火山巖晶質(zhì)及非晶質(zhì)礦物組分定量分析方法
——以四川盆地西部二疊系火山巖為例

譚 杰 周克明 曾 理 鄒春艷 嚴(yán)玉霞 孔令明 袁小玲

1.中國(guó)石油西南油氣田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院 2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

0 引言

四川盆地油氣資源主要富集于海相碳酸鹽巖、海相頁(yè)巖和陸相致密砂巖中。隨著四川盆地西部（以下簡(jiǎn)稱川西地區(qū)）二疊系火山巖領(lǐng)域取得重大天然氣勘探突破[1-2]，標(biāo)志著川西地區(qū)二疊系火山巖具有較大天然氣資源潛力[3-4]。相對(duì)于沉積巖而言，火山巖結(jié)晶程度較差，礦物組分更為復(fù)雜，其巖石礦物組分包括晶質(zhì)和非晶質(zhì)兩類，具有全晶質(zhì)、半晶質(zhì)和玻璃質(zhì)3種結(jié)構(gòu)[5-6]。火山巖礦物的晶形往往為半自形晶和他形晶，其晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性普遍較沉積巖弱。受脫玻化作用影響，火山巖中含有大量脫玻化后形成的雛晶、微晶等顆粒極小的礦物，常以隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)存在[7]，受光學(xué)分辨率限制，傳統(tǒng)的巖石薄片鑒定方法難以判識(shí)該類礦物種類，更不能對(duì)其含量進(jìn)行定量分析。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的礦物含量分析方法主要依靠光譜技術(shù)，包括元素定量和結(jié)構(gòu)定量[8]。由于巖石中晶質(zhì)礦物常具同質(zhì)異象，并常含有機(jī)質(zhì)、蛋白石、玻璃質(zhì)等非晶質(zhì)組分，僅靠元素分析方法計(jì)算礦物含量存在較大誤差，而基于礦物晶體結(jié)構(gòu)特征的X射線衍射分析方法是目前鑒別同質(zhì)異象礦物唯一可靠的方法，因此一般采用該方法對(duì)礦物含量進(jìn)行定量分析。對(duì)于沉積巖礦物組分定量分析，現(xiàn)有的X射線衍射分析方法已較為成熟，并形成了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《沉積巖中黏土礦物與常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法：SY/T 5163—2018》[9]。而火山巖中很多礦物在沉積巖中不常見(jiàn)，現(xiàn)有的沉積巖X射線衍射分析方法和分析標(biāo)準(zhǔn)中均缺乏相應(yīng)的參比強(qiáng)度參數(shù)（K），同時(shí)，火山巖中含有較多玻璃質(zhì)，導(dǎo)致火山巖巖石礦物組分定量分析極為困難。

為此，筆者創(chuàng)新運(yùn)用X射線衍射參比強(qiáng)度參數(shù)法（K值法）、全譜擬合法和內(nèi)標(biāo)法等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建立了火山巖晶質(zhì)及非晶質(zhì)礦物組分定量分析方法，對(duì)火山巖礦物組分定量分析、巖石學(xué)研究以及相關(guān)分析標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和完善具有重要的參考價(jià)值。

1 火山巖礦物組分判識(shí)

1.1 巖性特征

川西地區(qū)二疊系火山巖類型主要包括熔巖類、火山碎屑巖類和沉積火山碎屑巖3大類[10]。筆者本次研究主要對(duì)象為熔巖類中的玄武巖，以及火山碎屑巖類中的火山碎屑巖熔巖和火山碎屑巖。為了實(shí)現(xiàn)火山巖礦物組分定量分析，需識(shí)別火山巖巖性。通過(guò)對(duì)川西地區(qū)6口井的二疊系峨眉山玄武巖組巖心開(kāi)展X射線熒光光譜分析，測(cè)定其SiO2、Na2O、K2O、CaO等氧化物質(zhì)量分?jǐn)?shù)后，考慮到碳酸鹽巖基巖影響扣除CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)，采用歸一法將SiO2、Na2O、K2O質(zhì)量分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入TAS（total alkali and silica）圖版中確定火山巖巖性[11]。如圖1所示，川西地區(qū)二疊系火山熔巖和火山碎屑巖SiO2含量介于43%～56%，巖石以基性玄武巖為主，巖性包括苦橄玄武巖、玄武巖、玄武安山巖3類。筆者本次應(yīng)用X射線熒光光譜分析的巖性同區(qū)域地質(zhì)特征較為相符[12]。

