山東蒙陰金伯利巖中鉻鐵礦電子探針波譜分析

遲惠中，王大千，李經國，伍 月，栗春玲，張媛媛，劉錦岫，肇美晶

1.國家珠寶玉石質量監督檢驗中心沈陽實驗室，遼寧 沈陽110013；2.中國地質調查局 沈陽地質調查中心，遼寧 沈陽110032

研究表明，富金剛石的金伯利巖中鉻鐵礦Cr/（Cr＋Al）＞0.8，Mg/（Mg＋Fe2＋）＜0.65；貧礦及無礦的金伯利巖和相似巖石中的鉻鐵礦Cr/（Cr＋Al）＜0.8，Mg/（Mg＋Fe2＋）＞0.65.含金剛石的金伯利巖中鉻鐵礦TiO2＞1%，TiO2含量愈高，含礦愈好.通常可以把金伯利巖中鉻鐵礦的TiO2含量變化作為評價金剛石礦床的指示特征［1］.

不同的礦物化學元素組成和含量不同，只要測試出該礦物主量元素的含量，就可能推測出所測礦物的名稱［2］.本次研究是利用電子探針波譜技術對礦物進行微區化學成分分析，探討電子探針波譜技術檢測常見礦物化學成分的準確性［3-5］，并根據微區化學成分數據推斷所測礦物名稱［6］，以驗證重砂鑒定結果的可靠性，為金伯利巖型金剛石礦區含礦性判斷提供數據支撐.

1 儀器及樣品制備

1.1 儀器及工作條件

使用儀器：日本電子公司生產的電子探針，型號JAX－8100.實驗條件：室溫22℃，濕度30%，加速電壓15 kV，工作電流1×10－8A，工作距離：11 mm，束斑直徑1μm.測試工作由課題組人員在沈陽地質調查中心完成［7-8］.

1.2 試樣制備

將鉻鐵礦單礦物樣品制成5個砂光片，每個砂光片放6～8個單礦物樣品.單礦物表面要光滑平整，容易找到直徑大于100μm無擦痕、麻坑的鏡面區域，防止各種污染.試樣的鍍膜厚度要足以保證電子束束流的穩定，以保證能觀察到試樣的真實自然狀態［9］.

2 實驗分析

2.1 定性分析

用電子探針波譜儀或能譜儀的X射線圖像或電子圖像對待測試樣進行定性成分檢查，以確定待測試樣中的元素組成，并選擇相應的測量譜線和標樣；再進一步選擇待測部位進行定性分析，直至單礦物中主要元素分析正確無誤，方可進行定量分析［10-13］.

2.2 定量分析

（1）選用國際或國家的標準物質作為測量對比標準樣品.根據定性分析結果，依次測量標樣和試樣，獲得所測元素的特征X射線強度和背景強度，建立定量分析表［14］.每次分析測試之前要對儀器穩定性和準確度進行校正［15］.

（2）每個給出定量值的元素，其定量值不得小于絕對誤差，小于絕對誤差的定量值只能作為參考值［16］.每次測量開始和結束時選擇合適的標準物質或監控樣，以監控分析質量.

（3）礦物中化學成分含量在5%以上的氧化物，重復測試相對偏差不大于5%.化學成分含量1%～5%的氧化物，重復測試相對偏差不大于10%.化學成分含量1%以下的氧化物，重復測試相對偏差不大于20%［17］.

3 測試結果及質量評述

3.1 測試數據分析

本次研究課題組利用電子探針波譜儀對山東蒙陰金伯利巖型金剛石礦床中的鉻鐵礦作了微區化學成分定量分析，共測試25點，電子探針波譜分析成分包括MnO、MgO、FeO、Al2O3、TiO2、Cr2O3共6項.

25件單礦物樣品主要化學成分含量（見表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%.化學成分總量為99.117%～100.877%.

通常認為鉻鐵礦的化學組成FeO 32.09%，Cr2O367.91%.鉻鐵礦化學通式為AB2O4，其中A組主要陽離子為Mg2＋、Fe2＋、Zn2＋、Mn2＋和Ni2＋，B組主要陽離子為Al3＋、Fe3＋、Cr3＋、Ti4＋，此外，Mg2＋、Fe2＋、Co2＋、Mn2＋和Ni2＋等陽離子亦可加入B組，兩組之間類質同象替換復雜而普遍［18］.測試結果顯示：山東蒙陰金伯利巖型金剛石礦床中的鉻鐵礦A組主要陽離子為Fe2＋，可被Mg2＋代替，形成Mg－Fe間完全類質同象，構成鎂鉻鐵礦－鉻鐵礦系列；B組主要陽離子為Cr3＋，可被Al3＋、Fe3＋代替.此外，鉻鐵礦中有數量不多的Mn2＋代替Fe2＋、Ti4＋代替Fe3＋類質同象混入物.根據鉻鐵礦A、B離子占位情況，推測所測礦物為鎂鉻鐵礦.工作區鉻鐵礦成分特點是Mg離子普遍存在，并含有少量Ti、Al離子.

3.2 精密度試驗

按設定的測試條件和方法對M6－11－1號單礦物樣 品 平 行 測 定6次［19］，MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3氧化物測定的平均值依次為10.01%、22.44%、2.36%、2.50%、0.18%、63.12%，相對偏差依次為0.41～1.59、0.09～0.29、0.38～2.79、0.88～4.88、0.54～6.52、0.01～0.39（見表2）.

表1 電子探針波譜微區分析鉻鐵礦化學成分統計Table 1 Chemical composition contents of chromite by electron probe spectrum micro-area analysis

測試結果統計顯示：含量5%以上的氧化物成分，重復測試相對偏差小于1.6%.含量1%～5%的氧化物成分重復測試相對偏差小于4.9%.含量1%以下的氧化物成分，重復測試相對偏差小于6.5%.以上結果符合GB－T15617—2002標準規定的允許誤差［20］.

3.3 準確度試驗

分別用電子探針波譜儀和電鏡能譜儀測定SX2－1號樣品中MgO、FeO、TiO2、Al2O3、MnO、Cr2O3氧化物的含量，測定值見表3.由表3可見電子探針波譜儀與電鏡能譜儀測定結果基本相符［21］.

4 結論

25件鉻鐵礦電子探針波譜微區化學成分分析結果顯示，樣品中主要化學成分含量與鉻鐵礦化學組分相當，結合單礦物樣品的人工重砂鑒定特征及礦物的A、B離子占位情況，推斷所測單礦物樣品為鎂鉻鐵礦［22］.實驗證明電子探針波譜分析技術是檢定鉻鐵礦等造巖礦物化學成分行之有效的手段.

表2 精密度試驗結果Table 2 Results of precision test

表3 準確度試驗結果Table 3 Results of accuracy test

M6、SX4、X18、X23、X27、X30、X34、X38號鉻鐵礦樣品中TiO2含量大于1%，其所代表的金伯利巖巖體可能含金剛石；P1、P2、P3、P4、P5、SX2、X25、X48號鉻鐵礦樣品中TiO2含量小于1%，其所代表的金伯利巖巖體可能不含金剛石［23］.