦石中的角閃石為灰白色粗晶直閃巖,以灰白色粗晶半自形柱狀直閃石為主.直閃石常常與金紅石，鋯石，綠泥石共生.由圖的觀察，還可以看出該地區經過兩次變質作用后所形成的金紅石將直閃石交代成港灣狀，孤島狀.這些都是山西代縣金紅石礦的特點.

在山西代縣羊延寺礦區的金紅石礦中，直閃巖為次要的金紅石礦賦礦巖石,一般呈脈狀分布,金紅石、鈦鐵礦、磁鐵礦亦見脈狀,團塊狀分布,具有熱液交代成礦的特點.由此可以看出，在代縣這個區域，金紅石形成的地質背景是差不多的.由此可以推斷出其他礦區的礦物組成形態.

2.2 金紅石

巖石中的金紅石,為黑褐色——黑色，由鈦鐵礦退變而來正極高突起，顆粒較粗，一般為0.1～80mm,大多為不規則的半自形—自形粒狀、短柱狀,呈不規則網脈狀集合體、孤立等軸狀集合體及獨立單晶分布,可以看到金紅石脈切穿直閃石單晶、交代滑石和綠泥石現象.黑色金紅石中含有較多的鈦鐵礦，鋯石，金紅石在礦石中主要呈現浸染狀分布，可以沿著脈石縫隙分布，與鈦鐵礦，鋯石，榍石的關系密切，可以見到金紅石與鈦鐵礦連生并“交代”鈦鐵礦現象.

在自然界中，TiO2有三種同質多像變體：金紅石，銳鐵礦，鈦鐵礦，三者有時呈現共生關系.金紅石中含有鋯石，鈦鐵礦，以及金紅石脈切穿直閃石單晶現象，并且鈦鐵礦是以出溶的狀態存在，而不是顆粒穿插的結果.同時可以見到金紅石與鐵鐵礦連生并“交代”鈦鐵礦現象.

以下是對金紅石所做的探針實驗的數據.

表3 金紅石的電子探針數據

由上可以看出，金紅石是主要的含鈦的礦物，其TiO2的含量達到97.06%.而鈣，鎂，鉀的含量都非常低.這可能是變質的程度不高所導致的.金紅石在變質過程中是由鈦鐵礦轉變而來的，化學性質穩定.另外，由表3中可以看出，這些元素的含量相比較來說，除了鈦元素之外，鐵的含量是最大的，這也是我所研究的金紅石為黑色的原因.

變質蝕變型礦床(碾子溝金紅石礦床)金紅石主要為蝕變成因,少量為變質成因[3].金紅石自然顆粒主要為充填晶間空隙及礦物解理的集合體(A),次為與滑石共生的集合體(B)及與直閃石或滑石共生的單晶(C),少量為與角閃石共生或與鈦鐵礦連生的單晶 (D).金紅石自然顆粒粒度最粗的為A(0.5～80mm),次為B(0.25～2.2mm)及C(0.1～0.75mm),最細的為D(0.02～0.3mm).上述特征使本類型礦金紅石自然顆粒以粗粒型為主.

總的來說該巖石中金紅石具有如下特點 (1)金紅石粒度總體上較粗;(2)相對較細的顆粒數目雖較多,但重量百分含量卻較低;較粗的顆粒數目雖較少、但重量百分含量占絕對優勢.

3 結論

通過本文的論述，以及各種設備的測試，對山西金紅石礦進行分析得出了以下結論：

（1）鈦鐵礦和金紅石共生，并經常在金紅石中出溶，并且其顆粒大小范圍不大，一般呈現平行出溶分布.

（2）黑色金紅石中主要礦物為直閃石，金云母，金紅石，綠泥石，鈦鐵礦，鋯石，綠簾石，磷灰石，榍石，微量礦物為磁鐵礦，赤鐵礦，銳鐵礦等.

（3）該巖石中鎂鐵元素的含量較高，而鈣的含量較少.

（4）礦石的結構和構造比較簡單，巖石結構主要為它形晶，自型晶，半自型和不等粒結構.

（5）金紅石和鈦鐵礦的顆粒大小較大，比我國其他金紅石礦區的顆粒要大.

（6）該礦床經過了兩次變質作用和一次蝕變作用而形成，不同于一般的變質類型礦床.

〔1〕徐少康，劉力生，云連濤，鄧小林.碾子溝金紅石礦床變質作用特征及其與成礦的關系[J].華工礦產地質，2002(3)：48-58.

〔2〕IMA-CNMMN角閃石專業委員會全體成員.角閃石命名法——國際礦物學協會新礦物及礦物命名委員會角閃石專業委員會的報告.2001.

〔3〕龐爾成.山西省代縣金紅石礦礦物學特征及選礦研究[D].中國地質大學（北京），2005.

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A

1673-260X（2017）03-0073-04

2016-11-23

省高校優秀青年人才支持計劃重點項目：南紅瑪瑙、戰國紅瑪瑙與非洲紅瑪瑙地質產狀成因及成分鑒別的意義（gxyqZD2016446）