近紅外光譜儀測定巖石中蝕變礦物的方法

王雪磊

摘 要：礦物晶格中原子間化學(xué)鍵的彎曲、伸縮會吸收紅外光譜，并且因?yàn)榈V物種類的不同，對紅外光譜的吸收能力各有差異。利用近紅外光譜儀測定可以直觀的觀察到礦物的吸收峰，進(jìn)而對比得出巖石中的礦物成分，為找礦工作開展提供了必要的支持。本文利用北京吉天生產(chǎn)的SupNIR-2700便攜式近紅外分析儀，對某巖石樣品進(jìn)行了測定分析，并對實(shí)驗(yàn)方法、分析過程和測定結(jié)果進(jìn)行了簡要概述。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜儀;蝕變礦物;定量分析;吸收峰

在地質(zhì)勘察和野外找礦中，借助于現(xiàn)代儀器設(shè)備能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作開展提供便利。近紅外光譜技術(shù)是起源于20世紀(jì)三十年代的一種分析技術(shù)，近年來在光學(xué)技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下，在測定精度、適用范圍等方面均有了較大幅度的發(fā)展，現(xiàn)階段在地質(zhì)勘察、臨床醫(yī)學(xué)、生物檢測等領(lǐng)域有著廣泛運(yùn)用。在找礦工作中，利用近紅外光譜儀測定巖石中蝕變礦物的種類，為地質(zhì)工作者提供有參考借鑒的地質(zhì)信息，對找礦作業(yè)低成本、高效率開展有顯著作用。

1 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)中用到的儀器是北京吉天生產(chǎn)的SupNIR- 2700便攜式近紅外分析儀，采用漫反射的測樣方式，可滿足塊狀、顆粒、粉末等多種狀態(tài)樣品的快速檢測。支持PC端控制，儀器測量結(jié)果可以通過PC端顯示，方便對測定數(shù)據(jù)的定量處理、定性分析。

根據(jù)儀器的結(jié)構(gòu)設(shè)置，選取樣品的體積應(yīng)控制在20mm×

20mm×15mm。樣品采用鉆芯取樣的方式獲得，為了方便測定將其研磨成粉末，對提高測量結(jié)果的進(jìn)度也有一定的幫助。將粉末狀樣品裝入玻璃杯中，儀器通電之后，進(jìn)行調(diào)零操作，校正無誤后，在將玻璃杯放入近紅外光譜儀中進(jìn)行分析。

2 分析方法

不同種類的礦物，其光譜曲線和吸收峰位存在較大的差異，近紅外光譜儀就是利用這一特性對巖石中存在礦物進(jìn)行測定和分析。另外，特征吸收峰也是判定礦物類型的一個(gè)重要指標(biāo)，礦物羧基位置的不同，會直接影響特征吸收峰的峰值變化，例如吸收峰的峰值位于2200-2300nm之間，可以判定巖石中蝕變礦物為方解石、伊利石;吸收峰的峰值在2000-2100nm，主要為綠簾石;吸收峰的峰值在1500-1700nm，主要為蒙脫石、高嶺石等;吸收峰的峰值在1200-1400nm，主要以白云母、綠柱石為主。

3 結(jié)果分析

3.1 定性分析

在利用近紅外光譜儀進(jìn)行蝕變礦物成分的自動(dòng)分析時(shí)，會使用到礦物數(shù)據(jù)庫。其中包含了各類礦物的標(biāo)準(zhǔn)吸收峰。使用儀器對樣品進(jìn)行測定之后，將所得測定結(jié)果與礦物數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配，只要實(shí)測光譜曲線與標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線重合，就可以找到對應(yīng)礦物名稱。這樣一來就省去了人工核對的程序，進(jìn)一步提高了測定效率。由于不同礦物的吸收峰曲線是不一致的，并且特征峰的位置，也會根據(jù)樣品采集地點(diǎn)的地質(zhì)環(huán)境而出現(xiàn)變化。因此，在實(shí)際測量過程中，可以先利用吸收峰配對的方式，初步確定礦物類型。待所有礦物檢出后，再利用特征峰進(jìn)行核對，保證測定結(jié)果的精準(zhǔn)性。需要注意的是，同一測量樣品中，往往含有多種礦物，一些含量極少的礦物，其吸收峰可能無法顯示，這種情況下就要求技術(shù)人員采用峰位數(shù)據(jù)加權(quán)處理，對各類礦物進(jìn)行區(qū)分。

