幾種常見碳酸鹽類礦物的鑒定方法

張桂鳳 ZHANG Gui-feng；田穎 TIAN Ying；李博 LI Bo；王艷龍 WANG Yan-long；徐翠 XU Cui

（河北省區(qū)域地質(zhì)調(diào)查院（河北省地學(xué)旅游研究中心），廊坊 065000）

0 引言

隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，礦產(chǎn)資源需求逐漸加大，巖石礦物的鑒定與分析方法也需要不斷更新與完善。電子探針技術(shù)不需要化學(xué)處理，分辨率和靈敏度很高，是一種可靠的巖石礦物鑒定技術(shù)手段，利用電子探針技術(shù)可測出礦物主量元素的含量，對比礦物理論值進(jìn)行定量分析，就可分析出礦物名稱。以較為常見的方解石、白云石為例，對碳酸鹽礦物的鑒定分析中，需要對碳元素和氧元素進(jìn)行準(zhǔn)確的定量測試，常規(guī)的余量法或者修正余量法都回避碳元素和氧元素的直接測試，通常使用差值法來確定其含量，對此嘗試一種新的鑒定方法，即全元素法，實現(xiàn)超輕元素的直接定量檢測，和常規(guī)方法進(jìn)行對照，驗證該方法的應(yīng)用價值。

1 碳酸鹽類礦物鑒定方法

常用的碳酸鹽類巖石礦物的鑒定方法有物理法、化學(xué)法、光譜法、探針法。物理法是最基本、最直觀的鑒定方法，通過礦物的顏色、晶形、密度、硬度等物理特征進(jìn)行礦物種類的區(qū)分。化學(xué)法如差熱分析法、微化分析法、滴定法，礦物受熱會發(fā)生化學(xué)變化，通過差熱曲線就可區(qū)分礦物種類。滴加茜素紅、稀硝酸等試劑后不同礦物的顏色變化有所差異，可根據(jù)這一特征進(jìn)行巖石礦物的鑒定。光譜法應(yīng)用廣泛，分類也較多，如X 射線光譜分析法，是對礦物特殊的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒別。激光光譜分析法，是利用激光對礦物進(jìn)行光譜分析。紅外光譜分析法，不同礦物在紅外光譜不同波段會產(chǎn)生一系列的吸收特征，根據(jù)吸收深度、波形和吸收位置可鑒定礦物類型。探針法，如電子探針，是以高速電子激發(fā)出礦物表面組成元素的特征X 射線，確定礦物類型，并能夠?qū)ξ^(qū)成分進(jìn)行定性或定量分析，增加礦物鑒定的精準(zhǔn)性[1]。

2 碳酸鹽類礦物的詳細(xì)特征與鑒定技巧

采用OLYMPUS－BX51 型號顯微鏡，進(jìn)行以下七種碳酸鹽類礦物的晶形、突起、顏色等特征的觀察。配置茜素紅試劑：將0.1g 茜素紅-S 粉末放到100ml 燒杯中，加入50ml 水和4ml 鹽酸（為純鹽酸），攪拌后用蒸餾水稀釋至100ml 即可。配置稀硝酸試劑：1 份濃硝酸、1 份蒸餾水混合均勻。配置雙氧水試劑：即H2O2的30%水溶液。在物理法和化學(xué)法鑒定下，以上七種碳酸鹽類礦物的詳細(xì)特征總結(jié)如表1。

表1 幾種常見碳酸鹽類礦物的鑒定特征總結(jié)表

方解石突起與毒重石相近，略低于白云石的突起，與其它碳酸鹽礦物相比明顯較低，具明顯閃突起。白云石突起明顯低于菱鎂礦、菱錳礦、菱鐵礦[2]。菱鎂礦突起低于菱錳礦、菱鐵礦。有時菱鎂礦粒內(nèi)雜質(zhì)可顯示網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，與硅質(zhì)、滑石、蛇紋石、透閃石等共生。圖1 所示為滑石菱鎂白云石蝕變巖，由白云石、滑石、菱鎂礦、少量尖晶石組成。

圖1 滑石菱鎂白云石蝕變巖

菱錳礦突起與菱鐵礦的突起相近。圖2 所示為泥晶菱錳礦，巖石主要由菱錳礦組成，菱錳礦呈微粒狀，為＜0.004mm 的泥晶，不具定向特征，巖內(nèi)較多見被白云石、硅質(zhì)充填的微裂隙。

