矿物微区分析中透射电镜测试技术的应用

透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope,TEM）提供了超高的空间分辨率和多样化的微区分析方法,是纳米地质学研究的重要表征手段之一。运用TEM技术研究矿物时,由于地质样品的高度复杂性和强烈非均质性,使得实验测试过程复杂而困难。文章探索了一套适用于地质样品的TEM分析测试流程。首先根据样品特性,选择合适的样品制备方法,重点介绍了粉末制备法、离子减薄法及聚焦离子束法;然后进行目标矿物的定位,提出了一种扫描电镜（Scanning Electron Microscope, SEM）+TEM组合定位法;接着进行包括明场像、暗场像、高分辨像、电子衍射花样等不同类型图像的获取,着重说明了各种图像的成像原理、拍摄过程、注意事项和实验技巧;最后是选定关注的微区,测试元素组成及分布情况,并与常用的微区成分分析仪器进行对比,从而说明TEM成分分析的适用范围及优点。     

Schwertmannite矿物合成方法的优化和表征

本文对Schwertmannite(斯沃特曼铁矿)矿物的两种非生物合成法——慢速合成法和快速合成法进行了全面的对比研究,并对合成样品的清洗方法进行了优化。慢速合成法和快速合成法在单纯合成Schwertmannite矿物的时间上基本一致。Schwertmannite矿物传统慢速合成方法中对合成样品的透析清洗过程耗时较长,但合成样品的矿物特征峰和红外光谱特性更好,形成的矿物颗粒较大;而Schwertmannite快速合成法中没有对合成样品的清洗步骤,并且合成样品的矿物特征峰强度较弱,合成的矿物颗粒较小。透析法比离心清洗法更适合对合成Schwertmannite样品的清洗,并且采用截留分子量为3 500的透析袋能够缩短透析时间20天,大大提高对合成样品的清洗效率。恒温(40℃)干燥会造成合成样品的严重聚集,而冷冻干燥法则能够大大降低合成样品在干燥过程中的聚集程度,通过研磨能够恢复干燥合成矿物原来的颜色和特征。     

缅甸不同矿点翡翠的矿物学特征

通过对缅甸达木坎矿区、帕敢矿区、隆肯矿区的4个矿点翡翠样品的偏光显微镜、电子探针、X射线粉晶衍射等测试,其结果表明:各矿点翡翠均以粒状变晶结构为主,主要矿物为硬玉,次要矿物有钠长石、云母类、辉石类、闪石类矿物、沸石类矿物等。其中,哥因角矿点翡翠矿石中有较大量辉石类矿物,纳莫矿点发现较大量方沸石矿物。沸石是含水矿物,而含水矿物作为矿脉的前锋组成矿物更为合理,故纳莫翡翠矿体形成深度应相对其它矿点更深。隆肯矿点翡翠样品w(A_l2O_3)=23.187%,w(Na_2O)=17.706%,w(TiO_2)=0.349%,w(K_2O)=0.298%,高于其它矿点;哥因角矿点翡翠样品w(CaO)=1.821%,w(MgO)=2.983%,w(FeO)=1.432%,高于其它矿点;纳莫矿点样品w(SiO_2)平均61.91%,为4个矿点中最高。     

玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法流程

长期以来,对玄武岩精确测年一直是困扰地质学家的重大科学问题。玄武岩结构和组成特殊,岩石中矿物组成单一、锆石十分稀少,颗粒很细,采用物理方法挑选单矿物和锆石十分困难,很难应用内部等时线法和锆石U-Pb法研究其成岩时代。而全岩样品间因岩浆分异产生的147Sm/144Nd比值差别很小,等时线年龄相对误差较大;Rb含量很低,Rb/Sr比值很小,全岩Sm-Nd法、Rb-Sr法常常不能给出正确可信的年龄。根据内部等时线法原理,本文通过化学方法,采用王水和氢氟酸-硝酸对玄武岩样品进行分步溶解,分别对同一件样品的王水溶解相、王水不溶相和全岩开展Sm-Nd同位素组成分析。结果表明:通过不同酸介质分步溶解,可提取玄武岩中石英、透辉石、长石等矿物组合,该组合与其全岩具有相同的εNd(t)和一致的Nd同位素模式年龄;矿物与全岩构筑的内部等时线中,147Sm/144Nd比值的变化由全岩之间的0.005扩大到0.11,143Nd/144Nd值的变化由全岩的0.512500~0.512547扩大到0.512500~0.513145。通过该方法获得了与已有锆石U-Pb年龄在误差范围内一致的Sm-Nd等时线年龄:t=(991±21)Ma(MSWD=2.1)。通过对比研究,本文认为:玄武岩分相Sm-Nd内部等时线定年方法,适用于前寒武纪及更古老的玄武岩样品的年龄测定。该方法的建立不仅有效提高玄武岩Sm-Nd等时线定年成功率,也为其他隐晶质且不易挑出单矿物样品的年龄测定提供了新的思路。     

一种热分析矿物定量方法的改进

用热重（ＴＧ）测定结果作矿物定量分析，对一百余种天然矿物样品和（或）人工混合样品的分析结果，表明该法改进后，简单，快速，灵敏，准确，是一种实用的矿物定量方法。     

俯冲带蛇纹岩的变质过程

俯冲带蛇纹岩是俯冲带流体的重要来源,特别是其深部脱水作用对地幔动力学影响深远,是研究俯冲带约80~200km深度范围的地球动力学的关键,因此研究蛇纹岩的变质作用过程及其相关特征矿物(组合)的温压稳定范围具有重要意义。蛇纹岩具有简单的矿物(组合):蛇纹石类、硅镁石类、磁铁矿、氢氧镁石、绿泥石、橄榄石、透辉石、角闪石、滑石等,并且这些矿物(组合)对温压变化不敏感从而很难用来判定蛇纹岩所经历的变质演化轨迹。近几十年来,研究者通过实验岩石学和野外地质观察,主要研究了蛇纹石类矿物和硅镁石类矿物的温压稳定范围,并且试图使用这些特征矿物(组合)来判定俯冲带蛇纹岩的峰期变质条件。本文总结了蛇纹岩中这些主要矿物的温压稳定范围和相关变质反应,并且以中国西南天山蛇纹岩为例,展示使用特征矿物(组合)和叶蛇纹石Al等值线判定蛇纹岩峰期温压条件在实际岩石中的应用。另外,早期对叶蛇纹石的研究表明:随着温压条件的变化,叶蛇纹石的晶体结构会发生相应的调整。表现为单位晶胞内硅氧四面体的个数(m值)发生变化:温度升高,m值变小;压力升高,m值变大,这个发现在高压实验和天然样品中得到了一定程度的验证。本文利用已知峰期温压范围的叶蛇纹石样品分别采用粉末制样法和离子减薄制样法,进行透射电镜测试(TEM)样品的m值,并通过统计的方法获得叶蛇纹石的m值的峰值。结果显示叶蛇纹石的m值的峰值在一定程度上可以用以指示温压条件。本文提出可以用矿物组合、叶蛇纹石Al等值线和叶蛇纹石m值峰值相结合的方法确定蛇纹岩的变质温压条件和P-T轨迹。     

红外光谱在几种相似硫酸盐矿物判别中的应用

为快速、有效区分硫酸盐矿物,选取几类具代表性的硫酸盐类矿物样品,采用红外光谱法的反射法和KBr压片法收集各样品的中红外吸收光谱,并进行对比和分析。结果表明,常规矿物测试应用物理特性很难将各矿物区分,红外吸收光谱可有效区分几类相似硫酸盐矿物。对相同结构类型、分子构型、晶系及对称类型的硫酸盐矿物,[SO4]2-基团与[OH]-基团的红外活性内振动频率具随阳离子半径减小而增大、阳离子质量增大而降低的规律。对反射法和KBr压片法测试结果比对,SO4基团与OH基团内振动特征峰基本一致,偏差约0~10 cm-1,个别约40±cm-1。     

