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辽宁瓦房店金伯利岩中石榴石特征及种类鉴定

迟广成, 李国武, 肖刚, 陈英飞, 伍月, 汪寅夫, 胡建飞

迟广成, 李国武, 肖刚, 陈英飞, 伍月, 汪寅夫, 胡建飞. 辽宁瓦房店金伯利岩中石榴石特征及种类鉴定[J]. 岩矿测试, 2013, 32(1): 78-83.
引用本文: 迟广成, 李国武, 肖刚, 陈英飞, 伍月, 汪寅夫, 胡建飞. 辽宁瓦房店金伯利岩中石榴石特征及种类鉴定[J]. 岩矿测试, 2013, 32(1): 78-83.
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Guang-cheng CHI, Guo-wu LI, Gang XIAO, Ying-fei CHEN, Yue WU, Yin-fu WANG, Jian-fei HU. The Characteristics and Species Identification of Garnets Hosted in the Kimberlites from Wafangdian, Liaoning Province[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(1): 78-83.
Citation: Guang-cheng CHI, Guo-wu LI, Gang XIAO, Ying-fei CHEN, Yue WU, Yin-fu WANG, Jian-fei HU. The Characteristics and Species Identification of Garnets Hosted in the Kimberlites from Wafangdian, Liaoning Province[J]. Rock and Mineral Analysis, 2013, 32(1): 78-83.
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辽宁瓦房店金伯利岩中石榴石特征及种类鉴定

  • 1.

    沈阳地质矿产研究所，辽宁 沈阳 110032

  • 2.

    中国地质大学(北京)，北京 100083

基金项目: 

国土资源部“金刚石矿床标型矿物的X射线衍射特征”项目 200811120

国土资源部“金刚石矿床标型矿物的X射线衍射特征”项目(200811120)

详细信息
    作者简介:

    迟广成，高级工程师，从事岩矿测试工作。E-mail: chiguangcheng@126.com

  • 中图分类号: P578.571;P575

The Characteristics and Species Identification of Garnets Hosted in the Kimberlites from Wafangdian, Liaoning Province

  • 1.

    Shenyang Institute of Geology and Mineral Resources, Shenyang110032，China

  • 2.

    China University of Geosciences (Beijing), Beijing100083, China

摘要

    摘要
  • 摘要: 辽宁瓦房店金刚石矿区金伯利岩中的石榴石一直被当作镁铝榴石。为了确定矿区颜色复杂的石榴石种类，本文对矿区的石榴石进行了系统的采样分析，测定了112件石榴石样品的晶胞参数、50件样品的微区化学成分和40件样品的红外光谱。利用石榴石晶胞参数、红外光谱、化学成分和化学分子式方法对矿区石榴石进行分类，结果显示：晶胞参数分类法误差大，容易得出错误结论；红外图谱分类法准确度不高，只能作为参考方法；化学成分分类法太过笼统，达不到详细划分石榴石种类的目的；化学分子式分类法可把矿区的石榴石详细划分6个矿种：镁钙铁-铝铬铁榴石、镁铁钙-铝铬铁榴石、镁钙铁-铝铬榴石、镁钙-铝铬铁镁榴石、镁铁钙-铝铬榴石、镁铁钙-铝铁铬榴石，每种石榴石都充分反映了A、B离子的种类及占位特征，是4种分类方法中最为科学的方法。研究认为瓦房店金刚石矿区金伯利岩中石榴石A端元成分以Mg2+离子占位为主；B端元成分以Al3+离子占位为主。由于阳离子替代普遍，A、B端元成分复杂，瓦房店金伯利岩中不存在单纯意义上的镁铝榴石。

    Abstract: The garnets in the kimberlites of the Wafangdian diamond mining area from Liaoning province have previously been identified as pyrope. In order to define the types of the complicated color garnets in Wafangdian, a systematic sampling and analysis of the garnets in the mining area was taken, including the definition of 112 single mineral crystal cell parameters, the analysis of 50 micro area chemical composition and 40 infrared spectra. The garnets were classified through the following methods: crystal cell parameters, infrared spectrum, chemical composition and chemical formula. The results show that the deviations of the crystal cell parameter classification were large, which may incorrect classification. The results of the infrared spectrum classification were inaccurate, but were only used as a reference method. The chemical composition classification provided general results, which could not classify the garnets in detail. The chemical formula classification classified the garnets into six mineral types: magnesium calcium iron-aluminum chromium iron garnet, magnesium iron calcium-aluminum chromium iron garnet, magnesium calcium iron-aluminum chrome garnet, magnesium calcium-aluminum chromium iron magnesium garnet, magnesium iron calcium-aluminum chromium garnet, magnesium iron calcium-aluminum iron chromium garnet. Each type of garnet reflected A and B ion species and occupation characteristics, which was the most scientific classification method. The results of this research indicate that the A end member ingredient was Mg2+ ion primarily and B was Al3+ ion for the garnets in the kimberlites of the Wafangdian diamond mining area. Due to the common cationic replacement and complex compositions of A and B end members, it was concluded that there is no pyrope in the Wafangdian kimberlites.
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  • 瓦房店金伯利岩中石榴石的最显著特点就是颜色复杂，有绿、紫、红、橙及各种过渡颜色，其中以紫红色最多，绿色-紫色镁铝榴石虽然少见，却是含矿金伯利岩的特征矿物。无矿或贫矿金伯利岩中主要为深浅不一的紫红色镁铝榴石[1]。瓦房店金伯利岩中的石榴石次变边发育，一般2~3层，最多可达5~7层，蚀变强烈，常形成“绿豆”和“黑豆”；相似岩石中的镁铝榴石次变边不发育，蚀变也较弱[2]。

