沉积岩岩矿组合分析-长大师兄版

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1、第 1 页 共 15 页引言岩矿分析是分析化学在地球科学应用的一个分支学科，它以岩石、矿物为研究对象，它的任务是确定岩石、 矿物的化学组成及有关组份在不同赋存状态下的含量1,2,3。岩矿分析是地球科学研究中的一个重要组成部分，同时，岩矿分析数据也是各种地球科学研究成果中的重要组成部分。岩矿分析的成果， 直接关系到国家矿产资源的储量计算，也是将来开采，冶炼，设计工作的重要依据5,6。因此，研究岩矿测试分析技术具有理论意义和实际应用价值。在地质勘查和监测的过程中，对于矿山的岩石和岩矿的成分的确定对于地质评定的最终结果有着非常重要的影响，因此， 有关技术部门应该加强对岩矿成分测定的分析。从对象上看，

2、岩矿的成分测定与分析主要针对的是天然矿产，也就是说矿山中的岩石和矿物，而从目的上看，岩矿的成分测定与分析则是利用先进的仪器和技术对岩石矿物中的具体成分的化学界定6。因为岩矿成分的测定与分析对于地质工作以及矿山的开采都有着非常重要的意义， 所以相关的技术人员和工作人员应该从流程和技术等多个方面予以加强， 下文中将就沉积岩岩矿分析涉及到的分析技术一一经行介绍。第一章：岩矿成分测定与分析的基本流程1.1 试样的加工制作在岩矿的成分分析中， 由于岩矿的种类和数量很多，要想减少工作量， 必须选择具有代表性的岩矿试样， 因而如何加工和制备岩矿的样本，成为影响分析结果的关键因素， 既然试样的制备如此重要，

3、那么有关部门的分析人员必须高度重试样的加工进行定性和半定量分析选择测定方法拟定分析方案进行分析操作审查分析结果第 2 页 共 15 页视。 在一般测试过程中， 最容易忽视的是试样的粉碎， 因此必须根据相关的规定，将试样研磨到一定的粒度， 然后混合均匀， 此试样才具有很好的代表性，测得的结果才具有价值，很够很到地表达整个样本的特征。1.2 进行半定量和定性分析岩矿成分分析的测试中， 分析样本中基本化学成分的结构和元素的性质就是所说的半定量和半定性分析， 在测试中使用次数最多的方法是化学分析法和半发射光谱法两类8。1.3 测定方法的选择在实际样品的测试前， 需要根据岩矿的基本性质来确定使用何种方法

4、进行测定，该方法通常是半定量和定性分析9，有如下两种类型。（1）根据试样的基本元素选择测试方法。在测试前，要考虑到岩矿中待测物质含量的高低，若待测组分是高含量的元素时，常使用的是重量法和容量法，而对于低含量待测元素的分析方法，则使用比色法进行测定。（2）根据岩矿中含有元素的种类进行方法的选择，相同的元素在不同的岩矿中有不同的组合方式，对于元素组合不同的岩矿则需要采用不同检测方法。1.4 拟定分析方案测定和分析岩矿成分的实验前需要制定一定的计划和步骤，该流程的规划就是所谓的分析方案。 在拟定方案时， 要注意使用的方法和步骤能够尽可能的减小干扰因素的影响， 此外还要考虑岩矿中的元素在测定时是如何分

5、解的，最后将这两部分有机地结合起来10。岩矿测试前，分析方案的拟合是整个过程中最为繁琐的一个环节， 所以，有关部门的技术人员和工作人员应该综合考虑各个因素，对现有的方案进行仔细斟酌，直到形成一个比较适合的方案11。1.5 审查分析在岩矿测试成分之前， 需要认真评估拟定方案的可行性和科学性，就是所谓第 3 页 共 15 页的审查分析12，只有经过审查通过的方案，采用够用于实验分析的过程中。第二章 :沉积岩岩矿组合分析沉积岩是由沉积物经压实、 固结、脱水、胶结、重结晶作用变成坚硬的岩石。沉积岩继承矿物主要是由母岩风化剥蚀的产物，主要是长石、 石英和岩屑； 同时在沉积岩形成过程中生成自生矿物，即在沉

6、积成岩过程中生成的新矿物，如方解石、白云石、菱铁矿、高岭土等。碎屑岩中的矿物存在方式有碎屑：岩屑、矿屑、生物碎屑；胶结物：充填在矿物颗粒之间，含量一般在25% 左右。沉积岩主要胶结物成分类型有以下四种方式：泥质胶结：硬度小，易碎，断面呈土状；钙质胶结：硬度较泥质大，呈灰白色，遇酸起泡(CaCO3) ；硅质胶结：硬度大，呈灰色( SiO2) ；铁质胶结：硬度较大，呈黄褐色或砖红色，还原条件下也可呈绿色。沉积岩主要的化学成分随沉积岩中的主要造岩矿物含量差异而不同。例如，泥质岩以粘土矿物为主要造岩矿物，而粘土矿物是铝- 硅酸盐类矿物，因此泥质岩中SiO2 及 Al2O3 的总含量常达70% 以上。砂

