一种花岗岩绿泥石化蚀变程度的地球化学判别方法

摘要

本发明公开了一种花岗岩绿泥石化蚀变程度的地球化学判别方法，属地质工程领域。该方法基于岩石矿物成分和全岩微量元素含量，通过地球化学判别，得到花岗岩绿泥石化蚀变程度定量评价指标，为工程勘测、设计和治理提供科学依据。本发明首次将地球化学特征引入到花岗岩绿泥石化蚀变程度判别中，消除岩石矿物组成差异对蚀变程度计算的影响，有效弥补了目前还没有定量判别方法的缺陷，可以适用于典型花岗岩岩体绿泥石化程度计算。计算方法更具新颖性，与传统的定性估算方法相比更具科学性、合理性、创造性和实用性。

说明书

技术领域

本发明属于地质工程技术领域，具体涉及一种花岗岩绿泥石化蚀变程度的地球化学判别方法。

背景技术

花岗岩是水利、采矿、交通、国防等行业中的主要研究岩石类型，由其形成的岩石蚀变问题广泛存在于工程建设中，如二滩水电站、小湾水电站、滇藏铁路等重大工程建设中都存在着岩石蚀变问题。绿泥石化是花岗岩中一种常见的蚀变类型，发育广泛。绿泥石化程度高的岩体易于形成工程软弱带，极易引起坝基、边坡、地下洞室和隧道等的变形破坏问题，危及施工人员的安全，同时造成工程投资增大，工期延长等问题。因此，查明花岗岩体绿泥石化蚀变程度，对于确保工程的安全与稳定具有重要的理论意义和工程实践意义。

目前，工程中通常采用肉眼观察、岩矿鉴定、X射线衍射分析(XRD)等方法，定性或半定量估算岩体绿泥石化蚀变程度。这种方法主观因素影响大、影响判定结果的变量较多，难以客观、全面、准确地判别花岗岩绿泥石化的蚀变程度。目前还没有一种定量判别花岗岩绿泥石化蚀变程度的方法。如前所述，岩石蚀变过程伴随着岩石矿物成分的改变，因此也造成地球化学特征的改变。本发明首次将岩石地球化学特征引入到花岗岩绿泥石化蚀变程度地球化学判别中，旨在解决现有技术评价方法单一，人为因素影响大，无法定量评价等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种花岗岩绿泥石化蚀变程度的地球化学判别方法，该方法主要用于工程花岗岩体绿泥石化蚀变的定量判别中。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种花岗岩绿泥石化蚀变程度的地球化学判别方法，包括如下步骤：

第一步：测试花岗岩样品中黑云母和绿泥石矿物成分

采用显微镜对样品薄片进行观察，初步确定岩石矿物组成和矿物含量，观察是否存在绿泥石化蚀变，并初步判定蚀变程度，确定新鲜未蚀变的样品，利用电子探针测定岩石中黑云母和绿泥石主量元素含量；分别计算出黑云母和绿泥石中的Fe/(Mg+Fe)比值，分别记为R_Fe-Bt和R_Fe-Chl；

第二步：岩石样品全岩微量元素分析测试

采用等离子体质谱仪测定样品中全岩微量元素含量，确定稳定元素La、Nd含量和活动元素Mn含量C_trace-Mn，La、Nd含量分别记为C_trace-La、C_trace-Nd；

第三步：计算岩体绿泥石化蚀变程度评价指标

(1)计算蚀变因子f₁

利用活动元素Mn含量C_trace-Mn与稳定元素La含量C_trace-La进行投图，在图中选择第一步中确定的新鲜未蚀变样品点，利用未蚀变样品点之间的相关性定义未蚀变线，从而得到未蚀变线方程，利用新鲜未蚀变的样品得到未蚀变线方程，将其他样品中C_trace-La带入到未蚀变线方程中，计算得到理论上未蚀变样品中Mn含量C_trace-Mn’，利用如下公式计算得到蚀变因子f₁：

f₁＝|C_trace-Mn-C_trace-Mn’|/C_trace-Mn’；

(2)计算蚀变因子f₂

利用黑云母和绿泥石中Fe/(Mg+Fe)比值R_Fe-Bt和R_Fe-Chl，根据如下公式计算f₂：

f₂＝|R_Fe-Chl-R_Fe-Bt|/R_Fe-Bt；

(3)计算绿泥石化蚀变程度评价指标

由蚀变因子f₁和f₂，利用如下公式计算得到花岗岩绿泥石化蚀变程度评价指标f：

f＝f₁+f₂。

一般来讲，绿泥石化的形成主要由两种途径：1.含镁铁矿物在低温热液作用下直接分解；2.富含镁、铁成分的热液对硅酸盐矿物的交代。因此可以利用岩石中元素含量的变化来地球化学判别绿泥石化过程。但是，由于地质情况的复杂性，花岗岩全岩主微量元素含量组成与其组成矿物，如长石、石英、云母的比例紧密相关，因此，要地球化学判别绿泥石化程度，需先消除矿物组成差异所造成的主微量元素含量的差异，进而计算绿泥石化过程中元素含量的变化。