    在以往许多关于辽宁瓦房店金伯利岩石榴石的特征研究中，虽然对石榴石晶胞参数、红外光谱和化学成分进行了大量的研究工作，却未对石榴石的种类进行详细划分，一直把金伯利岩中的石榴石当作镁铝榴石[3-4]。实际上瓦房店金伯利岩中石榴石的颜色十分复杂，可能包含很多种类及亚种石榴石。建立石榴石种类划分方法，详细划分瓦房店金伯利岩中石榴石矿物种类，是金伯利岩型金刚石矿床研究人员急需解决的问题。

    本文利用X射线单晶衍射仪、电子探针仪和红外光谱仪对瓦房店金伯利岩中石榴石不同单晶的晶胞参数、主要化学成分以及红外图谱进行检测，根据三种仪器分析数据对辽宁瓦房店金伯利岩中石榴石种类进行划分，对不同分类方法结果进行比较，找到最优的金伯利岩中石榴石种类划分方法，准确划分瓦房店金伯利岩中石榴石的种类，为金伯利岩型金刚石找矿提供准确的矿物学信息。

    1.   样品采集

    晶胞参数测定选用的112件石榴石样品取自于辽宁瓦房店金刚石矿区1号、42号、50号和51号岩管金伯利岩中，在相应岩管分别选取了23、42、20、27个石榴石单晶样品。

    化学成分测试用的50件石榴石样品为：辽宁瓦房店金刚石矿区1号无矿金伯利岩体中选取12件，42号金伯利岩大岩管中等含矿金伯利岩体中选取20件，50号金伯利岩管富矿金伯利岩中选取9件，51号金伯利岩管贫矿金伯利岩中选取9件。

    红外光谱分析的40件石榴石样品为：瓦房店石灰窑1号岩管无矿金伯利岩体中选取10件，42号岩管中等含矿金伯利岩体中选取10件，50号岩管富矿金伯利岩中选取5件，51号岩管贫矿金伯利岩体中选取15件。

    2.   样品分析及测量条件

    2.1   单晶X射线衍射分析

    石榴石晶胞参数测定在中国地质大学(北京)晶体结构实验室完成。所用仪器为SMART APEX CCD单晶X射线衍射仪(德国布鲁克公司)。实验条件为：Mo Kα射线，石墨单色器，晶体与CCD的距离为50.017 mm，管压45 kV，管流35 mA。晶胞参数使用matrix方法测试，扫描范围：①2θ角为-30°，四圆衍射仪上的φ转轴设为0°，ω转轴设为-45°~-30°；②2θ角为-30°，四圆衍射仪上的φ转轴设为90°，ω转轴设为-45°~-30 °；③2θ角为30°，四圆衍射仪上的φ转轴设为0°，ω转轴设为15°~30°；每个方向50帧，曝光时间10 s，大多数样品可获得200个以上衍射点用于晶胞参数的精修，晶胞参数精修使用全矩阵最小二乘精修方法。全部的晶胞参数的误差统计表明，90%以上数据误差小于0.005，数据质量较好，所选晶体大小尽量保证在0.08~0.3 mm[5-12]。

    2.2   电子探针分析

    矿物化学成分分析在沈阳地质矿产研究所实验测试中心完成。所用仪器为JAX-8100电子探针波谱仪(日本电子公司)。测定条件为：室温23℃，湿度40%，加速电压15 kV，工作电流1×10-8 A，工作距离11 mm，束斑直径1 μm。在设定条件下，对所选石榴石样品进行微区分析，分析项目主要为：MgO、SiO2、FeO、TiO2、Al2O3、Cr2O3、CaO、MnO。

    2.3   红外光谱分析

    红外光谱分析在沈阳地质矿产研究所实验测试中心完成。所用仪器为Nicolet 5700型红外光谱仪(美国Thermo公司)，测量条件：扫描次数为32，分辨率为4，检测器为DTGS CsI，分束器为CsI，扫描范围400～4000 cm-1[13]。

    3.   结果与讨论

    3.1   石榴石晶胞参数特征及类型划分

    瓦房店金伯利岩中石榴石晶胞参数测试结果显示(见表 1)：石榴石晶胞大小在1.1459~1.1526 nm之间有4个，在1.1538~1.1574 nm之间有36个，在1.1575~1.1621 nm之间有60个，在1.1622~1.1851 nm之间有12个。镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石、钙铝榴石、钙铁榴石、钙铬榴石、钙钒榴石、钙锆榴石晶胞大小分别为1.1459、1.1526、1.1621、1.1851、1.2048、1.2000、1.2035、1.2460 nm[14]，推测瓦房店金伯利岩中石榴石有4种，即镁铁铝榴石(4个)、锰铁铝榴石(36个)、铁锰铝榴石(60个)和锰钙铝榴石(12个)。

