0 引言

光片鉴定主要是鉴定矿石矿物，根据是矿物光性特征、硬度、浸蚀特征等，主要依据反光显微镜下对矿物光性特征的观察。反光镜下鉴定金属矿物具有直观、简便、快速等优点，但是鉴定结果容易受到鉴定人员的专业水平和主观因素、切片方位的影响，再者颗粒细小的矿物还受到光学显微镜本身放大倍数的限制，也很难准确鉴定^[1]。如果能在鉴定前知道光片的光面上有哪些元素及其质量分数，通过地球化学方法和经验法反推需要鉴定的矿物，成分数据结合显微镜观察，能大大提高光片鉴定工作的效率和准确性。

XRF(射线荧光光谱仪)半定量分析技术能用较为简便的方法迅速测出未知元素的谱线强度，再根据标样数据求得其质量分数。XRF厂商利用前人提出的半定量分析和校正数学模型^[2-6]，结合自己的标样和经验，设计出自己的XRF半定量分析windows商用软件，使得用户可以轻松地掌握其用法。XRF半定量分析技术具有诸多优点，可无损、快速检测，每次分析的元素较多，样品前处理简单甚至无需前处理：如朱志秀等^[7]利用XRF半定量分析数据简单、快速地评价和鉴定未知的出入境矿产品；张广玉等^[8]运用手持式XRF半定量分析技术和多点测试加权计算方法，完成了对岩心标本的预研究和伴生矿物的综合评价。利用XRF半定量分析技术的优点，对要鉴定的光片表面提前扫描，得出的半定量分析数据可辅助光片鉴定。

1 实验方法与步骤 1.1 仪器

X射线荧光光谱仪：Panalytical axio^max型；SuperQ manager软件中的Omnian半定量测试和分析软件；反射偏光显微镜：Zeizz Scope.1型以及相关附件；切片机、磨片机以及相关制片设备。

1.2 样品制作

首先选取矿石合适部位，将矿石切割成长方体状，表面一般制作成30 mm×30 mm的正方形，有利于光片进入X射线荧光光谱仪均匀地扫描，且不会对偏光显微镜下的观察造成不良影响；然后对松散样品进行注E44等环氧树脂胶加固处理后磨制光片；再经磨平、粗磨、细磨、精磨等工艺^[9]，最后抛光处理，制成矿石光片。光片磨制程度具体要求：光片干净、平整光亮，如同镜面，无擦痕、无麻点^[9]，光片的平面制成正方形或矩形，厚度为5~8 mm，磨片时注意尽量把含矿部位磨制到光片居中的位置，便于显微镜下观察和光片半定量分析。

1.3 实验步骤

将制作好的光片表面擦净，放入样品杯，使光片中的矿石矿物尽量暴露在样品杯底部的空处，便于X荧光能扫描到该矿石矿物。用塑料环固定好，切忌样品固定不好掉进仪器。对样片编号，用X射线荧光光谱仪的Omnian半定量分析程序测试样品，测试时间一般是5~15 min，测试条件见表 1。测试完成后，调用Omnian对数据处理，可根据经验对矿石中的元素进行合适的类型输出。如：金属硫化物矿石中的硫最好以总S的形式输出。取出光片后，在偏光显微镜下观察，结合分析数据，对矿物进行鉴定。

2 光片半定量分析的影响因素及分析结果 2.1 光片在测量中的有利因素

磨制合格的矿石光片，都具有一定形状的磨光面。金属和非金属矿物都分布在同一平面上，光管以一定角度将X射线射入到光片的磨光面上。多数不透明金属矿物可看成重基体和无限厚度的样品，X射线进入矿物的测量深度仅为样品表面深度的10~100 μm，整个不透明金属矿物的辐照区均产生荧光发射，可以有效避免楔入深度的影响。

