山東蒙陰金剛石礦床中鉻鐵礦紅外譜學(xué)特征及找礦意義

遲廣成，鄒耀辛，汪寅夫，李麗君，劉 敏，付 宇

（1.沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，遼寧沈陽(yáng)110032；2.遼寧地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧沈陽(yáng)110032）

山東蒙陰金剛石礦床中鉻鐵礦紅外譜學(xué)特征及找礦意義

遲廣成1，鄒耀辛2，汪寅夫1，李麗君1，劉 敏2，付 宇2

（1.沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，遼寧沈陽(yáng)110032；2.遼寧地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，遼寧沈陽(yáng)110032）

鉻鐵礦是金伯利巖型金剛石礦床含礦性重要指示礦物之一.通過(guò)對(duì)山東蒙陰金剛石礦區(qū)無(wú)礦、貧礦、中等含礦、富礦金伯利巖巖筒中的鉻鐵礦紅外光譜系統(tǒng)采集，尋找不同金伯利巖巖筒中鉻鐵礦紅外譜圖參數(shù)特征與金伯利巖含礦性的關(guān)系，以達(dá)到判斷金伯利巖體無(wú)礦、貧礦還是富礦的目的.不同含礦性金伯利巖巖筒中50個(gè)鉻鐵礦紅外光譜參數(shù)特征統(tǒng)計(jì)顯示：鉻鐵礦紅外光譜A峰吸光度與高頻峰吸光度平均比值從無(wú)礦、貧礦、中等含礦到富礦金伯利巖巖筒，數(shù)據(jù)依次為0.71、0.73、0.83～0.93、1.09，顯示出明顯的找礦指示意義.

金伯利巖；鉻鐵礦；紅外圖譜：含礦性判斷；山東省

金伯利巖中鉻鐵礦的分布比較普遍，其含量與金伯利巖含礦性成正比，如山東的勝利1號(hào)富礦小巖筒金伯利巖含鉻鐵礦78～1440 g/m3，貧礦金伯利巖含鉻鐵礦33～169 g/m3.金伯利巖中鉻鐵礦的顯著特征是渾圓形斑晶和形態(tài)復(fù)雜的八面體歪晶.渾圓形斑晶一般大于1 mm，最大可達(dá)5 mm.八面體歪晶一般0.2～0.7 mm，呈顯微斑晶.而基質(zhì)中的鉻鐵礦則為小于0.2 mm的正八面體自形晶.渾圓形斑晶鉻鐵礦，在物理性質(zhì)和化學(xué)成分上，與金剛石中包體鉻鐵礦很接近，有的完全一樣，表明其與金剛石為共生或近共生的關(guān)系.相似巖石中不含這種渾圓形斑晶鉻鐵礦，鉻鐵礦標(biāo)型具成因意義［1-9］.鉻鐵礦為尖晶石族礦物，尖晶石族礦物化學(xué)成分通式為AB2O4.A組離子有Mg2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+、Zn2+、Fe2+等.B 組離子有 Fe3+、Al3+、Cr3+及 Mg2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+等.該族礦物屬等軸晶系，尖晶石型結(jié)構(gòu)，每個(gè)單體晶胞由32個(gè)O原子堆疊形成64個(gè)四面體空隙和32個(gè)八面體空隙.根據(jù)結(jié)構(gòu)中A、B組離子的分布，可將尖晶石型結(jié)構(gòu)細(xì)分為：正尖晶石型，分子中A組二價(jià)陽(yáng)離子Mg2+、Fe2+占據(jù)四面體位置，B組三價(jià)陽(yáng)離子 Al3+、Cr3+、Ti4+、Fe3+則占據(jù)八面體位置，如鉻鐵礦 Fe［Cr2］O4；反尖晶石型，分子中 1/2的 B 組三價(jià)陽(yáng)離子Fe3+進(jìn)入四面體位置，剩余的1/2的B組三價(jià)陽(yáng)離子和全部的A組二價(jià)陽(yáng)離子進(jìn)入八面體位置，如磁鐵礦Fe3+［Fe3+Fe2+］O4［10-13］.尖晶石礦物的群分析表明，尖晶石族礦物總共有16類(lèi)光學(xué)振動(dòng)模式，其中A1g+Eg+3F2g是拉曼光效性模式，4F1u是紅外光效性模式.大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明［14］，尖晶石紅外光譜高頻帶主要與聚合八面體的晶格振動(dòng)相關(guān)，分子的振動(dòng)頻率由八面體陽(yáng)離子B與O原子間鍵力強(qiáng)度決定，低頻紅外譜帶是四面體和八面體離子都參入的復(fù)合振動(dòng)，分子的振動(dòng)頻率取決于陽(yáng)離子的質(zhì)量和半徑大小.據(jù)晶體光譜學(xué)理論，除多面體對(duì)稱降低使紅外簡(jiǎn)并譜帶分裂外，還有兩種因素會(huì)引起振動(dòng)紅外譜帶位移.一種是振動(dòng)基團(tuán)內(nèi)離子置換引起的質(zhì)量改變；另一種是由于電負(fù)性不同的離子間置換或由于多面體畸變引起振動(dòng)基團(tuán)內(nèi)化學(xué)鍵力學(xué)常數(shù)的改變.尖晶石礦物晶體中，小半徑陽(yáng)離子Al3+（離子半徑0.51 ?）進(jìn)入八面體位置，O2－離子將沿（111）遠(yuǎn)離鄰近的四面體陽(yáng)離子，四面體體積增大，對(duì)稱性不變.而八面體體積變小，與相鄰八面體3對(duì)共用棱變短，2對(duì)非共用棱保持不變，導(dǎo)致八面體畸變程度增加，Al-O 鍵短，高頻譜帶 v1處于高位（678.8 cm－1）.磁鐵礦八面體中的一半位置由大半徑Fe2+（離子半徑0.74 ?）離子占據(jù)，B-O鍵變長(zhǎng)，高頻譜帶v1處于低位（567.5 cm－1）.鉻鐵礦中中等大小的Cr3+（離子半徑0.63 ?）離子進(jìn)入八面體，高頻譜帶v1位于前兩者之間（633.7 cm－1）.尖晶石、鉻鐵礦、磁鐵礦紅外低頻譜帶分別位于 510.3 cm－1、503.8 cm－1和 471.4 cm－1，鉻鐵礦低頻譜帶同樣位于尖晶石和鉻鐵礦低頻譜帶之間［15］?郭立鶴，王阿連，王五一.全國(guó)第六屆分子光譜學(xué)術(shù)報(bào)告文集.1991.?郭立鶴，趙泰.全國(guó)第七屆分子光譜學(xué)術(shù)報(bào)告文集.1992.?郭立鶴，陳啟桐.全國(guó)第七屆分子光譜學(xué)術(shù)報(bào)告文集.1992..