土壤中高岭石的X射线衍射全谱拟合定量分析方法研究

本文通过提纯高纯度石英、方解石、高岭石,配置了三种已知矿物成分含量的土壤模拟样品（高岭石、石英二相模拟土壤样品,高岭石、石英、方解石三相模拟土壤样品,高岭石、自然土壤混合样品）,利用X射线衍射TOPAS全谱拟合定量分析方法对配制的9组高岭石、石英二相模拟土壤样品,9组高岭石、石英、方解石三相模拟土壤样品,9组高岭石、自然土壤混合样品三种系列覆盖4个矿物梯度的模拟土壤实验样品进行矿物定量分析,成功对比了其矿物理论含量与测试含量。通过对不含高岭石系土壤和含高岭石系土壤加标高岭石的方法,验证了X射线衍射全谱拟合定量分析法可以应用于土壤高岭石定量分析的稳定性与准确性。     

X射线衍射全谱拟合法分析蓝晶石的矿物含量

蓝晶石矿物定量分析通常采用的化学物相法分析流程繁琐,易受同质异象矿物和难熔矿物的干扰;采用X射线衍射内标法需要提纯矿物绘制标准曲线,但矿物包体的存在使得获取纯净单矿物成为难题;由于不同矿区蓝晶石矿物成分之间存在着差异性,以上两种方法都仅仅适用于同一矿区样品的矿物定量分析。为简化分析流程,提高测试效率,本文采用X射线衍射(XRD)全谱拟合法对蓝晶石国家二级标准物质和野外样品进行分析,并与RIR法、绝热法和K值法等衍射定量方法及化学分析结果进行了比较验证方法的可靠性。结果表明:全谱拟合法无需采用标准物质,也不用引入内标物,一次扫谱分析能获得样品中所有成分的信息,操作简单,能有效降低择优取向对衍射定量结果的影响;对于含量大于5%的矿物,组分分析结果的绝对误差小于1%,显著低于绝对误差允许限;采用Highscore和Jade两种衍射数据处理软件获得的定量结果吻合度高,目标矿物蓝晶石分析结果的双差均小于0.8%,相对偏差小于2.5%;蓝晶石的加标回收率在95.3%～101.0%之间,能实现不同矿区蓝晶石矿的快速定量分析。     

CO_2流体与储层砂岩相互作用机理实验

储存于地下岩层中的CO2与矿物发生化学反应导致次生碳酸盐矿物的沉淀,CO2将以碳酸盐矿物的形式长时间地固结在储层岩石中,从而有效减少CO2向大气中的排放。通过对不同温度下CO2-H2O-砂岩相互作用机理的研究,以及反应后样品的扫描电镜观察、质量损失量和剩余反应液中总矿化度变化的分析发现:砂岩样品的溶蚀程度随温度的升高而逐渐增强;100℃和175℃时样品表面分别有方解石和白云石生成,250℃时新生成的矿物因温度过高而溶解。这表明CO2能够以碳酸盐矿物的形式固定在矿物中,175℃为本实验所证明较适合的贮存温度。     

中酸性火山岩中造岩矿物含量的定量计算方法

主要造岩矿物的含量是火山岩分类定名的主要依据。对于基质为微晶质、隐晶质的火山岩，采用常规的薄片显微镜统计矿物含量几乎是不可行的。目前已有的利用岩石化学成分计算矿物含量的方法均不适用于中酸性火山岩。因此，本文基于岩石与矿物之间的化学成分质量平衡原理，提出了计算火山岩实际矿物含量的方法。该方法是利用实际矿物成分，采用最优化方法计算岩石中实际矿物的含量，在很大程度上避免了计算中的人为性。对中酸性火山岩实际样品计算表明，该方法使用简单方便，精度较高。     