由于光片表面呈平整光亮的镜面，矿石中的各种不同矿物均被磨制成一定的形状位于同一镜面上。当荧光光管以一定的角度射入X射线，矿物颗粒之间不会造成阴影，即一个矿物的晶体外形不会遮蔽相邻矿物，这样可以使接受荧光的面积尽量接近实际入射荧光的面积。

2.2 光片在测量中的不利因素

矿石光片中不可避免地存在或大量存在硅酸盐脉石矿物，硅酸盐矿物在半定量分析中主要存在两种不利因素，即楔入效应和化学键漂移。

磨制成镜面的硅酸盐矿物，X荧光以一定的角度入射会产生楔入效应，即入射X荧光呈楔形状进入硅酸盐矿物内部，X射线穿透矿物的深度越大，非激发区体积就越大，硅酸盐的测试结果就会偏低。Omnian设置了楔入效应的康普顿散射法的校正方法，但是校正必须结合有限厚度，而且校正结果总是整体加大，其会使不透明金属矿物的元素值也加大。

硅酸盐化合物的形态会对硅值产生影响；这是因为Si、O的结合与外层电子之间的轨道结合，Si的L、M、K轨道电子都受化学键影响。而X射线主要激发的就是这些内层轨道的电子，化学键的影响会对Si的测量值产生可正可负的影响，就是化学漂移。这种漂移无规律性，我们不深入研究，但是幸运的是，重元素化合物形态的漂移可忽略；因为重元素的L、M层离支配化学状态的外轨道很远，一般实际情况下，化学漂移对S以下的轻元素存在影响^[10]。

上述两种不利的测量因素主要是对脉石硅酸盐矿物的测量值有影响。表 2给出了产铀岩石成分分析标准物质GB04119压片样的X射线荧光光谱半定量分析的数据与标准值，测试值仅做了简单的谱线重叠校正。由表 2可以得出简单的结论：GB04119列出的元素(或化合物)值，除了F、Th之外，其他元素(或化合物)都测量出了一定的值；原子量越小、质量分数越高的元素(或化合物)测量值与实际值差距越大，原子量越大、质量分数越低的元素测量值与实际值差距越小，甚至接近定量分析值；质量分数太小和太轻的元素半定量无法测试出数据，如F、Th。

表 3给出了铅矿石成分分析标准物质GB07235压片样的X射线荧光光谱半定量分析的数据和标准值。由表 3可知，作为铅矿石的标样，半定量方法测试所得Pb、Cu、Zn值已经很接近标准值，而作为轻基体的硅铝质的测试值依然偏低；但这并不影响测试值对鉴定工作的指导作用，因为鉴定工作的重点是Pb、Cu、Zn等形成的金属单矿物。另外，该标样中10^-6数量级的微量元素在表 3中没有列出，因为在普通矿石中，10^-6数量级的微量元素多与颗粒极小的矿物或类质同象混入元素有关，其存在形式需经过大量切片和多种测试手段结合来获得，普通矿石的矿物鉴定工作不需要刻意寻找。

3 半定量分析数据助力光片鉴定

光片鉴定过程中，鉴定工作者关注的主要是矿石矿物，但无论是矿石矿物还是脉石矿物，如果鉴定工作者知道光片的磨光面上的元素种类及其质量分数，对于鉴定工作将大有裨益。鉴定工作者可根据某成矿元素的质量分数来反推、寻找该元素可能形成的矿物。

从半定量分析数据的角度出发，解释和推断元素在矿石光片中的存在形式，涉及到元素的地球化学赋存形式。对于光片的鉴定，我们仅需要关注元素在固相中的主要赋存形式，包括独立矿物、类质同象、超显微结构混入物和吸附形式等^[11]。光片鉴定工作的主要内容是鉴定矿石中的独立矿物组成，偶尔鉴定类质同象或吸附态(铀矿鉴定中常需要鉴定吸附态，并结合其他鉴定手段)。所以本文主要考虑元素以独立矿物存在的形式，当然一种元素的同一光片中如果有多种存在形式的矿物，这需要在具体的光片中鉴定和分析。XRF半定量分析具有无损检测的特点，测出光片表面的半定量成分数据，然后再在显微镜下观察被检测的光片。