在檢索時(shí)，一般開辟4-2nm窗口，根據(jù)需要軟件可調(diào)，實(shí)測值落人數(shù)據(jù)庫窗口內(nèi)有效，將有效的權(quán)重值相加，得出權(quán)重值，權(quán)重大的排在第一位，作為最有可能的檢測結(jié)果。這一加權(quán)方法同樣適合混合礦物檢索，有加權(quán)值的峰位是排在前5位的吸收峰，排在第一位的吸收峰加權(quán)值為1O，后面4個(gè)峰位加權(quán)值之和為10，在混合礦物中，排在第一位的吸收峰在光譜中肯定有顯示，權(quán)重10，值比較大，容易檢索出來。

3.2 定量分析

蝕變礦物通常是由多種礦物混合形成，其中根據(jù)礦物中是否含有結(jié)構(gòu)水，又可以將其分為含水礦物與不含稅礦物兩大類。例如常見的黃晶、綠簾石、沸石等，都屬于含水礦物。而近紅外光譜儀就是一種測量含水礦物的技術(shù)手段。要想精確測量蝕變礦物中某一類礦物的含量，常規(guī)方法主要是選擇化學(xué)計(jì)量學(xué)進(jìn)行分析、測定。雖然也能夠得到一個(gè)定量結(jié)果，但是只能代表同一批樣品中礦物含量趨勢，而不能更加客觀的反映出整個(gè)區(qū)域中礦物的含量，因此實(shí)際指導(dǎo)意義不強(qiáng)。相比之下，基于近紅外光譜儀的礦物含量精確測定，則解決了上述弊端。測定中的核心步驟為：首先利用近紅外光譜儀對巖石樣品中礦物進(jìn)行測定，架設(shè)有A和B兩種。實(shí)測光譜為C。然后調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以觀察到實(shí)測光譜曲線與標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線的差異，計(jì)算出A和B各自的包洛線。采用歸一化處理，可以得到a、b、c三條曲線。將測量數(shù)值帶入公式，可以計(jì)算出A與B的含量。

3.3 測定結(jié)果

進(jìn)行定性和定量分析，每隔1-5m采一個(gè)樣品進(jìn)行測量，結(jié)果（圖1）反映了礦物在巖芯的分布規(guī)律和礦化對應(yīng)關(guān)系，橫坐標(biāo)為鉆孔深度，縱坐標(biāo)代表礦物相對含量，從中可以找到明礬石在深度369-435m和750-894m和Cu礦化正相關(guān)，這里550-632m由于沒有Cu的化驗(yàn)結(jié)果，可以推斷此處有礦化。地開石和明礬石在鉆孔均勻分布，鉆孔的底部娟云母化強(qiáng)烈。

3.4 建模分析

將儀器測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，然后選取一些特征指標(biāo)建立模型，利用模型進(jìn)行最終的礦物分析。本次實(shí)驗(yàn)中選取的參數(shù)主要包括以下幾個(gè)：①峰強(qiáng)度，即蝕變礦物中某一礦物的相對含量;②峰對稱。即不同地質(zhì)環(huán)境影響下，某類礦物的含量波動(dòng)變化情況;③半高寬。即形成礦物時(shí)的地質(zhì)溫度，溫度的高低與礦物結(jié)晶度成反比;④峰位移。即因?yàn)楦鞣N因素干擾導(dǎo)致某類礦物中特征峰發(fā)生移動(dòng)的情況;⑤峰強(qiáng)比。特征峰強(qiáng)度和吸附水峰強(qiáng)度的比值。除此之外，還有反射率等相關(guān)指標(biāo)，將上述指標(biāo)進(jìn)行匯總后，構(gòu)建一套成礦模型。將所得數(shù)據(jù)代入這一套模型中，根據(jù)峰強(qiáng)度、峰對稱等具體指標(biāo)，驗(yàn)證蝕變礦物測定結(jié)論。

4 結(jié)語

對巖石中所含礦物進(jìn)行測定，本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)據(jù)測量與統(tǒng)計(jì)分析的過程。傳統(tǒng)的礦物測定中，因?yàn)樗脭?shù)據(jù)不精確、不全面，對最終的礦物含量結(jié)論產(chǎn)生了較大的干擾影響，不利于下一步地質(zhì)找礦工作的開展。技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展和新型設(shè)備的廣泛運(yùn)用，為巖石中蝕變礦物的精準(zhǔn)、快速測定創(chuàng)造了便利條件。本文使用的是北京吉天公司生產(chǎn)的SupNIR-2700便攜式近紅外分析儀，具有測量精度高、數(shù)據(jù)處理速度快，以及支持PC端編程與控制等特點(diǎn)，為蝕變礦物的定性分析、定量測定提供了支持。結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用效果，可以發(fā)現(xiàn)近紅外光譜儀在測定巖石樣品中礦物含量方面，精度較高，完全可以滿足地質(zhì)找礦需求，具有較強(qiáng)的推廣使用價(jià)值。

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