圖1 川西地區(qū)二疊火山巖去除氧化鈣后TAS圖解分類圖

1.2 組分特征

玄武巖即基性火山熔巖，通常包含斜長(zhǎng)石、輝石、橄欖石等晶質(zhì)組分和玻璃質(zhì)、蛋白石等非晶質(zhì)組分，火山碎屑巖是介于火山熔巖和沉積巖之間的過(guò)渡類巖石，通常包含火山巖和沉積巖中的常見(jiàn)礦物[13-14]。為了判識(shí)川西地區(qū)二疊系火山巖礦物組分特征，優(yōu)選 ST1、TF8、TF2、TF102、YT1、ZJ2等 6口 井玄武巖和火山碎屑巖樣品進(jìn)行定性分析。首先，采用巖石薄片鑒定方法，發(fā)現(xiàn)樣品中除含有沉積巖中常見(jiàn)的長(zhǎng)石、綠泥石、方解石、石英、白云石外（圖2-a），還含有沉積巖中不常見(jiàn)的普通輝石（圖2-b），以及玻璃質(zhì)（圖2-c）及其脫玻化物質(zhì)（圖2-d）。其次，為了更準(zhǔn)確判識(shí)礦物種類，運(yùn)用掃描電鏡及能譜方法，對(duì)礦物微觀形貌和元素成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)樣品中長(zhǎng)石種類主要為斜長(zhǎng)石（圖3-a、b），綠泥石種類主要為鐵綠泥石（圖3-c、d），還存在含鐵銳鈦礦（圖3-e、f）、含鐵榍石（圖3-g、h）等晶質(zhì)礦物，以及膠凝體狀硅質(zhì)（圖3-i、j）、蛋白石（圖3-k、l）等非晶質(zhì)礦物。

圖2 川西地區(qū)二疊系火山巖晶質(zhì)和非晶質(zhì)礦物薄片鑒定照片

圖3 川西地區(qū)二疊系火山巖晶質(zhì)和非晶質(zhì)礦物掃描電鏡及能譜圖

2 晶質(zhì)組分定量分析方法

2.1 已有分析方法及其局限性

巖石薄片鑒定和掃描電鏡分析方法可識(shí)別礦物種類，但不能對(duì)礦物組分進(jìn)行定量分析。根據(jù)X射線通過(guò)礦物晶體時(shí)產(chǎn)生特征衍射峰的積分強(qiáng)度與其質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比的規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)礦物組分定量分析[15]。1974年， Chung[16]提出了X射線衍射參比強(qiáng)度參數(shù)法（K值法），將實(shí)驗(yàn)得到的各組分X射線衍射積分強(qiáng)度數(shù)值“歸一化”處理后，代入基體清洗法公式求取多相體系中各組分的含量。

為了測(cè)量混合樣品中某礦物A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，先將純礦物A與純礦物B按照1∶1質(zhì)量分?jǐn)?shù)均勻混合，再測(cè)量?jī)烧叩腦射線衍射特征衍射峰積分強(qiáng)度比值，以此作為兩者的參比強(qiáng)度參數(shù)比值，并用其他比例加以驗(yàn)證與校正。假設(shè)純礦物B參比強(qiáng)度參數(shù)為1，即可得到純礦物A的參比強(qiáng)度參數(shù)，該參比強(qiáng)度參數(shù)即為純礦物A的K值[17]。已知純礦物A的K值后，在未知質(zhì)量分?jǐn)?shù)比情況下，可根據(jù)純礦物A的X射線特征衍射峰積分強(qiáng)度，計(jì)算出純礦物A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。假定樣品中含有i（i=1，2，3…n）個(gè)礦物，由多相體系歸一化法關(guān)系可推算出多相體系中A礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由此可知，尋找純礦物A標(biāo)樣，并得到其X射線衍射K值[17]，是解決巖石礦物組分定量分析的關(guān)鍵。