4 半定量分析数据在不同光片鉴定中的应用 4.1 多金属硫化物矿石样品鉴定

位于广西河池市五圩镇拔旺村的大象岭铅锌矿床，为丹池成矿带的重要组成部分，丹池成矿带是我国著名的有色金属成矿带^[12]。笔者在大象岭采集了1块铅锌矿石，编号BW-1，制作成符合要求的矿石光片。按照前述实验步骤，放入X射线荧光光谱仪进行半定量分析，结果见表 4。

结合半定量分析结果，在偏光显微镜下进行鉴定。首先分析数据，该光片的磨光面主要有S、Zn、Si、Fe、Sn、As等元素，这些元素可组成一些常见的金属硫化物矿物，如闪锌矿、黄铁矿、毒砂等；SiO₂是一些脉石矿物的主要组成成分；其余质量分数＜0.5%的元素(或化合物)，可能为一些含量极少的透明矿物或者类质同象混入物等。显微镜下鉴定结果如图 1、2所示，光片中主要金属矿物为闪锌矿、黄铁矿和毒砂等，与半定量数据推测结果相吻合。若没有半定量分析数据，鉴定到此处，很多鉴定工作者可能会忽略锡石，因为锡石为半透明矿物，反射率较低，只有12左右，故其容易被当成透明矿物忽略。而锡石是锡矿的主要载体和来源^[3]，在光片鉴定过程中如果发现了锡石应重点关注。由表 4中的半定量分析数据可知，Sn质量分数为7.29%，即可有效避免忽略锡石的问题。在显微镜下根据其光性呈柱状、粒状集合体状，可判断其为锡石，如图 2所示。其他微量元素难以形成独立矿物，如W、Cr、Mn、In、Ga，显微镜下也难以找到相对应的独立矿物。可见，半定量分析结果可有效避免鉴定工作中识别透明(半透明)矿物的失误。

4.2 含铀多金属矿石样品鉴定

攀西地区是康滇地轴上少有的铀矿化集中区之一。近年来在攀枝花大田505地区铀矿找矿取得了新的进展，打破了康滇地轴无铀资源集中成矿的历史。大田505铀矿区主要岩石、矿石变化趋势为变质岩、混合岩化变质岩、混合岩、均质混合岩^[14]，现阶段在上述各类岩石中均发现了铀矿物。笔者取1块含铀变质岩，编号PX-2，制作成符合要求的矿石光片。按照前述实验步骤，放入X射线荧光光谱仪进行半定量分析，结果见表 5。

结合半定量分析结果，在偏光显微镜下鉴定。首先观察分析结果：该光片的磨光面主要由Si、Ca、Al、Mg、P等元素组成，这些元素组成主要的透明矿物；Fe、Ti、Cu、U、S等元素组成颗粒细小的不透明矿物，其中U、Cu等质量分数偏低，可以不是独立矿物的形式存在；微量的Cr、Y、Zr、Zn、Sr等元素可能呈类质同象或者吸附态存在。