1 金伯利巖中鉻鐵礦樣品采集

筆者在山東蒙陰金伯利巖中選取50件鉻鐵礦樣品做紅外光譜分析.在勝利1號(hào)小巖筒中等含礦金伯利巖體中選了20件鉻鐵礦樣品，勝利1號(hào)小巖筒富礦金伯利巖體中選了3件鉻鐵礦樣品，勝利1號(hào)大巖筒中等含礦金伯利巖體中選了15件鉻鐵礦樣品，紅旗6號(hào)巖筒貧礦金伯利巖中選了3件鉻鐵礦樣品，勝利2號(hào)貧礦金伯利巖脈中選了3件鉻鐵礦樣品，無(wú)礦坡里金伯利巖脈中選了6件鉻鐵礦樣品.

2 鉻鐵礦的紅外光譜采集

2.1 儀器和測(cè)量條件

采用儀器為Nicolet 5700型紅外光譜儀（美國(guó)熱電公司生產(chǎn)）.測(cè)量所需條件：光源為IR，掃描次數(shù)為32，分辨率為 4，檢測(cè)器為 DTGS CsI，分束器為 CsI，光圈 100，鏡速 0.6329，掃描范圍 400～4000 cm－1.

2.2 測(cè)試樣品的制備

本次研究采用溴化鉀壓片法，每個(gè)鉻鐵礦測(cè)試樣品稱取1 mg左右，用瑪瑙研缽磨細(xì)至45 μm，將待測(cè)鉻鐵礦樣品與150 mg溴化鉀粉末放在瑪瑙缽中，一起研磨至2.5 μm左右，利用壓片機(jī)制成測(cè)試樣［16］.

