河南省舞陽(yáng)鐵礦礦石光譜特征分析

涂恩照 王潔 戴帥軍

摘要：河南省舞陽(yáng)鐵礦礦石中氧化鐵礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)存在一定程度的差異。光學(xué)顯微鏡和電子探針?lè)治隹梢杂行У刈R(shí)別鐵礦石中氧化鐵礦物的特征，激光拉曼光譜可深入探討其晶體結(jié)構(gòu)以及微觀區(qū)域（lμm～100μm）的相變特征。利用光學(xué)顯微鏡和電子探針對(duì)不同成因類型的鐵礦石樣品進(jìn)行測(cè)試，在此基礎(chǔ)上，采用RenishawRM2000激光拉曼光譜對(duì)薄片中礦物的微觀結(jié)構(gòu)和微觀相變區(qū)域進(jìn)行原位分析，探討不同類型天然氧化鐵礦物的相變特征。

關(guān)鍵詞：電子探針?lè)治?；激光拉曼光譜；微觀結(jié)構(gòu)；含礦巖層；舞陽(yáng)鐵礦

1. 引言

河南省舞陽(yáng)鐵礦類型分為基性巖漿結(jié)晶分異作用形成的礦床及沉積變質(zhì)型鐵礦，由于成因類型不同鐵礦石中氧化鐵礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)存在一定程度的差異，國(guó)內(nèi)外對(duì)鐵礦石中磁鐵礦——赤鐵礦的微區(qū)分析采用了激光拉曼光譜來(lái)進(jìn)行微區(qū)分析探討不同類型天然氧化鐵礦物的相變特征。例如國(guó)內(nèi)弓長(zhǎng)嶺鐵礦石由半自形鐵氧化物組成的富鐵質(zhì)條帶與半自形石英組成的富硅質(zhì)條帶交替出現(xiàn)，構(gòu)成由海相火山噴發(fā)物質(zhì)經(jīng)沉積變質(zhì)作用形成的典型條帶狀含鐵建造（BIF）。

2. 礦石光譜分析特征

為了分析不同礦體中磁鐵礦的物質(zhì)來(lái)源，特別是層狀礦體與透鏡狀礦體是否存在繼承性的關(guān)系，分別從鐵山礦區(qū)、經(jīng)山寺礦區(qū)與經(jīng)山寺深部鉆孔巖芯中選取了三個(gè)礦石樣品。對(duì)樣品先進(jìn)行了巖相和礦相常規(guī)光學(xué)鑒定，然后進(jìn)行電子探針和光譜分析。所選樣品如下：

2.1 光學(xué)顯微鏡鑒定特征

（1）樣品R205鏡下基本特征：

不同礦石礦物在巖石中的分布形式有所不同，其中磁鐵礦為中細(xì)粒浸染狀分布，粒徑可以分為三種級(jí)別，第一種是大于1.0mm的顆粒，最大粒徑為2.5mm，多數(shù)為1.5mm，這種顆粒自形程度相對(duì)較好，有時(shí)在局部還呈不明顯的小團(tuán)塊狀，第二種也是較為均勻分布于巖石中，粒徑為0.08mm～0.5mm，自形程度相對(duì)較差一些，第三種是呈較為密集的浸染狀分布于暗色礦物透輝石晶體之中，粒徑一般為0.04mm～0.08mm，多呈他形晶，而且有明顯呈平行線狀定向分布的特征；赤鐵礦基本不見單獨(dú)晶體出現(xiàn)，均沿第一種和第二種粒徑的磁鐵礦邊緣或裂隙交代磁鐵礦，呈現(xiàn)港彎狀、蠶蝕狀交代邊緣，有時(shí)還出現(xiàn)有交代穿孔等現(xiàn)象，而分布于透輝石中的磁鐵礦被交代現(xiàn)象很不明顯，偶見在第一種粒徑的磁鐵礦晶體中出現(xiàn)有長(zhǎng)板狀自形晶的赤鐵礦。礦石礦物的在巖石中的含量為30%～35%（照片1）。

脈石礦物主要有石英、透輝石等，另外可見較多黑云母，少量方解石、綠簾石等，金屬礦物以磁鐵礦為主，其次有極少量的赤鐵礦，未見其他金屬礦物。

磁鐵礦：巖石中主要呈粒狀晶形的浸染狀分布，局部見有不明顯的小團(tuán)塊狀，多數(shù)晶形不完整，為半自形至它形晶，但總體粒狀特征明顯，邊緣多有赤鐵礦呈港彎狀、蠶蝕狀交代，有時(shí)出現(xiàn)有交代穿孔。反射率R=21±，反射色為乳白稍帶粉棕色調(diào)，均質(zhì)性。含量為巖石的25%以上，占礦石礦物的95%左右。

