X射線粉晶衍射儀在大理巖鑒定與分類中的應用

遲廣成， 肖 剛， 伍 月， 陳英麗， 王海嬌， 胡建飛

(沈陽地質礦產(chǎn)研究所， 遼寧 沈陽 110032)

X射線粉晶衍射儀在大理巖鑒定與分類中的應用

遲廣成， 肖 剛， 伍 月， 陳英麗， 王海嬌， 胡建飛

(沈陽地質礦產(chǎn)研究所， 遼寧 沈陽 110032)

大理巖主要有方解石大理巖、白云石大理巖和菱鎂礦大理巖三種。以往大理巖是依據(jù)偏光顯微鏡下觀察巖石結構構造及礦物成分進行分類定名，由于方解石、白云石、菱鎂礦都屬于三方晶系，具有閃突起、高級白干涉色、一軸晶負光性和菱形解理等相同晶體光學特征，偏光顯微鏡下區(qū)分十分困難。為了準確鑒定大理巖中碳酸鹽礦物種類及其相對含量，本文利用巖石薄片偏光顯微鏡和X射線粉晶衍射技術對32件大理巖巖石樣品進行分析測試。巖石薄片鑒定結果表明：大理巖造巖礦物主要有方解石、白云石、菱鎂礦、石英、斜長石、白云母、黑云母、綠泥石、黏土和金屬礦物。根據(jù)巖石結構構造及礦物組分特征，可把32件大理巖樣品劃分為方解石大理巖、長英質方解石大理巖、石英綠泥白云石大理巖、白云石大理巖、云英質白云石大理巖和菱鎂礦大理巖等15個類型。X射線粉晶衍射分析表明：大理巖造巖礦物主要有方解石、白云石、菱鎂礦、石英、斜長石、鉀長石、云母、綠泥石、滑石和蒙脫石。綜合分析認為：巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術很難區(qū)分方解石、白云石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物，以及細小的石英、鉀長石和斜長石、滑石和白云母等鱗片狀硅酸鹽礦物；X射線粉晶衍射分析技術不僅能準確檢測出大理巖中方解石、白云石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物種類及相對含量(方解石、白云石和菱鎂礦的X射線衍射主峰有明顯差異，d值分別為0.303 nm、0.288 nm和0.274 nm)，而且能夠有效鑒別巖石中粉砂級斜長石、鉀長石與石英(三種礦物的X射線衍射主峰d值分別為0.319 nm、0.324 nm、0.334 nm)；且能區(qū)分蒙脫石、綠泥石、云母和滑石等層狀硅酸鹽礦物(四種硅酸鹽礦物的X射線衍射主峰d值分別為1.400 nm、0.705 nm、0.989 nm、0.938 nm)。綜合巖石薄片偏光顯微鏡鑒定和X射線粉晶衍射分析結果，最終確定32件大理巖樣品劃分為22個巖石類型。研究認為：僅根據(jù)巖石薄片偏光顯微鏡鑒定或X射線粉晶衍射技術其中一種方法不能準確鑒定大理巖巖石，應將大理巖巖石野外觀察、巖石薄片鑒定和X射線粉晶衍射技術結合起來，才能準確確定大理巖巖石類型。