    表  1  瓦房店金伯利岩中石榴石晶胞参数
    Table  1.  The crystal cell parameters of the garnets in the Wafangdian kimberlites
    采样地点 样品件数 晶胞参数/nm
    1.1459~1.1526 1.1538~1.1574 1.1575~1.1621 1.1622~1.1851
    1号无矿岩管 23 - - 11 12
    42号中等含矿岩管 42 1 7 34 -
    50号贫矿岩管 20 3 14 3 -
    51号富矿岩管 27 - 15 12 -
    合计 112 4 36 60 12
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    3.2   石榴石化学成分特征及类型划分

    瓦房店金伯利岩中石榴石的主要化学成分(见表 2)显示：MgO平均含量为18.262%~20.061%，SiO2平均含量为41.585%~42.454%，FeO平均含量为7.044%~9.068%，TiO2平均含量为0.037%~0.208%，Al2O3平均含量为16.134%~20.120%，Cr2O3平均含量为4.067%~9.810%，CaO平均含量为4.781%~7.120%，MnO平均含量为0.011%~0.027%。根据50件石榴石化学成分测试结果，推测研究区石榴石为镁铁钙-铝铬石榴石系列。

    表  2  石榴石微区分析结果
    Table  2.  The chemical composition of the garnets by microanalysis
    采样地点 样品件数 wB /%
    MgO SiO2 FeO TiO2 Al2O3 Cr2O3 CaO MnO 总和
    1号岩管 12 18.262 41.665 7.812 0.085 16.134 9.810 6.885 0.006 100.70
    42号岩管深 16 18.715 41.585 7.876 0.083 16.699 8.366 6.863 0.014 100.36
    42号岩管浅 4 18.717 41.779 7.044 0.037 16.578 8.860 7.120 0.027 100.43
    50号岩管 9 19.856 42.105 9.068 0.208 20.120 4.067 5.175 0.011 100.71
    51号岩管 9 20.061 42.454 8.594 0.192 19.899 4.221 4.781 0.017 100.39
    注：石榴石中氧化物含量是瓦房店相同金伯利岩管所测石榴石样品的平均值。
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    3.3   石榴石分子式特征及类型划分

    为了详细划分工作区石榴石类型，根据瓦房店金伯利岩中50件石榴石电子探针微区化学成分分析结果，计算出石榴石分子式。计算方法见表 3，石榴石成分为探针微区分析项目，氧化物为石榴石中各氧化物的质量分数，分子质量为氧化物原子质量之和，摩尔数为氧化物的质量分数与分子质量之比，氧原子数和阳离子数为氧化物中原子数与摩尔数之积，再以石榴石中12个氧原子数除以各氧化物氧原子数之和2.75得4.36，以4.36乘氧化物中阳离子数得到分子中该元素阳离子数；按二价阳离子首先占据十二面体空腔，三价阳离子首选八面体占位的规律计算出石榴石分子式。

    表  3  石榴石分子式计算
    Table  3.  Garnet molecular formula calculation sheet
    石榴石化学成分 MgO SiO2 FeO TiO2 Al2O3 MnO Cr2O3 CaO
    氧化物质量分数wB/% 19.0311 41.2511 10.9326 0.4196 20.0084 0.0113 3.4099 4.9361
    氧化物分子质量 40.30 60.08 71.85 79.87 101.96 70.94 151.99 56.08
    氧化物摩尔数 0.4722 0.6866 0.1522 0.0053 0.1962 0.0002 0.0224 0.0880
    氧化物中氧原子数 0.4722 1.3732 0.1522 0.0105 0.5887 0.0002 0.0673 0.0880
    氧化物中阳离子数 0.4722 0.6866 0.1522 0.0053 0.3925 0.0002 0.0449 0.0880
    分子式中阳离子数 2.06 2.99 0.66 0.02 1.71 0.00 0.20 0.38
    注：石榴石中氧化物含量是瓦房店50号岩管7号样中单晶石榴石电子探针的测试值。
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    50件单晶石榴石分子式结果显示(见表 4)[15]：瓦房店金伯利岩中石榴石主要分为6种类型：14件为镁钙铁-铝铬铁榴石(Ⅰ型)，11件为镁铁钙-铝铬铁榴石(Ⅱ型)，15件为镁钙铁-铝铬榴石(Ⅲ型)，1件为镁钙-铝铬铁镁榴石(Ⅳ型)，7件为镁铁钙-铝铬榴石(Ⅴ型)，2件为镁铁钙-铝铁铬榴石(Ⅵ型)。

