X射線粉晶衍射法結合運用于巖礦鑒定的薄弱部分
——隱晶質(zhì)巖石

何 麗，范 超，田 穎，張 悅，徐 翠，修 迪

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

1 巖礦鑒定法

巖礦鑒定是一種通過顯微鏡觀察巖石的結構、構造以及礦物成分依據(jù)，為地質(zhì)工作者提供有效資料的一種工作方法。在新的測試方法不斷發(fā)展的當代，偏光顯微鏡對透明礦物的研究，在地質(zhì)工作中依然發(fā)揮不可取代的重要作用[1]，巖礦鑒定法也是最直觀、最簡單、最實用的一種分析手段[2]，這種方法不僅快捷、經(jīng)濟、有效，為地質(zhì)工作縮時省費，而且根據(jù)顯微鏡下的組構特征可以揭示礦物間的共生、反應及演變等多種關系，從而為該區(qū)域地質(zhì)演化過程提供有效的證據(jù)。

1.1 巖礦鑒定法的優(yōu)點

一般我們能從巖礦薄片鑒定結果中為地質(zhì)工作者提供以下資料和依據(jù)：1)巖石定名，準確確定3大巖種屬及分類，為地質(zhì)工作者剖面及填圖提供依據(jù)；2)測定透明礦物的晶型、光性特征及粒度等特征，為研究巖石的成因、形成條件等提供依據(jù)，也為其他不同測試方法提供依據(jù)；3)提供蝕變、礦化信息，通過對巖石后期不同期次的交代、礦化作用，為地質(zhì)找礦提供信息；4)對沉積巖中可能存在的化石進行初步鑒定，為進一步化石鑒定及地層時代、古生態(tài)環(huán)境提供初步資料；5)對砂巖的粒度分析，為沉積環(huán)境提供依據(jù)，對巖石孔隙度的分析為找油氣等提供參考等[3]。

1.2 巖礦鑒定法的缺點

對于大多數(shù)巖石而言，運用巖礦鑒定法會為地質(zhì)工作者提供有效、及時、經(jīng)濟的運用結果，但是對于少部分巖石巖礦鑒定法也存在無法準確定性的問題：1)對于粒度細小的隱晶質(zhì)巖石，由于粒度細小經(jīng)肉眼無法準確確定礦物成分及含量，因此定名存在一定的誤差及準確性，例如各種類型的板巖，由于粒度細小無法準確判定長石、石英、粘土礦物等的種屬及含量，若無法準確定名，地質(zhì)工作者就無法準確恢復原巖；2)對于粒度粗大的巖石例如偉晶巖類，由于巖石組成礦物粒度一般>5 mm，顯微鏡下無法將巖石組成礦物、粒度大小完全觀察到，對于其準確定名多數(shù)只能結合標本及野外地質(zhì)情況考慮；3)對于含量極少的特征性礦物，由于切面、粒度細小等各方面原因無法測定光性特征，無法準確給巖石定名；4)對于大理巖的準確鑒定，大理巖主要有白云石大理巖、方解大理巖及菱鎂礦大理巖3種，碳酸鹽礦物白云石、方解石、菱鎂礦均屬于三方晶系，具相同的晶體光學特征，一般情況下借助茜素紅與其反應可以區(qū)別方解石、白云石，但是白云石及菱鎂礦無法準確確定種屬及其各自含量[4]。

2 X射線粉晶衍射法

X射線粉晶衍射分析亦是常規(guī)的巖礦測試方法之一[5]。礦物的X射線的物相分析包括定性分析和半定量分析。X射線定性相分析指的是用X射線衍射數(shù)據(jù)來對巖石樣品中存在的礦物成分進行鑒別，巖石大多數(shù)是由多種礦物組成，巖石學的研究必定得鑒定巖石的礦物成分，特別是含量少的礦物(含霓石堿性花崗巖中的少量霓石對巖石分類有重大意義)，因此物相定性分析使X射線粉晶衍射在礦物學中應用最為廣泛[6]。X射線物相半定量分析由于礦物表樣難以取得以及對樣品等要求高，相對于定性相分析應用較少，但是足以運用于地質(zhì)和巖礦等方面的需要。

2.1 X射線粉晶衍射技術的優(yōu)點

1)在造巖礦物研究中可以為橄欖樹、輝石、角閃石及石榴石、碳酸鹽等成分測定提供準確的測試數(shù)據(jù)，對巖石的成因、演化及成礦條件研究提供依據(jù)[5]；2)在粘土礦物成分鑒定廣泛應用，通過對粘土礦物的研究可應用于相應的成巖作用、盆地成熟度等領域；3)對礦物類質(zhì)同相及同質(zhì)多相的研究，對了解元素賦存狀態(tài)以及礦物的生成條件有重要意義。

3 結果與討論

3.1 分析儀器及測試條件

1)巖礦鑒定法

將巖石按照規(guī)范制成35 mm×25 mm，厚0.03 mm的薄片，用OLYMPUSBX53偏光顯微鏡通過光的特性對薄片進行單偏光、正交偏光下觀察，運用晶體光學、巖石學知識，確定巖石的礦物組成、結構構造、蝕變及變質(zhì)特征等。