大理巖； 巖石薄片鑒定； X射線衍射法； 分類命名

我國云南大理縣是著名的大理巖產(chǎn)地，大理巖由此得名。大理巖是由石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖類經(jīng)變質后形成的，大理巖類碳酸鹽礦物含量占50%以上，可含各種鈣鎂硅酸鹽及鋁硅酸鹽礦物，一般為粒狀變晶結構、條帶狀構造或塊狀構造。大理巖命名方式為：顏色+特征構造+非碳酸鹽礦物+碳酸鹽礦物種類+大理巖，如綠灰色條帶狀金云透閃白云石大理巖[1]。較純的碳酸鹽原巖變質重結晶后形成的大理巖，主要有大理巖、白云石大理巖、菱鎂礦大理巖，可含微量白云母、斜長石、鉀長石、磁鐵礦和石墨等；含少量硅質的石灰?guī)r，變質后形成含石英的大理巖；含硅、鋁、鎂雜質的石灰?guī)r(即泥質灰?guī)r和泥質白云質灰?guī)r)，低級變質時可出現(xiàn)含蛇紋石、滑石、綠泥石、綠簾石等大理巖，變質程度稍高可出現(xiàn)含透閃石、鈣鋁榴石、方柱石、斜長石的大理巖，溫度更高可出現(xiàn)含透輝石、鎂橄欖石、金云母、尖晶石等大理巖[2]。

到目前為止，大理巖巖石定名主要以野外觀察和巖石薄片鑒定為主要技術手段，鑒定結果是否正確完全依賴分析人員長期巖石薄片鑒定積累的經(jīng)驗，主觀因素起到了很大作用，這給大理巖鑒定結果帶來了很大不確定性。有的地質工作者利用稀鹽酸浸蝕法、油浸法、差熱分析法、染色法鑒定碳酸鹽礦物種類，鑒定結果也不準確[3]。隨著X射線粉晶衍射技術的快速發(fā)展[4-7]，許多地質工作者將該項技術應用于巖石造巖礦物檢測領域[8]。國內外研究表明，X射線粉晶衍射技術不但能夠檢測出巖石中的結晶礦物組分，通過全譜擬合應用軟件還能半定量分析出巖石中不同礦物組分的相對含量[9-12]，為研究大理巖巖石礦物檢測方法提供了一個切實可靠的技術手段。本文利用X射線粉晶衍射技術對32件大理巖造巖礦物進行半定量分析，以期準確檢測出方解石、白云石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物種類及含量，從而解決以往大理巖巖石分類定名不準確的難題。

1 樣品采集與處理

課題組在遼寧省本溪、鳳城、岫巖、海城地區(qū)，江還山組、楊樹溝組、王家溝組、華子峪組、湯家溝組、高家峪組地層采集大理巖樣品共32件。其中，遼中南地區(qū)采集大理巖巖石樣品19件(樣品編號前為字母P)，遼東地區(qū)采集大理巖巖石樣品13件(樣品編號前為字母b)。并對32件大理巖巖石樣品進行巖石薄片磨制和全巖樣品粉碎加工[13]。

2 大理巖巖石薄片鑒定

大理巖巖石薄片鑒定在沈陽地質礦產(chǎn)研究所實驗測試中心完成。利用偏光顯微鏡鑒定巖石結構構造及礦物組分，并對大理巖樣品進行分類定名。鑒定中將顯微鏡下具高級白干涉色、閃突起、一軸晶負

光性和菱形解理的礦物定為碳酸鹽礦物(表1)[15]。巖石分類命名時將碳酸鹽礦物總量大于50%、具有粒狀變晶結構的巖石定為大理巖[14]，加稀鹽酸劇烈起泡者，定為方解石大理巖；不劇烈起泡者，定為白云石大理巖或菱鎂礦大理巖。

本次研究工作利用巖石薄片偏光顯微鏡檢測技術，對采集的大理巖巖石的結構構造、礦物顏色、形態(tài)、顆粒大小、含量及光學特征進行系統(tǒng)分析，綜合巖石薄片鑒定結果，將32件大理巖樣品劃分為15個類型(見表2)：方解石大理巖(7件，見顯微照片圖1a)、含石英方解石大理巖(2件)、云英質方解石大理巖(1件)、石英方解石大理巖(1件)、長英質方解石大理巖(1件)、硅砂泥質方解石大理巖(1件)、含云母石英白云石大理巖(2件)、石英綠泥白云石大理巖(1件)、含石英綠泥白云石大理巖(1件)、石英白云石大理巖(1件)、白云石大理巖(7件，見圖1b)、云英質白云石大理巖(3件)、含石英白云石大理巖(2件)、菱鎂礦大理巖(1件，見圖1c)和含云母白云石大理巖(1件，見圖1d)。

