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  地质与资源 2020, Vol. 29 Issue (5): 490-496, 453  
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doi：10.13686/j.cnki.dzyzy.2020.05.012
引用本文
邵九龙, 迟广成, 史雨辰. X射线粉晶衍射法在片麻岩鉴定与分类中的应用[J]. 地质与资源, 2020, 29(5): 490-496, 453.  
SHAO Jiu-long, CHI Guang-cheng, SHI Yu-chen. APPLICATION OF X-RAY POWDER DIFFRACTION METHOD IN THE IDENTIFICATION AND CLASSIFICATION OF GNEISS[J]. Geology and Resources, 2020, 29(5): 490-496, 453.  
X射线粉晶衍射法在片麻岩鉴定与分类中的应用
邵九龙1 , 迟广成2 , 史雨辰3     
1. 辽宁省矿产勘查院, 辽宁 沈阳 110032;
2. 中国地质调查局沈阳地质调查中心, 辽宁 沈阳 110034;
3. 辽宁省地质矿产研究院, 辽宁 沈阳 110032
收稿日期：2020-04-15; 修回日期：2020-06-30
基金项目：中国地质调查局项目"变质岩岩石矿物鉴定检测技术方法研究"(201011029-3)。
作者简介：邵九龙(1988-), 男, 工程师, 主要从事地质勘查工作, 通信地址  辽宁省沈阳市皇姑区宁山中路42号, E-mail//449069159@qq.com。
通信作者：迟广成(1964-), 男, 教授级高级工程师, 从事岩矿鉴定工作, 通信地址  辽宁省沈阳市皇姑区北陵大街26甲3号, E-mail//chiguangcheng@126.com。
摘要：利用偏光显微镜岩石薄片鉴定和X射线粉晶衍射物相分析技术，对34件片麻岩样品矿物组分进行检测.两种方法分析结果比对显示，有18件岩石样品定名一致，其余16件岩石样品详细定名有差异.偏光显微镜鉴定技术的优势在于能准确定出岩石构造和结构，能鉴定出更多的金属矿物、电气石、榍石、磷灰石、绿帘石，有效区分白云母和黑云母；X射线粉晶衍射法优势在于更准确区分出岩石中层状硅酸盐矿物绿泥石、蒙脱石和云母，确定钾长石、钠长石和石英矿物种类与含量.研究表明：片麻岩鉴定应该把偏光显微镜岩石薄片法与X射线粉晶衍射矿物半定量技术结合起来，才能更好地确定片麻岩的矿物组分，为地学研究提供更符合客观实际的技术数据和分析结论.
关键词：片麻岩    显微鉴定    X射线粉晶衍射    岩石分类定名    
中图分类号：P588.34;P585.2            文献标志码：A             文章编号：1671-1947(2020)05-0490-08
APPLICATION OF X-RAY POWDER DIFFRACTION METHOD IN THE IDENTIFICATION AND CLASSIFICATION OF GNEISS
SHAO Jiu-long1 , CHI Guang-cheng2 , SHI Yu-chen3     
1. Liaoning Institute of Mineral Exploration, Shenyang 110032, China;
2. Shenyang Center of China Geological Survey, Shenyang 110034, China;
3. Liaoning Institute of Geology and Mineral Resources, Shenyang 110032, China
Abstract: The mineral compositions of 34 gneiss samples are tested through thin section identification of polarizing microscope and X-ray powder diffraction phase analysis. Comparison shows that 18 of the 34 rock samples were named consistently by the two methods, while the other 16 were differently. The advantage of polarizing microscope identification is that it can accurately determine the structure and texture of rocks, identify most of metallic minerals and tourmaline, sphene, apatite and epidote as well, and effectively distinguish muscovite from biotite. The X-ray powder diffraction can exactly distinguish stratiform silicate minerals such as chlorite, montmorillonite and mica, and determine the mineral types and contents of potassium feldspar, albite and quartz. The results suggest that gneiss identification should combine the two methods to better determine mineral compositions and provide more objective data and analysis conclusions for geological study.
Key words: gneiss    microscopic identification    X-ray powder diffraction    classification and naming of rocks    

