X射線粉晶衍射法結合運用于巖礦鑒定的薄弱部分
——隱晶質巖石

2017-09-20 06:23:44何麗，范超，田穎，張悅，徐翠，修迪

中國錳業 2017年6期

何麗，范超，田穎，張悅，徐翠，修迪

(河北省區域地質礦產調查研究所，河北廊坊 065000)

1 巖礦鑒定法

巖礦鑒定是一種通過顯微鏡觀察巖石的結構、構造以及礦物成分依據，為地質工作者提供有效資料的一種工作方法。在新的測試方法不斷發展的當代，偏光顯微鏡對透明礦物的研究，在地質工作中依然發揮不可取代的重要作用[1]，巖礦鑒定法也是最直觀、最簡單、最實用的一種分析手段[2]，這種方法不僅快捷、經濟、有效，為地質工作縮時省費，而且根據顯微鏡下的組構特征可以揭示礦物間的共生、反應及演變等多種關系，從而為該區域地質演化過程提供有效的證據。

1.1 巖礦鑒定法的優點

一般我們能從巖礦薄片鑒定結果中為地質工作者提供以下資料和依據：1)巖石定名，準確確定3大巖種屬及分類，為地質工作者剖面及填圖提供依據；2)測定透明礦物的晶型、光性特征及粒度等特征，為研究巖石的成因、形成條件等提供依據，也為其他不同測試方法提供依據；3)提供蝕變、礦化信息，通過對巖石后期不同期次的交代、礦化作用，為地質找礦提供信息；4)對沉積巖中可能存在的化石進行初步鑒定，為進一步化石鑒定及地層時代、古生態環境提供初步資料；5)對砂巖的粒度分析，為沉積環境提供依據，對巖石孔隙度的分析為找油氣等提供參考等[3]。

1.2 巖礦鑒定法的缺點

對于大多數巖石而言，運用巖礦鑒定法會為地質工作者提供有效、及時、經濟的運用結果，但是對于少部分巖石巖礦鑒定法也存在無法準確定性的問題：1)對于粒度細小的隱晶質巖石，由于粒度細小經肉眼無法準確確定礦物成分及含量，因此定名存在一定的誤差及準確性，例如各種類型的板巖，由于粒度細小無法準確判定長石、石英、粘土礦物等的種屬及含量，若無法準確定名，地質工作者就無法準確恢復原巖；2)對于粒度粗大的巖石例如偉晶巖類，由于巖石組成礦物粒度一般>5 mm，顯微鏡下無法將巖石組成礦物、粒度大小完全觀察到，對于其準確定名多數只能結合標本及野外地質情況考慮；3)對于含量極少的特征性礦物，由于切面、粒度細小等各方面原因無法測定光性特征，無法準確給巖石定名；4)對于大理巖的準確鑒定，大理巖主要有白云石大理巖、方解大理巖及菱鎂礦大理巖3種，碳酸鹽礦物白云石、方解石、菱鎂礦均屬于三方晶系，具相同的晶體光學特征，一般情況下借助茜素紅與其反應可以區別方解石、白云石，但是白云石及菱鎂礦無法準確確定種屬及其各自含量[4]。

2 X射線粉晶衍射法

X射線粉晶衍射分析亦是常規的巖礦測試方法之一[5]。礦物的X射線的物相分析包括定性分析和半定量分析。X射線定性相分析指的是用X射線衍射數據來對巖石樣品中存在的礦物成分進行鑒別，巖石大多數是由多種礦物組成，巖石學的研究必定得鑒定巖石的礦物成分，特別是含量少的礦物(含霓石堿性花崗巖中的少量霓石對巖石分類有重大意義)，因此物相定性分析使X射線粉晶衍射在礦物學中應用最為廣泛[6]。X射線物相半定量分析由于礦物表樣難以取得以及對樣品等要求高，相對于定性相分析應用較少，但是足以運用于地質和巖礦等方面的需要。

2.1 X射線粉晶衍射技術的優點

1)在造巖礦物研究中可以為橄欖樹、輝石、角閃石及石榴石、碳酸鹽等成分測定提供準確的測試數據，對巖石的成因、演化及成礦條件研究提供依據[5]；2)在粘土礦物成分鑒定廣泛應用，通過對粘土礦物的研究可應用于相應的成巖作用、盆地成熟度等領域；3)對礦物類質同相及同質多相的研究，對了解元素賦存狀態以及礦物的生成條件有重要意義。