式中WA表示礦物A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；KA表示礦物A的參比強(qiáng)度參數(shù)；IA表示A礦物選定的衍射峰積分強(qiáng)度，(°)cps；Ki表示第i個(gè)礦物的參比強(qiáng)度參數(shù)；Ii表示第i個(gè)礦物選定的衍射峰積分強(qiáng)度，(°)cps。

在《沉積巖中黏土礦物與常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法：SY/T 5163—2018》標(biāo)準(zhǔn)中，以純剛玉的X射線衍射參比強(qiáng)度參數(shù)1為基準(zhǔn)（即K=1），將礦物標(biāo)樣與純剛玉1∶1均勻混合后，計(jì)算兩者X射線特征衍射峰強(qiáng)度比值，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，已建立了適合于沉積巖常見(jiàn)礦物定量分析的X射線衍射參比強(qiáng)度參數(shù)表（K值表），該方法在沉積巖晶質(zhì)礦物組分定量分析中得到了廣泛應(yīng)用。由于沉積巖中很少見(jiàn)到普通輝石、含鐵銳鈦礦、含鐵榍石等礦物，因此，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中未建立這些礦物的X射線衍射K值，故不能對(duì)其進(jìn)行定量分析。同時(shí)，受蝕變作用、脫玻化作用等影響，大多數(shù)火山巖礦物具有準(zhǔn)穩(wěn)定性，自然界中很難找到對(duì)應(yīng)的礦物標(biāo)樣，故上述方法不能得到這些礦物的X射線衍射K值。

2.2 新方法的建立

2.2.1 全譜擬合分析法及其運(yùn)用

X射線衍射全譜擬合分析是一種無(wú)標(biāo)樣礦物組分定量分析方法，其優(yōu)點(diǎn)是可對(duì)物相擇優(yōu)取向、微吸收及消光等影響X射線衍射峰強(qiáng)度的因素進(jìn)行校正[18]，可有效處理相互重疊的X射線衍射峰。該方法是一種物理分析方法，排除了化學(xué)分析方法改變?cè)形镔|(zhì)性質(zhì)的缺點(diǎn)，尤其適合含較多晶質(zhì)礦物組分的復(fù)雜的X射線衍射譜圖處理[19]。由于火山巖中斜長(zhǎng)石、輝石、榍石、鉀長(zhǎng)石4種礦物的特征衍射峰出峰位置接近[20]，存在明顯的重疊現(xiàn)象，因此，可采用全譜擬合法對(duì)其特征衍射峰進(jìn)行重新擬合，以達(dá)到分峰效果，獲得準(zhǔn)確的礦物含量。具體操作步驟是：①對(duì)樣品開(kāi)展X射線衍射圖譜測(cè)試，得到實(shí)驗(yàn)譜圖；②根據(jù)巖石薄片鑒定、掃描電鏡及能譜分析判識(shí)的礦物種類及元素信息，運(yùn)用ICSD（無(wú)機(jī)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)）設(shè)計(jì)礦物初始晶體結(jié)構(gòu)模型；③運(yùn)用Pseudo-Voigt福格特函數(shù)作為峰形函數(shù)擬合X射線衍射峰形，構(gòu)建理論衍射譜圖；④將理論衍射譜圖與實(shí)驗(yàn)譜圖進(jìn)行反復(fù)比較，根據(jù)最小二乘法反復(fù)修正空間群、點(diǎn)陣常數(shù)、原子坐標(biāo)等晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和衍射角、半峰寬、擇優(yōu)取向等峰形函數(shù)參數(shù)，直至所構(gòu)建的理論衍射譜圖與實(shí)驗(yàn)譜圖最大限度地吻合。

