几种常见碳酸盐类矿物的鉴定方法

张桂凤 ZHANG Gui-feng；田颖 TIAN Ying；李博 LI Bo；王艳龙 WANG Yan-long；徐翠 XU Cui

（河北省区域地质调查院（河北省地学旅游研究中心），廊坊 065000）

0 引言

随着社会的进步和科技的发展，矿产资源需求逐渐加大，岩石矿物的鉴定与分析方法也需要不断更新与完善。电子探针技术不需要化学处理，分辨率和灵敏度很高，是一种可靠的岩石矿物鉴定技术手段，利用电子探针技术可测出矿物主量元素的含量，对比矿物理论值进行定量分析，就可分析出矿物名称。以较为常见的方解石、白云石为例，对碳酸盐矿物的鉴定分析中，需要对碳元素和氧元素进行准确的定量测试，常规的余量法或者修正余量法都回避碳元素和氧元素的直接测试，通常使用差值法来确定其含量，对此尝试一种新的鉴定方法，即全元素法，实现超轻元素的直接定量检测，和常规方法进行对照，验证该方法的应用价值。

1 碳酸盐类矿物鉴定方法

常用的碳酸盐类岩石矿物的鉴定方法有物理法、化学法、光谱法、探针法。物理法是最基本、最直观的鉴定方法，通过矿物的颜色、晶形、密度、硬度等物理特征进行矿物种类的区分。化学法如差热分析法、微化分析法、滴定法，矿物受热会发生化学变化，通过差热曲线就可区分矿物种类。滴加茜素红、稀硝酸等试剂后不同矿物的颜色变化有所差异，可根据这一特征进行岩石矿物的鉴定。光谱法应用广泛，分类也较多，如X 射线光谱分析法，是对矿物特殊的晶体结构进行鉴别。激光光谱分析法，是利用激光对矿物进行光谱分析。红外光谱分析法，不同矿物在红外光谱不同波段会产生一系列的吸收特征，根据吸收深度、波形和吸收位置可鉴定矿物类型。探针法，如电子探针，是以高速电子激发出矿物表面组成元素的特征X 射线，确定矿物类型，并能够对微区成分进行定性或定量分析，增加矿物鉴定的精准性[1]。

2 碳酸盐类矿物的详细特征与鉴定技巧

采用OLYMPUS－BX51 型号显微镜，进行以下七种碳酸盐类矿物的晶形、突起、颜色等特征的观察。配置茜素红试剂：将0.1g 茜素红-S 粉末放到100ml 烧杯中，加入50ml 水和4ml 盐酸（为纯盐酸），搅拌后用蒸馏水稀释至100ml 即可。配置稀硝酸试剂：1 份浓硝酸、1 份蒸馏水混合均匀。配置双氧水试剂：即H2O2的30%水溶液。在物理法和化学法鉴定下，以上七种碳酸盐类矿物的详细特征总结如表1。

表1 几种常见碳酸盐类矿物的鉴定特征总结表

方解石突起与毒重石相近，略低于白云石的突起，与其它碳酸盐矿物相比明显较低，具明显闪突起。白云石突起明显低于菱镁矿、菱锰矿、菱铁矿[2]。菱镁矿突起低于菱锰矿、菱铁矿。有时菱镁矿粒内杂质可显示网格结构，与硅质、滑石、蛇纹石、透闪石等共生。图1 所示为滑石菱镁白云石蚀变岩，由白云石、滑石、菱镁矿、少量尖晶石组成。

图1 滑石菱镁白云石蚀变岩

菱锰矿突起与菱铁矿的突起相近。图2 所示为泥晶菱锰矿，岩石主要由菱锰矿组成，菱锰矿呈微粒状，为＜0.004mm 的泥晶，不具定向特征，岩内较多见被白云石、硅质充填的微裂隙。

