多金屬礦床斷層剖面礦物X射線衍射分析及其意義

謝 飛

（貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，貴州 貴陽 550003）

多金屬礦床屬于熱液成因的硫化物礦床，擁有較高的地質(zhì)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其中與成礦相關(guān)的巖石主要有花崗斑巖與次英斑巖等，其基本的含礦巖石主要為古生界的灰?guī)r、頁巖、砂巖等。礦床發(fā)育類型與成礦功能通常以蝕變類型為主，而斷層發(fā)育能夠?yàn)榈V化熱液與蝕變發(fā)育提供較為穩(wěn)定的“云移通道”，并能夠在成礦后進(jìn)行自行改造，通過分析和探究斷層剖面的礦物組成、斷層泥及含礦脈體，能夠幫助人們更好地探究礦床的構(gòu)造作用、礦化作用及蝕變作用之間的內(nèi)在聯(lián)系，為我國(guó)礦床學(xué)研究的健康發(fā)展，開辟出全新的發(fā)展方向。而將新型學(xué)科有機(jī)地融入到地質(zhì)研究的過程中，可以補(bǔ)充并優(yōu)化傳統(tǒng)礦物研究所存在的不足，提高礦物研究的時(shí)效性和有效性。而將X射線衍射充分地融入到礦床成分分析與結(jié)構(gòu)研究的過程中，可以增強(qiáng)礦物識(shí)別的精準(zhǔn)性，幫助人們獲取更加可靠的礦物信息。但為切實(shí)探究X射線衍射在多金屬礦床斷層剖面中的意義，本文需要以實(shí)驗(yàn)探究與分析的方式，來對(duì)其進(jìn)行深入地研究[1]。

1 多金屬礦床斷層剖面的實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

在多金屬礦床斷層剖面實(shí)驗(yàn)中，我們需要采集礦場(chǎng)的729平臺(tái)、658平臺(tái)、825平臺(tái)的斷層剖面，作為實(shí)驗(yàn)樣品。在樣品組成成分上，主要包括含礦脈體、蝕變圍巖及斷層泥等類型。其中02-1、02-2、04-1等樣品的高程如下：含礦脈體的高程為624m、斷層泥624m、蝕變圍巖634m。而經(jīng)緯度信息普遍在“N24.653 623”-“N24.634 531”，“E113.714 345”-“E113.727 605”之間，部分樣品的經(jīng)緯度信息相同，如02樣品內(nèi)不同子樣品的經(jīng)緯信息相同。而在樣品處理上，需要將巖石樣品進(jìn)行碾碎處理，并用200目篩對(duì)其進(jìn)行過濾。隨后將其放置在50℃的烘箱內(nèi)烘干，烘干時(shí)間不應(yīng)低于25小時(shí)。最后將經(jīng)過烘干的巖石樣品進(jìn)行密封儲(chǔ)存，以待測(cè)試。然而在樣品采集與處理的過程中，必須確保不同樣品間存在明顯的差異性，譬如在樣品類型上應(yīng)包含不同的類型。而在相同類型的樣品中，則需要在高程、經(jīng)緯度上存在明顯的差異和不同，唯有如此，才能幫助人們更好地探究樣品的“物相”，提高實(shí)驗(yàn)的有效性和針對(duì)性[2,3]。

1.2 測(cè)試方法

本實(shí)驗(yàn)中“X射線衍射”測(cè)試主要是在A大學(xué)實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，所選用設(shè)備型號(hào)為“3500型衍射儀”，測(cè)試使用的基本參數(shù)為：掃描范圍為20°~90°，步寬為0.02.管流，管壓、銅把為：41kv/30mA。由于本實(shí)驗(yàn)主要是借助X射線衍射來探究斷層剖面的性質(zhì)，所以需要對(duì)其相應(yīng)的原理進(jìn)行介紹。通常來講X射線形成的原理有如下兩點(diǎn)：

（1）在真空環(huán)境中，快速移動(dòng)的電子會(huì)在碰撞到金屬陽極靶時(shí)急劇減速，而根據(jù)電磁學(xué)原理解釋，能夠發(fā)現(xiàn)具備加速性狀的帶電粒子會(huì)散射電磁波。假如電子能量足夠高時(shí)，便會(huì)形成相應(yīng)的X射線。

（2）當(dāng)原子內(nèi)層的部分電子發(fā)生躍遷時(shí)，帶電粒子會(huì)從高能處躍遷到低能處，并散射出相應(yīng)的光子。如果躍遷幅度大，便會(huì)產(chǎn)生X射線光子。X射線衍射是通過輻射X射線的方式，分析材料的衍射圖譜，并獲取目標(biāo)材料的內(nèi)部分子、原子及成分結(jié)構(gòu)等信息。其原理如下，當(dāng)X射線與特定物質(zhì)或材料發(fā)生作用時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)部分射線被吸收，部分射線被散射，而部分射線則會(huì)繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。如果散射與入射的線波出現(xiàn)相同或相似的數(shù)值時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。能夠幫助人們通過對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)衍射與物質(zhì)衍射的圖譜，鑒別物質(zhì)的“物相”。

