近紅外光譜分析技術在蝕變礦物鑒定中的應用

王安琪

摘 要：近紅外光譜（NIRS）是分子振動光譜，屬于基頻分子振動的合頻與倍頻，包含氫基團的特征信息。NIRS分析技術主要由NIRS儀器、計量軟件以及應用模型這三個組成部分，有著成本低、分析速度快以及能夠遙測等方面的優點，一方面可以對樣品加以實驗室分析，另一方面也能進行現場的分析或者是在線分析，因此在煉油、制藥、化工以及地質等行業中得到廣泛應用。絕大多數的天然礦物在近紅外區會出現振動吸收，所以可以使用NIRS分析技術對礦物完成野外分析與測試。文章簡要介紹了NIRS技術，并分析其在蝕變礦物鑒定中的運用。

關鍵詞：近紅外光譜分析技術；蝕變礦物；鑒定；羥基；建模

中圖分類號：P6181 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）11-0054-02

近紅外光譜指的是780～2 500 nm的光譜，因為礦物晶格當中的原子間化學鍵伸縮、彎曲或者是電子躍遷哦吸收區域紅外光譜，從而形成吸收峰，并且不同礦物有著各自的特征光譜，通過這一特點能夠區分巖石當中的礦物。巖石當中的礦物有低溫礦物以及低溫礦物之分，其中低溫礦物倍頻在近紅外波段，所以能夠使用近紅外光譜分析低溫礦物，同時低溫礦物又叫作低溫蝕變礦物，通過NIRS技術可以區分含羥基硅酸的鹽礦物以及硫酸鹽礦物等，從而為地質工作人員提供有用信息。

1 近紅外光譜分析技術概述

1.1 近紅外光譜分析儀

近紅外光譜分析儀使用漫反射光譜，積分球檢光并實現數據的微機化處理，常見的技術指標包括以下幾個方面：檢測波長在1 300～2 500 nm，分辨率<6 nm，測量的掃描時間是50 s，電源使用220 V交流電或者3 h蓄電池，在工作過程當中需要做好防潮、防震動以及防高溫工作。

1.2 近紅外光譜分析原理

分析儀能夠進行近紅外波段當中波長在1 200～2 500 nm的光譜測量以及分析，這是因為分子的非諧震動使得分子震動是從基態往高能態躍遷過程中出現，通過記錄含氫基團X-H（X=C，H，O）的震動合頻以及倍頻，并且根據對于礦物各個基團吸收光譜而出現的不同強度、峰型以及峰位，來建立標準的吸收譜線，并且通過這一標準吸收譜線來對區域內的礦物吸收譜線加以對比，能夠判斷出礦物的種類并進一步加以分析，有以下特點。

①近紅外礦物分析能夠測量礦物的種類主要是硅酸鹽當中的部分單礦物，例如含羥基的硅酸鹽礦物以及碳酸鹽礦物、硫酸鹽礦物等。②使用近紅外礦物的譜線峰位特點還有峰位漂移方面的變化能夠完成一定程度的礦物化學成分分析工作。③礦物結晶度不同導致礦物的光譜圖峰形出現不同的尖銳程度，同時礦物結晶度也意味著礦化作用當中熱液蝕變結晶時溫度以及蝕變程度。④使用蝕變礦物的近紅外譜線對比表現，能夠找出礦物的蝕變同成礦之間的關聯，并且構建成礦模型進行成礦的預測和分析。⑤NIRS技術的試成本比較低，并且處理的數據量較大，樣品無需加工制備，能夠直接完成測量，同時分析過程也不需要消耗試劑并產生污染，因此是一種綠色環保的分析技術，同時操作便捷，適合在各種場合使用，但是儀器的波段范圍有限，在地質分析當中的定量分析難度較大，并且受環境溫度的影響也比較嚴重，因此要求工作環境的溫度要<30 ℃。