含辉钼矿全岩样品Re-Os同位素定年研究:在北京大庄科钼矿床中的应用

采用硝酸在比色管中对辉钼矿样品中Re含量进行初测的方法,测得辉钼矿标准样品JDC Re含量与推荐值在误差范围内基本一致,与传统的Carius管法相比,该方法具有简便快速的特点。传统的辉钼矿Re-Os同位素定年分析对象为辉钼矿单矿物,根据所测得的187Re/187Os值获得辉钼矿的Re-Os年龄,Re、Os在辉钼矿中大量富集,而在硅酸盐矿物中几乎没有,探索性地对含有辉钼矿的全岩样品进行Re-Os同位素定年,虽然所得Re、Os含量偏低,但187Re/187Os值不会变。该方法省去了选样过程花费的大量时间,避免了选样过程中可能造成的交叉污染。采用同位素稀释Carius管逆王水法探索性地对北京大庄科钼矿床中含辉钼矿全岩样品进行Re-Os同位素年龄测定,获得了(137.6±3.7)Ma精确的等时线年龄,与挑选出辉钼矿单矿物样品的Re-Os同位素等时线年龄(136.8±2.6)Ma吻合较好,直接厘定了大庄科钼矿的成矿时代。该年龄与矿区汉家川石英二长岩锆石U-Pb年龄一致,表明大庄科钼矿的形成与汉家川石英二长岩关系较为密切,为中国东部第二期大规模成矿作用的产物,形成于中国东部岩石圈伸展环境。     

岩石矿物高含量锡的测定

测锡的方法有很多,方法不同对应所要求的样品和含量也各不相同,经多方实验,发现一项能方便、准确的测量岩矿样品中高含量锡的测量方法。常规岩矿样品中高含量锡的测定一般采用苯芴酮比色法,该方法分析手续繁琐,很容易致使测定结果不太理想。本文主要讲述一种通过碱熔样品,使用原子荧光光度计对岩石样品中的锡进行检测的方法。     

A mineral quantification method for wall rocks at open pit mines,and application to the Martha Au–Ag mine,Waihi, New Zealand

Pit lakes that result from open pit mining are potential water resources or potential environmental problems, depending on lake water quality. Wall rock mineralogy can affect lake chemistry if surface water inputs and/or groundwater inputs and/or lake water in contact with submerged wall rocks react with the wall rock minerals. This study presents a mineral quantification method to measure the distribution and concentration of wall rock minerals in open pit mines, and applies the method to the Martha epithermal Au–Ag mine, Waihi, New Zealand. Heterogeneous ore deposits, like Martha, require a large number of wall rock samples to accurately define mineral distributions. X-ray diffraction analyses of 125 wall rock samples identified the most abundant minerals in the wall rocks as quartz, adularia, albite, illite, chlorite, kaolinite, pyrite and calcite. Distribution maps of these minerals defined 8 relatively homogenous areas of wall rock referred to as “mineral associations”: weakly-altered, propylitic, fresh-argillic, weathered-argillic, oxidized, potassic, quartz veins, and post-mineralization deposits. X-ray fluorescence, Leco furnace, and neutron activation analyses of 46 representative samples produced the geochemical dataset used to assign quantities of elements to observed minerals, and to calculate average mineral concentrations in each association. Thin-section petrography and calcite concentrations from Sobek acid-digestions confirm the calculated mineralogy, providing validation for the method. Calcite and pyrite concentrations allowed advanced acid–base accounting for each mineral association, identifying 3 potential acid-producing associations and one potential acid-neutralizing association. The results target areas, where detailed hydrologic and kinetic tests would be valuable in the next stage of pit lake evaluation. Detailed understanding of wall rock mineralogy will help strengthen predictions of pit lake water quality.     

The automated photometric determination of vanadium in geological samples with 4-(2-pyridylazo) resorcinol

Vanadium is determined in geological samples utilising the red complex formed between V⁵⁺ and 4-(2-pyridylazo) resorcinol. The determination is performed with the Technicon Auto Analyzer. The method has been applied to the determination of the element in standard rock and mineral samples after fusion with sodium carbonate and magnesium oxide. Using this sensitive method, it is possible to determine as little as 1 p.p.m. vanadium in a 200-mg sample of silicate rock or mineral.     

