X射线粉晶衍射法在岩矿鉴定中的应用

林瑶+路峰+李芬香+秦冲+田江涛+吴艳秋

【摘 要】本文采用XRD和显微镜下观测相结合的方法，结合笔者实际工作中遇到的问题，对所选实验样品进行综合鉴定，并采用X射线荧光光谱仪（XRF）对鉴定结果进行验证，进一步证明了XRD辅助镜下鉴定的准确可靠性。

【关键词】岩矿鉴定；X射线粉晶衍射；粗面岩；应用

0 引言

岩石矿物定名通常采用显微镜镜下判定，利用偏振光透过不同矿物时，在单偏光、正交偏光或锥光系统下呈现的不同光性特征来鉴定矿物，再依据组成岩石的矿物含量、结构构造等特征确定岩石名称。此方法快捷易操作，但对颗粒细小的矿物却很难鉴定。此时则需要采取更现代化的检测方法，如X射线粉晶衍射（XRD）检测技术可以快速鉴定出矿物种类和含量，据此可对岩石做出准确的定名。此次实验样品中颗粒细小的长石难以在镜下区分种属，从而给确定岩石名称带来难度，利用X射线衍射（XRD）对矿物的实际衍射图谱进行拟合，可以准确地确定所测样品中含量多但颗粒细小的矿物成分和含量，弥补显微镜下鉴定的不足。

1 实验部分

1.1 偏光显微镜鉴定

将所选实验岩石样品磨制成厚度约为0.03mm的薄片（所用树胶为加拿大树胶，折射率为1.54），使用OLYMPUS-BX51偏反两用偏光显微镜观察组成岩石的矿物在偏光显微镜下的光学性质，确定岩石的结构和矿物成分，其中对于不易鉴定的矿物采用XRD来确定。

1.2 X射线粉晶衍射分析

将所选实验样品研磨成粉末至200目，使用背压制样法，将研磨好的样品装入铝制样品架内，再将铝制样品架放入Smart Lab（9KW）高分辨X射线衍射仪（日本理学公司）样品台的插槽内，在设定条件下，采集测试样品的X射线粉晶衍射图谱。使用PDXL2全自动分析软件，来判断岩石的主要物相组成。实验条件为：Cu-Kα转靶，辐射λ=1.5418，工作电压40kV，工作电流200mA，采样步宽0.02°。扫描速度7.0°/min.。IS（入射狭缝）=0.5°，RS1（接收狭缝）=0.5°，RS2（接收狭缝）=0.3mm，扫描范围为3～70°。

1.3 化学成分分析

实验样品的化学组分通过X射线荧光光谱仪（XRF）方法进行测试分析。

2 实验结果与讨论

2.1 偏光显微镜鉴定结果

2.1.1 样品01鉴定结果

岩石呈褐灰色，杏仁状构造，斑状结构，基质为显微晶质结构（图1）。

1）斑晶：由钾长石4%和斜长石1%组成，其中钾长石呈无色半自形～它形板条状，粒度在0.25×0.1mm～1.5×1.2mm间不等，干净透明，负低突起，可见港湾状熔蚀边缘和熔蚀麻点；斜长石呈无色半自形～它形板条状，粒度约0.4×0.2mm～0.6×0.4mm间不等，正低突起。

2）基质：由长石72%、长英质隐晶质7%、石英4%及不透明矿物2%组成，其中长石粒度约0.025×0.02mm～0.05×0.02mm间不等，可见负低突起的钾长石和正低突起的斜长石，彼此间紧密镶嵌，难以区分各自含量；长英质隐晶质无固定形态；不透明矿物粒度约0.025～0.1mm间不等；石英无色透明，粒度在0.05～0.1mm间不等；此外，岩石可见杏仁体10%，其形状不规则，大小在1～6mm间不等，由细粒石英和玉髓组成（图2）。

2.1.2 样品02鉴定结果

岩石呈土灰色，块状构造，斑状结构，基质具显微晶质结构（图3）。

1）斑晶：由钾长石2%和微量斜长石组成，钾长石粒度在0.6×0.5mm～5×0.6mm间不等，负低突起，部分发育卡式双晶，可见明显港湾状熔蚀边；斜长石呈半自形～它形板条状，正低突起，粒度在0.5×0.4mm～1.2×0.5mm间不等，可见熔蚀现象。