全譜擬合法的關(guān)鍵是對(duì)礦物晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和衍射峰形函數(shù)參數(shù)的精修[21-22]。筆者本次研究選取川西地區(qū)二疊系火山巖重點(diǎn)探井（YT1、TF2、ST1、ZJ2、ZJ1、ZG2、H6、LT2等8口井）共計(jì)94個(gè)樣品，開(kāi)展X射線衍射全譜擬合分析。充分考慮了同一種礦物在不同樣品中衍射峰強(qiáng)度不同的特點(diǎn)，確定了最適合該地區(qū)礦物的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和峰形函數(shù)參數(shù)，擬合了反映礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的標(biāo)定因子，得到了可靠的礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)。全譜擬合分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)巖石薄片鑒定下無(wú)法確定的鐵質(zhì)晶質(zhì)礦物，其晶體結(jié)構(gòu)與菱鎂礦和鎂鐵礦相似，因此可運(yùn)用菱鎂礦和鎂鐵礦晶體結(jié)構(gòu)模型計(jì)算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。其中，菱鎂礦晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣參數(shù)a、b、c分別為4.639、4.639、15.065（ICSD數(shù)據(jù)庫(kù)中a、b、c分別為4.624、4.624、14.992），鎂鐵礦晶體結(jié)構(gòu)點(diǎn)陣參數(shù)a、b、c均為8.395（ICSD數(shù)據(jù)庫(kù)中a、b、c均為8.366）（圖4）。結(jié)果表明，YT1井全譜擬合收斂標(biāo)度剩余方差因子（Rp）和剩余方差因子期望值（Re）值介于3～4，優(yōu)度因子（GofF）介于1.21～1.39，其值符合里特沃爾德全譜擬合修正結(jié)構(gòu)法收斂標(biāo)準(zhǔn)[23-24]。如圖5-a、b顯示，理論衍射譜圖與實(shí)驗(yàn)譜圖的差值曲線集中于0值線附近并上下對(duì)稱，表明理論衍射譜圖（圖5-c、d藍(lán)色線）與實(shí)驗(yàn)譜圖（圖5-c、d紅色線和紫色線）吻合度高，故該方法計(jì)算的礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)準(zhǔn)確可靠。

圖4 川西地區(qū)二疊系火山巖中菱鎂礦、鎂鐵礦晶體結(jié)構(gòu)圖

圖5 川西地區(qū)二疊系YT1井火山巖X射線衍射全譜擬合圖

2.2.2 火山巖X射線衍射參比強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算

全譜擬合法計(jì)算礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)需精修礦物晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)和衍射峰形函數(shù)參數(shù)，分析耗時(shí)較長(zhǎng)，不適合樣品批量分析，筆者在全譜擬合法計(jì)算礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中已知礦物的K值反算出未知礦物的K值，建立了適合于川西地區(qū)二疊系火山巖常見(jiàn)礦物的X射線衍射K值表，以此實(shí)現(xiàn)快速、批量火山巖晶質(zhì)礦物組分定量分析。具體步驟如下：

1）根據(jù)《沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法：SY/T 5163—2018》標(biāo)準(zhǔn)3.2.2中計(jì)算黏土礦物總量和各種非黏土礦物含量公式可推導(dǎo)出：

式中Xi表示i礦物全譜擬合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

式中IQ、ID、IC分別表示石英、鐵白云石、方解石的選定的衍射峰積分強(qiáng)度，(°)cps；XQ、XD、XC分別表示石英、鐵白云石、方解石全譜擬合的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；KQ、KD、KC分別表示石英、鐵白云石、方解石的X衍射參比強(qiáng)度參數(shù)。

3）通過(guò)X射線衍射全譜擬合法，根據(jù)理論衍射譜圖獲取樣品中未知參比強(qiáng)度參數(shù)礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和該礦物選定的衍射峰積分強(qiáng)度，代入式（3）可得：

式中Kun表示未知礦物的參比強(qiáng)度參數(shù)；Iun表示未知礦物選定的衍射峰積分強(qiáng)度，(°)cps；Xun表示未知礦物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

受X射線衍射基體效應(yīng)、擇優(yōu)取向等因素影響，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果有所偏差。為了減少計(jì)算誤差，結(jié)合多個(gè)樣品全譜擬合分析結(jié)果，求出不同樣品參比強(qiáng)度參數(shù)的算數(shù)平均數(shù)，以此作為其最終參比強(qiáng)度參數(shù)。

