X射线荧光法在成矿规律研究中的应用.pdf

61矿产资源Mineral resourcesX射线荧光法在成矿规律研究中的应用蔺如喜摘要：从70年代后期开始，放射性同位素的荧光分析技术已经在中国的很多行业和部门中得到了广泛的应用。但是，如何更好地把它与地质研究紧密结合，把它的分析成果用于更好地了解和解决地质问题，并对矿物的生成规律进行深入的探讨成为亟待解决的问题。近几年，笔者在国内外对铜、铅、锌、铁、锰、重晶石等地区进行了实地考察，并进行了新的试验与探索，将其与地质研究相结合，为矿产勘查的实际生产和规律提供了有力的支撑。关键词：X射线荧光分析；成矿规律；矿产勘查X光在100年前伦琴发现X光之后，就被认为是一种定性和定量的元素。X射线荧光法是一种色散型X射线荧光法，它是以波纹理论为基础，通过晶体晶格对X射线进行衍射。由于其重量轻、速度快、功耗低、成本低等优点，能量色散X射线荧光技术已被引进到生产和研究中，并在各个行业中得到了快速的应用。尤其是在地质调查方面，这一问题得到了普遍的重视。20世纪70年代初期，中国就开始了EDXRF的研究。（除仪器研制与实践之外，更重视对矩阵影响校正的研究）。其目标是通过逐渐接近或接近定量的可接受误差标准来改进资料的精确度。八十年代以来，对地质调查点和样本中的元素含量的测量一直没有得到令人满意的结果。在矿石开采，矿物加工，冶金和合金分析等领域，在质量监控和自动化的轻工业中都有很好的应用。在地质工作中，EDXRF能及时地为地球化学成分提供定量的资料，并对其进行了深入的研究，并对其进行了深入的探讨，使其在地质上的应用更上一层楼，为稀有的稀有元素和稀有的元素矿物的发现开辟了一条捷径。其次，通过元素的分布特点，可以得到成矿作用及后续的地质影响以及元素的迁移。这为地质理论和成矿方式的研究提供了有力的佐证，可以对理论结果进行现场检验。该方法进一步深化了EDXRF技术在地质工作中的应用，并提出了X射线荧光法与地质工作密切联系的方法。与其他的研究一样，这方面的工作也在不断地进步，但是，还有很多问题有待解决。这给科研工作带来了新问题，同时也为EDXRF的开发带来了很大的发展空间。其中就有这样的问题。（1）多元素的同时测定，现有的现场测量工作都是单一元素的。要研究各要素之间的相关性，就必须进行多次测量。各要素的资料均已分别测定，但要精确地重现测点的位置却是困难的。在同一地点对多个要素进行测量，可以极大地提高数据的可比性和有效性。（2）扩展单元的测定范围。在野外测定中，对于具有18个原子序数以上的常量元素（钾、钙以及高于重元素），可以进行更精确的测定。硫、磷、硅等轻元素是岩体形成与成矿的关键因素，因此必须加以重视。（3）测定矿物中的微量元素，矿物中微量元素的性质、含量以及在岩石、矿物中的分布情况，是岩体与矿物的形成特点，是地质学的一个重要内容。这些元素中有一部分是珍贵的矿物，例如贵重金属，因此要对这些元素的测定方法给予特别的重视。目标是通过对已有的地质资料进行深层次的研究，从不同角度进行区域成矿类型的调查。本文系统地研究了矿床及矿体的富集。X射线荧光法是一种将多种地质勘查技术相结合的方法，可以对大型矿床的成矿方式、深部构造成矿规律、区域成矿调查与评价提供了一种新的方法。X射线荧光法是一种利用X射线作激励源来测定矿石的化学性质和定量其荧光的方法。在地球化学，地质学和地球物理中都有广泛的应用。