山西金红石矿床中黑色金红石及相关矿物的矿物学特征研究

李孔亮

（1.合肥工业大学；2.安徽工业经济职业技术学院，安徽 合肥 230051）

山西金红石矿床中黑色金红石及相关矿物的矿物学特征研究

李孔亮1,2

（1.合肥工业大学；2.安徽工业经济职业技术学院，安徽 合肥 230051）

山西代县金红石矿床是中国第二大金红石矿产资源，由于金红石与国民经济的发展有很密切的联系，并且现在矿产资源极缺，因此研究该金红石矿床意义重大.本文在收集大量前人研究资料的基础上，从黑色金红石矿床得赋存规律以及矿物特征入手，主要针对该地区的黑色金红石矿床中所含有的主要的矿物组合，矿物得化学成分及其变化规律等进行了电子探针，镜下观察等工作，并且通过上述工作，论文获得了以下进展：主要矿物成分为直闪石，金红石，金云母，绿泥石，次要矿物为钛铁矿，锆石，榍石.首次在金红石矿石中发现金云母，并且含量较大.岩石的结构和构造比较简单，矿石结构主要有它形晶结构，自形晶结构以及半自形晶结构，矿石构造主要为浸染构造，条带状构造.锆石常常赋存在金红石内部.

金红石矿床；绿泥石；直闪石；代县；黑色

金红石是自然界中一种非常重要的矿物，在化学工业和涂料业中具有很好的市场.

金红石常常作为一种包裹体出现在宝石矿物中，呈现为细长的针状包体，能够增加宝石的观赏性.

本文的研究标本来自于山西代县碾子沟金红石矿区.山西代县金红石矿是全国储量第二，而碾子沟矿区是代县金红石矿区中的最大也是最好的矿区.

1 样品与测试方法

1.1 样品

该项目的标本取自山西代县碾子沟矿区，该区是代县最大的金红石矿区，由于黑色金红石的标本不多，所以我只有磨好的薄片标本，以下论文也是在薄片的基础上所展开的探讨.

研究的目的是为了探讨黑色金红石的以及相关矿物的矿物学特征，以此能对金红石矿床的研究有所帮助.金红石是稀缺资源，而其主要成分TiO2时高档电焊条必须的原料之一，也好是提取钛，生产钛白粉的主要原料，目前金红石已经成为我国14种战略储备矿种之一.因此对于金红石的研究，对于我国的国民经济的发展起着重要的作用.山西代县金红石石国内第二大金红石矿区，其包括有五个矿区，碾子沟矿区为一特大型金红石矿区，TiO2平均含量为1.92%,矿体呈似层状产出，该矿虽然矿石品位偏低，储量丰富，金红石纯度高，杂质少，且可综合回收钛铁矿、磁铁矿等.

1.2 测试方法

由于代县地区金红石矿产有两种颜色不同的金红石矿，一种为红色，位于矿床出露处，另一种为黑色，位于矿床深处，但是由于深度、P—T条件以及其他条件（尚待研究中）的不同，使得红黑两色的金红石矿产的矿物组成不一致.我主要对黑色金红石矿进行研究，主要负责以下内容得探讨：

（1）通过我对标本的镜下观察和探针研究，得出矿物标本中的岩石矿物组成以及化学成分.从现在的研究来看，但是由于深度、P—T条件以及其他条件（尚待研究中）的不同，使得红黑两色的金红石矿产的矿物组成不一致.另外，红色金红石部分含有钾长石，而不含有金云母，但是黑色金红石却含有金云母，却不含有钾长石.而且在前人的研究中并没有见到有对金云母的描述，所以金云母的出现也是对该地区矿石矿物组成提出了疑问.

（2）在以往的研究中没有涉及到薄片中位于不同位置的矿物组合其化学和结构组成差别的研究，所以在打探针的过程中，专门对不同位置的矿物对各自打了探针，并且在同一个矿物组成位置中，又在矿物的不同位置又各自打了探针，以希望研究在边缘和内部结晶速度的快慢所造成的化学成分的影响.

（3）通过研究，希望能够对该地区五个矿区的不同部位都做出相应的分析，期望能够通过对红黑两色的金红石的研究能够将造成金红石出现这种情况的原因解释得更加详尽，更加确切.

2 测试结果及讨论

2.1 角闪石

角闪石主要见于变质岩，产于富含镁的片岩中[1].在显微镜下观察角闪石,为灰白色至浅黄绿色,半自形长柱状,粗晶,常呈晶簇产出.平行消光，高突起，其颗粒较大，边缘可见到有不明显的绿泥化，在岩石中分布广泛，含量为50%左右.

角闪石的成分比较复杂，通过电子探针的分析可以准确的了解到其矿物组成的大小.

表1 角闪石电子探针数据（测试于中科院地质与地球物理研究所）

以上所打的八个点中均是从角闪石的边缘向内核逐渐过渡测试的，从上面数据可以看出，Mg，Si的含量很大，Al的含量较小，并且Al2O3，TiO2，FeO的含量变化较大，这可能是某些元素未能进入硅氧结构体中的缘故造成的.而Fe的含量高，也就决定了角闪石的颜色较深.

由于角闪石族是非常大的矿物群体，为了更细致更确切的分析矿物组成，所以需要对角闪石进行分类.

以下是对其元素的分析所得到得表格，由下面的表格中的数据可以为岩石中的角闪石划分种类.