2 近紅外光譜分析技術在蝕變礦物鑒定中的應用

2.1 常見礦物的近紅外光譜

常見礦物近紅外光譜如圖1所示，不同礦物光譜的曲線形狀以及吸收峰位是有很大區別的。根據這個特點，能夠區分巖石當中的礦物成分。通常情況下可以將1 300～2 500 nm這一波段劃分成多個不同的區間，在1 400 nm的礦物屬于結晶水峰，1 900 nm的礦物為吸附水峰，2 300 nm則是礦物羥基特征峰。

2.2 定性分析

定性分析的重要工具是礦物數據庫。在數據庫當中，標準礦物的曲線是粉碎純礦物后測得的，通過將一系列的礦物曲線打包成為一個文件，從而合并成為數據庫。在檢索礦物數據庫的時候，只需要匹配數據庫的峰位，就能夠查到礦物的名稱還有對應的光譜曲線。礦物吸收峰位可以分成結晶水峰、金屬元素-0H峰以及吸附水峰。

通常情況下，1 380～1 400 nm吸收峰是結晶水峰，1 900 nm附近吸收峰則是吸附水峰，Al-0H、Fe-0H以及Mg-OH吸收峰峰位則位于2 000～2 500 nm之間。不同礦物的特征峰位以及個數有所區別，通過這一特征能夠實現礦物的識別，不過同種礦物的特征峰因為采樣的地點以及地質環境的不同有可能出現變化，所以檢索過程當中需要給定窗口值。

2.3 定量分析

巖石作為礦物集合體，通常由多種不同的礦物組成的，其中又可以進一步分為含水礦物和不含水礦物。近外光譜技術測量含水礦物，并且使用該技術測量巖石礦物含量非常復雜，使用傳統化學計量方法難以精確測量巖石當中的礦物含量，所以國際上通常使用礦物數據庫以及實測曲線歸一化之后根據比例迭代技術完成半定量的分析，這一技術得出礦物的含量值代表相同地區以及相同樣品礦物含量的趨勢，而非真實含量，然后將數據點除以包洛線最終實現歸一化。

2.4 建模分析

首先是數據參數的提取，應當選擇礦物特征的吸收峰，從而提取峰對稱、峰強度、峰位移、半高寬、反射率以及含量等方面的參數，然后完成作圖，這樣能夠得到成礦的模型。參數的地質意義方面，峰強度表示礦物相對含量，峰對稱表示反映地質作用的強弱，半高寬表示礦物形成的相對溫度，具體數值越大表明結晶度越低，礦物的形成溫度也就較低，峰位移表示地質作用當中的陽離子交換，例如白云母礦物的A1-0H特征峰，如果數值偏大，礦物當中的K+或者Na+取代Al-OH當中的Al3+，出現貧Al的問題，Al-OH吸收峰就會往高波長方向移動。峰強比表明特征峰強度以及吸附水峰強度之間的對比，代表礦物形成過程中的相對溫度，數值越大代表礦物形成溫度越高。反射率表示巖石的顏色，顏色越暗導致數值偏低。含量則是由實驗室所提供的，輸入計算機后反映元素的含量同上述模型之間的關系并概括為成礦的規律。在數據處理的過程中，可以通過鉆孔來提取計算礦石并選擇特征峰，同時在全部的測量數據當中選擇那些有著典型代表意義的礦物光譜曲線。

綜上所述，在蝕變礦物的填圖工作當中應用近紅外光譜分析技術能夠識別礦物的豐度、種類以及結晶度，定量或者半定量分析測區蝕變強度以及蝕變分帶，通過應用近紅外光譜分析技術能夠迅速完成蝕變礦物的填圖，有效地圈定熱液礦化的蝕變帶，再聯合其它的地質分布特征，可以找出礦化-蝕變的指示標志，從而判斷礦化的中心，為后續的勘探工程提供可靠的地質依據，這才是高效率低成本的地質找礦技術。

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