    表  4  瓦房店金伯利岩中石榴石分子式和类型
    Table  4.  The garnets formula and classification of the Wafangdian kimberlites
    采样地点 石榴石名称 样品件数 石榴石分子式 石榴石类型
    1号岩管 镁钙铁-铝铬榴石 8 (Mg1.98Ca0.53Fe0.47)2.98(Al1.45Cr0.51)1.96Si3.04O12 Ⅲ
    镁钙铁-铝铬铁榴石 3 (Mg1.99Ca0.54Fe0.47)3.00(Al1.38Cr0.58Fe0.02)1.98Si3.02O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铬榴石 1 (Mg2.01Fe0.49Ca0.48)2.98(Al1.42Cr0.53)1.95Si3.04O12 Ⅴ
    42号岩管 镁钙铁-铝铬铁榴石 8 (Mg2.01Ca0.55Fe0.44)3.00(Al1.37Cr0.61Fe0.03)2.01Si3.00O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铬铁榴石 4 (Mg2.11Fe0.47Ca0.42)3.00(Al1.62Cr0.34Fe0.03)1.99Si3.02O12 Ⅱ
    镁钙铁-铝铬榴石 7 (Mg1.90Ca0.57Fe0.52)2.99(Al1.33Cr0.62)1.95Si3.04O12 Ⅲ
    镁钙-铝铬铁镁榴石 1 (Mg1.97Ca1.03)3.00(Al1.23Cr0.32Fe0.30Mg0.24)2.09Si3.06O12 Ⅳ
    50号岩管 镁钙铁-铝铬铁榴石 1 (Mg2.12Ca0.50Fe0.38)2.99(Al1.49Cr0.45Fe0.08)2.02Si3.00O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铬铁榴石 5 (Mg2.22Fe0.42Ca0.36)3.00(Al1.69Cr0.24Fe0.04Ti0.01)1.98Si3.03O12 Ⅱ
    镁铁钙-铝铬榴石 2 (Mg2.01Fe0.52Ca0.47)3.00(Al1.65Cr0.32)1.97Si3.03O12 Ⅴ
    镁铁钙-铝铁铬榴石 1 (Mg2.17Fe0.51Ca0.32)3.00(Al1.81Fe0.10Cr0.08Ti0.02)2.01Si3.01O12 Ⅵ
    51号岩管 镁铁钙-铝铬榴石 4 (Mg2.15Fe0.46Ca0.39)3.00(Al1.55Cr0.38)1.93Si3.05O12 Ⅴ
    镁铁钙-铝铬铁榴石 2 (Mg2.20Fe0.48Ca0.32)3.00(Al1.81Cr0.12Fe0.01)1.94Si3.04O12 Ⅱ
    镁钙铁-铝铬铁榴石 2 (Mg2.15Ca0.45Fe0.40)3.00(Al1.40Cr0.49Fe0.04Ti0.01)1.94Si3.05O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铁铬榴石 1 (Mg1.87Fe0.76Ca0.37)3.00(Al1.78Fe0.07Ti0.04Cr0.01)1.90Si3.08O12 Ⅵ
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    辽宁瓦房店金伯利岩中石榴石分子式阳离子配位数据显示，瓦房店金伯利岩中石榴石族矿物化学式中的A主要由Mg2+、Fe2+和Ca2+离子占位；B主要由Al3+、Fe3+和Cr3+离子占位[16]，三价阳离子主要为Al3+，[AlO6]八面体占位达61%~92%，[FeO6]和[CrO6]八面体占位小于8%~40%；二价阳离子主要为Mg2+，Mg2+占据十二面体空腔中心位置达63%~74%，Ca2+、Fe2+占据十二面体空腔中心位置小于26%~37%。Ca2+的离子半径较大，虽然难以与其他二价阳离子置换，但在瓦房店金伯利岩的石榴石中，同其他二价阳离子置换普遍，Ca2+占据十二面体空腔中心位置达14%~31%，形成镁钙铁、镁铁钙、镁钙三个系列6个种类的石榴石。

    3.4   石榴石红外谱学特征及类型划分

    根据Tarrte提出的石榴石鉴定程序[17]，铁铝榴石：B、C、D谱带在960、897、877 cm－1附近；锰铝榴石：B、C、D谱带在950、885、865 cm－1附近；钙铝榴石：B、C、D谱带在915、860、840 cm－1附近；钙铬榴石：B、C、D谱带在900、840、830 cm－1附近；镁铝榴石C和D谱带的频率差为26~27 cm－1；铁铝榴石和锰铝榴石C和D谱带的频率差为19~21 cm－1。当镁铝榴石结构中有较多的Cr3+取代Al3+时，C和D谱带的频率差可以从27 cm－1降到4 cm－1，导致不能鉴别镁铝榴石[18-20]。

    辽宁瓦房店1号、42号、50号和51号金伯利岩岩管中40件镁铝榴石红外图谱特征(见表 5)，镁铝榴石红外光谱吸收峰在指纹区有7个[21]，红外图谱A谱带在984.3～1086.5 cm－1之间，B谱带在958.0～968.5 cm－1之间，平均值为965.5 cm－1；C谱带在874.0～899.7 cm－1之间，平均值为893.0 cm－1；D谱带在861.7～874.3 cm－1之间，平均值为870.4 cm－1；E谱带在567.8～575.9 cm－1之间，平均值为573.2 cm－1；F谱带在467.5～482.3 cm－1之间，平均值为478.5 cm－1；G谱带在446.9～459.6 cm－1之间，平均值为455.9 cm－1。图 1为51号金伯利岩岩管中51-21号淡枚瑰色石榴石红外图谱。