火山巖中的鐵白云石、石英、方解石、鉀長(zhǎng)石與在沉積巖中的晶體結(jié)構(gòu)較為相似，且也多與沉積作用有關(guān)，因此，其參比強(qiáng)度參數(shù)仍采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的參比強(qiáng)度參數(shù)，由此可求得和建立適合川西地區(qū)二疊系火山巖中常見(jiàn)晶質(zhì)礦物X射線衍射K值表（表1），其中1～8號(hào)礦物的K值為筆者本次研究新建立，9～12號(hào)礦物的K值沿用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)值。

表1 川西地區(qū)二疊系火山巖中常見(jiàn)晶質(zhì)礦物X射線衍射K值表

3 非晶質(zhì)組分定量分析方法

3.1 已有分析方法及其局限性

巖石中晶質(zhì)礦物內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間上呈周期排列，當(dāng)X射線通過(guò)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生特征衍射峰，而非晶質(zhì)礦物內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列無(wú)規(guī)律，當(dāng)X射線通過(guò)非晶質(zhì)礦物時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生特征衍射峰，因此無(wú)法用X射線衍射全譜擬合法對(duì)其進(jìn)行分析。但非晶質(zhì)礦物在X射線衍射譜圖上會(huì)出現(xiàn)一到兩個(gè)相對(duì)于衍射曲線最大值的彌散區(qū)域，呈現(xiàn)出由無(wú)數(shù)小峰堆疊而成的寬闊圓丘狀散射曲線[25-26]，整個(gè)曲線形成的半峰寬一般大于3°（圖6）。對(duì)于晶質(zhì)礦物，可根據(jù)X射線衍射譜圖中各特征衍射峰的積分強(qiáng)度進(jìn)行定量分析；對(duì)于由一種晶質(zhì)礦物和一種非晶質(zhì)礦物構(gòu)成的兩相體系，可根據(jù)X射線衍射譜圖中晶質(zhì)礦物特征衍射峰和非晶質(zhì)礦物圓丘狀散射曲線兩者積分強(qiáng)度計(jì)算相對(duì)含量。但對(duì)于多相體系的巖石，晶質(zhì)礦物較強(qiáng)的特征衍射峰會(huì)疊加在非晶質(zhì)礦物圓丘狀散射曲線上，受寬化效應(yīng)影響，非晶質(zhì)圓丘狀散射曲線強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步減弱。因此，為了避免基體效應(yīng)，通常將非晶質(zhì)礦物圓丘狀散射曲線作基線處理（不計(jì)算含量），以便更好地識(shí)別晶質(zhì)礦物特征衍射峰積分強(qiáng)度。

圖6 蛋白石衍射角度與衍射強(qiáng)度關(guān)系圖

圖6為非晶質(zhì)蛋白石樣品X射線衍射實(shí)驗(yàn)譜圖，可見(jiàn)其在衍射角度（2θ）介于16°～36°時(shí)呈現(xiàn)出明顯的圓丘狀散射曲線。根據(jù)X射線衍射K值法原理，計(jì)算樣品中礦物組分含量需要已知其K值。先取非晶質(zhì)蛋白石粉末與剛玉粉末以1∶1比例混合，測(cè)定非晶質(zhì)蛋白石參比強(qiáng)度參數(shù)（表2）；再取非晶質(zhì)蛋白石與石英粉末和剛玉粉末以1∶1∶1均勻混合，測(cè)定三者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表3、圖7），上述樣品純度均大于99.9%，粒度均大于200目。由于非晶質(zhì)蛋白石衍射能力差，受晶質(zhì)礦物衍射強(qiáng)度干擾，其在X射線衍射譜圖上圓丘狀散射曲線十分不明顯，且與石英的特征衍射峰重合，將譜圖放大后也無(wú)明顯特征（圖7），因此難以確定其圓丘狀散射曲線積分強(qiáng)度，導(dǎo)致三相體系中非晶質(zhì)礦物含量計(jì)算誤差較大（表3）。由此可見(jiàn)，常用的X射線衍射K值法測(cè)定單一種類非晶質(zhì)礦物含量已較為困難，對(duì)于非晶質(zhì)組分含量可能大于40%的多相體系的火山巖來(lái)說(shuō)，非晶質(zhì)礦物種類較多，其衍射峰與晶質(zhì)礦物衍射峰重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)的衍射角度又各不相同，導(dǎo)致無(wú)法確定所有非晶質(zhì)礦物的K值，故無(wú)法計(jì)算其非晶質(zhì)組分含量。