到目前为止，片麻岩岩石定名主要以野外观察和岩石薄片鉴定为主要技术手段[1]，鉴定结果正确与否完全依赖分析人员长期岩石薄片鉴定积累的经验，主观因素起到了很大作用，这对片麻岩鉴定结果带来了很大风险.随着X射线粉晶衍射技术的快速发展[2]，许多地质工作者把该项技术应用到造岩矿物的检测中.国内外研究资料表明，X射线粉晶衍射技术不但能够检测出岩石中结晶矿物组分，通过全谱拟合应用软件还能半定量分析出岩石中不同矿物组分的相对含量，这为我们鉴定片麻岩矿物组分提供了一个切实可靠的技术手段[3-7].本研究利用X射线粉晶衍射仪对34件片麻岩岩石样品进行造岩矿物半定量分析测试，以期准确检测出岩石中斜长石、钾长石、石英、角闪石和辉石等矿物种类及含量，验证偏光显微镜岩石薄片鉴定结果，进一步提高片麻岩岩石定名的准确性.课题组在辽宁省片麻岩大面积出露地区，找到具有片麻状构造的岩石露头（图 1a、b）.采集尽可能新鲜的岩石标本34件，用于岩石薄片磨制、X射线粉晶衍射分析等（图 1c、d）.

图 1 片麻岩野外露头及标本 Fig.1 Field outcrops and specimens of gneiss a-片麻岩野外露头（gneiss outcrop）；b-片麻岩露头近景（close-up of gneiss）；c-黑云斜长片麻岩（biotite plagiogneiss）；d-闪云二长片麻岩（amphibole-mica monzogneiss）
1 实验部分 1.1 岩石薄片鉴定

把野外采集的34件片麻岩岩石样品磨制成岩石薄片[8].经偏光显微镜鉴定，岩石样品具有片麻状构造、透镜状构造、条带状构造，岩石具鳞片粒状变晶结构、粒状变晶结构.岩石中斜长石、钾长石、石英均为他形粒状，集合体呈条带状分布，矿物粒度一般在0.3 mm以上.片状矿物主要为白云母和黑云母，其颗粒一般大于0.3 mm，黑云母呈褐色或绿色，白云母无色.柱状矿物以角闪石为主，部分岩石含有辉石[9-11].

据偏光显微镜下鉴定的岩石组构特征，可把34件片麻岩样品定为8种名称，分别为角闪二长片麻岩（图 2a）、闪云斜长片麻岩（图 2b）、黑云斜长片麻岩（图 2c）、黑云二长片麻岩（图 2d）、角闪斜长片麻岩、闪云二长片麻岩（图 2e）、苏云斜长片麻岩（图 2f）和榴云斜长片麻岩（见表 1）.片麻岩中主要矿物及含量：石英（0~35%）、斜长石（10%~70%）、微斜长石（0~45%）、黑云母（0~25%）、角闪石（0~40%）、紫苏辉石（0~10%）.片麻岩样品中石英含量小于斜长石+微斜长石含量，黑云母+角闪石+紫苏辉石含量小于50%.部分片麻岩含有少量石榴石、电气石、榍石、磷灰石和金属矿物，有9件样品中绿帘石化作用明显.片麻岩中所有矿物组分均根据矿物镜下光学特征而定.

图 2 片麻岩显微照片 Fig.2 Microphotographs of gneiss samples a-角闪二长片麻岩（amphibole monzogneiss）；b-闪云斜长片麻岩（amphibole-mica plagiogneiss）；c-黑云斜长片麻岩（biotite plagiogneiss）；d-黑云二长片麻岩（biotite monzogneiss）；e-闪云二长片麻岩（amphibole-mica monzogneiss）；f-苏云斜长片麻岩（hypersthene-mica plagiogneiss）
表 1 显微镜鉴定片麻岩矿物成分 Table 1 Mineral compositions of gneiss identified by polarizing microscope
1.2 X射线粉晶衍射分析 1.2.1 仪器和工作条件

采用德国布鲁克公司生产的X射线粉晶衍射仪，型号Bruker-D8.检测条件：X射线管选用铜靶，管压40 kV，管流40 mA，扫描范围2θ角为4~65°（全谱）.检测器为闪烁计数器，发散狭缝和防散射狭缝为0.1 mm，接收狭缝为0.1 mm，步长为0.04°/步，扫描速度为0.2秒/步[12-15].

1.2.2 样品制备与测试

将34件片麻岩样品在碎样间制成74 μm以下粒级粉末样品，在玛瑙钵中研磨至45 μm左右，制成待测样.样品在以上设定条件下，用X射线粉晶衍射仪进行扫描，获得对应的衍射图谱，利用全谱拟合软件进行矿物种类的解译和半定量分析[16-20].