赤鐵礦：多分布于磁鐵礦的邊緣，呈港彎狀交代磁鐵礦，很少以單獨(dú)晶體出現(xiàn)。單偏光鏡下反射率R=30%±，反射色為較亮的白色，非均質(zhì)性較強(qiáng)，偏光色為藍(lán)灰、灰棕色，內(nèi)反射看不出來(lái)。含量占礦石礦物的5%左右。

礦石礦物生成順序：磁鐵礦1——磁鐵礦2——磁鐵礦3——赤鐵礦，鏡下可見磁鐵礦至少有三期，一期為原生晶形不完整或它形的大顆粒，第二期為自形程度較好的較小顆粒，第三期為分為布于透輝石晶體之中呈線狀定向分布特征的細(xì)小它形顆粒。

（2）樣品R604鏡下基本特征：

礦石礦物在巖石中的分布形式、粒徑、自形程度大致有三種情況，第一種為中粒它形晶，分布于脈石礦物透輝石顆粒之間，非常類似于巖漿結(jié)晶形成的海綿隕鐵結(jié)構(gòu)特征，最大粒徑為1.8mm，多數(shù)為1.4mm±，這種磁鐵礦可能為原巖形成過(guò)程中結(jié)晶的，屬于變質(zhì)前的殘留組分；第二情況為半自形中細(xì)粒，呈浸染狀分布，有時(shí)也呈小的致密團(tuán)塊狀分布，最大粒徑為1.5mm，多數(shù)為0.4mm～0.8mm，團(tuán)塊最大長(zhǎng)徑可達(dá)6.0mm，這種晶體可能為變質(zhì)過(guò)程中變晶作用形成的；第三情況呈他形細(xì)粒至微粒晶形，呈密集浸染狀只局限分布于透輝石晶體之中，多數(shù)情況下在透輝石晶體中還呈條帶狀分布的特征，各透輝石晶體內(nèi)部的磁鐵礦稠密浸染狀條帶的方向互不相同，只與透輝石晶體的延長(zhǎng)方向有關(guān)，最大粒徑為0.08mm，多數(shù)為0.03mm以下，這種晶體明顯為變質(zhì)作用中原輝石晶體在轉(zhuǎn)變?yōu)橥篙x石的過(guò)程中析離的鐵質(zhì)形成的，另外局部還出現(xiàn)有后期分布于巖石顯微裂隙中的微脈狀磁鐵礦。上面特征均可以說(shuō)明含礦物原巖本身就是礦質(zhì)母巖，而且原巖為超鎂鐵質(zhì)巖漿巖。成礦組分的富集經(jīng)歷了明顯的三個(gè)時(shí)期，第一個(gè)時(shí)期經(jīng)歷了巖漿結(jié)晶分異作用時(shí)期，實(shí)際上在硅酸鹽組分結(jié)晶過(guò)程伴隨有很微弱的熔離結(jié)晶作用，表現(xiàn)為硅酸鹽組分先結(jié)晶，鐵質(zhì)氧化物組分后結(jié)晶的特點(diǎn)，第二個(gè)時(shí)期是變質(zhì)結(jié)晶作用期，因?yàn)樵瓗r中的輝石可能有單斜輝石和斜方輝石兩種，當(dāng)變質(zhì)作用達(dá)到一定溫壓條件下，單斜輝石中的鐵質(zhì)析離，并游離原單斜輝石晶體，在單斜輝石晶體之外結(jié)晶，同時(shí)伴隨變質(zhì)分異作用，形成一些團(tuán)塊狀集合體，但在此溫壓條件下，斜方輝石由于本身的熔點(diǎn)高于單斜輝石，其內(nèi)部的鐵質(zhì)開始析離，但并未游離出原斜方輝石的晶體，其變質(zhì)作用的溫壓開始回返，導(dǎo)致從晶格中析出的鐵質(zhì)只能在原晶體中的鏈狀格架之間結(jié)晶，形成平行鏈狀格架的特點(diǎn)。另外礦石礦物中還出現(xiàn)有一些熔離結(jié)構(gòu)和交代結(jié)晶特征，表現(xiàn)為變質(zhì)結(jié)晶的磁鐵礦晶體中出現(xiàn)有熔離的黃鐵礦，局部出現(xiàn)有自形晶的黃鐵礦，以及黃鐵礦呈港彎狀交代磁鐵礦，還有微量的黃銅礦交代黃鐵礦，黃鐵礦在閃鋅礦晶體中呈固熔體等現(xiàn)象。礦石礦物的在巖石中的含量為30%±（照片2）。

脈石礦物主要有透輝石、斜長(zhǎng)石、方解石等，金屬礦物以磁鐵礦為主，其次有少量的黃鐵礦和極少量的黃銅礦、閃鋅礦等。

磁鐵礦：在礦石中的分布、粒徑、自形程度等方面如上面所述。在鏡下反射率R=21±，反射色為乳白稍帶粉棕色調(diào)，均質(zhì)性。含量為巖石的30%左右，占礦石礦物的99%左右。