7、岩中石英、长石是主要的，一般以石英居多，因此 SiO2 及 Al2O3 含量可高达 80% 以上，其中 SiO2 可达 6095% 。石灰岩、白云岩等硫酸盐岩， 以方解石和白云石为造岩矿物，CaO或 CaO+MgO 含量大， SiO2，Al2O3 等含量一般不足10% 。造岩组分包括碎屑组分、化学 -生物化学组分、蒸发化学组分、有机质衍变组分、火山喷发组分、宇宙物质组分等。碎屑组分按物质来源又分下列几种： 陆源碎屑，指由早先生成的岩石经风化、 剥蚀形成的碎屑， 包括岩石碎屑和矿物碎屑。 陆源矿物碎屑主要是硅铝质的。 内碎屑， 主要指沉积盆地内产生的碎屑，它是沉积盆地中固结的或半固结的沉积岩经水

8、流、风暴、滑塌或地震等作用再次破碎而形成的。常见的是碳酸盐岩的内碎屑，也有泥质岩、铝质岩、磷质岩、硅质岩、石膏岩甚至盐岩的内碎屑角砾或砾石。生物骨骼碎屑， 多半是盆地内的钙质壳生物碎屑或壳体堆积而成， 如甲壳类和珊瑚等， 也包括微体动物的壳和壳屑，以及藻类和藻类的碎屑等。 化学- 生物化学组分其中包括若干化学沉淀的组分。 例如，由硅、铝、铁、锰、磷和硅酸盐等组成的矿物可由沉积区的化学条件控制，第 4 页 共 15 页如铝- 硅酸盐粘土矿物和铝矿物；也可由化学条件支配又受到生物、微生物细菌等的促进，如有些铁、锰、铜、铅等沉积矿物组分；还有一些元素主要依靠生物体提供，如磷质岩中的磷来自海洋生物骨骸

9、或陆地的鸟粪，硅质放射虫岩来自放射虫的硅质壳及硅质海绵等。 蒸发化学组分， 半封闭盆地内最常见的蒸发组分是方解石和白云石。在封闭盆地强烈蒸发条件下，可出现石膏、硬石膏、石盐、镁盐或钾 - 镁盐，或天然碱、苏打等。蒸发组分与干旱气候环境有关。有机质衍变组分，各种低等和高等植物的根、茎、叶的堆积物和各种陆生的和水生的高等、低等以及微体动物的堆积物的有机质部分经埋藏和细菌分解，可衍变为由碳、氢、氧不同比例聚合而成的有机酸、脂酸、醣、纤维素和有机碳等多种衍生组分，构成煤、石油、天然气、油页岩等的主要成分。此外，有一些自然硫、锰、铁、铜、 铅、锌、 铀等在沉积岩中的聚集， 也是在微生物或细菌活动的参与下

10、造成的。火山喷发组分由于火山喷发而进入沉积岩的物质，包括凝灰质、 矿物晶屑、 喷发的岩石碎屑和岩浆的浆屑等。 陆地的火山喷发和海洋的火山喷发都可带来这些组分。海底火山喷发， 还可由火山喷出的热水、 气体等，把多种元素离子， 如硅、铁、 磷、镍、铜、铅、锌、锰、铀等，带入海水。这些元素经过富集，可在沉积岩、沉积层内形成矿床，或促进有关的沉积矿床的形成。宇宙物质组分在沉积岩中含少量宇宙物质， 如陨石、宇宙尘。宇宙尘的研究不仅可了解沉积岩本身，而且还可进一步了解各地质时代沉积岩形成时，天体可能发生的某些事件或变化。 影响沉积岩颜色的因素主要有以下3 种：1、碎屑成分、矿物成分：含碳质、沥清质和细粒黄

11、铁矿时多呈灰色、灰黑色和黑色，含海绿石、孔雀石等多呈绿色。 2、胶结物成分：胶结物是硅质、钙质、泥质时多色较浅，而铁质较深。3、成岩或成岩后的环境变化：含Fe，氧化条件下呈红色或黄褐色，还原条件下呈绿色沉积岩的结构是由组成沉积岩的物质成分、形态、性质、大小及含量决定。沉积岩绝大多数具有碎屑结构， 根据其成因可分为： 碎屑结构、泥质结构、结晶结构、 胶状结构、 生物结构。 沉积岩的构造是指沉积岩中各组成部分的空间分布和它们相互之间的排列关系。常见的沉积岩构造有: 层理构造、块状构造、鲕状构造。第 5 页 共 15 页结合沉积岩的成因、成分、结构、构造等特征，本文以沉积岩为例对沉积岩进行岩矿组合分

