將X粉晶衍射法、電子探針?lè)治雠c巖礦鑒定法應(yīng)用于礦物分析

何 麗，徐 翠，修 迪，王明明，田 穎

（河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，河北 廊坊 065000）

將X粉晶衍射法、電子探針?lè)治雠c巖礦鑒定法應(yīng)用于礦物分析

何 麗，徐 翠，修 迪，王明明，田 穎

（河北省區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所，河北 廊坊 065000）

巖礦鑒定在地質(zhì)調(diào)查及研究中具有不可代替的重要作用，隨著社會(huì)的發(fā)展，大型儀器例如X射線粉晶衍射儀、電子探針也廣泛運(yùn)用于巖石礦物的測(cè)試和分析，本文將通過(guò)分析巖礦鑒定法、X射線粉晶衍射法、電子探針?lè)治?種礦物鑒定方法的優(yōu)劣勢(shì)，為地質(zhì)工作者如何根據(jù)自己的研究需要合理正確運(yùn)用這3種鑒定方法提供參考，最終采取更為經(jīng)濟(jì)、有效的測(cè)試手段從而獲得更加精準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果。

巖礦鑒定；巖石礦物；X射線粉晶衍射；電子探針

巖石是天然產(chǎn)出的，具有一定結(jié)構(gòu)、構(gòu)造的礦物集合體（少數(shù)巖石可能為玻璃或膠體、生物遺骸組成）。礦物由各種元素組成，是自然產(chǎn)出的且內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）排列有序的均勻固體，其化學(xué)成分均可用化學(xué)式表達(dá)。由于化學(xué)成分與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同，不同礦物具有不同的性質(zhì)和特征，礦物形態(tài)、光學(xué)特征、力學(xué)性質(zhì)等都各不相同。通過(guò)對(duì)礦物的研究，可以延伸研究巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、分類、成因及演變，對(duì)于了解地殼、地幔以及其它星球的物質(zhì)組成、起源、發(fā)展等都有一定的指導(dǎo)意義。鑒定巖石礦物的方法包括巖礦鑒定法、X射線粉晶衍射法、電子探針?lè)治龅?，他們將從不同方面為地質(zhì)工作者提供重要信息。

1 巖礦鑒定法

巖礦鑒定又被稱為巖石礦物鑒定，是傳統(tǒng)的鑒定方法之一，是一直沿用至今且無(wú)法取代的一種鑒定方法。他是將巖石磨制呈薄片或者光片，通過(guò)偏、反光顯微鏡，測(cè)定礦物的晶形、大小、光性等光性特征，根據(jù)鏡下結(jié)構(gòu)構(gòu)造及結(jié)合手標(biāo)本特征，為巖石定名的鑒定手段。

對(duì)于當(dāng)前區(qū)調(diào)工作，巖石礦物光薄片鑒定是最快速、直觀、實(shí)用的分析鑒定手段，他既能顯示巖石的礦物組成成分，又能顯示礦物間的共生、反應(yīng)、演化等諸多關(guān)系，為巖石成因提供依據(jù)。根據(jù)巖石礦物組合及結(jié)構(gòu)構(gòu)造給巖石定名，為剖面填圖及測(cè)制提供依據(jù)；根據(jù)巖石礦物結(jié)構(gòu)構(gòu)造及礦物包裹關(guān)系等為礦物的形成環(huán)境、巖石形成成因及歷史等提供信息；根據(jù)蝕變礦化信息為地質(zhì)找礦提供證據(jù)；根據(jù)鏡下確定的化石生物特征為進(jìn)一步化石鑒定、古生態(tài)環(huán)境等提供依據(jù)；根據(jù)偏光鏡下的顯微構(gòu)造特征為研究巖石各類構(gòu)造提供微觀資料；根據(jù)巖石孔隙度的觀察和鑒定為找油氣資源提供資料。

但是，巖礦鑒定自身存在一定的局限性：巖礦鑒定結(jié)果因?yàn)殍b定人員的個(gè)體差異性在礦物含量及定名存在一定的差異；鑒定半晶質(zhì)、顯微隱晶質(zhì)礦物在巖石定名存在差異。如板巖、千枚巖中由于砂屑礦物粒度細(xì)小、碳酸鹽礦物光性特征相似等，鏡下完全準(zhǔn)確區(qū)分困難；對(duì)于部分礦物亞類，由于礦物鏡下晶形、軸性、顏色等極其相似不易區(qū)分，如一些長(zhǎng)石亞類、角閃石亞類、橄欖石亞類等；無(wú)法對(duì)礦物晶體進(jìn)行同質(zhì)多像及類質(zhì)同像分析；對(duì)于稀有礦物或新礦物的鑒定顯得力不從心等。