32件大理巖造巖礦物光學特征見表1。大理巖中，次要礦物石英、白云母、金屬礦物、黑云母、斜長石、綠泥石和黏土礦物是根據(jù)礦物鏡下光學特征而定；主要造巖礦物方解石、白云石和菱鎂礦，利用巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術很難區(qū)分，需結合標本與稀鹽酸反應程度才能進行初步判斷。若碳酸鹽類巖石加稀鹽酸劇烈起泡，可推測碳酸鹽礦物為方解石。若碳酸鹽類巖石加稀鹽酸不劇烈起泡，可推測碳酸鹽礦物為白云石或菱鎂礦(這次工作中菱鎂礦的定名主要是根據(jù)野外采樣收集的資料而定)。實際上，采用巖石薄片鑒定技術和與稀鹽酸反應觀測方法，這兩種測試手段結合分析碳酸鹽礦物種類會出現(xiàn)很多錯誤的結論。如果1件大理巖樣品中含有60%方解石、30%白云石和10%石英，利用巖石薄片鑒定技術和與稀鹽酸反應觀測方法只能把90%碳酸鹽礦物定為方解石，鑒定結果中顯示不出30%白云石的存在，顯然，與巖石的實際礦物組成不符?？梢?，大理巖巖石礦物鑒定及分類命名應該引進更有效的測試技術加以解決[16]。

表 1 大理巖主要造巖礦物基本光學特征

Table 1 The main optical characteristics of the rock-forming minerals for marble rocks

礦物特性方解石白云石菱鎂礦石英斜長石綠泥石黑云母白云母化學成分Ca[CO3]CaMg[CO3]Mg[CO3]SiO2CaAlSi3O8---晶系三方三方三方三方三斜單斜單斜單斜顏色無-白白-暗褐黃-灰白無色無色無-黃綠褐-淺黃無色形態(tài)柱、板片粒-塊狀粒-土狀粒狀柱狀鱗片葉片狀葉片狀解理三組完全三組完全三組完全無兩組完全一組完全一組極完全光性一軸(-)一軸(-)一軸(-)一軸(+)二軸晶(+)二軸晶(-)二軸晶(-)二軸晶(-)突起閃突起閃突起閃突起正低正-負低正低-中正中弱閃突干涉色高級白高級白高級白Ⅰ級黃白Ⅰ級灰Ⅰ級灰Ⅱ～Ⅳ級Ⅱ～Ⅳ級標志特征{0112}雙晶{0221}雙晶-波狀消光聚片雙晶異常干涉色平行消光鳥眼消光加稀鹽酸劇烈起泡不劇烈起泡粉末無泡不起泡不起泡不起泡不起泡不起泡

表 2 大理巖巖石薄片檢測定名及礦物組分特征

Table 2 The detected name and mineral characteristics of the marbles with microscopic identification

樣品編號巖石類型樣品件數(shù)礦物組分及含量(%)方解石石英斜長石黏土白云母金屬礦物b26、b27、b28、b31、b32、b45、P142方解石大理巖794～990～5--<10～3P139、P144條帶狀含石英大理巖290～942～5--2～41P96云英質大理巖17020--73P141石英方解石大理巖17520--41b43長英質大理巖1602018--2P140硅砂泥質大理巖16216-184-樣品編號巖石類型樣品件數(shù)菱鎂礦石英P77菱鎂礦大理巖1973樣品編號巖石類型樣品件數(shù)白云石石英白云母綠泥石P154、P155含云石英白云石大理巖270～7518～255～70～10P156石英綠泥白云石大理巖17515-10P197含石英綠泥白云石大理巖1905-5P196石英白云石大理巖18515--樣品編號巖石類型樣品件數(shù)白云石石英白云母金屬礦物綠泥石黑云母b33、b34、b35、b46、b47、P79、P80白云石大理巖794～980～30～30～40～30～3P95、P152、P153云英質白云石大理巖350～7015～3015～200～50～5-P94、P198含石英白云石大理巖290～955～70～20～1--b40含云母白云石大理巖1801104-5