光片在显微镜下鉴定，主要金属矿物为磁黄铁矿、晶质铀矿、黄铜矿、黄铁矿和钛铁矿，其质量分数依次降低。磁黄铁矿体积分数较大、光性特征明显，可轻易辨别，黄铁矿较常见也可以辨别。但是黄铜矿体积分数比较小，光片中不那么轻易找到，有些鉴定者可能会忽略，此时看到半定量数据中含有一定量的Cu，就需要在光片中寻找一下有没有含铜的矿物。此种方法对钛铁矿的鉴定也有一定的提示作用，钛铁矿在此光片中体积分数极少，晶体极小，不容易被发现，细小的晶体光性特征不是很明显，容易被当成普通氧化铁质忽略掉，但在半定量数据中看到含有一定量的Ti，这时就要在显微镜下寻找钛铁矿等含Ti矿物，如图 2c所示显微镜下寻找到了钛铁矿。此半定量数据对沥青铀矿鉴定工作帮助极大，因为一般含铀矿物粒径小、在岩石中的体积分数小，反射色灰色与铁、锰、锌的常见氧化物矿物反射色很相似，若没有半定量数据，很难断定其为沥青铀矿(晶质铀矿)；但根据光性、形态、及半定量数据综合判断，可判断其为沥青铀矿(晶质铀矿)，后期径迹蚀刻实验进一步证明了其是沥青铀矿。半定量数据中未见Th，说明该沥青铀矿不是含Th沥青铀矿，或Th质量分数极低不构成含Th沥青铀矿(晶质铀矿)。上述鉴定过程可看出，半定量分析数据对于小粒径矿物的鉴定起到了重要的显示作用。

4.3 含微量铀的矿石样品鉴定

湘赣交接处的鹿井铀矿田为花岗岩型和花岗岩外带型。铀矿化赋存于不同期次岩体与沉积变质岩之间的内外接触带中以及不同期次岩体之间的接触界面附近^[15]。此次实验所选样品LJ-3为鹿井横坑地区的含铀花岗岩，为蚀变斑状钾长花岗岩，半定量分析结果见表 6。

磨光面主要由Si、Al、K、Fe、Na、Ca、Mg、P等元素组成长石、石英、绿泥石、云母等透明矿物，S、Fe、Ti、U等元素主要组成不透明矿物，这里U、Ti等元素也可以呈吸附态分布，Mn、Zr、Cu、Sr、Ni、Y等元素以类质同象或分散状态存在，不以单矿物形式存在。光片在显微镜下鉴定，主要不透明矿物为铀黑、黄铁矿、钛铁氧化物类。该光片中的黄铁矿常见，容易辨别；而铀黑(图 3)呈土状集合体状，反射色灰色，反射率10左右，见暗褐色的内反射色，此种铀黑容易被当成其他的铁、锰、钛等的氧化物矿物忽略掉。由半定量分析数据(表 6)可知，矿物中含有一定量的U，所以鉴定者需要仔细寻找U矿物。结合经验，可判断分布在黄铁矿周边的为铀黑，如图 7所示，后期放射性照相实验也验证其是铀矿物。若没有半定量数据，一般的鉴定者容易把铀黑当成其他微量矿物忽略掉，而沥青铀矿与黄铁矿的矿物组合又是国内外众多铀矿床的矿石矿物组合类型^[16]，在鉴定过程中如遇到需要重点关注；另见Ti、Fe元素结合形成微量半透明的钛铁氧化物，分散分布在岩石中。除此之外，未见其他的不透明矿物，Mn、Zr、Cu、Sr、Ni、Y元素由于质量分数极低，难以形成独立矿物，所以以类质同象、分散状态形式存在。应用半定量分析数据可将易混淆矿物区分出来。

5 结语

1) XRF半定量分析数据用来反推鉴定矿石光片，是XRF半定量分析技术的新应用。

2) XRF半定量分析数据与矿石光片光性结合，可减少光片鉴定工作中出现的错误，提高鉴定报告的准确性，还可很大程度上减小鉴定工作的难度。

3) 由于铀矿物的光性特征相对资料较少，铀矿物种类、赋存方式、光性特征复杂并具有放射性，同时随着我国铀矿战略重心向北方砂岩型铀矿的转移^[18]，现实工作中会多见砂岩型铀矿石，其中的铀矿物多为微晶级别，因此在光片中鉴定铀矿物要比鉴定一般矿物难度大，XRF半定量分析技术可以作为一种鉴定铀矿石的辅助手段，减小光片中铀矿物的鉴定难度。