電子探針波譜法在輝石種屬鑒定中的應(yīng)用

殷曉

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110032

電子探針波譜法在輝石種屬鑒定中的應(yīng)用

殷曉

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心（沈陽(yáng)地質(zhì)礦產(chǎn)研究所），遼寧沈陽(yáng)110032

變質(zhì)巖中輝石顯微鏡下以高正突起、輝石式解理和干涉色為主要鑒定特征.輝石族礦物有斜方輝石和單斜輝石2個(gè)亞族，其中斜方輝石亞族有7種輝石類(lèi)型，單斜輝石亞族有12種輝石類(lèi)型．為了驗(yàn)證巖石薄片鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性，往往是利用X射線粉晶衍射技術(shù)進(jìn)行比對(duì)分析.巖石中有幾種輝石及輝石類(lèi)型，X射線粉晶衍射方法則無(wú)法區(qū)分.本次研究是利用電子探針波譜技術(shù)對(duì)礦物主量元素進(jìn)行分析，通過(guò)所測(cè)樣品微區(qū)化學(xué)成分含量推測(cè)礦物名稱(chēng)．25件樣品微區(qū)化學(xué)成分分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示：MgO為8．36%～17．34%，F(xiàn)eO為27．57%～39．77%，SiO2為47．94%～52．70%；次要成分含量：Cr2O3為0．01%～6．28%，Na2O為0．00%～0．19%，Al2O3為0．43%～3．11%，CaO為0．38%～1．94%，MnO2為0．09%～0．79%；總量為99．64%～100．00%.化學(xué)成分與紫蘇輝石組分相當(dāng)，可以確定所測(cè)樣品為紫蘇輝石.

變質(zhì)巖；輝石；化學(xué)成分；電子探針波譜分析

0 前言

變質(zhì)巖中不同的礦物元素組成和含量不同，只要我們測(cè)試出該礦物主量元素的含量，就可以推測(cè)出所測(cè)礦物的名稱(chēng)［1］.電子探針波譜定量分析常用于巖石中礦物微區(qū)化學(xué)成分分析、礦床儲(chǔ)量計(jì)算和有益或有害元素綜合利用評(píng)價(jià)分析.本次研究是利用電子探針波譜技術(shù)對(duì)礦物微區(qū)化學(xué)成分進(jìn)行分析，探討電子探針波譜技術(shù)分析常見(jiàn)礦物化學(xué)成分的準(zhǔn)確性，并根據(jù)微區(qū)化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)推斷所測(cè)礦物的種屬［2］，驗(yàn)證巖石薄片鑒定或X射線粉晶衍射分析變質(zhì)巖中礦物成分的結(jié)論［3-5］.

1 儀器條件及樣品制備

1．1 儀器及工作條件

測(cè)試工作由課題組人員在成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成，使用儀器：日本電子公司生產(chǎn)的電子探針，型號(hào)：JAX－8100.實(shí)驗(yàn)條件為室溫：23℃；濕度：40%；加速電壓：15 kV；工作電流：1×10－8A；工作距離：11 mm；束斑直徑：1 μm［6-7］.

1．2 試樣制備

將25件變質(zhì)巖樣品磨制成巖片，試樣表面要光滑平整，應(yīng)能比較容易找到直徑大于100 μm的無(wú)擦痕和麻坑的鏡面區(qū)域，切忌防止各種污染.試樣的鍍膜厚度要足以保證電子束束流的穩(wěn)定，并采取一定措施，保證與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的碳膜等厚度.用于圖像觀察的試樣制備，切忌人為破壞，以保證能觀察到試樣的真實(shí)自然狀態(tài)［8］.

2 測(cè)試方法

2．1 定性分析要求

用電子探針波譜儀對(duì)待測(cè)試樣進(jìn)行定性分析，以確定待測(cè)試樣中的元素組成，選擇相應(yīng)的測(cè)量譜線和標(biāo)樣.作定性成分掃描檢查：用波譜儀的X射線圖像或各種電子圖像對(duì)待測(cè)試樣進(jìn)行定性成分檢查，以確定試樣的待測(cè)部位附近有無(wú)其他礦物的干擾，進(jìn)一步選擇待測(cè)部位，主元素分析應(yīng)正確無(wú)誤，微量元素和痕量元素需經(jīng)仔細(xì)核查后，方可提交結(jié)果［9］.