2.3 樣品測(cè)試

在給定的儀器測(cè)試條件下，用紅外光譜儀對(duì)鉻鐵礦樣品進(jìn)行測(cè)試，獲得相應(yīng)的鉻鐵礦紅外圖譜.

2.4 分析樣品紅外圖譜特征解譯

本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的50件鉻鐵礦樣品紅外圖譜參數(shù)特征如下.

（1）勝利1號(hào)小巖筒中等含礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區(qū)有3個(gè).高頻吸收峰617.5～628.1 cm－1，平均值為 622.9 cm－1；低頻吸收峰 494.3～501.2 cm－1，平均值為 497.8 cm－1；A 吸收峰 1073.8～1095.1 cm－1，平均值為 1084.4 cm－1.A 峰吸光度（IA）與高頻峰吸光度（I1）的比值為 0.69～0.99，平均值為 0.83；高頻峰（v1）與低頻峰（v2）差值為 120.9～129.1 cm－1，平均值為 125.0 cm－1.

（2）勝利1號(hào)大巖筒中等含礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區(qū)有3個(gè).高頻吸收峰在618.6～629.2 cm－1之間，平均值為 623.7 cm－1；低頻吸收峰在 494.3～503.1 cm－1之間，平均值為 498.3 cm－1；A 吸收峰在 1020.0～1072.3 cm－1之間，平均值為 1041.3 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為0.75～1.03，平均值為0.88；高頻峰與低頻峰差值為122.1～130.2 cm－1，平均值為125.4 cm－1.

（3）紅旗6號(hào)巖筒貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區(qū)有3個(gè).高頻吸收峰在620.8～621.9 cm－1之間，平均值為 621.3 cm－1；低頻吸收峰在493.4～497.5 cm－1之間，平均值為 495.4 cm－1；A 吸收峰在 1085.2～1088.2 cm－1之間，平均值為 1086.5 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為0.61～0.88，平均值為0.73；高頻峰與低頻峰差值為124.6～127.8 cm－1，平均值為125.9 cm－1.

（4）坡里無(wú)礦金伯利巖脈中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區(qū)有3個(gè).高頻吸收峰在630.9～634.6 cm－1之間，平均值為 632.2 cm－1；低頻吸收峰在 498.0～507.9 cm－1之間，平均值為 504.3 cm－1；A 吸收峰在 1083.9～1090.7 cm－1之間，平均值為1088.0 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為 0.54～0.83，平均值為 0.71 cm－1；高頻峰與低頻峰差值在124.3～133.3cm－1之間，平均值為127.9 cm－1.

（5）勝利1號(hào)小巖筒富礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區(qū)有3個(gè).高頻吸收峰在623.9～624.9 cm－1之間，平均值為624.5 cm－1；低頻吸收峰在494.9～500.7cm－1之間，平均值為 498.4 cm－1；A 吸收峰在 1030.9～1032.9cm－1之間，平均值為 1032.1 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為1.07～1.12，平均值為1.09；高頻峰與低頻峰差值為121.9～129.8 cm－1，平均值為126.1 cm－1.

（6）勝利2號(hào)巖脈中等含礦金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜吸收峰在指紋區(qū)有3個(gè).高頻吸收峰在623.3～623.8 cm－1之間，平均值為623.5 cm－1；低頻吸收峰在498.8～501.6 cm－1之間，平均值為 500.3 cm－1；A 吸收峰在 1028.7～1031.8cm－1之間，平均值為 1030.6 cm－1.A峰吸光度與高頻峰吸光度的比值為0.92～0.96，平均值為0.93；高頻峰與低頻峰差值為123.2～124.5 cm－1，平均值為123.3 cm－1.

3 鉻鐵礦紅外圖譜吸收峰與金伯利巖含礦性關(guān)系

勝利1號(hào)小巖筒中等含礦金伯利巖、紅旗6號(hào)巖筒貧礦金伯利巖、勝利1號(hào)小巖筒富礦金伯利巖、坡里無(wú)礦金伯利巖脈、勝利1號(hào)大巖筒中等含礦金伯利巖和勝利2號(hào)中等含礦金伯利巖脈中鉻鐵礦紅外光譜的高頻峰和低頻峰與金伯利巖筒含礦性對(duì)應(yīng)關(guān)系顯示：無(wú)礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值大于632.0 cm－1，低頻峰平均值大于 504.0 cm－1；貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值小于622.0 cm－1，低頻峰平均值小于496.0 cm－1；中等含礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值在622.8～623.8 cm－1之間，低頻峰平均值在497.0～501.0 cm－1之間；富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰平均值在624.4～624.8 cm－1之間，低頻峰平均值在498.0～499.0 cm－1之間.無(wú)礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值較大，貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值較小，中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值在兩者之間，規(guī)律性較強(qiáng)（見(jiàn)表1）.