X射线荧光技术可以对大量金属、非金属矿物、硅酸盐矿物及元素进行定量，从而对矿床的形成方式进行分析。1 对矿床进行分析通过对已有的矿床和矿点的分析，得到相应的地质资料；研究其成矿方式及矿点的遗传状况，从而判断出矿化期。通过对矿床和精矿的分析，可以确定下一个靶区，并进行勘探。通过对矿石的结构、成分和基本特征的分析，可以判断矿石的类型和组成，以及研究其成矿环境和矿化度。X射线荧光可以被用来对矿体（矿石）中的矿物（矿石）进行定量。以黄铁矿为例，其颜色为灰黑色或淡灰色，颗粒细密，在矿脉中有一定的倾角或脉动，可作为矿床的成因及矿床的类型重要依据。通过与地质分析的对比，可以更好地了解区域构造、成矿过程和成矿方式，并在一定程度上影响着地球物理及其相关领域的研究与应用。2 对典型矿床进行综合评价从区域地质背景的角度出发，利用大矿床及成矿盆地的地质背景，对各种矿床的成矿特征进行了综合评价与对62矿产资源Mineral resources比。对不同类型矿床的典型矿物进行了化学与矿化区的研究，并对其进行了典型的矿化研究。金，银，铅，锌，钨，锡，钼，铜，镍，锑，这些元素都有显著的特点，这些特征对于评价矿床类型十分重要。主要对成矿类型为斑岩型和脉状金属成矿类型进行对比。黄铁矿是斑岩型矿体的主要成分，还有一些其他矿物如铅，锌，铜，银。矿脉区以斑岩型矿脉为主。脉状金属成矿类型矿体为铜矿石，铜矿次之，黄铜矿，辉石，黄铁矿。含铜矿物多为方解石、长石，多为单相组合物，但其组分呈异质性，黄铁矿多为单相。3 对矿集区进行系统分析研究矿床的研究一般涉及对矿床形成、构造演化、岩石圈物质间的交互作用和矿床地质特征的分析。通过对同一矿化集中区内各种矿物及矿化体的分析，可以为矿产勘查工作提供参考。例如，利用X 射线荧光法（XRF）对磷金铅铜进行了定量测定。矿化区主要有：磷金铅铜铁矿 P-P-C 铁矿石。矿石的分布与矿脉十分相近。磷金铅铜是一种构造复杂的断层带。其岩性以裂谷和构造活动为主。磷矿-黄铁矿化、磷矿和黄铁矿化是其主要的矿化特征。岩性以粉砂-花岗岩为主，闪长岩-堇青石矸石层为主，区内广泛的大型断裂控制了成矿及深层构造，这些都是该区的主要成矿源。4 对成矿条件有针对性地进行探索当前，随着“新一轮找矿突破大讨论”开展，很多地方都在积极探索新的矿藏资源，寻求新的矿藏突破，促进经济发展。与此同时，人们还发现了许多深埋于地下的地质矿产。X线荧光技术是一种非常有效、实用和科学的方法，可以对这些深层沉积物进行细致的研究：X射线发射的能量非常高，并且具有很短的波长，从而可以很好地了解深层的金属结构和沉积物的特性和结构。X射线荧光法是一种方便、准确、有效的方法，可用于铅锌矿床等深部矿体的分析；该方法测定了铅锌岩的成矿量，并对其与成矿条件的关系进行了研究。利用这种方法，可以直接测定出铅锌矿床的类型、矿体的空间构成。另外，还能测定出硅酸盐矿物、石英、稀土等主要矿化成分的分布情况。5 X射线荧光法的优点对比了X射线荧光法和常规化学法的矿化模型。首先，该方法具有快速、准确、不受时间和空间影响的特点（尤其在矿物资源评价中）。利用分析方法对矿化类型进行研究，能明显地改善开采工作的工作效率。其次，利用X射线荧光技术对不同矿物资源中的样品进行了荧光强度及光谱特征的分析，结果表明，该方法与常规方法有很大的不同。简单和不依赖时间的方式应该帮助获取大量（几百，乃至上千）有用的数据。最终，样本信息（例如，添加特定组分的元素分析）可以在没有特别处理的情况下（仅需少量的特别处理）的情况下被直接获取。