钒钛磁铁矿石检测分析

赵勇，李霞，田卫(金川集团股份有限公司检测中心，甘肃 金昌 737100)

1 样品前处理与实验分析流程

取得的岩心样品先在肉眼下观察，并利用10倍的放大镜作观察并记录。因为钻井所采的岩石岩心数量不多，所能取得的样品体积也比较小，因此使用慢速切片机切割样品，以减少样品的损耗。

首先将切割好的样品岩块，取样品的一个表面沿240 mesh、400 mesh、600 mesh、1 000 mesh等不同粒径的碳化硅粉渐进的将岩石样品的表面磨平，接着用热溶胶将岩石粘贴于载玻片上，之后又利用Struers慢速切片机切割，仅切割出厚约1 mm的岩石薄片，接着同样利用240 mesh、400 mesh、600 mesh、1 000 mesh等不同粒径的碳化硅粉渐进的将岩石样品的表面磨平、磨薄，待岩石厚度大约接近30 μm后，再利用含0.3 μm粒径的氧化铝粉抛光至表面平滑无刮痕等程序，制成岩石光薄片。

接着依序进行室内的实验与分析，分析的内容包括：光学显微镜观察岩象和矿物组成、扫瞄式电子显微镜(SEM)以及电子微探(EPMA)观察矿物微组织及成分半定量分析、穿透式电子显微镜(TEM)高倍率下观察矿物超威组织及成分半定量分析和电子绕射[1]。

2 光学显微镜观察

制成岩石光薄片后，首先利用偏光显微镜观察矿物的光学性质，作初步的矿物相鉴定与岩象描述。另外，对于薄片中的不透光矿物，则是利用反光式光学显微镜观察其反光度及组织特征。所使用的反光-偏光显微镜为Nikon牌，放大倍率最高为1 000倍，观察结果并以NikonUFX-DX显微摄影系统拍照纪录[2]。

3 扫瞄式电子显微镜观察及分析

先在光学显微镜下观察岩石薄片，利用银胶标定出所要观察与分析的区域，因为本研究主要的观察是岩石样品中的钒钛磁铁矿颗粒，为了清楚记录钒钛磁铁矿的组织，所以会在标定好欲观察的区域后，分别拍一组平行偏光与反光的照片，平行偏光照片可辅助纪录钒钛磁铁矿与其他原生、次生矿物的共生组织，但是因为钒钛磁铁矿在平行偏光下是呈现不透光状，因此必须再拍一组反光照片，此反光照片则可记录钒钛磁铁矿的条纹组织，以上拍照的工作，主要是作为SEM实验时辅助寻找观察与分析位置时使用，同时也可以留下这些照片作为光学显微镜的岩象观察记录[3]。将薄片中矿物的化学成份作定性与定量分析，操作条件说明如下：

(1)加速电压20 kV，电流0.4 nA。

(2)用锆石校正电子束位置，并将电子束聚焦在试片上。电子束直径约3 μm。

(3)以纯钴作为校正用标准试样，校正CoKa峰线，进行Gaincalibration。

(4)每次接收X光谱的时间为100 s。

(5)将分析数据利用计算机分别做原子序、吸收、荧光等因素的校正。

(6)使用硅酸盐类及氧化矿物作为标准式样。

4 研究结果

4.1 光学显微镜观察结果

利用反光式光学显微镜所观察的结果，显示这些席状岩墙玄武岩岩心样品中，不透光的原生钒钛磁铁矿颗粒大都已转变成由钛铁矿与低钒钛磁铁矿基质相间的条纹组织的假晶，呈半自形到它形，颗粒大小约10～150 μm；亦有呈骸晶状；在具隐晶质组织的样品(142R-1、158R-1)中，钒钛磁铁矿假晶颗粒大小仅约数 μm。这些钒钛磁铁矿假晶颗粒中常具有规则排列的条纹组织，若是不具条纹组织，却呈现杂色斑驳组织。