一般来说，在绿泥石化蚀变过程中，稀土元素如La、Nd等表现为稳定元素，即无论样品蚀变程度如何，其两种元素应具有明显的正相关性(从图1中进一步得到了验证)，而Mn是活动元素，蚀变程度不同，其含量变化较大。因此，可以利用新鲜样品定义未蚀变线(图2)，根据未蚀变线方程，可以计算出样品在未蚀变情况下样品中Mn的理论含量。用样品中实际含量比理论含量可以得到由镁铁矿物分解(绿泥石化途径1)造成的绿泥石化蚀变因子f₁。对于富含镁、铁成分的热液对硅酸盐矿物的交代所造成的绿泥石化蚀变，可通过绿泥石和黑云母中Fe/(Mg+Fe)比值的差异来地球化学判别，得到绿泥石化蚀变因子f₂。

由蚀变因子f₁和f₂可以计算的得到花岗岩样品绿泥石化蚀变程度评价指标f，即f＝f₁+f₂，f的大小可以定量的反映岩石绿泥石化的程度。

本发明的优点为：

(1)本发明首次将地球化学特征引入到花岗岩绿泥石化蚀变程度判别中，有效弥补了目前还没有定量判别方法的缺陷。计算方法更具新颖性。

(2)本发明属于定量判别方法，与传统的定性估算方法相比更具科学性、合理性。

(3)本发明可以消除岩石矿物组成差异对蚀变程度计算的影响，可以适用于典型花岗岩岩体绿泥石化程度计算。计算方法具有创造性和实用性。

附图说明

图1为本发明La和Nd元素稳定性判定图；

图2为本发明Mn和La未蚀变线判定图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明基于花岗岩主要矿物元素含量和微量元素含量，通过地球化学判别，得到花岗岩绿泥石化蚀变程度定量评价指标。该方法可以科学合理地判定花岗岩绿泥石化蚀变程度。

实施例1

一种花岗岩绿泥石化蚀变程度的地球化学判别方法，

第一步：测试花岗岩样品中黑云母和绿泥石矿物成分

(1)通过岩石切片机和手工加工制作岩石薄片；

(2)通过显微镜观察岩石薄片，确定组成岩石的主要矿物，估算主要矿物含量，确定岩石类型和蚀变程度，确定新鲜样品；

(3)通过显微镜观察，圈定黑云母和绿泥石；

(4)利用JEOLJXA-8100型电子探针分析矿物成分，分别计算出黑云母和绿泥石中的Fe/(Mg+Fe)比值，分别记为R_Fe-Bt和R_Fe-Chl；

第二步：岩石样品全岩微量元素分析测试

利用等离子体质谱仪为Thermo X Series II电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析全岩微量元素；确定稳定元素La、Nd含量和活动元素Mn含量C_trace-Mn，La、Nd含量分别记为C_trace-La、C_trace-Nd；为了进一步验证La、Nd是否为稳定元素，利用不同样品中La、Nd的含量进行投图(包含蚀变样品和未蚀变样品)，由图1可知，不论在蚀变样品中还是在未蚀变样品中两种元素具有明显的正相关性，因此可以选取La、Nd作为稳定元素；

全岩微量元素分析流程为：称取约35-45mg样品于TEFLON内胆中，加0.6ml>3，摇匀，再加入0.6ml>4，封盖后放入超声震荡仪中振荡60min，置于电热板上100℃加热保温2-3天，然后蒸干。再次加0.8ml>3加盖，100℃加热保温过夜，再加0.8ml>4，置钢套中，190℃烘箱内加热48h，取出内胆，电热板加热蒸至近干，加入4ml>3，加盖，超声振荡30min，再次密封并置于钢套中，170℃条件下，加热4h，冷却后，用3％HNO₃按1000倍稀释因数将样品定容。称4g溶液于离心管中，并加4g>-1Rh(0.1％HNO₃)内标溶液，摇匀待测。分析仪器是Thermo>

第三步：计算岩体绿泥石化蚀变程度评价指标

(1)计算蚀变因子f₁

利用活动元素Mn含量C_trace-Mn与稳定元素La含量C_trace-La进行投图，在图中选择第一步中确定的新鲜未蚀变样品点，利用未蚀变样品点之间的相关性定义未蚀变线，从而得到未蚀变线方程，如图2所示，图中的圆点为蚀变样品，图中的两个方块点为新鲜未蚀变样品，通过两个方块点得到未蚀变线方程。将其他样品中C_trace-La带入到未蚀变线方程中，计算得到理论上未蚀变样品中Mn含量C_trace-Mn’。利用如下公式计算得到蚀变因子f₁：

f₁＝|C_trace-Mn-C_trace-Mn’|/C_trace-Mn’

(2)计算蚀变因子f₂

利用黑云母和绿泥石中Fe/(Mg+Fe)比值R_Fe-Bt和R_Fe-Chl，根据如下公式计算f₂：

f₂＝|R_Fe-Chl-R_Fe-Bt|/R_Fe-Bt

(3)计算绿泥石化蚀变程度评价指标。

由蚀变因子f₁和f₂，利用如下公式计算得到花岗岩绿泥石化蚀变程度评价指标f：

f＝f₁+f₂

(4)可靠性验证

通过上述方法对平江地区花岗岩样品绿泥石化蚀变程度进行判定，具体结果如表1所示，分析计算结果发现，靠近断层的样品f较大，如3，5，11号样品，表明其绿泥石化程度较高，这与岩矿鉴定结果一致。

表1.本发明应用地区(平江地区)花岗岩样品绿泥石化蚀变程度评价指标f

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。