注：P號樣品采集于遼中南地區(qū)，b號樣品采集于遼東地區(qū)。

圖 1 大理巖顯微照片F(xiàn)ig.1 The micrographs of marble samplesa—方解石大理巖；b—白云石大理巖；c—菱鎂礦大理巖；d—含云母白云石大理巖。

3 大理巖X射線粉晶衍射分析

3.1 儀器與工作條件

大理巖礦物成分X射線粉晶衍射分析工作由沈陽地質礦產(chǎn)研究所實驗測試中心完成。使用的儀器為Bruker-D8 X射線粉晶衍射儀(德國布魯克公司生產(chǎn))。儀器測量條件為：X射線管選用銅靶，管壓40 kV，管流40 mA，掃描范圍：2θ角為4°～65°(全譜)；檢測器為閃爍計數(shù)器，DS(發(fā)散狹縫)和SS(防散射狹縫)均為1.0 mm，RS(接收狹縫)為0.1 mm，步長為0.02°/步，掃描速度為0.5秒/步[17-18]。

3.2 樣品測試及解譯

將巖石薄片鑒定為大理巖的32件巖石，制成74 μm以下粉末樣品，在瑪瑙缽中研磨至15 μm左右，制成待測樣。在給定的測試條件下，用X射線粉晶衍射儀對樣品進行掃描，取得相應巖石的X射線衍射圖譜，利用EVA軟件進行礦物定性解譯和半定量分析[20-21]。大理巖造巖礦物X射線衍射圖譜基本特征[19]見表3，其X射線粉晶衍射圖譜解譯的礦物組成及含量見表4[22-23]。

表 3 大理巖主要造巖礦物X射線衍射圖譜基本特征

Table 3 The basic characteristics of X-ray diffraction pattern for main rock-forming minerals of marble

礦物大理巖造巖礦物X射線衍射圖譜8個強衍射峰d值及相對強度I值方解石I104556545d0．30300．24900．22800．21000．19050．18730．14170．1045白云石I104747745d0．28800．26700．21900．20130．18080．17850．13870．1112菱鎂礦I104847446d0．27400．25100．21000．19420．17020．14070．13550．1069石英I810876766d0．42900．33400．18190．15430．13830．13730．11820．1082斜長石I664410556d0．40300．37500．34900．33600．31900．31800．29300．2520鉀長石I675610659d0．42100．37700．34600．33300．32400．29950．25700．1795云母I1067510587d0．98900．49300．44300．34600．33100．29720．25480．1984滑石I1054104747d0．93800．47100．45300．31200．26100．24800．18730．1530綠泥石I108968655d0．70500．47600．35500．26600．24000．20200．16700．1550蒙脫石I107464447d1．4000．44500．30800．25500．24800．16900．16450．1492

注：d為礦物晶格間距(單位：nm)，I為晶面衍射相對強度。

3.3 大理巖綜合巖石分類定名

根據(jù)X射線粉晶衍射半定量礦物成分分析結果結合顯微鏡下巖石礦物結構構造特征，可將32件大理巖劃分為22個類型(見表4)：方解石大理巖(4件，見圖2)、含白云石方解石大理巖(1件)、含綠泥石方解石大理巖(1件)、白云石長英質方解石大理巖(1件)、白云石云母方解石大理巖(1件)、含云母白云石長英質方解石大理巖(1件)、含石英白云質方解石大理巖(1件，見圖3)、云英白云質方解石大理巖(2件)、鈣質粉砂巖(2件)、綠泥鈣質粉砂巖(2件)、白云石大理巖(1件，見圖4)、含云母白云石大理巖(2件)、含石英白云石大理巖(3件)、含滑石石英白云石大理巖(1件)、方解滑石云母白云石大理巖(2件)、云母長英質白云石大理巖(1件)、云英白云石大理巖(1件)、綠泥云英白云石大理巖(1件)、滑石白云石大理巖(1件)、滑石菱鎂礦大理巖(1件)、菱鎂礦大理巖(1件，見圖5)和含綠泥石滑石菱鎂礦大理巖(1件)。