黃鐵礦：分布形式有三種，第一種在磁鐵礦中呈固熔體分離，不規(guī)則的它形晶，有時(shí)也呈浮滴狀，第二種是分布于磁鐵礦的邊緣，并呈港彎狀交代磁鐵礦，第三種是呈獨(dú)立的自形晶，粒徑多數(shù)小于0.01mm，呈半自形晶，反射率R=50±，反射色為亮的淺黃白色，均質(zhì)性。

黃銅礦：只在個(gè)別黃鐵礦晶體邊緣或裂隙中呈交代黃鐵礦出現(xiàn)，表面較光滑，可見明顯的暈色，反射率R=46±，反射色為較亮的黃色，弱非均質(zhì)性。

礦石礦物生成順序：磁鐵礦——磁鐵礦+黃鐵礦——黃銅礦+黃鐵礦+閃鋅礦——磁鐵礦。

2.2 光譜測(cè)試

（1）光譜測(cè)試礦物

對(duì)于礦石的不同組分光譜測(cè)試，以光學(xué)顯微鏡的鑒定結(jié)果為論據(jù)，選定了以礦石礦物磁鐵礦為主要待測(cè)礦物，包括礦石中所含的脈石礦物共計(jì)8種，（照片3），其中編號(hào)為3號(hào)、3-1號(hào)礦物為磁鐵礦。因?yàn)楸敬螠y(cè)試主要是為了確定不同含礦層可熔性鐵質(zhì)的來(lái)源、運(yùn)移方式，從前面的分析結(jié)果考慮鐵質(zhì)的原始來(lái)源為巖漿型的上地幔，而現(xiàn)在不同時(shí)代礦體的產(chǎn)出形態(tài)、礦石的構(gòu)造、礦石的微量成分均有所不同，說(shuō)明不同含礦層所經(jīng)歷的后期改造、富集過(guò)程存在明顯區(qū)別。

（2）光譜圖

通過(guò)對(duì)樣品二次重復(fù)掃描所得不同礦物的光譜曲線圖（照片4），并對(duì)所有礦物的譜線圖進(jìn)行峰值計(jì)算，對(duì)照采用的標(biāo)準(zhǔn)樣品為[1-Jun-199912：00AM]，處理過(guò)程中的處理選項(xiàng)Oxygen按化學(xué)式法計(jì)算，并已歸一化，3個(gè)樣品各種礦物的均值如表2。

（3）礦石光譜測(cè)試結(jié)果分析

由表5-7中測(cè)試礦物3號(hào)與3-1號(hào)的測(cè)試結(jié)果直接表明，二者存明顯的差別，首先是在微量元素的成分上，3號(hào)測(cè)試結(jié)果中含有微量組分Zr，3-1號(hào)測(cè)點(diǎn)結(jié)果表明基本不含微量組分。

根據(jù)磁鐵礦中微量元素的地球化學(xué)特征表明，一般巖漿成因的磁鐵礦中Ti、Ni、Co、Cr、Zr等微量元素含量相對(duì)較高，矽卡巖型磁鐵礦一般Cu、Ga含量較高，而化學(xué)沉積變質(zhì)型磁鐵礦一般Ti、Al、Mg、Mn等元素含量相對(duì)較高。

將本區(qū)3號(hào)、3-1號(hào)磁鐵礦與上面所述的磁鐵礦中微量元素地球化學(xué)特征對(duì)比，3號(hào)磁鐵礦為較典型的基性巖漿結(jié)晶分并形成，3-1號(hào)為帶碎屑狀棱角的磁鐵礦邊緣部分，說(shuō)明這種磁鐵礦很有可能為重砂富集型的磁鐵礦，表層經(jīng)過(guò)了一個(gè)氧化剔除雜質(zhì)的過(guò)程，所以組分中微量元素含量很低。

3. 結(jié)論

根據(jù)對(duì)磁鐵礦光譜測(cè)試分析，可以得出舞陽(yáng)地區(qū)的磁鐵礦礦床存在至少有兩種物質(zhì)來(lái)源，一種是基性巖漿結(jié)晶分異作用形成的磁鐵礦，第二種為沉積變質(zhì)型鐵礦其經(jīng)風(fēng)化作用形成磁鐵礦碎屑顆粒，再由沉積搬運(yùn)，以重砂富集的形式，在風(fēng)化搬動(dòng)沉積過(guò)程中，重砂磁鐵礦碎屑顆粒表層形成了一個(gè)氧化外殼，然后在變質(zhì)作用過(guò)程沿內(nèi)部磁鐵礦的晶格發(fā)生次生長(zhǎng)大。

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