2 X射線粉晶衍射法

自1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)，利用X射線分辨物質(zhì)已經(jīng)為大家提供了大量的物質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的信息。X射線粉晶衍射分析也滲透到多個(gè)領(lǐng)域，尤其在巖石、礦物、礦床、石油、地球化學(xué)、古生物等學(xué)科得到了廣泛應(yīng)用。衍射儀由4個(gè)基本部分組成，即X射線發(fā)生器、輻射探測(cè)器、測(cè)角儀及輻射探測(cè)電路，是用X射線照射多晶體樣品并由輻射探測(cè)器記錄衍射信息的實(shí)驗(yàn)裝置。X射線衍射技術(shù)從發(fā)明后就被用于礦物及巖石的研究，對(duì)礦物的定性分析、定量分析應(yīng)用廣泛，其提供的數(shù)據(jù)對(duì)分析礦物成因、造巖作用及巖石礦物的研究都起著重要作用。礦物的X射線物相分析包括定性相分析及定量相分析。前者是用粉晶X射線衍射數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)巖石樣品內(nèi)組成的礦物進(jìn)行檢測(cè)，特別是對(duì)含量較少的礦物，得出該樣品內(nèi)礦物組成成分，因此該分析是X射線粉晶衍射在礦物巖石學(xué)研究上最主要的應(yīng)用方向，而且對(duì)于礦物晶體進(jìn)行同質(zhì)多像及類質(zhì)同像能夠進(jìn)行有效的分析；后者區(qū)別于化學(xué)分析方法在于：化學(xué)分析只能得出樣品中各種化學(xué)元素的含量，而X射線粉晶衍射定量相分析能夠得出各種礦物成分的相對(duì)含量，尤其對(duì)于含有相同元素組合、成分不同的樣品，使用該方法是一種更為有效的測(cè)試手段。X射線粉晶衍射做定量分析的基礎(chǔ)是：每種礦物都有其特征的衍射圖譜，并且衍射強(qiáng)度與其含量呈正比，每種礦物成分的衍射圖譜與其他礦物成分的存在無(wú)關(guān)，獲得最后的圖譜是樣品中各個(gè)礦物成分的衍射圖譜的組合，通過(guò)定量軟件分析便可得到各種礦物成分的含量。雖然我們選用的無(wú)標(biāo)樣相定量分析方法來(lái)解決地質(zhì)樣品的精度不高，但是足以滿足地質(zhì)研究的要求。另外，X射線衍射還比較實(shí)用于結(jié)晶顆粒粗大，成分較為純凈的礦物進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)待測(cè)礦物的特征峰精確確定礦物成分，并能叫準(zhǔn)確測(cè)出礦物內(nèi)部所含雜質(zhì)成分。

X射線粉晶衍射法存在的一些不足：對(duì)于含量極少的礦物，由于特征峰不明顯可能會(huì)被忽略而無(wú)法分析出來(lái)；盡管可以對(duì)巖石礦物進(jìn)行定性及定量分析，獲得組成巖石的礦物成分及相對(duì)含量，由于缺乏巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造，因此無(wú)法準(zhǔn)確給巖石定名。

3 電子探針?lè)治?/h2>

電子探針?lè)治鍪峭ㄟ^(guò)研究礦物的化學(xué)成分，根據(jù)礦物化學(xué)式來(lái)識(shí)別礦物的一種分析方法。它的基本原理是由電子槍發(fā)射出電子束，一般以10 ～ 30 kV的加速電壓給與很高的能量，而后通過(guò)電磁透鏡將其聚焦為直徑＜1 μm的微束作為激發(fā)源轟擊試樣待分析區(qū)，在試樣表面幾個(gè)立方微米范圍內(nèi)產(chǎn)生特征的X射線、連續(xù)X射線、背散射電子、二次電子、陰極發(fā)光、俄歇電子等，根據(jù)莫塞萊定律，測(cè)定試樣特征X射線的波長(zhǎng)及強(qiáng)度，即可確定試樣中含有的元素種類、含量，對(duì)礦物做定性分析、定量分析，根據(jù)電子束照射樣品的位置還包括點(diǎn)分析、線分析、面分析。電子探針?lè)治鲆部煞譃槟茏V分析、波譜分析兩部分，由于能譜分析具有對(duì)樣品損傷小、速度快、結(jié)果直觀、操作方便等特點(diǎn)，但其分辨率相對(duì)于波譜差，測(cè)試的準(zhǔn)確性也較差，因此能譜主要用于對(duì)礦物做定性、半定量分析；波譜分析相對(duì)于能譜分析其分辨率高，雖然速度較慢，但測(cè)試準(zhǔn)確度高，可以對(duì)樣品做定性及定量分析。