    表  5  瓦房店金伯利岩中石榴石红外光谱特征
    Table  5.  The infrared spectrum features of the garnets in the Wafangdian kimberlites
    样品编号 样品颜色 σ/cm-1
    C峰 D峰 C峰－D峰
    1-2 玫瑰紫 882.2 863.1 19.1
    1-12 玫瑰紫 879.6 861.7 17.9
    1-13 玫瑰紫 884.7 861.7 23.0
    1-15 玫瑰紫 883.0 865.1 17.9
    1-17 玫瑰紫 878.1 867.0 11.1
    1-19 玫瑰紫 882.2 865.6 16.6
    42-2 紫红 884.7 861.7 23.0
    42-11 紫红 888.1 865.8 22.3
    42-12 紫红 885.1 861.7 23.4
    42-15 紫红 878.1 864.7 13.4
    42-21 紫红 881.6 861.7 19.9
    42-22 紫红 886.3 865.5 20.8
    42-25 紫红 878.1 863.5 14.6
    42-26 紫红 884.7 865.8 18.9
    42-29 紫红 874.0 863.0 11.0
    42-31 紫红 888.7 865.8 22.9
    42-32 紫红 887.3 861.7 25.6
    42-35 紫红 886.8 861.7 25.1
    42-44 紫红 879.1 861.7 17.4
    42-54 紫红 884.9 865.8 19.1
    42-57 紫红 884.2 865.8 18.4
    42-58 紫红 886.8 865.8 21.0
    42-60 紫红 887.8 865.8 22.0
    50-1 紫青 886.3 867.0 19.3
    50-2 深紫红 887.6 861.7 25.9
    50-3 浅紫红 889.7 865.7 24.0
    50-7 水红 896.9 868.8 28.1
    50-9 浅橙红 895.4 869.1 26.3
    51-3 淡玫瑰 897.5 871.3 26.2
    51-7 淡玫瑰 895.0 869.9 25.1
    51-10 玫瑰紫 884.7 865.8 18.9
    51-12 玫瑰紫 888.7 865.8 22.9
    51-14 褐红色 897.1 872.3 24.8
    51-15 褐红色 896.5 874.3 22.2
    51-17 褐红色 897.1 871.0 26.1
    51-19 淡玫瑰 898.9 872.7 26.2
    51-21 淡玫瑰 896.8 873.9 22.9
    51-22 玫瑰紫 888.1 869.9 18.2
    51-25 褐红色 895.3 865.8 29.5
    51-26 淡玫瑰 899.7 872.7 27.0
    42-11 紫红 888.1 865.8 22.3
    42-12 紫红 885.1 861.7 23.4
    42-15 紫红 878.1 864.7 13.4
    42-21 紫红 881.6 861.7 19.9
    42-22 紫红 886.3 865.5 20.8
    42-25 紫红 878.1 863.5 14.6
    42-26 紫红 884.7 865.8 18.9
    42-29 紫红 874.0 863.0 11.0
    42-31 紫红 888.7 865.8 22.9
    42-32 紫红 887.3 861.7 25.6
    42-35 紫红 886.8 861.7 25.1
    42-44 紫红 879.1 861.7 17.4
    42-54 紫红 884.9 865.8 19.1
    42-57 紫红 884.2 865.8 18.4
    42-58 紫红 886.8 865.8 21.0
    42-60 紫红 887.8 865.8 22.0
    50-1 紫青 886.3 867.0 19.3
    50-2 深紫红 887.6 861.7 25.9
    50-3 浅紫红 889.7 865.7 24.0
    50-7 水红 896.9 868.8 28.1
    50-9 浅橙红 895.4 869.1 26.3
    51-3 淡玫瑰 897.5 871.3 26.2
    51-7 淡玫瑰 895.0 869.9 25.1
    51-10 玫瑰紫 884.7 865.8 18.9
    51-12 玫瑰紫 888.7 865.8 22.9
    51-14 褐红色 897.1 872.3 24.8
    51-15 褐红色 896.5 874.3 22.2
    51-17 褐红色 897.1 871.0 26.1
    51-19 淡玫瑰 898.9 872.7 26.2
    51-21 淡玫瑰 896.8 873.9 22.9
    51-22 玫瑰紫 888.1 869.9 18.2
    51-25 褐红色 895.3 865.8 29.5
    51-26 淡玫瑰 899.7 872.7 27.0
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    图  1  瓦房店金伯利岩中石榴石典型红外图谱
    Figure  1.  The garnets in the Wafangdian kimberlites in typical infrared pattern
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    瓦房店金伯利岩中石榴石红外图谱C和D谱带的频率差为11~30 cm－1，大于27 cm－1有2个，26~27 cm－1之间有7个(属于镁铝榴石)，21~26 cm－1之间有13个(属于铁铝-镁铝榴石过渡系列)，19~21 cm－1之间有8个(属于铁铝榴石)，小于19 cm－1有10个(向镁铬铝榴石过渡系列)。由此可见，瓦房店金刚石矿区金伯利岩中石榴石端元成分复杂，不只是镁铝榴石一个种类。