2）基质：由长石82%、长英质隐晶质6%、不透明矿物5%、石英2%及玻璃质2%组成，其中长石粒度在0.03×0.01mm～0.05×0.02mm间不等，可见负低突起的钾长石和正低突起的斜长石，彼此间紧密镶嵌难以估算各自含量；长英质隐晶质无固定形态；不透明矿物粒度在0.01～0.025mm间不等；石英干净透明，粒度约0.1～0.75mm；玻璃质形态不规则，多已脱玻化，正交镜下显光性。

从岩石的结构构造和已确定的矿物含量，已能将实验样品划分为钙碱性中性火山熔岩中的粗安岩或粗面岩，若准确定名，其关键信息在于长石的种属和其含量。显微镜下观察后，已确定岩石中既有斜长石也有钾长石，由于基质中长石矿物颗粒细小，不易从显微镜下准确进行长石定量。因此也难以确定其为粗安岩或是粗面岩。此时，借助现代化的检测仪器设备是非常有必要的。

2.2 X射线粉晶衍射分析结果

2.2.1 矿物组成分析

1）样品01号衍射结果

从图4谱图可看出：主要物相为透长石（d=0.377nm，d=0.330nm，d=0.322nm）、钠长石（d=0.407nm，d=0.323nm，d=0.320nm）、石英（d=0.425nm，d=0.334nm，d=0.181nm）。与显微镜下观测结果进行比较，薄片鉴定中占岩石主要含量的基质部分的长石经过XRD分析可进一步确定为透长石，因此再根据岩石构造可确定岩石为杏仁粗面岩。考虑到原岩含量较少的矿物在含量较高的矿物影响下可能会检测不出，因此与镜下鉴定存在一定误差，但主要矿物成分可以相互对应。

2）样品02衍射结果

从图5谱图可以看出：主要物相为透长石（d=0.377nm，d=0.330nm，d=0.298nm）、歪长石（d=0.410nm，d=0.324nm，d=0.320nm）、石英（d=0.427nm，d=0.335nm，d=0.182nm）。与显微镜下观测结果进行比较，薄片鉴定中基质部分的长石经过XRD分析应该为透长石和歪长石，因此可以确定岩石为粗面岩。

2.2.2 矿物定量分析

利用PDXL2全自动拟合分析软件的RIR定量法对两件实验样品进行定量分析，得出样品01为：透长石（74%）、石英（14%）、钠长石（12%）；样品02为：透长石（64%）、歪长石（30%）、石英（6%），与镜下鉴定结果基本一致。

2.3 化学成分分析结果

为了验证镜下鉴定和X射线粉晶衍射鉴定结果的准确性，利用X射线荧光光谱对实验样品进行了更深一步的化学成分分析工作，结果为：样品01的主要主量元素含量为SiO2：63.08%，K2O：5.01%，Na2O：3.78%，CaO：1.34%；样品02的主要主量元素含量为SiO2：60.75%，K2O：5.25%，Na2O：4.30%，CaO：2.01%。根据TAS图解（图6）显示，样品01和样品02均为粗面岩，验证了X射线粉晶衍射结果与镜下鉴定结合定名的准确性。

3 结语

本文对实验样品进行了显微镜镜下鉴定和XRD、XRF分析。显微镜下鉴定的优势在于能够准确地鉴定出岩石结构和主要矿物的组成和含量，但对于基质中的小颗粒长石，难以获取更多的光学特征，因此难以确定长石种属造成无法确定岩石名称，此时传统岩矿鉴定方法就显露出了弊端，而结合XRD鉴定则可以迅速准确的鉴定出岩石中主要矿物成分及其含量，从而确定岩石为粗面岩。而通过XRF分析并采用TAS图解法可以进一步确定实验样品为粗面岩，为准确的确定岩石名称提供了很好的佐证。本文使用的多种仪器综合鉴定法为岩矿鉴定工作开拓了新思路，实际工作中在鉴定玄武岩、页岩、板岩、千枚岩等方面也可加以应用推广。

【参考文献】

[1]庞小丽，刘晓晨，薛雍，江向锋，江超华.粉晶X射线衍射法在岩石学和矿物学研究中的应用[J].岩矿测试，2009，05：452-456.

[2]庞小丽，刘晓晨，薛雍，江向锋，江超华.粉晶X射线衍射法在岩石学和矿物学研究中的应用[J].岩矿测试，2009，05：452-456.

[3]胡林彦，张庆军，沈毅.X射线衍射分析的实验方法及其应用[J].河北理工学院学报，2004，03：83-86+93.

[责任编辑：杨玉洁]