在巖石礦物的鑒定方面，電子探針一邊觀察一邊分析并準(zhǔn)確的測(cè)定出微米級(jí)顆粒的化學(xué)成分，計(jì)算出礦物的化學(xué)式，在不破壞樣品的條件下，區(qū)分特征相似的礦物或者細(xì)小的難以解離的礦物，所以電子探針?lè)治龆啾挥糜诔Ｒ?jiàn)礦物鑒定，也用于鑒別許多難以分辨的礦物。此外，電子探針?lè)治鰧?duì)于新礦物的發(fā)現(xiàn)、系列礦物的分析研究等均發(fā)揮了重要作用。

電子探針?lè)治龃嬖诘囊恍┎蛔悖簩?duì)于分子式相同的礦物無(wú)法準(zhǔn)確確定礦物成分，如藍(lán)晶石（Al2［SiO4］O，三斜晶系），紅柱石（AlAl［SiO4］O，斜方晶系）等，要通過(guò)巖礦鑒定或X射線粉晶衍射進(jìn)行確定；對(duì)于隱晶質(zhì)等粒度細(xì)小的礦物，由于空間分辨率的影響電子探針還不能準(zhǔn)確測(cè)定；另外，電子探針?lè)治鰧?duì)于K、Na等元素的計(jì)數(shù)率穩(wěn)定性差，使得其在測(cè)定造巖礦物時(shí)，分析誤差很大。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)于大多數(shù)區(qū)調(diào)地質(zhì)工作者而言，利用巖石巖礦鑒定法可以獲得巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、礦物形態(tài)、顏色、顆粒大小及主要礦物含量，可以判定巖石是屬于沉積巖、巖漿巖還是變質(zhì)巖等基礎(chǔ)地質(zhì)信息。若要將巖石進(jìn)行更為準(zhǔn)確的巖石定名及對(duì)礦物進(jìn)行深入研究，那么必須結(jié)合X射線粉晶衍射法和電子探針?lè)治觯?/p>

從而獲得更為精確、有用的信息。

［1］ 張潔，李林慶.巖礦鑒定實(shí)用手冊(cè)［M］.北京：地質(zhì)出版社.2016.1-69.

［2］ 于吉順，累欣榮.礦物X射線粉晶鑒定手冊(cè)（圖譜）［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2011.

［3］ 周劍雄，毛水.電子探針?lè)治觯跰］.北京：地質(zhì)出版社，1988.

［4］ 毛水和.電子探針?lè)治黾夹g(shù)的新進(jìn)展及其應(yīng)用［J］.巖礦測(cè)試，1992，（1-2）.101-108.

［5］ 時(shí)偉.X射線單晶衍射與粉晶衍射在礦物分析中的對(duì)比［J］，現(xiàn)代礦業(yè)，2015（9）：257-258.

Discuss How to App ly the X-ray Powder Diffraction， the Electron M icroprobe Analysis and the Rock Ore Appraisal to the Rock and M ineral Analysis Reasonably

HE Li，XU Cui，XIU Di，WANG M ingm ing，TIAN Ying
（Hebei Institute of Geology and Mineral Resources Survey area，LangFang，HeBei 065000，China）

The rock ore appraisal plays an irreplaceable role in the geological survey and study. With the development of society，large-scale equipment，like X-ray powder diffraction， electronic probe also w idely used in the test and analysis of the rock m ineral. In this paper， from the aspect of the analysis of the advantages and disadvantages of three mineral appraisal method， including the rock oreappraisal ， X-ray powder diffraction method and the electronic probe analysis method，the geological workers w ill learn how to apply reasonablely three identif cation methods to obtain more accurate testing results by the fnal more effective and econom ic means according to their own research need.

M ineral identif cation；Rocks and m inerals；X-ray powder diffraction； Electron probe

TG115.22+1

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.03.044

2016-08-12

何麗（1984-），女，四川遂寧人，工程師，研究方向：巖礦測(cè)試，手機(jī)：13303165270，E-mail：hlykll1984@163.com.