电子探针波谱法在辉石种属鉴定中的应用

殷晓

中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110032

电子探针波谱法在辉石种属鉴定中的应用

殷晓

中国地质调查局沈阳地质调查中心（沈阳地质矿产研究所），辽宁沈阳110032

变质岩中辉石显微镜下以高正突起、辉石式解理和干涉色为主要鉴定特征.辉石族矿物有斜方辉石和单斜辉石2个亚族，其中斜方辉石亚族有7种辉石类型，单斜辉石亚族有12种辉石类型．为了验证岩石薄片鉴定结果的准确性，往往是利用X射线粉晶衍射技术进行比对分析.岩石中有几种辉石及辉石类型，X射线粉晶衍射方法则无法区分.本次研究是利用电子探针波谱技术对矿物主量元素进行分析，通过所测样品微区化学成分含量推测矿物名称．25件样品微区化学成分分析结果统计显示：MgO为8．36%～17．34%，FeO为27．57%～39．77%，SiO2为47．94%～52．70%；次要成分含量：Cr2O3为0．01%～6．28%，Na2O为0．00%～0．19%，Al2O3为0．43%～3．11%，CaO为0．38%～1．94%，MnO2为0．09%～0．79%；总量为99．64%～100．00%.化学成分与紫苏辉石组分相当，可以确定所测样品为紫苏辉石.

变质岩；辉石；化学成分；电子探针波谱分析

0 前言

变质岩中不同的矿物元素组成和含量不同，只要我们测试出该矿物主量元素的含量，就可以推测出所测矿物的名称［1］.电子探针波谱定量分析常用于岩石中矿物微区化学成分分析、矿床储量计算和有益或有害元素综合利用评价分析.本次研究是利用电子探针波谱技术对矿物微区化学成分进行分析，探讨电子探针波谱技术分析常见矿物化学成分的准确性，并根据微区化学成分数据推断所测矿物的种属［2］，验证岩石薄片鉴定或X射线粉晶衍射分析变质岩中矿物成分的结论［3-5］.

1 仪器条件及样品制备

1．1 仪器及工作条件

测试工作由课题组人员在成都地质矿产研究所完成，使用仪器：日本电子公司生产的电子探针，型号：JAX－8100.实验条件为室温：23℃；湿度：40%；加速电压：15 kV；工作电流：1×10－8A；工作距离：11 mm；束斑直径：1 μm［6-7］.

1．2 试样制备

将25件变质岩样品磨制成岩片，试样表面要光滑平整，应能比较容易找到直径大于100 μm的无擦痕和麻坑的镜面区域，切忌防止各种污染.试样的镀膜厚度要足以保证电子束束流的稳定，并采取一定措施，保证与标准物质的碳膜等厚度.用于图像观察的试样制备，切忌人为破坏，以保证能观察到试样的真实自然状态［8］.

2 测试方法

2．1 定性分析要求

用电子探针波谱仪对待测试样进行定性分析，以确定待测试样中的元素组成，选择相应的测量谱线和标样.作定性成分扫描检查：用波谱仪的X射线图像或各种电子图像对待测试样进行定性成分检查，以确定试样的待测部位附近有无其他矿物的干扰，进一步选择待测部位，主元素分析应正确无误，微量元素和痕量元素需经仔细核查后，方可提交结果［9］.

2．2 定量分析要求

（1）选用国际或国家的标准物质作为测量对比标准样品，其标准物质是：含有定量分析程序欲测定的所有元素，其组分应尽可能与待分析的试样接近.根据定性分析结果，依次测量标样和试样中元素的特征X射线强度和背景强度，建立定量分析表.必须至少分析一个成分与即将进行的分析试样相近的标样进行分析前检查.如结果超差，应检查仪器、测量条件，或重新测量标准样品［10］.

（2）在实际分析过程中，常出现分析结果不符合GB－T15617－2002标准［11］规定的允许误差，应立即检查原因.包括样品本身组成、样品磨光度、表面污染、导电性、仪器状态偏差、所选择条件等，直到结果不超差为止.每次分析测试之前应对仪器稳定性和准确度进行测试，通过某一标准物质的一组或几组X射线测量值的统计分析，判断仪器是否正常后，方可进行各项分析测试［12］.

（3）选择适当的修正方法用计算机进行自动修正计算，对变价元素通常选用低价，如铁、锰常用二价.在有干扰元素的情况下应作干扰校正，先准确测定干扰系数，用干扰元素的强度，乘以该元素的干扰系数得到每个干扰元素的干扰量，然后计算出诸干扰元素对某一元素的总干扰量.

（4）总量分析误差应小于±2%.硅酸盐矿物通常具有严格的化学计量化，应检查硅酸盐矿物的成分与理论分子式是否相符，其原子比误差应小于5%.每个给出定量值的元素，其定量值不得小于绝对误差，小于绝对误差的定量值只能作为参考值，这些值实际上已小于当时测量条件的探测极限［13］.

（5）对批量试样分析，应在开始和结束时选择合适的标准物质或监控样，以监控分析质量，达不到质量要求时，应重新调整仪器.电子探针分析结果一般应精确到小数点后第二位，多于小数点后第二位时，应同时报出不确定度，或简要说明所使用的分析方法.

（6）定量分析的总和为98%～102%.含量为5%以上的主元素，允许重复测试相对偏差不大于5%，1%～5%的元素允许重复测试相对偏差不大于10%，1%以下的元素，允许重复测试相对偏差不大于20%［14］.