2)X射線粉晶衍射

測試儀器PANalytical-EMPYREANSERIES2，將粒度<0.074 mm(200目)的樣品均勻混合，以均勻的力度壓入到厚度為0.2 mm的玻璃凹槽中，從而確保凹槽內(nèi)的樣品有足夠且均勻的面積和厚度，表明平整，然后按儀器工作條件進行測定。測試條件：X射線管為銅靶，電壓40 kV，電流40 mA，掃描范圍2θ為4(°)～45(°)，發(fā)散狹縫(DS)為1/2(°)和防散射狹縫(SS)為1(°)，接收光路防散射狹縫為8(°)，步進掃描，步長為0.013(°)，1 s掃描一次。然后采用中國石油勘探開發(fā)研究院林西生教授研發(fā)的全巖礦物XRD定量分析軟件Rockquan+2012版軟件進行數(shù)據(jù)處理，逐個對譜圖進行平滑、扣背底和分峰等處理。環(huán)境條件：X衍射儀的室溫要求在(25±2)℃，相對濕度要求為50%±2%。

3.2 兩個火成巖用巖礦鑒定法的結果

巖石1：手標本新鮮面呈灰紫色，具斑狀結構，塊狀構造。鏡下鑒定如下：巖石具斑狀結構(見圖1a)—基質(zhì)隱晶結構(見圖1b)，塊狀構造，由斑晶、基質(zhì)構成。斑晶由斜長石(35%)、角閃石(5%～10%)及黑云母(1%～5%)組成，粒度一般0.5～3 mm，少數(shù)0.2～0.5 mm。斜長石呈半自形板狀，雜亂分布，表面較干凈，部分粒內(nèi)聚片雙晶可見，根據(jù)⊥(010)晶帶最大消光角法測定其牌號An=41，為中長石；角閃石呈自形—半自形近菱形六邊形，不均勻分布，具暗化現(xiàn)象；黑云母呈片狀，零星分布，暗化明顯?；|(zhì)由長英質(zhì)(55%)組成。長英質(zhì)呈微晶狀，粒度<0.2 mm，局部見微晶板條狀斜長石(略顯定向零星分布)，雜亂分布。由于肉眼鑒定的局限性，基質(zhì)粒度細小，巖石可能為石英粗安巖或是石英安山巖。

巖石2：手標本新鮮面呈灰色，略發(fā)紫，具斑狀結構，塊狀構造。顯微鏡下觀察如下：巖石具斑狀結構(見圖1c)—基質(zhì)包含嵌晶結構(見圖1d)。斑晶由斜長石(40%)、黑云母(10%)及少量石英(1～5%)組成。斜長石呈半自形板狀，均勻分布，粒度0.2～2.8 mm不等，以>0.5 mm為主，環(huán)帶結構發(fā)育(見圖1c)，表面干凈，聚片雙晶不發(fā)育；黑云母呈片狀，具暗化現(xiàn)象，均勻分布，片徑一般0.1～0.3 mm，少數(shù)0.3～1.5 mm，多色性較明顯：Ng＇=褐色，Np＇=淺黃色；石英呈他形粒狀，零星分布，粒度一般0.5～2.5 mm，粒內(nèi)輕波狀消光?；|(zhì)由長英質(zhì)(45%～50%)組成，長石呈微晶板條狀、微粒狀嵌布在石英基底上構成包含嵌晶結構，雜亂分布。同樣由于基質(zhì)粒度細小無法準確確定長石種屬及其含量，該巖石可能為英安巖或流紋巖。

a 斑狀—基質(zhì)微晶結構(+)4×10；b 微晶結構(+)10×10；c 斑狀—基質(zhì)包含嵌晶結構、斜長石環(huán)帶結構(+)4×10；d 包含嵌晶結構

圖1巖石顯微照片

以上兩個巖石均由于基質(zhì)粒度細小而無法準確給巖石定名。

3.3 兩個火成巖用X射線粉晶衍射法的結果

根據(jù)以下圖譜(圖2)計算出巖石組成礦物成分的相對含量(見表1)。巖石1中長石的相對含量計算相對比值：鉀長石/斜長石=15%，其中鉀長石/長石總量=13%，石英在整個巖石中的相對含量高；巖石2中長石的相對含量計算相對比值：鉀長石/斜長石=22%，其中鉀長石/長石總量=18%，石英在整個巖石中的相對含量較低。

a 巖石1圖譜及分析；b 巖石2圖譜及分析圖2 巖石圖譜及分析

兩件樣品顯微鏡下定名與XRD與顯微鏡結合定名對比，見表2。

表1 X射線衍射全巖分析結果 %

表2 巖石定名對比

4 結 論

通過對以上兩種隱晶狀火成巖的巖礦薄片鑒定法及XRD與巖礦鑒定法相結合的巖石定名可以看出。

1)巖礦鑒定薄片法對于隱晶質(zhì)巖石的優(yōu)勢在于能夠確定巖石的結構和構造、組成礦物的顏色、形狀、顆粒大小等，并判斷巖石屬于3大巖中的哪一類(火成巖、沉積巖及變質(zhì)巖)。

2)XRD方法的優(yōu)勢在于XRD能更加準確地測出巖內(nèi)層狀硅酸鹽礦物及其含量與名稱，使巖石的定名更加準確。

因此，X射線粉晶衍射的半定量成分分析在火成巖、沉積巖、變質(zhì)巖3大巖中的隱晶質(zhì)巖石命名中起到了關鍵性作用，雖然半定量分析結果中礦物含量可能比實際巖石中含量高，因此需要具體結合巖石薄片顯微鏡下鑒定，從而給出更加科學合理的巖石名稱，這樣也可很好地提高地質(zhì)工作準確性。