2．2 定量分析要求

（1）選用國(guó)際或國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為測(cè)量對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)樣品，其標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是：含有定量分析程序欲測(cè)定的所有元素，其組分應(yīng)盡可能與待分析的試樣接近.根據(jù)定性分析結(jié)果，依次測(cè)量標(biāo)樣和試樣中元素的特征X射線強(qiáng)度和背景強(qiáng)度，建立定量分析表.必須至少分析一個(gè)成分與即將進(jìn)行的分析試樣相近的標(biāo)樣進(jìn)行分析前檢查.如結(jié)果超差，應(yīng)檢查儀器、測(cè)量條件，或重新測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)樣品［10］.

（2）在實(shí)際分析過(guò)程中，常出現(xiàn)分析結(jié)果不符合GB－T15617－2002標(biāo)準(zhǔn)［11］規(guī)定的允許誤差，應(yīng)立即檢查原因.包括樣品本身組成、樣品磨光度、表面污染、導(dǎo)電性、儀器狀態(tài)偏差、所選擇條件等，直到結(jié)果不超差為止.每次分析測(cè)試之前應(yīng)對(duì)儀器穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)某一標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的一組或幾組X射線測(cè)量值的統(tǒng)計(jì)分析，判斷儀器是否正常后，方可進(jìn)行各項(xiàng)分析測(cè)試［12］.

（3）選擇適當(dāng)?shù)男拚椒ㄓ糜?jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)修正計(jì)算，對(duì)變價(jià)元素通常選用低價(jià)，如鐵、錳常用二價(jià).在有干擾元素的情況下應(yīng)作干擾校正，先準(zhǔn)確測(cè)定干擾系數(shù)，用干擾元素的強(qiáng)度，乘以該元素的干擾系數(shù)得到每個(gè)干擾元素的干擾量，然后計(jì)算出諸干擾元素對(duì)某一元素的總干擾量.

（4）總量分析誤差應(yīng)小于±2%.硅酸鹽礦物通常具有嚴(yán)格的化學(xué)計(jì)量化，應(yīng)檢查硅酸鹽礦物的成分與理論分子式是否相符，其原子比誤差應(yīng)小于5%.每個(gè)給出定量值的元素，其定量值不得小于絕對(duì)誤差，小于絕對(duì)誤差的定量值只能作為參考值，這些值實(shí)際上已小于當(dāng)時(shí)測(cè)量條件的探測(cè)極限［13］.

（5）對(duì)批量試樣分析，應(yīng)在開(kāi)始和結(jié)束時(shí)選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或監(jiān)控樣，以監(jiān)控分析質(zhì)量，達(dá)不到質(zhì)量要求時(shí)，應(yīng)重新調(diào)整儀器.電子探針?lè)治鼋Y(jié)果一般應(yīng)精確到小數(shù)點(diǎn)后第二位，多于小數(shù)點(diǎn)后第二位時(shí)，應(yīng)同時(shí)報(bào)出不確定度，或簡(jiǎn)要說(shuō)明所使用的分析方法.

（6）定量分析的總和為98%～102%.含量為5%以上的主元素，允許重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差不大于5%，1%～5%的元素允許重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差不大于10%，1%以下的元素，允許重復(fù)測(cè)試相對(duì)偏差不大于20%［14］.

3 測(cè)試結(jié)果及質(zhì)量評(píng)述

3．1 測(cè)試結(jié)果

本次研究課題組利用電子探針波譜儀對(duì)變質(zhì)巖中石榴石作了微區(qū)化學(xué)成分定量分析，共測(cè)試25點(diǎn)，電子探針波譜分析成分共8項(xiàng)：Na2O、CaO、MgO、FeO、Al2O3、SiO2、Cr2O3、MnO2.