12、析，主要用到的岩矿分析技术主要有薄片分析、铸体薄片、压汞、阴极发光、 X 射线衍射分析、扫描电镜、电子探针、包裹体等；本文将对这些分析技术一一进行介绍。2.1 薄片分析岩石薄片中常见的矿物有橄榄石、 辉石、角闪石、黑云母、斜长石、钾长石、石英等几种矿物首先用低倍物镜在单偏光、正交光镜下反复把整个岩石薄片概略的浏览一下，根据矿物的颜色、多色性、晶形、突起、糙面、双晶、干涉色好解理等特点，分出镜下有几种矿物；然后用中- 高倍镜头在镜下对每种矿物形状、大小和其他鉴定特征进行详细观察。描述内容主要是矿物单偏光、 正交偏光下的晶体光学参数，包括形态、颜色、多色性、突起等级、颗粒大小、最高干涉色、解理特征

13、、消光类型、消光角、双晶类型、与其他矿物之间的关系、 次生变化等。在此基础上将矿物进一步划分种属。对辉石、角闪石要确定出是单斜的， 还是斜方的；对单斜辉石、单斜角闪石，要求测定最大消光角；对斜长石，要根据其结晶程度、蚀变情况、 双晶发育类型及切面方位等特点，选择适当的方法测定其牌号及其变化范围，以便定出斜长石亚种13。斑状结构岩石中当有斜长石斑晶时，要分别测出斑晶及基质斜长石的牌号，对有环带结构的斜长石， 则视可能及需要决定是否分环带测牌号。砂岩薄片分析的类容1、碎屑成份：分析2m 以上的石英类、长石类、岩屑类。2、填隙物组份：分析2m 以上的杂基和胶结物。3、储集空间类型：分析孔隙类型及含量

14、。4、结构：分析粒度、分选、磨圆及胶结类型。5、岩石定名薄片分析的目的1、查明碎屑组份类型并进行岩石定名；2、查明胶结物的类型及成岩期次；3、查明成岩作用的相互类系及成岩过程；第 6 页 共 15 页4、查明孔隙的类型及成因；5、为成岩测井相分析提供基础资料。2.2 离子探针离子探针又称二次离子质谱仪（Secondaryionmassspectro metry） ，问世于20 世纪 60 年代，是微区分析的一个重要手段。它能在单矿物颗粒内进行微区原位直接分析工作，主离子束斑大小可聚焦在5um 以内，同位素分析的精度高达1，在地球科学领域有着广泛的应用。其基本原理是当离子束(一次离子 )在高真空

15、下打到样品的某一微小区域时，就会使其产生二次离子、 二次电子及中性原子等产物， 用质谱法分析产生的二次离子就可得到样品表面元素、同位素、化合物的组分及分子结构等信息。2.3 阴极发光从阴极射线管发出具有较高能量的加速电子束激发物体的表面，电能转化为光辐射而产生的发光现象，称为阴极发光（Cathodoluminescence ） 。阴极发光技术是通过电子束轰击矿物晶体至使其发光。矿物晶体中的一些微量元素通常成为影响发光中心形成的激活剂24。 不同世代同种矿物或者是单一矿物晶体内部由于其形成时成矿流体成分的微小差异， 因而在阴极发光显微镜下表现出不同的发光性。通过发光后的图像分析， 可以区分不同世

16、代的矿物以及不规则生长的晶体内部微形态。随着科学技术的发展，阴极发光技术应用范围越来越广泛，这里着重介绍其在沉积岩储层及其成岩作用研究方面的应用。1、碎屑岩成岩作用研究2、石英次生加大胶结作用胶结作用是把松散的沉积物粘结起来固结成岩的地质现象。主要有硅质胶结、碳酸盐胶结、 泥质胶结作用等。 硅质胶结最主要和最普遍的表现形式就是石英次生加大，它有使被磨圆的石英恢复自形晶体的趋势。高温石英发紫色光，而成岩时期的自生石英为300以下的超低温石英，不发光25。自生石英与所附石英碎屑在偏光镜下光性方位一致，不易区分判断， 但在阴极发光显微镜中可将二第 7 页 共 15 页者区分开来。用阴极发光还可以区分多期次生加大石英。因不同期次加大石英，其阴极发光具有不同特点。 早期的次生加大石英， 或多或少的要比晚期的受热变质机会多，从早到晚发光特征有紫一浅棕色一不发光的趋势。石英次生加大反映硅质胶结程度， 及其来源是否丰富； 可以推断砂岩次生孔隙的形成机理及其成岩作用顺序， 判断胶结物的形成时间； 亦可辩认压实作用的真伪； 判断石英碎裂的愈