3 結果與討論

3.1 分析儀器及測試條件

1)巖礦鑒定法

將巖石按照規范制成35 mm×25 mm，厚0.03 mm的薄片，用OLYMPUSBX53偏光顯微鏡通過光的特性對薄片進行單偏光、正交偏光下觀察，運用晶體光學、巖石學知識，確定巖石的礦物組成、結構構造、蝕變及變質特征等。

2)X射線粉晶衍射

測試儀器PANalytical-EMPYREANSERIES2，將粒度<0.074 mm(200目)的樣品均勻混合，以均勻的力度壓入到厚度為0.2 mm的玻璃凹槽中，從而確保凹槽內的樣品有足夠且均勻的面積和厚度，表明平整，然后按儀器工作條件進行測定。測試條件：X射線管為銅靶，電壓40 kV，電流40 mA，掃描范圍2θ為4(°)～45(°)，發散狹縫(DS)為1/2(°)和防散射狹縫(SS)為1(°)，接收光路防散射狹縫為8(°)，步進掃描，步長為0.013(°)，1 s掃描一次。然后采用中國石油勘探開發研究院林西生教授研發的全巖礦物XRD定量分析軟件Rockquan+2012版軟件進行數據處理，逐個對譜圖進行平滑、扣背底和分峰等處理。環境條件：X衍射儀的室溫要求在(25±2)℃，相對濕度要求為50%±2%。

3.2 兩個火成巖用巖礦鑒定法的結果

巖石1：手標本新鮮面呈灰紫色，具斑狀結構，塊狀構造。鏡下鑒定如下：巖石具斑狀結構(見圖1a)—基質隱晶結構(見圖1b)，塊狀構造，由斑晶、基質構成。斑晶由斜長石(35%)、角閃石(5%～10%)及黑云母(1%～5%)組成，粒度一般0.5～3 mm，少數0.2～0.5 mm。斜長石呈半自形板狀，雜亂分布，表面較干凈，部分粒內聚片雙晶可見，根據⊥(010)晶帶最大消光角法測定其牌號An=41，為中長石；角閃石呈自形—半自形近菱形六邊形，不均勻分布，具暗化現象；黑云母呈片狀，零星分布，暗化明顯。基質由長英質(55%)組成。長英質呈微晶狀，粒度<0.2 mm，局部見微晶板條狀斜長石(略顯定向零星分布)，雜亂分布。由于肉眼鑒定的局限性，基質粒度細小，巖石可能為石英粗安巖或是石英安山巖。

巖石2：手標本新鮮面呈灰色，略發紫，具斑狀結構，塊狀構造。顯微鏡下觀察如下：巖石具斑狀結構(見圖1c)—基質包含嵌晶結構(見圖1d)。斑晶由斜長石(40%)、黑云母(10%)及少量石英(1～5%)組成。斜長石呈半自形板狀，均勻分布，粒度0.2～2.8 mm不等，以>0.5 mm為主，環帶結構發育(見圖1c)，表面干凈，聚片雙晶不發育；黑云母呈片狀，具暗化現象，均勻分布，片徑一般0.1～0.3 mm，少數0.3～1.5 mm，多色性較明顯：Ng＇=褐色，Np＇=淺黃色；石英呈他形粒狀，零星分布，粒度一般0.5～2.5 mm，粒內輕波狀消光。基質由長英質(45%～50%)組成，長石呈微晶板條狀、微粒狀嵌布在石英基底上構成包含嵌晶結構，雜亂分布。同樣由于基質粒度細小無法準確確定長石種屬及其含量，該巖石可能為英安巖或流紋巖。

a 斑狀—基質微晶結構(+)4×10；b 微晶結構(+)10×10；c 斑狀—基質包含嵌晶結構、斜長石環帶結構(+)4×10；d 包含嵌晶結構

圖1巖石顯微照片

以上兩個巖石均由于基質粒度細小而無法準確給巖石定名。

3.3 兩個火成巖用X射線粉晶衍射法的結果

根據以下圖譜(圖2)計算出巖石組成礦物成分的相對含量(見表1)。巖石1中長石的相對含量計算相對比值：鉀長石/斜長石=15%，其中鉀長石/長石總量=13%，石英在整個巖石中的相對含量高；巖石2中長石的相對含量計算相對比值：鉀長石/斜長石=22%，其中鉀長石/長石總量=18%，石英在整個巖石中的相對含量較低。