25點(diǎn)輝石樣品分析結(jié)果顯示（見(jiàn)表1），樣品主要化學(xué)成分含量：MgO為8．36%～17．34%，F(xiàn)eO 27．57%～39．77%，SiO247．94%～52．70%；次要化學(xué)成分含量：Cr2O3為0．01%～6．28%，Na2O 0．00～0．19%，Al2O30．43%～3．11%，CaO 0．38%～1．94%，MnO20．09%～0．79%.化學(xué)成分定量分析的總和為99．64%～100．00%，基本符合GB/T15617－2002標(biāo)準(zhǔn)要求［11］.

表1 變質(zhì)巖中輝石電子探針波譜分析統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics of electron probe spectrum analysis for pyroxene in metamorphic rock

3．2 比對(duì)實(shí)驗(yàn)

課題組在電子探針波譜礦物成分分析樣品中選出了6件輝石樣品到南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所作比對(duì)實(shí)驗(yàn)（比對(duì)結(jié)果見(jiàn)表2），以探討電子探針波譜法檢測(cè)礦物化學(xué)成分的準(zhǔn)確性.

南京地質(zhì)礦產(chǎn)研究所與成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所檢測(cè)輝石化學(xué)成分比對(duì)結(jié)果顯示：Na2O平均值為0．02%～0．46%，相對(duì)偏差為16．67%～65．71%；MgO平均值為10．83%～14．21%，相對(duì)偏差為2．68%～7．97%；Al2O3平均值為0．47%～2．57%，相對(duì)偏差為8．73%～21．01%；SiO2平均值為47．79%～50．17%，相對(duì)偏差為0．10%～1．79%；CaO平均值為0．43%～1．85%，相對(duì)偏差為4．85%～45．45%；Cr2O3平均值為0．02%～6．27%，相對(duì)偏差為0．16%～64．98%；MnO2平均值為0．11%～0．69%，相對(duì)偏差為 1．44%～44．03%；FeO平均值為 28．76%～37．50%，相對(duì)偏差為0．08%～2．38%；輝石微區(qū)化學(xué)成分兩家委托單位電子探針波譜分析結(jié)果基本一致.

3．3 結(jié)果分析

輝石族礦物化學(xué)通式為XY［Si2O6］，其中X（M2位）為Mg、Fe2＋、Na、Mn和Ca等陽(yáng)離子，Y（M1位）為Mg、Fe2＋、Mn、Al、Fe3＋等陽(yáng)離子.

工作區(qū)變質(zhì)巖中輝石族礦物化學(xué)式中的X（M2位）主要由Mg離子占位，有極少量Na、Mn和Ca離子.Y（M1位）主要由Fe離子占位，有極少量Cr和Al離子.根據(jù)XY離子占位情況，推測(cè)所測(cè)樣品為紫蘇輝石［15］.工作區(qū)紫蘇輝石成分特點(diǎn)是Al離子普遍存在，25件測(cè)試樣品中有19件樣品Al含量在1%以上，有5件樣品Cr含量達(dá)1%以上，其中2件樣品Cr含量達(dá)5%以上.

4 結(jié)論

本次試驗(yàn)選擇6件輝石單礦物做比對(duì)試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示：含量為40%～50%以上的氧化物成分，比對(duì)測(cè)試相對(duì)偏差小于1．79%；含量為20%～40%的氧化物成分，比對(duì)測(cè)試相對(duì)偏差小于2．38%；含量為10%～20%的氧化物成分，比對(duì)測(cè)試相對(duì)偏差小于7．97%；含量為5%～10%的氧化物成分，比對(duì)測(cè)試相對(duì)偏差小于3．12%；1%～5%的氧化物成分，比對(duì)測(cè)試相對(duì)偏差小于21．01%；1%以下的氧化物成分，比對(duì)測(cè)試相對(duì)偏差小于65．71%.兩家委托單位電子探針波譜分析樣品化學(xué)成分結(jié)果基本一致.

表2 電子探針波譜分析結(jié)果比對(duì)Table 2 Comparison for electron probe spectrum analysis results

25件礦物樣品電子探針波譜分析結(jié)果顯示，樣品中主要化學(xué)成分含量：MgO為8．36%～17．34%，F(xiàn)eO為27．57%～39．77%，SiO2為47．94%～52．70%.樣品主要化學(xué)成分與紫蘇輝石組分相當(dāng)，推斷所測(cè)樣品為紫蘇輝石.實(shí)驗(yàn)證明電子探針波譜分析技術(shù)是鑒定輝石種類(lèi)行之有效的手段.