表2 石英與蛋白石混合樣X(jué)射線衍射測(cè)試結(jié)果表

表3 石英、蛋白石和剛玉混合樣X(jué)射線衍射測(cè)試結(jié)果表

圖7 石英、蛋白石和剛玉混合樣衍射角度與衍射強(qiáng)度關(guān)系圖

圖8為該地區(qū)TF102井樣品（井深5 428.58 m）X射線衍射實(shí)驗(yàn)譜圖。左側(cè)寬闊的圓丘狀散射曲線為明顯的非晶質(zhì)礦物，該圓丘狀散射曲線峰最大值對(duì)應(yīng)的衍射角度（2θ）為12.50°，半峰寬度為6.03°，出峰的角度和綠泥石較為相近，其衍射峰積分強(qiáng)度為181 °cps。根據(jù)衍射曲線總面積可估算其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97%，初步判斷該樣品中含大量的向類似綠泥石轉(zhuǎn)化的非晶質(zhì)礦物。右側(cè)寬闊的圓丘狀散射曲線中間出現(xiàn)了方解石特征衍射峰，其衍射峰明顯高于下部寬闊的圓丘狀散射曲線最大值高度，調(diào)整適當(dāng)基線位置后可得到方解石衍射峰積分強(qiáng)度為4 °cps，下部寬闊的圓丘狀散射曲線積分強(qiáng)度為46 °cps，因此，可確定此處的非晶質(zhì)礦物含量約為方解石含量的11.5倍，表明該樣品中非晶質(zhì)礦物含量很高。

圖8 TF102井非晶質(zhì)礦物衍射角度與衍射強(qiáng)度關(guān)系圖

3.2 新方法的建立

3.2.1 內(nèi)標(biāo)法及其運(yùn)用

內(nèi)標(biāo)法是色譜分析中常用的定量分析方法[27]之一，將一定質(zhì)量的純物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物加入到一定質(zhì)量的被分析樣品中，分別測(cè)定內(nèi)標(biāo)物和待測(cè)組分的峰面積（積分強(qiáng)度）及相對(duì)校正因子，以求出待測(cè)組分在樣品中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)[28]。鑒于X射線衍射全譜擬合法和K值法均難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)火山巖非晶質(zhì)組分定量分析，筆者綜合運(yùn)用內(nèi)標(biāo)法和X射線衍射K值法，建立火山巖非晶質(zhì)礦物組分定量分析方法。

內(nèi)標(biāo)物的選擇直接決定計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度。一般選擇成分簡(jiǎn)單，特征衍射峰較少，與其他物質(zhì)衍射線分離較好，不與其他物質(zhì)發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，至少有一個(gè)衍射峰強(qiáng)度與待測(cè)相主峰強(qiáng)度較為接近，且受外界條件變化影響盡量小的物質(zhì)作為內(nèi)標(biāo)物。為了優(yōu)選合適的內(nèi)標(biāo)物，稱取適量的純剛玉粉末、純石英砂粉末、純氧化鉻粉末、純氧化鋅粉末（純度均大于99.9%、粒度均大于200目）均勻混合，分別放置于兩個(gè)載玻片上進(jìn)行X射線衍射定量分析，并將實(shí)際稱量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與定量分析結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，以判斷測(cè)試誤差（表4）。

表4 不同內(nèi)標(biāo)物測(cè)試誤差統(tǒng)計(jì)表

由表4可知，純剛玉的測(cè)試誤差為0.6%，為上述4種內(nèi)標(biāo)物中最小，誤差滿足《沉積巖中黏土礦物和常見(jiàn)非黏土礦物X射線衍射分析方法：SY/T 5163—2018》標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量要求，適合作為內(nèi)標(biāo)物。鑒于該地區(qū)火山巖中不含純剛玉，因此，可采用純剛玉作為火山巖非晶質(zhì)礦物組分定量分析的內(nèi)標(biāo)物。