2 多金屬礦床斷層剖面的實(shí)驗(yàn)分析

通過對(duì)多金屬礦床斷層剖面的分析，能夠幫助人們確定不同斷層剖面所蘊(yùn)涵的礦物類型及種類，確定礦物與礦物在地質(zhì)發(fā)育中所潛藏的關(guān)系，論證X射線衍射在礦床斷層研究中所擁有的地質(zhì)學(xué)意義。

2.1 “X射線衍射”圖譜分析

在X射線衍射儀器的支持下，研究者能夠切實(shí)地探究和分析多金屬礦床的礦物成分，明確不同斷層剖面之間的“聯(lián)系”和“關(guān)系”，并為我國(guó)探究地質(zhì)運(yùn)動(dòng)，礦物形成，提供條件和抓手。在本次實(shí)驗(yàn)中，筆者以X射線衍射的方式對(duì)多金屬礦床的不同樣品進(jìn)行測(cè)試和實(shí)驗(yàn)，并生成相應(yīng)的X射線衍射圖譜，使實(shí)驗(yàn)和測(cè)試過程，更加“便捷”、“快速”。通過結(jié)合多金屬礦床的地質(zhì)背景與基本特點(diǎn)，對(duì)所有礦床樣品進(jìn)行測(cè)試并分析所生成的圖譜，能夠發(fā)現(xiàn)：729平臺(tái)的樣品中蝕變圍巖與含礦脈體等樣品均含有透閃石、方解石、白云母、石英等礦物質(zhì)。但含礦脈體中卻含有大量的金屬硫化物，具體包括黃銅礦與黃鐵礦等礦物。而在斷層泥樣品中，除了包括以上礦物外，還包含黑銅礦、銅礬等氧化物。在658平臺(tái)的樣品中，蝕變圍巖與含礦脈體的組成成分與729平臺(tái)的樣品分析結(jié)果相似，唯一的區(qū)別在于，658平臺(tái)中含有大量的石榴石礦物，且除了礦物成分外，還蘊(yùn)含著大量的粘土礦物與氧化礦物。譬如水藍(lán)銅礬、蒙脫石、伊利石等。最后在825平臺(tái)中，我們通過X射線衍射圖譜分析，能夠發(fā)現(xiàn)，蝕變圍巖的基本成分主要有鉀鐵礬、蒙脫石、伊利石、錳鋁泥石、陽起石、石英等礦物成分，相較于729平臺(tái)與658平臺(tái)，825平臺(tái)的風(fēng)化程度相對(duì)較高，且黏土礦物與氧化礦物的比例也相對(duì)明顯，因此能夠確定斷層泥樣品在地質(zhì)發(fā)育的過程中，繼承了蝕變圍巖中的基本礦物。而在探究礦物組成成分的層面上，我們通過對(duì)蝕變類礦物組合分析，能夠發(fā)現(xiàn)所有樣品的蝕變類型，具體包括青磐巖、黃鐵絹英巖及矽卡巖等礦物組合。其中黃鐵娟組合包括黃銅礦、黃鐵礦、絹云母、石英等礦物。青磐巖組合包括黃鐵礦、碳酸鹽、綠泥石等礦物，而矽卡巖則包括石榴石、陽起石、透閃石等礦物，此類蝕變礦物的形成和發(fā)展，充分表明了多金屬礦床巖石是經(jīng)過熱液蝕變反應(yīng)而形成的。而通過探究斷層泥樣品中的基本組成成分，可以發(fā)現(xiàn)斷層泥中擁有含礦脈體、蝕變圍巖所擁有的硫酸鹽物、金屬氧化物及其他礦物成分（滑石、高嶺石、蒙脫石、伊利石等）。而通過探究斷層泥中的風(fēng)化及氧化礦物，則發(fā)現(xiàn)巖石在化學(xué)風(fēng)化與物理風(fēng)化的過程中，與礦床的斷層存在著緊密的內(nèi)在聯(lián)系?？偠灾?，通過數(shù)據(jù)分析和理論探究，能夠幫助研究人員在蝕變圍巖、含礦脈體、斷層泥等斷層剖面中，鑒別出矽卡巖、黃鐵絹巖、青磐巖等礦物組合，并以此推證該礦區(qū)的多金屬礦床是經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)期、多種類蝕變作用而形成的。由于斷層泥中蘊(yùn)含著大量的含礦脈體、蝕變圍巖及相應(yīng)的粘土礦物、硫酸鹽礦物及氧化物等礦物，說明了，斷層在礦床地質(zhì)發(fā)育的過程中為巖石的化學(xué)風(fēng)化與物理風(fēng)化提供了基本的支持。