圖2 泥晶菱錳礦

菱鐵礦一般呈粉晶級微粒狀晶形，常與粘土礦物、粉砂、有機(jī)質(zhì)等共生[3-4]。毒重石在巖礦鑒定工作少見，容易誤認(rèn)為是方解石，但是毒重石的比重大，方解石的密度小。圖3 所示為重晶石毒重石方解碳酸巖，由方解石、毒重石及較少量重晶石組成。氟碳鈰礦在巖礦鑒定工作也較少見，是重要的含稀土礦物，氟碳鈰礦與三種試劑均無反應(yīng)。

這幾種碳酸鹽類礦物的鑒定技巧如圖4 所示，在鑒定工作過程中，遇到具有高級白礦物時可以按以下流程進(jìn)行排除法鑒定。

圖4 碳酸鹽類礦物排除法鑒定流程

3 電子探針全元素法與常規(guī)方法的對比分析

3.1 樣品

方解石和白云石試樣取自塔里木盆地井下，該地區(qū)有著穩(wěn)定的碳酸鹽沉積。采用透射偏光礦物薄片技術(shù)制備樣品，制備過程防止各種污染。由于礦物不導(dǎo)電，受到入射電子的轟擊時不能及時導(dǎo)入接地，那么轟擊處會產(chǎn)生荷電效應(yīng)，排斥入射電子，造成偏差，因此樣品表面要熱蒸鍍碳膜，鍍膜厚度要足以保證電子束流的穩(wěn)定，同時由于碳膜的存在會影響到樣品中碳的特征X 射線，控制碳膜厚度在20nm[5]。

3.2 試驗儀器

所用儀器為EPMA-1720 型號的電子探針，52.5°的高X 射線取出角技術(shù)，可進(jìn)行高靈敏度的X 射線測定，羅蘭圓半徑101.6mm 左右，二次電子分辨率6nm。在加速電壓10kV 條件下由電子槍發(fā)射出電子束，束流20nA，透過聚焦鏡后轟擊樣品待分析微區(qū)，轟擊點處束斑直徑為20μm，激發(fā)出樣品元素的特征X 射線，從而對樣品中所有元素進(jìn)行定量分析，測試時間為峰背10～30s。

3.3 試驗方法

建立包括超輕元素碳和氧在內(nèi)的全元素定量分析方法。定量分析中選用國家的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為測量對比標(biāo)準(zhǔn)樣品，在此選擇常用的SPI 出品的白云石和方解石標(biāo)樣。在兩種試樣上隨機(jī)選擇5 個點進(jìn)行定量測試，以考察元素測試的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。之后使用常規(guī)的余量法和余量修正法進(jìn)行對照測試，待測試樣和標(biāo)樣的測試條件保持一致，測試5 次以平均值為最終結(jié)果。方解石中的氧化物包括SiO2、MgO、Al2O3、CaO、FeO 等，白云石中的氧化物包括Na2O、MgO、MnO、CaO、FeO 等，其中很多氧化物的含量只有0.01 %左右，在測試結(jié)果中不再表明[6]。

4 結(jié)果分析

不同方法下白云石和方解石全元素和氧化物測試結(jié)果對比如表2、表3 所示。

表3 不同方法下方解石測試結(jié)果對比

白云石礦物主要化學(xué)成分理論值為：CaO 為30.38%、MgO 為21.87%、CO2為47.74%，方解石礦物主要化學(xué)成分理論值為：CaO 為56.00 %、CO2為44.00%。由表2、表3可見，三種方法測出的試樣的主要化學(xué)成分含量與化學(xué)成分理論值基本一致，樣品能夠分別被鑒定為白云石和方解石[7]。

對比表2 中余量法和余量修正法，與白云石各元素和氧化物理論值的計算誤差相差2%左右，余量修正法的誤差更小，更加接近真值，鑒定準(zhǔn)確性會高一些。對超輕元素進(jìn)行鑒定和分析的難度很大，采用該型號電子探針可提升測量的靈敏度和精準(zhǔn)度，采用全元素法進(jìn)行鑒定與定量分析，能夠測試包括超輕元素在內(nèi)的所有元素的特征X 射線計數(shù)值，對于白云石，這三種方法所得的樣品元素含量都較為符合理論值，而方解石的測試中，全元素法的誤差更小，在0.8%左右，明顯更加精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性也較為可靠，應(yīng)用于碳酸鹽礦物的鑒定和分析中可得到滿意的測試結(jié)果[8]。

5 結(jié)語

做好碳酸鹽類礦物的鑒定和定量分析工作，是將巖石礦物更好應(yīng)用于實際，并推動地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的重要途徑。不僅需要提高巖礦鑒定人員的專業(yè)素養(yǎng)和鑒定水平，也要改進(jìn)鑒定技術(shù)方法，常規(guī)的巖礦鑒定方法具有一定的局限性，全元素法的鑒定與定量分析和理論值更加契合，有很高的應(yīng)用價值。