该方法具有灵敏度高、精度高、时间短等优点。利用先进的分析技术，可以极大地提高检测的效率。这是由于仪器自身的费用以及分析费用等复杂的因素对分析的结果产生了较大的影响。由于时间、空间分辨率等问题日益突出，因此，为了提高分析的精度和效率，必须采用多种技术。因此，要对每一项分析进行分析，必须采用X射线荧光法、EDX法、电化学法、X射线荧光法等多种分析手段。6 X射线荧光法在矿田构造研究领域中的应用构造学对矿床、矿体的形成、矿体的空间分布有很大影响。通过现场实测及同步辐射元素含量的分析，为进一步研究矿床的构造控制奠定了基础。6.1 阻矿控矿构造的判定云南铜矿床为玄武岩体系外斑岩接触带内的一种热液矿床。矿体和矿脉在各个方向上都受断层构造控制，但是断裂构造控制矿脉的特征和条件却各不相同。用X射线荧光法测定了断裂及其两侧的围岩，发现在矿区北部的大断裂带北部（上部板）玄武岩中，铜的含量很低，与该区玄武岩钢的本底值（本底）相近，而南部（下板）玄武岩的铜含量是本底水平的数倍乃至数十倍，这说明在矿区北部玄武岩中，从断裂带至左右围岩的过渡阶段，铜的含量呈现出从高到低的趋势。通过野外考察，确定了该地区北部的西北断层为一种矿物阻挡构造，其北部未见矿化蚀变。矿化与工业矿体均分布在断裂南部，但邻近断层区的某些断裂是该区的主要控制和产矿构造，矿化与蚀变沿着断层区呈直线或带状分布。这一客观地质现象与X射线荧光法测定的结果相吻合。6.2 控矿构造活动性质及矿体空间展布规律分析云南重晶石矿床是一种典型的沉积蚀变型矿床，其成矿时期主要是由特殊的岩层组成，与主要的矿体断层有关。由于地表露头的缺失，使得对矿体的力学、活动及空间分布的研究变得十分困难。结果表明：本区钡异常点总体上呈北-西北分布，个别较高的变异点为椭圆或透镜，空间上为鹅卵石形。这一结论不但明确了矿体的空间分布规律，也与该区的构造、形变、区域应力场等因素相符。6.3 矿区构造解译及矿期、矿后构造的判别笔者近期对云南矿区的现场考察结果显示，利用放射性现场元素测定，可以间接地反映构造解释，并对矿体及采矿后的构造特征进行分析与识别，从而指导矿山的地质勘探与生产工作。63矿产资源Mineral resources6.4 构造复合控矿特征及主干控矿构造的分析云南矿区的铜元素异常结果与南北向矿石控制断裂带相吻合，个别高位异常在南北向、东西向和西北方向发展，但随着离南北向矿石控制断裂带越来越近和越来越远而减弱和消失。结果显示，矿区的主要控矿结构是南北向断层，西北向和东西向断层只在与南北向主要控矿断层相交处控矿，与放射性测量结果完全一致。7 X射线荧光法在矿床学研究中的应用7.1 矿化岩系判别与分析利用现场元素法测定放射性发光的方法，可以为确定成矿区的成矿层、沉积面、沉积环境、成矿作用等方面的研究奠定了基础。研究认为，地区的成矿作用受特殊的地层控制，其成矿与其特殊的沉积环境、藻类、微生物等有机成分有着密切的关系。7.2 围岩蚀变与成矿关系分析许多变化在一个矿化区域都很普遍。因此，通过对各种蚀变产物与矿物间的相互关系的分析，可以为进一步深入地研究和准确地评价矿体的露头提供有益的参考。利用原位辐射技术可以快速地分析和了解环境岩石蚀变与矿物间的关系。以云南省铜矿山为例，玄武岩中有绿帘石，硅酸盐，方解石，钠长石，特别是前两者。总体上，仅在地表露头部位出现了强烈的蚀变及蚀变脉动，未见铜矿化现象。