    3.5   石榴石四种分类方法结果对比

    晶胞参数分类法推测瓦房店金伯利岩中石榴石有4种：镁铁铝榴石、锰铁铝榴石、铁锰铝榴石和锰钙铝榴石。化学成分分类法推测瓦房店金伯利岩中石榴石属镁铁钙-铝铬石榴石系列。化学分子式分类法推测瓦房店金伯利岩中石榴石有6种类型：镁钙铁-铝铬铁榴石(Ⅰ型)、镁铁钙-铝铬铁榴石(Ⅱ型)、镁钙铁-铝铬榴石(Ⅲ型)、镁钙-铝铬铁镁榴石(Ⅳ型)、镁铁钙-铝铬榴石(Ⅴ型)、镁铁钙-铝铁铬榴石(Ⅵ型)。红外图谱分类法推测瓦房店金伯利岩中石榴石有4种系列：镁铝榴石、铁铝榴石、铁铝-镁铝榴石过渡系列、向镁铬铝榴石过渡系列。

    本次研究发现4种分类准确度存在差异，化学分子式分类法、化学成分分类法、红外图谱分类法和晶胞参数分类法的准确度依次下降。微区化学分析发现瓦房店金伯利岩中石榴石锰离子含量极少，表明石榴石晶胞参数分类中推测的锰铁铝榴石、铁锰铝榴石、锰钙铝榴石3个种类根本不存在，由于石榴石分子式中二价阳离子和三价阳离子成分复杂，不同的阳离子半径大小不一，引起石榴石晶胞参数变化较大，晶胞参数分类法不宜采用；红外图谱分类法能大致区分瓦房店金伯利岩中石榴石类型，但准确度不高，因其测试手段快速，可作为石榴石分类参考方法；化学成分分类法把瓦房店金伯利岩中石榴石归为一个系列，不能根据A、B离子占位变化对矿区石榴石进行细分，达不到精确划分石榴石种类的目的；化学分子式分类法能够详细划分出瓦房店金伯利岩中的石榴石种类，真实反映石榴石中A、B离子种类及占位特征，是4种分类方法中最为科学的一种。

    4.   结语

    石榴石族矿物种理论上可用晶胞参数、红外图谱、化学成分和化学分子式4种方法进行分类。通过对瓦房店金伯利岩中石榴石研究发现，4种分类准确度存在差异。晶胞参数分类法误差大，容易得出错误结论；红外图谱分类法准确度不高，只能作为参考方法；化学成分分类法太过笼统，达不到详细划分石榴石种类的目的；化学分子式分类法把矿区的石榴石详细划分出6种类型：镁钙铁-铝铬铁榴石(Ⅰ型)、镁铁钙-铝铬铁榴石(Ⅱ型)、镁钙铁-铝铬榴石(Ⅲ型)、镁钙-铝铬铁镁榴石(Ⅳ型)、镁铁钙-铝铬榴石(Ⅴ型)、镁铁钙-铝铁铬榴石(Ⅵ型)，每种类型都充分反映了石榴石A、B离子种类及占位特征，是4种分类方法中最为科学的一种。本次研究结果显示，瓦房店金刚石矿区金伯利岩中石榴石A端元成分以Mg2+占位为主，B端元成分以Al3+占位为主；由于类质同象替代普遍，A、B端元成分复杂，瓦房店金伯利岩中不存在单纯意义上的镁铝榴石。

  • 图  1   瓦房店金伯利岩中石榴石典型红外图谱

    Figure  1.   The garnets in the Wafangdian kimberlites in typical infrared pattern

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    表  1   瓦房店金伯利岩中石榴石晶胞参数

    Table  1   The crystal cell parameters of the garnets in the Wafangdian kimberlites

    采样地点 样品件数 晶胞参数/nm
    1.1459~1.1526 1.1538~1.1574 1.1575~1.1621 1.1622~1.1851
    1号无矿岩管 23 - - 11 12
    42号中等含矿岩管 42 1 7 34 -
    50号贫矿岩管 20 3 14 3 -
    51号富矿岩管 27 - 15 12 -
    合计 112 4 36 60 12
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    表  2   石榴石微区分析结果

    Table  2   The chemical composition of the garnets by microanalysis

    采样地点 样品件数 wB /%
    MgO SiO2 FeO TiO2 Al2O3 Cr2O3 CaO MnO 总和
    1号岩管 12 18.262 41.665 7.812 0.085 16.134 9.810 6.885 0.006 100.70
    42号岩管深 16 18.715 41.585 7.876 0.083 16.699 8.366 6.863 0.014 100.36
    42号岩管浅 4 18.717 41.779 7.044 0.037 16.578 8.860 7.120 0.027 100.43
    50号岩管 9 19.856 42.105 9.068 0.208 20.120 4.067 5.175 0.011 100.71
    51号岩管 9 20.061 42.454 8.594 0.192 19.899 4.221 4.781 0.017 100.39
    注：石榴石中氧化物含量是瓦房店相同金伯利岩管所测石榴石样品的平均值。
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    表  3   石榴石分子式计算