不同含礦性金伯利巖體中鉻鐵礦紅外光譜的A峰與高頻峰吸光度比、高頻峰與低頻峰差值和含礦性對(duì)應(yīng)關(guān)系顯示：無(wú)礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值大于127.5 cm－1，吸光度平均比值小于0.72；貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值為125.5～126.0 cm－1，吸光度平均比值在0.72～0.76之間；中等含礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值為123.0～125.5 cm－1，吸光度平均比值在0.82～0.94之間；富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰與低頻峰平均差值為126.0～126.5 cm－1，吸光度平均比值在 1.08～1.12 之間.無(wú)礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰平均差值大，吸光度平均比值??；貧礦、中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰平均差值相差不大；從貧礦→中等含礦→富礦，吸光度比值有明顯加大的趨勢(shì)，具有明顯分帶性，規(guī)律性較強(qiáng).

4 結(jié)語(yǔ)

（1）山東蒙陰金剛石礦區(qū)金伯利巖中鉻鐵礦樣品紅外圖譜高頻吸收峰范圍為617.5～634.6 cm－1，低頻吸收峰范圍為493.4～507.9 cm－1，分別介于磁鐵礦高頻吸收峰（567.5 cm－1）與尖晶石高頻吸收峰（678.8 cm－1）、磁鐵礦低頻吸收峰（471.4 cm－1）與尖晶石低頻吸收峰（510.3 cm－1）之間，顯示山東蒙陰金伯利巖中尖晶石族礦物多為鉻鐵礦，極少為尖晶石［17-18］.

（2）不同含礦性金伯利巖中鉻鐵礦A峰吸光度與高頻峰吸光度平均比值，由無(wú)礦→貧礦→中等含礦→富礦金伯利巖，依次為 0.71、0.73、0.83～0.93、1.09，逐漸升高，顯示出明顯的找礦意義.

表1 山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦紅外圖譜特征統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics for the infrared spectroscopic features of chromite in the Mengyin kimberlite deposit in Shandong Province

（3）無(wú)礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值偏大，貧礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值偏小，中等含礦和富礦金伯利巖中鉻鐵礦紅外光譜高頻峰和低頻峰值在兩者之間，峰值分區(qū)明顯，具有找礦意義.

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THE INFRARED SPECTROSCOPIC FEATURES OF CHROMITE IN THE MENGYIN DIAMOND DEPOSIT IN SHANDONG PROVINCE:Significance in ore prospecting

CHI Guang-cheng1,ZOU Yao-xin2,WANG Yin-fu1,LI Li-jun1,LIU Min2,FU Yu2

（1.Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources,CGS,Shenyang 110032,China;2.Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources,Shenyang 110032,China）

Chromite is one of the key indicators for ore potentiality of kimberlite type diamond deposits.With systematical collection of infrared spectra of the chromites from kimberlite pipes in the Mengyin diamond orefield in Shandong Province,the infrared spectroscopic features of the chromites in barren,poor,medium-ore-bearing and rich ores are respectively analyzed,to find out their relation to the ore potentiality of the kimberlite.The statistic results show that,from barren,poor,medium-ore-bearing to rich ores,the average ratios of absorbance of A-peak and high-frequency peak of the infrared spectra are 0.71,0.73,0.83-0.93 and 1.09,respectively,with a significant indication.

kimberlite;chromite;infrared spectrum;ore potentiality;Shandong Province

1671-1947（2012）01-0156-04

P585.1

A

2011－05－03；

2012-05-22.編輯：李蘭英.

國(guó)土資源部“金剛石礦床標(biāo)型礦物的X射線衍射特征”項(xiàng)目（編號(hào)200811120）資助.

遲廣成（1964—），男，高級(jí)工程師，從事巖礦測(cè)試工作，通信地址沈陽(yáng)市北陵大街26甲3號(hào)，E-mail//chiguangcheng@126.com