图2 泥晶菱锰矿

菱铁矿一般呈粉晶级微粒状晶形，常与粘土矿物、粉砂、有机质等共生[3-4]。毒重石在岩矿鉴定工作少见，容易误认为是方解石，但是毒重石的比重大，方解石的密度小。图3 所示为重晶石毒重石方解碳酸岩，由方解石、毒重石及较少量重晶石组成。氟碳铈矿在岩矿鉴定工作也较少见，是重要的含稀土矿物，氟碳铈矿与三种试剂均无反应。

这几种碳酸盐类矿物的鉴定技巧如图4 所示，在鉴定工作过程中，遇到具有高级白矿物时可以按以下流程进行排除法鉴定。

图4 碳酸盐类矿物排除法鉴定流程

3 电子探针全元素法与常规方法的对比分析

3.1 样品

方解石和白云石试样取自塔里木盆地井下，该地区有着稳定的碳酸盐沉积。采用透射偏光矿物薄片技术制备样品，制备过程防止各种污染。由于矿物不导电，受到入射电子的轰击时不能及时导入接地，那么轰击处会产生荷电效应，排斥入射电子，造成偏差，因此样品表面要热蒸镀碳膜，镀膜厚度要足以保证电子束流的稳定，同时由于碳膜的存在会影响到样品中碳的特征X 射线，控制碳膜厚度在20nm[5]。

3.2 试验仪器

所用仪器为EPMA-1720 型号的电子探针，52.5°的高X 射线取出角技术，可进行高灵敏度的X 射线测定，罗兰圆半径101.6mm 左右，二次电子分辨率6nm。在加速电压10kV 条件下由电子枪发射出电子束，束流20nA，透过聚焦镜后轰击样品待分析微区，轰击点处束斑直径为20μm，激发出样品元素的特征X 射线，从而对样品中所有元素进行定量分析，测试时间为峰背10～30s。

3.3 试验方法

建立包括超轻元素碳和氧在内的全元素定量分析方法。定量分析中选用国家的标准物质作为测量对比标准样品，在此选择常用的SPI 出品的白云石和方解石标样。在两种试样上随机选择5 个点进行定量测试，以考察元素测试的稳定性和重现性。之后使用常规的余量法和余量修正法进行对照测试，待测试样和标样的测试条件保持一致，测试5 次以平均值为最终结果。方解石中的氧化物包括SiO2、MgO、Al2O3、CaO、FeO 等，白云石中的氧化物包括Na2O、MgO、MnO、CaO、FeO 等，其中很多氧化物的含量只有0.01 %左右，在测试结果中不再表明[6]。

4 结果分析

不同方法下白云石和方解石全元素和氧化物测试结果对比如表2、表3 所示。

表3 不同方法下方解石测试结果对比

白云石矿物主要化学成分理论值为：CaO 为30.38%、MgO 为21.87%、CO2为47.74%，方解石矿物主要化学成分理论值为：CaO 为56.00 %、CO2为44.00%。由表2、表3可见，三种方法测出的试样的主要化学成分含量与化学成分理论值基本一致，样品能够分别被鉴定为白云石和方解石[7]。

对比表2 中余量法和余量修正法，与白云石各元素和氧化物理论值的计算误差相差2%左右，余量修正法的误差更小，更加接近真值，鉴定准确性会高一些。对超轻元素进行鉴定和分析的难度很大，采用该型号电子探针可提升测量的灵敏度和精准度，采用全元素法进行鉴定与定量分析，能够测试包括超轻元素在内的所有元素的特征X 射线计数值，对于白云石，这三种方法所得的样品元素含量都较为符合理论值，而方解石的测试中，全元素法的误差更小，在0.8%左右，明显更加精准，数据的稳定性也较为可靠，应用于碳酸盐矿物的鉴定和分析中可得到满意的测试结果[8]。

5 结语

做好碳酸盐类矿物的鉴定和定量分析工作，是将岩石矿物更好应用于实际，并推动地质学领域发展的重要途径。不仅需要提高岩矿鉴定人员的专业素养和鉴定水平，也要改进鉴定技术方法，常规的岩矿鉴定方法具有一定的局限性，全元素法的鉴定与定量分析和理论值更加契合，有很高的应用价值。