表 4 大理巖X射線粉晶衍射分析礦物成分含量

Table 4 The mineral compositions of the marble by X-ray diffraction analysis

XRD+巖石薄片鑒定32件大理巖巖石分類樣品件數(shù)礦物組分含量(%)方解石白云石石英云母滑石鉀長石斜長石綠泥石蒙脫石大理巖490．6～97．90～2．70．7～4．10～0．9----1．3～4．2含白云石大理巖181．510．04．6-----4．0含綠泥石大理巖188．61．31．4-3．1--5．6-白云石長英大理巖151．812．011．82．9--17．71．32．5白云石云母大理巖170．411．04．610．9----3．1云母白云石長英大理巖153．412．415．09．4-5．42．0-2．5含石英白云質大理巖163．515．88．83．9-4．3--3．7云英白云質大理巖230．4～48．016．9～19．517．4～39．19．0～13．5-0～2．9--0～3．2鈣質粉砂巖29．0～37．36．8～16．422．5～38．610．8～16．1-16．3～20．62．0～3．5-綠泥鈣質粉砂巖2-25．1～35．427．4～28．412．7～21．8-8．6～15．90～1．45．8～17．5-白云石大理巖11．088．91．50．92．8-2．5-2．5含云母白云石大理巖20～1．182．9～92．3-5．8～10．9--1．8～1．9-0～3．5含石英白云石大理巖3-81．9～87．45．8～8．00～4．00～5．4-1．5～4．20～4．40～4．8含滑石石英白云石大理巖1-81．96．4-5．4-1．5-4．8方解滑云白云石大理巖26．5～9．664．3～70．7-8．9～14．27．6～9．5-1．3～1．91．8～3．6云母長英白云石大理巖1-59．816．27．9-16．2---云英白云石大理巖1-71．615．410．4--2．6--綠泥云英白云石大理巖1-64．114．010．8---11．1-滑石白云石大理巖14．978．0-3．211．0-1．4-1．5大理巖巖石分類樣品件數(shù)方解石白云石石英菱鎂礦滑石鉀長石斜長石綠泥石蒙脫石菱鎂礦大理巖10．70．51．090．63．4--3．8-滑石菱鎂礦大理巖10．70．31．281．516．4----綠泥滑石菱鎂礦大理巖10．80．60．885．86．7--5．4-

圖 2 方解石大理巖X射線衍射圖譜Fig.2 The X-ray diffraction pattern of the calcite marble

圖 3 含石英白云石方解石大理巖X射線衍射圖譜Fig.3 The X-ray diffraction pattern of the calcite marble including dolomite