［1］賀同興，盧良兆，李樹(shù)勛，等．變質(zhì)巖巖石學(xué)［M］．北京：地質(zhì)出版社，1980：1－251．

［2］潘兆櫓．結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)［M］．北京：地質(zhì)出版社，1985：1－246．

［3］遲廣成，王娜，吳桐．X射線粉晶衍射儀鑒別雞血石［J］．巖礦測(cè)試，2010，29（1）：82－84．

［4］遲廣成，宋麗華，王娜，等．X射線粉晶衍射儀在山東蒙陰金伯利巖蝕變礦物鑒定中的應(yīng)用［J］．巖礦測(cè)試，2010，29（4）：475－477．

［5］遲廣成，肖剛，陳英麗，等．X射線粉晶衍射儀在千枚巖鑒定與分類(lèi)中的應(yīng)用［J］．地質(zhì)與資源，2013，22（5）：409－414．

［6］GB/T4930，電子探針?lè)治鰳?biāo)準(zhǔn)樣品通用技術(shù)條件［S］．

［7］葉大年，從柏林．巖礦實(shí)驗(yàn)室工作方法［M］．北京：科學(xué)出版社，1981：30－359．

［8］GB/T17366－1998，礦物巖石的電子探針?lè)治鲈嚇拥闹苽浞椒ǎ跾］．

［9］GB/T15074，電子探針定量分析方法通則［S］．

［10］GB/T17359－1998，電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則［S］．

［11］GB/T15617－2002，硅酸鹽礦物的電子探針定量分析方法［S］．

［12］郭立鶴．現(xiàn)代礦物學(xué)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)方法與地學(xué)應(yīng)用［M］．北京：地質(zhì)出版社，1986：1－19．

［13］GB/T14506．1－28－2010，硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法［S］．

［14］GB/T14505－2010，巖石和礦石化學(xué)分析方法總則和一般規(guī)定［S］．

［15］王璞，潘兆魯，翁玲寶．系統(tǒng)礦物學(xué)（上冊(cè)）［M］．北京：地質(zhì)出版社，1982：160－188．

APPLICATION OF ELECTRON PROBE SPECTRUM METHOD IN THE SPECIES IDENTIFICATION OF PYROXENE

YIN Xiao

Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources，CGS，Shenyang 110032，China

The main identification marks of pyroxene in metamorphic rocks under microscope are high positive relief，pyroxene-type cleavage and interference color．The mineral family of pyroxene is consisted of two subfamilies：orthopyroxene and clinopyroxene．The orthopyroxene subfamily includes 7 species of pyroxene；while the clinopyroxene，12 species．In order to verify the accuracy of rock thin section identification results，X-ray powder diffraction technique is usually used for comparative analysis．There are several kinds of pyroxene and pyroxene species in rocks，which cannot be distinguished by the X-ray powder diffraction method．This study adopts electronic probe spectrum technique to analyze the major elements of mineral and speculate the mineral name with microanalysis of chemical composition of samples．Statistics of microanalysis for 25 samples show the chemical composition of the mineral：8．36%~17．34%of MgO，27．57%~39．77%of FeO and 47．94%~52．70%of SiO2，with minor Cr2O3（0．01%~6．28%），Na2O（0．00%~0．19%），Al2O3（0．43%~3．11%），CaO（0．38%~1．94%）and MnO2（0．09%~0．79%）．The chemical composition of tested samples corresponds to that of hypersthene，thus it can be determined as hypersthene．

metamorphic rock；pyroxene；chemical composition；electronic probe spectrum analysis

2016－03－14；

2016－03－20．編輯：李蘭英．

國(guó)土資源部項(xiàng)目“變質(zhì)巖巖石礦物鑒定檢測(cè)技術(shù)方法研究”（編號(hào)201011029－3）．

殷曉（1960—），男，高級(jí)工程師，從事巖礦測(cè)試工作，通信地址遼寧省沈陽(yáng)市皇姑區(qū)北陵大街26甲3號(hào)，E-mail//1733547781＠qq．com