1.2.3 片麻岩XRD矿物半定量分析

在给定的仪器及实验条件下，利用X射线粉晶衍射仪对34件片麻岩样品进行检测.据X射线粉晶衍射半定量矿物成分分析结果（见表 2），结合显微镜下岩石矿物结构特征，可把34件片麻岩样品划分为11种名称，分别为黑云二长片麻岩、黑云斜长片麻岩（图 3）、云闪二长片麻岩、苏云二长片麻岩、角闪二长片麻岩、闪云斜长片麻岩（图 4）、辉闪斜长片麻岩、辉闪二长片麻岩、角闪斜长片麻岩、云闪斜长片麻岩和闪云二长片麻岩.

表 2 X射线粉晶衍射分析片麻岩矿物成分 Table 2 Mineral compositions of gneiss by X-ray powder diffraction analysis
图 3 黑云斜长片麻岩X射线粉晶衍射图谱（b82） Fig.3 X-ray powder diffraction patterns of biotite plagiogneiss (b82)
图 4 闪云斜长片麻岩X射线粉晶衍射图谱（P188） Fig.4 X-ray powder diffraction patterns of amphibole-mica plagiogneiss (P188)

片麻岩中主要矿物及含量：石英（3.3%~39.7%）、斜长石（2.9%~65.9%）、微斜长石（0~41.0%）、云母（0~46.9%）、角闪石（0~60.5%）、辉石（0~21.5%）.片麻岩样品中石英含量小于斜长石+微斜长石含量.个别片麻岩样品中含有少量电气石，片麻岩样品中绿泥石化作用明显，可见方解石化和绿帘石化现象.由于矿物晶体择优取向作用，X射线粉晶衍射法分析的岩石中片状硅酸盐和柱状硅酸盐矿物含量明显高于岩石薄片鉴定结果.

2 结果与讨论

34件片麻岩样品偏光显微镜岩石薄片鉴定法检出30件样品含有石英，17件样品含钾长石，34件样品含有斜长石，15件样品含有金属矿物，2件样品含有白云母，30件样品含有黑云母，2件样品含有电气石，1件含有石榴石，24件样品含有角闪石，6件样品含有辉石，9件含有绿帘石，2件样品含有榍石，2件样品含有磷灰石，1件含有石榴石.

X射线粉晶衍射法检出34件样品含有石英，15件样品含钾长石，34件样品含有斜长石，2件样品含有电气石，31件样品含有云母，25件样品含有绿泥石，有6件含有蒙脱石，2件样品含有方解石，1件含有绿帘石，26件样品含有角闪石，10件样品含有辉石. X射线粉晶衍射法在34件样品中未检出榍石、磷灰石、石榴石和金属矿物，对偏光显微镜下未检出的绿泥石、方解石和蒙脱石检出效果较好，能有效区分钾长石和钠长石，黑云母和绿泥石，不易区分白云母和黑云母.岩石薄片鉴定法则能有效区分白云母和黑云母，对绿帘石检出效果更好.

岩石薄片鉴定定名与X射线粉晶衍射矿物半定量分析方法岩石定名结果（表 3）显示：34件片麻岩样品中，18件样品二者定名相同，其余16件岩石样品片麻岩详细定名二者存在差异.

表 3 片麻岩薄片定名与X射线粉晶衍射分析定名对比 Table 3 Comparison of gneiss naming between thin section identification and X-ray powder diffraction analysis
3 结论

通过偏光显微镜岩石薄片鉴定法与X射线粉晶衍射法检测结果比对发现，偏光显微镜鉴定法的优势在于能准确定出岩石构造（如片麻状构造、斑点状构造）和结构（如鳞片粒状变晶结构），能鉴定出更多的金属矿物、电气石、榍石、磷灰石、绿帘石，有效区分白云母和黑云母. X射线粉晶衍射法优势在于更准确区分出岩石中层状硅酸盐矿物绿泥石、蒙脱石和云母，确定长石（钾长石、钠长石）和石英矿物种类与含量.由于晶体择优取向作用，X射线粉晶衍射法分析的矿物含量中层状硅酸盐矿物含量明显高于岩石薄片鉴定结果，长石、石英等非层状硅酸盐矿物含量则比岩石薄片鉴定含量低.研究结果表明：片麻岩鉴定应该把偏光显微镜岩石薄片法与X射线粉晶衍射法结合起来，才能更准确地鉴定出片麻岩的矿物组分，为地学研究提供更符合客观实际的技术数据和分析结论.

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