    Table  3   Garnet molecular formula calculation sheet

    石榴石化学成分 MgO SiO2 FeO TiO2 Al2O3 MnO Cr2O3 CaO
    氧化物质量分数wB/% 19.0311 41.2511 10.9326 0.4196 20.0084 0.0113 3.4099 4.9361
    氧化物分子质量 40.30 60.08 71.85 79.87 101.96 70.94 151.99 56.08
    氧化物摩尔数 0.4722 0.6866 0.1522 0.0053 0.1962 0.0002 0.0224 0.0880
    氧化物中氧原子数 0.4722 1.3732 0.1522 0.0105 0.5887 0.0002 0.0673 0.0880
    氧化物中阳离子数 0.4722 0.6866 0.1522 0.0053 0.3925 0.0002 0.0449 0.0880
    分子式中阳离子数 2.06 2.99 0.66 0.02 1.71 0.00 0.20 0.38
    注：石榴石中氧化物含量是瓦房店50号岩管7号样中单晶石榴石电子探针的测试值。
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    表  4   瓦房店金伯利岩中石榴石分子式和类型

    Table  4   The garnets formula and classification of the Wafangdian kimberlites

    采样地点 石榴石名称 样品件数 石榴石分子式 石榴石类型
    1号岩管 镁钙铁-铝铬榴石 8 (Mg1.98Ca0.53Fe0.47)2.98(Al1.45Cr0.51)1.96Si3.04O12 Ⅲ
    镁钙铁-铝铬铁榴石 3 (Mg1.99Ca0.54Fe0.47)3.00(Al1.38Cr0.58Fe0.02)1.98Si3.02O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铬榴石 1 (Mg2.01Fe0.49Ca0.48)2.98(Al1.42Cr0.53)1.95Si3.04O12 Ⅴ
    42号岩管 镁钙铁-铝铬铁榴石 8 (Mg2.01Ca0.55Fe0.44)3.00(Al1.37Cr0.61Fe0.03)2.01Si3.00O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铬铁榴石 4 (Mg2.11Fe0.47Ca0.42)3.00(Al1.62Cr0.34Fe0.03)1.99Si3.02O12 Ⅱ
    镁钙铁-铝铬榴石 7 (Mg1.90Ca0.57Fe0.52)2.99(Al1.33Cr0.62)1.95Si3.04O12 Ⅲ
    镁钙-铝铬铁镁榴石 1 (Mg1.97Ca1.03)3.00(Al1.23Cr0.32Fe0.30Mg0.24)2.09Si3.06O12 Ⅳ
    50号岩管 镁钙铁-铝铬铁榴石 1 (Mg2.12Ca0.50Fe0.38)2.99(Al1.49Cr0.45Fe0.08)2.02Si3.00O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铬铁榴石 5 (Mg2.22Fe0.42Ca0.36)3.00(Al1.69Cr0.24Fe0.04Ti0.01)1.98Si3.03O12 Ⅱ
    镁铁钙-铝铬榴石 2 (Mg2.01Fe0.52Ca0.47)3.00(Al1.65Cr0.32)1.97Si3.03O12 Ⅴ
    镁铁钙-铝铁铬榴石 1 (Mg2.17Fe0.51Ca0.32)3.00(Al1.81Fe0.10Cr0.08Ti0.02)2.01Si3.01O12 Ⅵ
    51号岩管 镁铁钙-铝铬榴石 4 (Mg2.15Fe0.46Ca0.39)3.00(Al1.55Cr0.38)1.93Si3.05O12 Ⅴ
    镁铁钙-铝铬铁榴石 2 (Mg2.20Fe0.48Ca0.32)3.00(Al1.81Cr0.12Fe0.01)1.94Si3.04O12 Ⅱ
    镁钙铁-铝铬铁榴石 2 (Mg2.15Ca0.45Fe0.40)3.00(Al1.40Cr0.49Fe0.04Ti0.01)1.94Si3.05O12 Ⅰ
    镁铁钙-铝铁铬榴石 1 (Mg1.87Fe0.76Ca0.37)3.00(Al1.78Fe0.07Ti0.04Cr0.01)1.90Si3.08O12 Ⅵ
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    表  5   瓦房店金伯利岩中石榴石红外光谱特征

    Table  5   The infrared spectrum features of the garnets in the Wafangdian kimberlites