2.2 “X射線衍射”的地質(zhì)意義

X射線衍射是一種重要的物相分析與晶體結(jié)構(gòu)技術(shù)，能夠被廣泛應(yīng)用在材料生產(chǎn)、教學(xué)、航空航天、科研、化工、石油、冶金及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域，可以在地質(zhì)研究中發(fā)揮出難以替代的功能和作用。而在地質(zhì)研究與礦物學(xué)研究中，X射線衍射及粉晶射線技術(shù)可以在礦物定量與定性分析中，彰顯出舉足輕重的功能和作用，能夠提高對(duì)礦物類別、成分及相互關(guān)系的探究質(zhì)量。此外，X射線衍射還被廣泛應(yīng)用在類質(zhì)同象、巖組學(xué)、粘土礦物、照巖礦物及結(jié)晶度檢測(cè)等領(lǐng)域中，其中在多性研究、參數(shù)測(cè)定、礦物分析中的應(yīng)用較為廣泛。并且在礦物缺陷、結(jié)構(gòu)測(cè)定、礦物物相、無序結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域擁有較為高的發(fā)展前景。在多金屬礦床斷層剖面研究中，我們能夠通過礦物檢測(cè)與礦床實(shí)驗(yàn)的方式，探究出X射線衍射在地質(zhì)學(xué)研究中所發(fā)揮的功能和作用。然而為更全面地介紹X射線衍射的基本價(jià)值和地質(zhì)學(xué)意義，筆者需要結(jié)合多金屬礦床斷層剖面，對(duì)其所擁有的功能和價(jià)值進(jìn)行總結(jié)和歸納。即通過分析X射線衍射圖譜，并結(jié)合多金屬礦床的地質(zhì)背景，對(duì)蝕變圍巖、含礦脈體、斷層泥等斷層剖面所探測(cè)出的金屬礦物、氧化礦物等礦物類型進(jìn)行中總結(jié)。經(jīng)過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，多金屬礦床斷層剖面的礦物類型主要有：①黏土礦物：滑石、蒙脫石、伊利石；②硫酸鹽與氧化物：鉀明礬石、鉀礬石、銅礬、黑銅礦；③青磐巖：黃鐵礦、碳酸鹽、綠泥石等；④矽卡巖組合：石榴石、陽起石、透閃石等。⑤黃鐵絹組合：黃銅礦、黃鐵礦、白云母、石英等。其中蝕變圍巖包括絹云母、矽卡巖等蝕變礦物，“石英”、“方解石”等礦物可能來源于熱液蝕變（硫酸鹽和與硅化作用）和沉積巖（砂頁巖與灰?guī)r），含礦脈體主要包括矽卡巖組合與黃鐵絹巖組合。而這些礦物蝕變類別與巖石礦化存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，能夠幫助人們探究“巖石礦化”的走向和趨勢(shì)。譬如斷層泥的礦物成分中包含大量的含礦脈體與蝕變圍巖，能夠幫助人們探究礦物形成的過程與形態(tài)。因此，X射線衍射圖譜分析，能夠幫助人們更好地探究礦物的基本類型，及礦物在地質(zhì)發(fā)育過程中所經(jīng)歷的反應(yīng)和變化，如物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化等。并且可以根據(jù)礦物組成成分，引導(dǎo)地質(zhì)學(xué)家明確不同巖石在地質(zhì)變化的過程中，所存在的內(nèi)在聯(lián)系，厘清地質(zhì)變化與環(huán)境之間的關(guān)系。因此將X射線衍射應(yīng)用在多金屬斷層剖面研究中，擁有較為鮮明的發(fā)展價(jià)值和地質(zhì)意義，可以為我國(guó)的“找礦勘探”與“礦床學(xué)研究”提供更加豐富、更加多元、更加多樣的地質(zhì)數(shù)據(jù)和信息[4,5]。

3 結(jié)語

通過對(duì)多金屬礦床斷層剖面的X射線衍射測(cè)試及分析，能夠發(fā)現(xiàn)X射線衍射技術(shù)在礦床學(xué)、地質(zhì)學(xué)及礦物研究等領(lǐng)域擁有難以替代的功能和作用，能夠幫助人們探究斷層剖面礦物的類型、種類及礦物的基本成分，確定礦物所經(jīng)歷的變化過程及礦物與礦物之間的內(nèi)在聯(lián)系，提高我國(guó)在多金屬礦床研究中的研究質(zhì)量和效率。與此同時(shí)，也為我國(guó)未來的礦床研究、礦物研究及地質(zhì)研究開辟出全新的發(fā)展方向。而在X射線衍射測(cè)試的背景下，我們可通過X射線衍射的圖譜分布，探究出蝕變圍巖、含礦脈體、斷層泥所擁有的礦物成分組合及類型，確定該礦區(qū)巖石是在蝕變作用影響下所形成的。而由于不同樣品中蘊(yùn)涵著大量的黏土礦物、碳酸鹽礦物及氧化物，可以確定礦床的斷層作用在巖石風(fēng)化中，發(fā)揮著重要地驅(qū)動(dòng)功能和作用。與此同時(shí)，該分析與研究過程也揭示了X射線衍射在礦床研究中所蘊(yùn)涵的地質(zhì)學(xué)意義。