圖 4 白云石大理巖X射線衍射圖譜Fig.4 The X-ray diffraction pattern of the dolomite marble

圖 5 菱鎂礦大理巖X射線衍射圖譜Fig.5 The X-ray diffraction pattern of the magnesite marble

4 大理巖巖石薄片鑒定和X射線粉晶衍射結果分析

4.1 兩種鑒定方法分析造巖礦物的檢出率

32件巖石樣品中，造巖礦物石英、方解石、云母、白云石、斜長石、菱鎂礦、綠泥石、蒙脫石、滑石和鉀長石用巖石薄片偏光顯微鏡鑒定法和X射線粉晶衍射檢測法的礦物檢出率明顯不同(見表5)。除了云母和石英，X射線粉晶衍射法礦物檢出率比巖石薄片偏光顯微鏡鑒定法礦物檢出率更高，二者檢出率差值最小為6.3%，最大為50.0%。大理巖造巖礦物X射線粉晶衍射技術與巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術檢測結果比對顯示：X射線粉晶衍射技術更能準確檢測出巖石中方解石、白云石、斜長石、菱鎂礦、綠泥石、蒙脫石、滑石、鉀長石等礦物組分，對于巖石薄片偏光顯微鏡鑒定法在32件巖石樣品中單一檢出的斜長石、菱鎂礦和綠泥石，以及零檢出的滑石和鉀長石礦物有更高的檢出率，這充分體現(xiàn)了巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術的局限性?？梢姡罄韼r巖石定名僅靠野外觀察和巖石薄片偏光顯微鏡鑒定是不準確的，必須利用X射線粉晶衍射技術加以驗證。

兩種鑒定方法的檢出礦物結果比對顯示：X射線粉晶衍射技術能準確鑒定出大理巖中白云石、方解石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物及含量，區(qū)分粉砂-細砂級石英、鉀長石、斜長石和云母、滑石、綠泥石、蒙脫石等層狀硅酸鹽礦物，這些都是巖石薄片鑒定很難做到的。

4.2 兩種鑒定方法的技術優(yōu)勢

巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術優(yōu)點在于能準確鑒定出巖石結構構造、造巖礦物顏色、形態(tài)、顆粒大小及主要礦物組分含量，可以判別巖石是屬于巖漿巖、沉積巖還是變質巖。其缺點在于很難區(qū)分方解石、白云石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物，以及細小的石英、鉀長石和斜長石、滑石和白云母等鱗片狀硅酸鹽礦物。

比較而言，X射線粉晶衍射半定量分析技術優(yōu)點在于能準確檢測出大理巖中方解石、白云石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物種類及相對含量，三種礦物X射線衍射主峰d值分別為0.303 nm、0.288 nm和0.274 nm，X射線衍射主峰差異明顯；而且，能夠有效鑒別粉砂級斜長石、鉀長石與石英三種礦物，三種礦物的X射線衍射主峰d值分別為0.319 nm、0.324 nm、0.334 nm；能夠區(qū)分蒙脫石、綠泥石、云母和滑石等層狀硅酸鹽礦物[24]，這四種硅酸鹽礦物的X射線衍射主峰d值分別為1.400 nm、0.705 nm、0.989 nm和0.938 nm。其缺點在于僅僅根據(jù)X射線粉晶衍射半定量分析方法測定的巖石礦物組分及含量，缺少巖石結構構造特征的情況下，不能判斷巖石是屬于巖漿巖、沉積巖還是變質巖。本次研究發(fā)現(xiàn)：僅根據(jù)巖石薄片鑒定或X射線粉晶衍射技術其中一種方法不可能準確鑒定出大理巖巖石名稱，只有把大理巖巖石野外觀察、巖石薄片鑒定和X射線粉晶衍射檢測技術緊密結合起來，才能準確鑒定出大理巖巖石的名稱。

表 5 大理巖X射線粉晶衍射與巖石薄片鑒定檢出礦物結果比對

Table 5 The identified minerals of marble detected by X-ray diffraction and rock microscopic identification

比對參數(shù)石英方解石云母白云石斜長石菱鎂礦綠泥石蒙脫石滑石鉀長石X射線衍射檢出數(shù)27222131163111796巖石薄片檢出數(shù)28132118115100二者檢出率差值-3．1%31．1%037．5%46．9%6．3%18．8%50．0%28．1%18．7%二者檢出符合數(shù)23131816115100二者檢出符合率85%59%86%52%6%33%45%6%00