用放射性荧光法测定了不同蚀变矿脉中的钾元素，发现硅化蚀变区及石英矿脉中的铜含量比绿泥蚀变区、绿泥矿脉高，说明铜矿与石英的联系更加紧密。同时，该区还确认了石英铜矿化期是该区铜矿床形成的重要时期。7.3 矿体产状的判别在众多的热液型矿床中，矿体主要受断裂走向影响，其矿体与断裂构造特征基本吻合。但是，要确定表面上的矿体的走向往往是困难的，尤其是在露头的时候。现场X射线荧光法为找矿奠定了基础。实践表明，在矿体两侧围岩基本一致的情况下，矿体上部盘矿化元素含量高，荧光计数高，异常点大，而下盘则相对较低、较小、较窄。7.4 矿体空间分带及演变规律研究通过系统地测量、分析和研究矿体的矿化、宽度和矿体形态；研究改变元素和元素组合以及矿石等级的改变。这对于研究成矿规律，评价和识别成矿露头和矿体露头具有十分重要的意义。结果表明：矿化度由上到下逐渐增大，矿体的宽度增大，矿化度、铅、锌的含量都有所提高；在主矿体的左右两侧，矿化程度和铅锌含量因矿种、矿质成分的改变而降低，而Zn、Pb值升高；矿化程度随着矿物组成的改变而增大，而矿体宽度增大，Zn、Pb值降低；矿化值升高，Zn、Pb值含量升高，但矿体宽度增大，Zn、Pb含量下降。7.5 矿液侵入高度及矿体侧伏规律的分析从矿体的放射性场系剖面、荧光强度或矿体的矿体特征、矿体结构活动强度、矿体渗透水平、矿体横向沉降模式、开采后结构凸出、矿化期的矿体剥蚀状况等方面的关系，全面地分析了矿化期的矿体剥蚀。从客观上看，该区地形呈西南高、东北低的特点，其表层铅、锌品位异常西南强东北弱，构造强度整体发展西南强、东北弱。主要表现为矿石渗透水平、东北部高度、矿体由西南至东北方向的侧向倾斜角度和采掘后的冲刷强度。近几年来，利用多元素荧光法对成矿作用、成矿关系、成矿元素共生、成矿时间、成矿阶段的确定等进行了研究，取得了较好的效果。8 采用X射线荧光测量技术进行地质矿产研究的意义和特点从地质调查的角度来看，地球化学测量可以分成两种类型。矿床地质条件及成矿条件，矿床的地质条件通常是由构造、重力、流体等多种因素组成的，它们对矿床的形成和成矿起着重要作用。地球化学方法的应用主要是X射线荧光仪，X射线荧光法可以通过多种方法对样品进行检测。在X射线荧光观察中，可以通过仪器直接获取X射线的参数。尤其是在岩浆中，岩石会携带各种各样的矿物质和元素。X射线的这一特征，使它成了地质与矿物学研究的一个主要领域。9 结语除此之外，还在沉积环境研究、沉积物形成与岩石学、矿物学与元素区划、矿物分类与命名以及矿石、矿物和环境中多元素的测定等方面也有研究。在地质工作中，现场测量是非常重要的，仅限于单个的元素。在X射线荧光法中，激发源、光谱系统（色散型X射线荧光光谱）以及探测器上的突破，将会是一项重要的进展。目前，X射线管的低功率激发，半导体探测器的电解法和半导体探测器的常温半导体探测器都有很大的发展，有些已开始应用。由于低功率微电脑和电脑技术的发展，一些元素的资料可以利用在室温下的比率计数器进行频谱分解。长期以来，人们一直在研究分解法。但是，用函数和多项式拟合法很难精确地描述X射线的复杂特性。四川联合大学、成都理工大学近日采用ANN学习法，对同一环境下的多个单一元素的X 荧光谱进行了比对，从而得出了X射线荧光计数比率的结果。这样既可以提高工作效率，又可以改善数据的精确度和可比性。（作者单位：中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心）