    样品编号 样品颜色 σ/cm-1
    C峰 D峰 C峰－D峰
    1-2 玫瑰紫 882.2 863.1 19.1
    1-12 玫瑰紫 879.6 861.7 17.9
    1-13 玫瑰紫 884.7 861.7 23.0
    1-15 玫瑰紫 883.0 865.1 17.9
    1-17 玫瑰紫 878.1 867.0 11.1
    1-19 玫瑰紫 882.2 865.6 16.6
    42-2 紫红 884.7 861.7 23.0
    42-11 紫红 888.1 865.8 22.3
    42-12 紫红 885.1 861.7 23.4
    42-15 紫红 878.1 864.7 13.4
    42-21 紫红 881.6 861.7 19.9
    42-22 紫红 886.3 865.5 20.8
    42-25 紫红 878.1 863.5 14.6
    42-26 紫红 884.7 865.8 18.9
    42-29 紫红 874.0 863.0 11.0
    42-31 紫红 888.7 865.8 22.9
    42-32 紫红 887.3 861.7 25.6
    42-35 紫红 886.8 861.7 25.1
    42-44 紫红 879.1 861.7 17.4
    42-54 紫红 884.9 865.8 19.1
    42-57 紫红 884.2 865.8 18.4
    42-58 紫红 886.8 865.8 21.0
    42-60 紫红 887.8 865.8 22.0
    50-1 紫青 886.3 867.0 19.3
    50-2 深紫红 887.6 861.7 25.9
    50-3 浅紫红 889.7 865.7 24.0
    50-7 水红 896.9 868.8 28.1
    50-9 浅橙红 895.4 869.1 26.3
    51-3 淡玫瑰 897.5 871.3 26.2
    51-7 淡玫瑰 895.0 869.9 25.1
    51-10 玫瑰紫 884.7 865.8 18.9
    51-12 玫瑰紫 888.7 865.8 22.9
    51-14 褐红色 897.1 872.3 24.8
    51-15 褐红色 896.5 874.3 22.2
    51-17 褐红色 897.1 871.0 26.1
    51-19 淡玫瑰 898.9 872.7 26.2
    51-21 淡玫瑰 896.8 873.9 22.9
    51-22 玫瑰紫 888.1 869.9 18.2
    51-25 褐红色 895.3 865.8 29.5
    51-26 淡玫瑰 899.7 872.7 27.0
    42-11 紫红 888.1 865.8 22.3
    42-12 紫红 885.1 861.7 23.4
    42-15 紫红 878.1 864.7 13.4
    42-21 紫红 881.6 861.7 19.9
    42-22 紫红 886.3 865.5 20.8
    42-25 紫红 878.1 863.5 14.6
    42-26 紫红 884.7 865.8 18.9
    42-29 紫红 874.0 863.0 11.0
    42-31 紫红 888.7 865.8 22.9
    42-32 紫红 887.3 861.7 25.6
    42-35 紫红 886.8 861.7 25.1
    42-44 紫红 879.1 861.7 17.4
    42-54 紫红 884.9 865.8 19.1
    42-57 紫红 884.2 865.8 18.4
    42-58 紫红 886.8 865.8 21.0
    42-60 紫红 887.8 865.8 22.0
    50-1 紫青 886.3 867.0 19.3
    50-2 深紫红 887.6 861.7 25.9
    50-3 浅紫红 889.7 865.7 24.0
    50-7 水红 896.9 868.8 28.1
    50-9 浅橙红 895.4 869.1 26.3
    51-3 淡玫瑰 897.5 871.3 26.2
    51-7 淡玫瑰 895.0 869.9 25.1
    51-10 玫瑰紫 884.7 865.8 18.9
    51-12 玫瑰紫 888.7 865.8 22.9
    51-14 褐红色 897.1 872.3 24.8
    51-15 褐红色 896.5 874.3 22.2
    51-17 褐红色 897.1 871.0 26.1
    51-19 淡玫瑰 898.9 872.7 26.2
    51-21 淡玫瑰 896.8 873.9 22.9
    51-22 玫瑰紫 888.1 869.9 18.2
    51-25 褐红色 895.3 865.8 29.5
    51-26 淡玫瑰 899.7 872.7 27.0
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    • 相关文章
    • 施引文献(7)

  • 期刊类型引用(3)

    1. 席斌斌，蒋宏，许锦，陈强路，尤东华. 基于包裹体PVTx数值模拟恢复油藏古温压——存在的问题、对策及应用实例. 石油实验地质. 2021(05): 886-895 . 百度学术
    2. 尤兵，倪智勇，王学军，刘庆. 东营凹陷沙河街组三段储层流体包裹体特征与油气成藏期次. 地球化学. 2020(04): 450-463 . 百度学术
    3. 黎萍，徐兴友，陈勇，王娟，韩冬梅，林晶. 利用高分辨率3D技术和荧光强度变化精确测量烃类包裹体体积的方法. 岩矿测试. 2016(02): 159-165 . 本站查看

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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-22
  • 录用日期:  2012-03-23
  • 发布日期:  2013-01-31

目录

摘要
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  • 1.   样品采集

  • 2.   样品分析及测量条件

  • 2.1   单晶X射线衍射分析

  • 2.2   电子探针分析

  • 2.3   红外光谱分析

  • 3.   结果与讨论

  • 3.1   石榴石晶胞参数特征及类型划分

  • 3.2   石榴石化学成分特征及类型划分

  • 3.3   石榴石分子式特征及类型划分

  • 3.4   石榴石红外谱学特征及类型划分

  • 3.5   石榴石四种分类方法结果对比

  • 4.   结语

参考文献(21)
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