4.3 大理巖巖石類型的確定

大理巖巖石薄片偏光顯微鏡檢測定名與XRD+巖石薄片偏光顯微鏡檢測定名結果比對顯示(表6)：b26、b28、b31、b33、b45、P94、P155、P198號8件樣品二者巖石定名相同；b27、b32、b34、b35、P77、P156、P196、P197號8件樣品二者巖石定名基本相同；b40、b46、b47、P139、P140、P142、P141、P144、P154號9件樣品二者巖石定名大類相同，詳細定名有明顯差異；b43、P79、P80、P95、P96、P152、P153號7件樣品二者巖石定名不同。由于層狀硅酸鹽礦物X射線粉晶衍射半定量分析結果可能比實際巖石中含量高(表2和表4)，在巖石鑒定時，須將X射線粉晶衍射檢測結果與巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術相結合，才能給出更加科學合理的造巖礦物組分及含量。經(jīng)巖石薄片偏光顯微鏡檢測定名和XRD+巖石薄片偏光顯微鏡檢測定名綜合比對后，這次研究最終把32件大理巖樣品劃分為22個巖石類型。

表 6 32件大理巖巖石薄片定名與XRD+巖石薄片定名對比

Table 6 Comparison of mineral names of 32 marbles with microscopic identification and X-ray diffraction+microscopic identification

樣品編號大理巖巖石分類巖石薄片鑒定XRD+巖石薄片鑒定樣品編號大理巖巖石分類巖石薄片鑒定XRD+巖石薄片鑒定b26大理巖大理巖P94含石英白云石大理巖含石英白云石大理巖b27大理巖含白云石大理巖P95云英質白云石大理巖鈣質粉砂巖b28大理巖大理巖P96云英質大理巖鈣質粉砂巖b31大理巖大理巖P139含石英大理巖含白云石云母大理巖b32大理巖含綠泥石大理巖P140硅砂泥質大理巖含云母白云石長英質大理巖b33白云石大理巖白云石大理巖P141石英大理巖云英白云石質大理巖b34白云石大理巖含云白云石大理巖P142大理巖含石英白云石質大理巖b35白云石大理巖含云白云石大理巖P144含石英大理巖云英白云石質大理巖b40含云母白云石大理巖方解滑云白云石大理巖P152云英質白云石大理巖綠泥鈣質粉砂巖b43長英質大理巖白云石長英質大理巖P153云英質白云石大理巖綠泥鈣質粉砂巖b45大理巖大理巖P154含云英白云石大理巖云母長英質白云石大理巖b46白云石大理巖滑石白云石大理巖P155含云英白云石大理巖云英白云石大理巖b47白云石大理巖方解滑云白云石大理巖P156石英綠泥白云石大理巖綠泥云英白云石大理巖P77菱鎂礦大理巖滑石菱鎂礦大理巖P196石英白云石大理巖含滑石石英白云石大理巖P79白云石大理巖菱鎂礦大理巖P197含石英綠泥白云石大理巖含石英白云石大理巖P80白云石大理巖綠泥滑石菱鎂礦大理巖P198含石英白云石大理巖含石英白云石大理巖

5 結語

以往大理巖巖石定名主要以野外觀察和巖石薄片偏光顯微鏡鑒定為主要技術手段。實際上，大理巖主要造巖礦物方解石、白云石和菱鎂礦，利用巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術很難區(qū)分，鑒定過程中往往需結合標本與稀鹽酸(鹽酸濃度為10%)反應程度才能進行初步判斷，一般認為加稀鹽酸劇烈起泡為方解石，加稀鹽酸不劇烈起泡為白云石；如果大理巖中同時含有方解石和白云石兩種碳酸鹽礦物，用巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術和加稀鹽酸法根本區(qū)分不開。本次研究發(fā)現(xiàn)，大理巖中細小的石英、鉀長石和斜長石、滑石和白云母等鱗片狀硅酸鹽礦物利用巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術也很難區(qū)分。本文利用X射線粉晶衍射半定量分析技術，準確檢測出大理巖中白云石、方解石和菱鎂礦等碳酸鹽礦物種類及相對含量，而且能鑒別出粉砂級斜長石、鉀長石與石英成分，區(qū)分蒙脫石、綠泥石、云母和滑石等層狀硅酸鹽礦物。