根据在偏光显微镜下所观察的钒钛磁铁矿假晶颗粒中的微组织特征，可将钒钛磁铁矿假晶区分为具规则条纹组织者和不具条纹组织者。具规则条纹组织的钒钛磁铁矿假晶，主要是薄板状的钛铁矿与地主低钒钛磁铁矿交互共生情形，形成规则排列的条纹状组织，于本文中称此薄板状钛铁矿为条纹或客条纹，称此低钒钛磁铁矿为地主矿物，然而，在钒钛磁铁矿颗粒中的条纹(钛铁矿)与基质(低钒钛磁铁矿)的相对体积比例并非都是相等，有1∶1、1∶1～1.5，以及1∶3～5等不同比例的共生情形。在蚀变较严重的样品中地主矿物低钒钛磁铁矿较易受蚀变作用而溶蚀，局部或完全变成次生矿物(榍石或绿泥石等)，大部分钛铁矿条纹则局部变成榍石或TiO2，在反光下可看到钛铁矿条纹上常呈现不同色阶的光泽，显示出其条纹内有更细微的组织。通常一个样品中会出现有三到四组的钛铁矿条纹，但是在205R-1(Leg 140)样品中，却出现有五到六组的条纹组织。

4.2 扫瞄式电子显微镜观察结果

扫描式电子显微镜、电子微探仪的背反式电子影像与穿透式电子显微镜的观察，利用 SEM 与 EPMA，以背反式电子(BSE)影像观察钒钛磁铁矿假晶，发现光学下可见的条纹组织，其条纹是钛铁矿，宽约0.5～2 μm；而地主矿物(低钒钛磁铁矿)在有些样品中看似均质，但是在另外一些样品(通常是钛铁矿条纹相较于地主钒钛磁铁矿较为薄且稀疏者)却呈现出更细微的条纹组织，这些细微的条纹组织在光学显微镜下是不可见的。虽然在SEM与EPMA，以背反式电子(BSE)影像可观察地主矿物中有更细微的条纹组织，但是这些细微条纹均＜1 μm，由于SEM的EDS分析与EPMA电子微探分析的电子束的直径约有1～3 μm，因此在分析成份时会混到不同的矿物而无法获得单一细微条纹的成份，仅能得知其整体成分相当于钒钛磁铁矿的成份。在蚀变较严重的钛铁矿条纹中，同样的也可看到有细针状的微组织(＜1 μm)(如图1所示)。其成份分析也是只能得到相当于金红石与榍石以及少量的绿泥石混合的成份。在光学下呈现均质且不具条纹组织的钒钛磁铁矿颗粒，在SEM、EPMA的BSE影像观察下，一样呈现出有＜1 μm的条纹状组织，同样也有成份分析方法极限问题，因此必须进一步利用穿透式电子显微分析，做超威组织的观察与分析，确认单一矿物相的结构与成分。

图1 高倍率(×8 000)BEI 影像，显示钛磁铁矿颗粒

钒钛磁铁矿假晶的蚀变程度与样品整体岩象组织中硅酸盐矿物的蚀变程度，两者是互相吻合的，此结果可由其次生矿物观察出来。在隐晶质样品中的钒钛磁铁矿，颗粒大小约0.5～10 μm，平均＜5 μm，由SEM、EPMA的BSE影像观察下呈现出均质而且不具条纹组织，大多已变成榍石的假晶(如图2所示)。以及少量残留的钛铁矿(不确定是原生或是次生)和非常细粒的磁铁矿(＜0.5 μm)。

图2 高倍率(×6 000)BEI 影像，显示原生钛磁铁矿颗粒已变成榍石的假晶

5 结语

由SEM的观察与分析结果显示，除了隐晶质的岩石样品，其余的样品中原生钒钛磁铁矿已完全转变成具条纹组织的次生矿物群，并且均是由条纹与地主之间的界在线开始发育，组成的次生矿物包括有近乎端成分的磁铁矿、钛铁矿、榍石、绿泥石、石英和金红石等。蚀变程度低的样品，主要为接近端成分的磁铁矿、钛铁矿和少量榍石；蚀变中度的样品，其磁铁矿则已被较多次生的榍石、绿泥石或石英所取代；蚀变严重的样品，其地主磁铁矿则被大量上述次生矿物所，其中绿泥石的含量增加。大部分的条纹宽度自100至数百个纳米，显示它们为SEM下所见的细微条纹组织。然而Leg 148，最下部席状岩墙样品的条纹则为1～4 μm 宽，和光学下所见相当，条纹组织为接近端成分的磁铁矿和钛铁矿相间所组成。