浙江大桥坞铀矿床深部流体作用的地质-地球化学证据

笔者通过流体包裹体的岩相学、显微测温学以及激光拉曼成分的对比研究,探明了大桥坞铀矿床成矿流体的基本性质（温度、盐度及成分）,结合该矿床的构造和地质-地球化学特征,对成矿流体的来源进行了探讨。研究结果表明,该矿床主成矿期成矿温度为200-250℃,属于中温热液矿床,其成矿流体为富含CO2、H2、CH4等气体组分的中高盐度流体,反映该矿床成矿过程以深部流体作用为主,成矿流体主要为来自地幔的流体。     

一种计算岩石中矿物组成的新方法

介绍根据显微下观察,应用岩石化学全分析结果和分子量计算法计算岩石中矿物组成的新方法。所得各种矿物的组成是整块岩石在三维立体体积中各种矿物的质量分数,比目前沿用的目测一个岩石切面上各种矿物的面积百分比法更准确,比CIPW标准矿物分子法更符合岩石样品组合的实际情况,而且可用于含云母族、绿泥石族和铀矿物等蚀变矿化的花岗岩及沉积岩、变质岩的矿物组成计算。     

A method for quantitative pyrite abundance in mine rock piles by powder X-ray diffraction and Rietveld refinement

The abundance of pyrite and other sulfide minerals in mine rock piles is a potentially significant if not a determinative factor in terms of the geochemical and geomechanical evolution of the dumps as oxidation produces acid solutions that drive hydrolysis reactions. A technique is presented here that supports the quantitative determination of pyrite abundance in mine rock dumps by heavy liquid mineral separation to concentrate pyrite for powder X-ray diffraction and then Rietveld method refinement of the diffraction data on a large number of samples using commonly available laboratory equipment. In order to improve and constrain the accuracy of XRD results, binary (pyrite-quartz) and 6-part mineral mixtures (pyrite and rock-forming andesite minerals) spanning a wide range of pyrite concentrations were prepared gravimetrically and run as standards. These standards were then used to minimize errors in pyrite abundance data by constraining key input parameters in the Rietveld refinement. A new polynomial relationship was derived between diffracting crystallite size and the Brindley microabsorption correction input size. This method provides a means to determine uncertainties in pyrite abundance, whereas conventional Rietveld refinement techniques done without the use of standards yield only statistical measures of the least-squares fit, rather than absolute uncertainties in mineral constituent weight percentages. The technique was applied to a number of mine rock pile samples and the uncertainty in the results determined by applying the relationship derived from the 6-part gravimetric standards to the results of the Brindley corrected Rietveld refinements. Uncertainties determined by this method are found to be on the order of ±10% for samples with pyrite content greater than 10 wt% and ±30% for samples with pyrite content less than 10 wt%. In order to evaluate the technique’s improvement upon traditional visual mineral abundance estimation the quantitative results are compared to manual volumetric estimates.     

气相色谱法测定岩矿试样中有机碳的研究

本文研究了化学氧化、气相色谱法测定岩矿试样中有机碳的转化机理、转化温度、转化时间以及试样中能产生二氧化碳气体的碳酸盐成分的消除等条件，解决了化学处理与仪器测定的衔接问题。所建立的方法具有灵敏度高、准确度好、操作简单、快速等优点，适用于岩矿、水系沉积物等试样中有机碳的测定。     

灰色误差理论在岩矿测试数据处理中的应用

介绍了灰色误差理论,并应用于岩矿测试数据基本处理。结果表明,在误差变化范围小的岩矿化学分析中,测量数据的累加曲线为线性关系,在元素不均匀性分布的岩矿化学分析(例如不均匀性金的测试)和岩石强度试验等分散性大的测试中,测量数据的累加曲线为曲线关系,但灰色标准偏差和传统统计学的标准偏差非常接近。该方法简单易行,具有相当的精度和较强的实用性,对测量数据少或难于寻求统计规律的测量过程尤为实用,是一种新的尝试。