研究表明：巖石薄片偏光顯微鏡鑒定技術優(yōu)點在于能準確鑒定出巖石結構構造，劃分巖石所屬大類，而X射線粉晶衍射技術優(yōu)點在于能準確鑒定出巖石礦物組分。由此可見，將大理巖巖石野外觀察、巖石薄片偏光顯微鏡鑒定和X射線粉晶衍射技術相互結合起來，才能準確鑒定大理巖巖石的名稱，為大理巖原巖恢復和原巖沉積相的判斷提供更多的礦物學信息。

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The Application of X-ray Powder Diffraction to Marble Definition and Classification

CHIGuang-cheng,XIAOGang,WUYue,CHENYing-li,WANGHai-jiao,HUJian-fei

(Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources, Shenyang 110032, China)

Marble primarily consists of three types: calcite, dolomite and magnesite. Marble classification is based mainly on the structures and mineral compositions seen under the microscope. It is very difficult to determine calcite, dolomite and magnesite under the microscope because each type has the same crystal optical characteristics, such as flash protrusions, senior white interference color, uniaxial optical negative and rhomboid cleavage, which belong to the triclinic system. In order to identify the mineral types and the relative content of the carbonate in marble accurately, 32 marble samples were tested with microscope and X-ray Powder Diffraction using semi-quantitative analysis technology. The identification of thin section results showed that: Marble rock-forming minerals are calcite, dolomite, magnesite, quartz, plagioclase, muscovite, biotite, chlorite, clays minerals and metal ores. According to the characteristics of the rock structure and the mineral components, 32 marbles can be divided into calcite marble, felsic calcite marble, quartz chlorite dolomite marble, dolomite marble, mica-felsic dolomite marble, magnesite marble and other 15 types. The X-ray Powder Diffraction semi-quantitative analysis results showed that: the marble rock-forming minerals are calcite, dolomite, magnesite, quartz, plagioclase, K-feldspar, mica, chlorite, talc and montmorillonite. Comprehensive analysis showed: it’s difficult to distinguish calcite, dolomite and magnesite and other carbonate minerals, and tiny quartz, K-feldspar and plagioclase, muscovite and other scaly talc silicate minerals by thin section with microscope identification technology. X-ray Powder Diffraction semi-quantitative analysis technique can not only accurately detect the type and relative content of calcite, dolomite, magnesite, and other carbonate minerals (dvalues of dolomite, calcite and magnesite, the major X-ray Diffraction peak, were 0.303 nm, 0.288 nm and 0.274 nm), but also identify effectively the rock silt plagioclase, feldspar and quartz withdvalues of respectively 0.319 nm 0.324 nm and 0.334 nm; and identify montmorillonite, chlorite, mica, talc and other layered silicate minerals withdvalues of respectively 1.400 nm, 0.705 nm, 0.989 nm and 0.938 nm. The application of X-ray Powder Diffraction semi-quantitative analysis techniques is a breakthrough on marble mineral identification technology. According to comprehensive results of thin section under polarizing microscope identification and X-ray Powder Diffraction analysis, 32 marble samples are divided into 22 kinds of rock types eventually. The study showed that using microscope or X-ray Powder Diffraction identification technology separately is insufficient for accurately identifying marble rocks. Both techniques should be combined with field observation, to identify accurately the marble type.

marble; rock microscopic identification; X-ray Diffraction; classification and definition

2013-05-21；

2013-08-15； 接受日期： 2014-02-02

國土資源部公益科研專項——變質巖巖石礦物鑒定檢測技術方法研究(201011029-3)

遲廣成，高級工程師，從事巖礦測試工作。E-mail: chiguangcheng@126.com。

0254-5357(2014)05-0698-08

P588.313; P575.5

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