对于角闪石的命名，国际上有一个通用的法则，根据国际矿物学协会新矿物及矿物命名委员会角闪石专业委员会的报告中可以对以上数据进行分析，可以对角闪石进行分类[2].

由数据中可以发现，Ca，Na，K元素的含量都非常少，即是Ca+Na〈1.34,而Mg，Fe的含量都比较大，因此该系列的角闪石都斜方晶系，属于Mg-Fe-Mn-Li组角闪石.

表2 角闪石中元素的探针数据

由于上述的元素含量表中Si的量的数值均大于7，并且Fe的含量比Mg的含量要小很多，所以利用Mg/Mg+Fe的比值必然界于0.5到1.0之间，所以可以观察到所打的八个角闪石点均属于直闪石.

该矿石中的角闪石为灰白色粗晶直闪岩,以灰白色粗晶半自形柱状直闪石为主.直闪石常常与金红石，锆石，绿泥石共生.由图的观察，还可以看出该地区经过两次变质作用后所形成的金红石将直闪石交代成港湾状，孤岛状.这些都是山西代县金红石矿的特点.

在山西代县羊延寺矿区的金红石矿中，直闪岩为次要的金红石矿赋矿岩石,一般呈脉状分布,金红石、钛铁矿、磁铁矿亦见脉状,团块状分布,具有热液交代成矿的特点.由此可以看出，在代县这个区域，金红石形成的地质背景是差不多的.由此可以推断出其他矿区的矿物组成形态.

2.2 金红石

岩石中的金红石,为黑褐色——黑色，由钛铁矿退变而来正极高突起，颗粒较粗，一般为0.1～80mm,大多为不规则的半自形—自形粒状、短柱状,呈不规则网脉状集合体、孤立等轴状集合体及独立单晶分布,可以看到金红石脉切穿直闪石单晶、交代滑石和绿泥石现象.黑色金红石中含有较多的钛铁矿，锆石，金红石在矿石中主要呈现浸染状分布，可以沿着脉石缝隙分布，与钛铁矿，锆石，榍石的关系密切，可以见到金红石与钛铁矿连生并“交代”钛铁矿现象.

在自然界中，TiO2有三种同质多像变体：金红石，锐铁矿，钛铁矿，三者有时呈现共生关系.金红石中含有锆石，钛铁矿，以及金红石脉切穿直闪石单晶现象，并且钛铁矿是以出溶的状态存在，而不是颗粒穿插的结果.同时可以见到金红石与铁铁矿连生并“交代”钛铁矿现象.

以下是对金红石所做的探针实验的数据.

表3 金红石的电子探针数据

由上可以看出，金红石是主要的含钛的矿物，其TiO2的含量达到97.06%.而钙，镁，钾的含量都非常低.这可能是变质的程度不高所导致的.金红石在变质过程中是由钛铁矿转变而来的，化学性质稳定.另外，由表3中可以看出，这些元素的含量相比较来说，除了钛元素之外，铁的含量是最大的，这也是我所研究的金红石为黑色的原因.

变质蚀变型矿床(碾子沟金红石矿床)金红石主要为蚀变成因,少量为变质成因[3].金红石自然颗粒主要为充填晶间空隙及矿物解理的集合体(A),次为与滑石共生的集合体(B)及与直闪石或滑石共生的单晶(C),少量为与角闪石共生或与钛铁矿连生的单晶 (D).金红石自然颗粒粒度最粗的为A(0.5～80mm),次为B(0.25～2.2mm)及C(0.1～0.75mm),最细的为D(0.02～0.3mm).上述特征使本类型矿金红石自然颗粒以粗粒型为主.

总的来说该岩石中金红石具有如下特点 (1)金红石粒度总体上较粗;(2)相对较细的颗粒数目虽较多,但重量百分含量却较低;较粗的颗粒数目虽较少、但重量百分含量占绝对优势.

3 结论

通过本文的论述，以及各种设备的测试，对山西金红石矿进行分析得出了以下结论：

（1）钛铁矿和金红石共生，并经常在金红石中出溶，并且其颗粒大小范围不大，一般呈现平行出溶分布.

（2）黑色金红石中主要矿物为直闪石，金云母，金红石，绿泥石，钛铁矿，锆石，绿帘石，磷灰石，榍石，微量矿物为磁铁矿，赤铁矿，锐铁矿等.

（3）该岩石中镁铁元素的含量较高，而钙的含量较少.

（4）矿石的结构和构造比较简单，岩石结构主要为它形晶，自型晶，半自型和不等粒结构.

（5）金红石和钛铁矿的颗粒大小较大，比我国其他金红石矿区的颗粒要大.

（6）该矿床经过了两次变质作用和一次蚀变作用而形成，不同于一般的变质类型矿床.

〔1〕徐少康，刘力生，云连涛，邓小林.碾子沟金红石矿床变质作用特征及其与成矿的关系[J].华工矿产地质，2002(3)：48-58.

〔2〕IMA-CNMMN角闪石专业委员会全体成员.角闪石命名法——国际矿物学协会新矿物及矿物命名委员会角闪石专业委员会的报告.2001.

〔3〕庞尔成.山西省代县金红石矿矿物学特征及选矿研究[D].中国地质大学（北京），2005.

P578

A

1673-260X（2017）03-0073-04

2016-11-23

省高校优秀青年人才支持计划重点项目：南红玛瑙、战国红玛瑙与非洲红玛瑙地质产状成因及成分鉴别的意义（gxyqZD2016446）