3 测试结果及质量评述

3．1 测试结果

本次研究课题组利用电子探针波谱仪对变质岩中石榴石作了微区化学成分定量分析，共测试25点，电子探针波谱分析成分共8项：Na2O、CaO、MgO、FeO、Al2O3、SiO2、Cr2O3、MnO2.

25点辉石样品分析结果显示（见表1），样品主要化学成分含量：MgO为8．36%～17．34%，FeO 27．57%～39．77%，SiO247．94%～52．70%；次要化学成分含量：Cr2O3为0．01%～6．28%，Na2O 0．00～0．19%，Al2O30．43%～3．11%，CaO 0．38%～1．94%，MnO20．09%～0．79%.化学成分定量分析的总和为99．64%～100．00%，基本符合GB/T15617－2002标准要求［11］.

表1 变质岩中辉石电子探针波谱分析统计表Table 1 Statistics of electron probe spectrum analysis for pyroxene in metamorphic rock

3．2 比对实验

课题组在电子探针波谱矿物成分分析样品中选出了6件辉石样品到南京地质矿产研究所作比对实验（比对结果见表2），以探讨电子探针波谱法检测矿物化学成分的准确性.

南京地质矿产研究所与成都地质矿产研究所检测辉石化学成分比对结果显示：Na2O平均值为0．02%～0．46%，相对偏差为16．67%～65．71%；MgO平均值为10．83%～14．21%，相对偏差为2．68%～7．97%；Al2O3平均值为0．47%～2．57%，相对偏差为8．73%～21．01%；SiO2平均值为47．79%～50．17%，相对偏差为0．10%～1．79%；CaO平均值为0．43%～1．85%，相对偏差为4．85%～45．45%；Cr2O3平均值为0．02%～6．27%，相对偏差为0．16%～64．98%；MnO2平均值为0．11%～0．69%，相对偏差为 1．44%～44．03%；FeO平均值为 28．76%～37．50%，相对偏差为0．08%～2．38%；辉石微区化学成分两家委托单位电子探针波谱分析结果基本一致.

3．3 结果分析

辉石族矿物化学通式为XY［Si2O6］，其中X（M2位）为Mg、Fe2＋、Na、Mn和Ca等阳离子，Y（M1位）为Mg、Fe2＋、Mn、Al、Fe3＋等阳离子.

工作区变质岩中辉石族矿物化学式中的X（M2位）主要由Mg离子占位，有极少量Na、Mn和Ca离子.Y（M1位）主要由Fe离子占位，有极少量Cr和Al离子.根据XY离子占位情况，推测所测样品为紫苏辉石［15］.工作区紫苏辉石成分特点是Al离子普遍存在，25件测试样品中有19件样品Al含量在1%以上，有5件样品Cr含量达1%以上，其中2件样品Cr含量达5%以上.

4 结论

本次试验选择6件辉石单矿物做比对试验，测试结果统计显示：含量为40%～50%以上的氧化物成分，比对测试相对偏差小于1．79%；含量为20%～40%的氧化物成分，比对测试相对偏差小于2．38%；含量为10%～20%的氧化物成分，比对测试相对偏差小于7．97%；含量为5%～10%的氧化物成分，比对测试相对偏差小于3．12%；1%～5%的氧化物成分，比对测试相对偏差小于21．01%；1%以下的氧化物成分，比对测试相对偏差小于65．71%.两家委托单位电子探针波谱分析样品化学成分结果基本一致.

表2 电子探针波谱分析结果比对Table 2 Comparison for electron probe spectrum analysis results

25件矿物样品电子探针波谱分析结果显示，样品中主要化学成分含量：MgO为8．36%～17．34%，FeO为27．57%～39．77%，SiO2为47．94%～52．70%.样品主要化学成分与紫苏辉石组分相当，推断所测样品为紫苏辉石.实验证明电子探针波谱分析技术是鉴定辉石种类行之有效的手段.

［1］贺同兴，卢良兆，李树勋，等．变质岩岩石学［M］．北京：地质出版社，1980：1－251．

［2］潘兆橹．结晶学及矿物学［M］．北京：地质出版社，1985：1－246．

［3］迟广成，王娜，吴桐．X射线粉晶衍射仪鉴别鸡血石［J］．岩矿测试，2010，29（1）：82－84．

［4］迟广成，宋丽华，王娜，等．X射线粉晶衍射仪在山东蒙阴金伯利岩蚀变矿物鉴定中的应用［J］．岩矿测试，2010，29（4）：475－477．

［5］迟广成，肖刚，陈英丽，等．X射线粉晶衍射仪在千枚岩鉴定与分类中的应用［J］．地质与资源，2013，22（5）：409－414．

［6］GB/T4930，电子探针分析标准样品通用技术条件［S］．

［7］叶大年，从柏林．岩矿实验室工作方法［M］．北京：科学出版社，1981：30－359．

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［9］GB/T15074，电子探针定量分析方法通则［S］．

［10］GB/T17359－1998，电子探针和扫描电镜X射线能谱定量分析通则［S］．

［11］GB/T15617－2002，硅酸盐矿物的电子探针定量分析方法［S］．

［12］郭立鹤．现代矿物学地球化学实验技术方法与地学应用［M］．北京：地质出版社，1986：1－19．

［13］GB/T14506．1－28－2010，硅酸盐岩石化学分析方法［S］．

［14］GB/T14505－2010，岩石和矿石化学分析方法总则和一般规定［S］．

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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．编辑：李兰英．

国土资源部项目“变质岩岩石矿物鉴定检测技术方法研究”（编号201011029－3）．

殷晓（1960—），男，高级工程师，从事岩矿测试工作，通信地址辽宁省沈阳市皇姑区北陵大街26甲3号，E-mail//1733547781＠qq．com