山东蒙阴金伯利岩中铬铁矿电子探针波谱分析

迟惠中，王大千，李经国，伍 月，栗春玲，张媛媛，刘锦岫，肇美晶

1.国家珠宝玉石质量监督检验中心沈阳实验室，辽宁 沈阳110013；2.中国地质调查局 沈阳地质调查中心，辽宁 沈阳110032

研究表明，富金刚石的金伯利岩中铬铁矿Cr/（Cr＋Al）＞0.8，Mg/（Mg＋Fe2＋）＜0.65；贫矿及无矿的金伯利岩和相似岩石中的铬铁矿Cr/（Cr＋Al）＜0.8，Mg/（Mg＋Fe2＋）＞0.65.含金刚石的金伯利岩中铬铁矿TiO2＞1%，TiO2含量愈高，含矿愈好.通常可以把金伯利岩中铬铁矿的TiO2含量变化作为评价金刚石矿床的指示特征［1］.

不同的矿物化学元素组成和含量不同，只要测试出该矿物主量元素的含量，就可能推测出所测矿物的名称［2］.本次研究是利用电子探针波谱技术对矿物进行微区化学成分分析，探讨电子探针波谱技术检测常见矿物化学成分的准确性［3-5］，并根据微区化学成分数据推断所测矿物名称［6］，以验证重砂鉴定结果的可靠性，为金伯利岩型金刚石矿区含矿性判断提供数据支撑.

1 仪器及样品制备

1.1 仪器及工作条件

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：室温22℃，湿度30%，加速电压15 kV，工作电流1×10－8A，工作距离：11 mm，束斑直径1μm.测试工作由课题组人员在沈阳地质调查中心完成［7-8］.

1.2 试样制备

将铬铁矿单矿物样品制成5个砂光片，每个砂光片放6～8个单矿物样品.单矿物表面要光滑平整，容易找到直径大于100μm无擦痕、麻坑的镜面区域，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，以保证能观察到试样的真实自然状态［9］.

2 实验分析

2.1 定性分析

用电子探针波谱仪或能谱仪的X射线图像或电子图像对待测试样进行定性成分检查，以确定待测试样中的元素组成，并选择相应的测量谱线和标样；再进一步选择待测部位进行定性分析，直至单矿物中主要元素分析正确无误，方可进行定量分析［10-13］.

2.2 定量分析

（1）选用国际或国家的标准物质作为测量对比标准样品.根据定性分析结果，依次测量标样和试样，获得所测元素的特征X射线强度和背景强度，建立定量分析表［14］.每次分析测试之前要对仪器稳定性和准确度进行校正［15］.

（2）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［16］.每次测量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.

（3）矿物中化学成分含量在5%以上的氧化物，重复测试相对偏差不大于5%.化学成分含量1%～5%的氧化物，重复测试相对偏差不大于10%.化学成分含量1%以下的氧化物，重复测试相对偏差不大于20%［17］.

3 测试结果及质量评述

3.1 测试数据分析

本次研究课题组利用电子探针波谱仪对山东蒙阴金伯利岩型金刚石矿床中的铬铁矿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包括MnO、MgO、FeO、Al2O3、TiO2、Cr2O3共6项.

25件单矿物样品主要化学成分含量（见表1）：FeO 15.666%～29.971%，MgO 7.286%～11.477%，Cr2O356.421%～71.111%，MnO 0.012%～0.382%，Al2O30.871%～8.993%，TiO20.074%～3.375%.化学成分总量为99.117%～100.877%.

通常认为铬铁矿的化学组成FeO 32.09%，Cr2O367.91%.铬铁矿化学通式为AB2O4，其中A组主要阳离子为Mg2＋、Fe2＋、Zn2＋、Mn2＋和Ni2＋，B组主要阳离子为Al3＋、Fe3＋、Cr3＋、Ti4＋，此外，Mg2＋、Fe2＋、Co2＋、Mn2＋和Ni2＋等阳离子亦可加入B组，两组之间类质同象替换复杂而普遍［18］.测试结果显示：山东蒙阴金伯利岩型金刚石矿床中的铬铁矿A组主要阳离子为Fe2＋，可被Mg2＋代替，形成Mg－Fe间完全类质同象，构成镁铬铁矿－铬铁矿系列；B组主要阳离子为Cr3＋，可被Al3＋、Fe3＋代替.此外，铬铁矿中有数量不多的Mn2＋代替Fe2＋、Ti4＋代替Fe3＋类质同象混入物.根据铬铁矿A、B离子占位情况，推测所测矿物为镁铬铁矿.工作区铬铁矿成分特点是Mg离子普遍存在，并含有少量Ti、Al离子.

3.2 精密度试验

按设定的测试条件和方法对M6－11－1号单矿物样 品 平 行 测 定6次［19］，MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3氧化物测定的平均值依次为10.01%、22.44%、2.36%、2.50%、0.18%、63.12%，相对偏差依次为0.41～1.59、0.09～0.29、0.38～2.79、0.88～4.88、0.54～6.52、0.01～0.39（见表2）.

表1 电子探针波谱微区分析铬铁矿化学成分统计Table 1 Chemical composition contents of chromite by electron probe spectrum micro-area analysis

测试结果统计显示：含量5%以上的氧化物成分，重复测试相对偏差小于1.6%.含量1%～5%的氧化物成分重复测试相对偏差小于4.9%.含量1%以下的氧化物成分，重复测试相对偏差小于6.5%.以上结果符合GB－T15617—2002标准规定的允许误差［20］.

3.3 准确度试验

分别用电子探针波谱仪和电镜能谱仪测定SX2－1号样品中MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3氧化物的含量，测定值见表3.由表3可见电子探针波谱仪与电镜能谱仪测定结果基本相符［21］.

4 结论

25件铬铁矿电子探针波谱微区化学成分分析结果显示，样品中主要化学成分含量与铬铁矿化学组分相当，结合单矿物样品的人工重砂鉴定特征及矿物的A、B离子占位情况，推断所测单矿物样品为镁铬铁矿［22］.实验证明电子探针波谱分析技术是检定铬铁矿等造岩矿物化学成分行之有效的手段.

表2 精密度试验结果Table 2 Results of precision test

表3 准确度试验结果Table 3 Results of accuracy test

M6、SX4、X18、X23、X27、X30、X34、X38号铬铁矿样品中TiO2含量大于1%，其所代表的金伯利岩岩体可能含金刚石；P1、P2、P3、P4、P5、SX2、X25、X48号铬铁矿样品中TiO2含量小于1%，其所代表的金伯利岩岩体可能不含金刚石［23］.