3.2.2 非晶質(zhì)組分定量

根據(jù)X射線衍射峰的積分強(qiáng)度、K值和樣品質(zhì)量三者之間的關(guān)系，通過(guò)加入一定質(zhì)量的純剛玉粉末與一定質(zhì)量樣品均勻混合并研磨至實(shí)驗(yàn)要求，通過(guò)X射線衍射K值法，測(cè)出混合樣品中剛玉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，根據(jù)剛玉實(shí)際質(zhì)量與測(cè)定的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系，以及剛玉質(zhì)量分?jǐn)?shù)與樣品中晶質(zhì)礦物組分總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系，計(jì)算出樣品中晶質(zhì)礦物組分總質(zhì)量，再用樣品總質(zhì)量減去其晶質(zhì)礦物組分總質(zhì)量，即可得到樣品中非晶質(zhì)礦物組分總質(zhì)量，以此求得非晶質(zhì)礦物組分占樣品的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)。應(yīng)注意，非晶質(zhì)礦物組分包含無(wú)機(jī)物非晶質(zhì)礦物和有機(jī)物非晶質(zhì)礦物，本方法計(jì)算的非晶質(zhì)礦物組分含量包含兩者含量。

非晶質(zhì)礦物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算見(jiàn)式（7）：

式中Wam表示測(cè)試樣品非晶質(zhì)組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；M表示測(cè)試樣品的總質(zhì)量，g；Mco表示純剛玉粉末樣品的質(zhì)量，g；Ico表示剛玉選定的衍射峰積分強(qiáng)度，(°)cps；Kco表示剛玉的參比強(qiáng)度參數(shù)；Ii表示測(cè)試樣品中第i個(gè)礦物選定的衍射峰積分強(qiáng)度，(°)cps；Ki表示測(cè)試樣品中第i個(gè)礦物的參比強(qiáng)度參數(shù)。

運(yùn)用新建立的非晶質(zhì)礦物組分計(jì)算模型，可計(jì)算川西地區(qū)YT1井和TF2井8塊火山巖樣品非晶質(zhì)礦物組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（表5），計(jì)算結(jié)果顯示，其非晶質(zhì)礦物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于12.60%～47.62%，巖石結(jié)晶度介于52.38%～87.40%。

表5 川西地區(qū)YT1井和TF2井非晶質(zhì)礦物組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算結(jié)果表

4 結(jié)論

1）川西地區(qū)二疊系火山巖包括斜長(zhǎng)石、鐵綠泥石、普通輝石、含鐵榍石、含鐵銳鈦礦、鐵白云石、石英、方解石等晶質(zhì)礦物組分和膠體凝狀硅質(zhì)、蛋白石等非晶質(zhì)礦物組分。

2）對(duì)于巖石薄片鑒定和掃描電鏡不能確定的鐵質(zhì)晶質(zhì)礦物，通過(guò)X射線衍射全譜擬合分析發(fā)現(xiàn)其晶體結(jié)構(gòu)與鎂鐵礦和菱鎂礦相似，可通過(guò)X射線衍射全譜擬合法進(jìn)行判識(shí)和定量分析。

3）建立的火山巖X射線衍射礦物定量分析參比強(qiáng)度參數(shù)表是基于川西地區(qū)二疊系火山巖晶質(zhì)礦物特有晶體結(jié)構(gòu)特征計(jì)算得到，適合該地區(qū)火山巖礦物組分定量分析，可在不能獲得礦物標(biāo)樣條件下實(shí)現(xiàn)對(duì)火山巖晶質(zhì)礦物組分定量分析。

4）建立的火山巖非晶質(zhì)礦物組分含量分析方法克服了非晶質(zhì)礦物衍射強(qiáng)度弱、不能形成特征衍射峰的特性，實(shí)現(xiàn)了火山巖非晶質(zhì)礦物組分定量計(jì)算。

5）建立的火山巖礦物組分定量分析方法對(duì)火山巖巖石學(xué)研究、礦物組分定量分析方法及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的補(bǔ)充和完善提供了重要的技術(shù)支撐。