常見礦物近紅外光譜特征(揚州)

1、2008年9月21日，揚州1、近紅外礦物分析法的原理和應(yīng)用概況 2、便攜式近紅外礦物分析儀原理及應(yīng)用3、常見蝕變礦物的光譜特征4、幾個應(yīng)用實例 主要內(nèi)容1、近紅外波長范圍 780nm2500nm2、礦物的近紅外光譜特征原理 礦物晶格中原子間的化學(xué)鍵的彎曲和伸縮吸收某些區(qū)域的近紅外光譜，根據(jù)礦物某些官能團在近紅外區(qū)域的特征吸收光譜可以區(qū)分不同的礦物及同一礦物的不同結(jié)晶度。3、對近紅外光譜產(chǎn)生吸收的官能團種類 氫基團C-H (甲基、亞甲基、甲氧基、羧基、 方基等)， 羥基O-H，巰基S-H，氨基N-H等4、官能團吸收頻率范圍 可見光：400nm-1100nm,氧化物 近紅外：1100nm2500n

2、m,層狀硅酸巖礦物等 熱紅外：8000nm-12000nm,不含水礦物5、典型應(yīng)用范圍：1300nm2500nm6、利用近紅外光譜可以區(qū)分 含羥基之層狀硅酸鹽礦物（閃石等） 硫酸鹽礦物（明礬石，石膏等） 碳酸鹽礦物（方解石，白云石等）。7、地質(zhì)中的應(yīng)用 礦物識別，為勘查、地質(zhì)和土壤/基巖測量進(jìn)行礦物填圖，鉆孔和隧道（平硐）編錄，蝕變系統(tǒng)填圖和目標(biāo)區(qū)選擇，成礦作用的指示，成礦潛力評價，礦物地球化學(xué)和結(jié)晶學(xué)，采礦中的品位控制，下腳料中粘土含量監(jiān)測，輔助遙感圖片的判別等。具體意義如下： 1）提供礦化環(huán)境的特征，如交代類型和交代帶等。 2）鑒別原巖類型：鑒別高嶺石，表明其原巖是長英質(zhì)巖石，發(fā)現(xiàn)蒙脫石表

3、明原巖是鎂鐵質(zhì)巖石 3） 指示礦化關(guān)系，富鎂的綠泥石接近礦化中心，富鉀的白云母更和礦化有關(guān) 4）指示風(fēng)化范圍和過程，如三水鋁石表示晚期的鋁土質(zhì)環(huán)境 5）指示礦化作用的化學(xué)過程，（如K/Na交代）及溫度（葉臘石，黃玉，地開石等礦物是高溫礦物）8、蝕變礦物 填圖礦床種類 可對高硫化物淺成熱液礦床、低硫化 物淺成熱液礦床、斑巖型銅礦床、中溫?zé)嵋旱V床、沉積巖型金銅礦床、鈾礦床、火山巖型塊狀硫化物（VHMS）礦床及金伯利巖礦床進(jìn)行系統(tǒng)的蝕變礦物填圖，幫助研究者快速評價礦床，提高勘探效率。1、儀器結(jié)構(gòu)3、積分球4、電子電路5、底層軟件下位機軟件模塊1系統(tǒng)自檢模塊2系統(tǒng)調(diào)零模塊3光譜位置定位模塊4全譜掃描采

4、集子程序模塊5定波長測量步進(jìn)電機子程序模塊7工作狀態(tài)指示模塊6通訊模塊USB通訊程序USB固件底層驅(qū)動程序UART通訊子程序 儀器測量范圍 ：1300nm-2500nm； 儀器分辨率 ：8nm； 波長穩(wěn)定性 ：1nm； 波長重復(fù)性 ：1nm； 波長掃描間隔 ：2nm,4nm； 信噪比 ：63dB； 探測器 ：PbS(Te制冷)； 儀器體積 ：255110187； 儀器重量 ：4.2kg； 備用電源 ：2小時 ; 軟件 ：PC機應(yīng)用程序；微型PDA應(yīng)用程序。6、儀器指標(biāo)7、控制和測量軟件8、數(shù)據(jù)處理軟件1、一維數(shù)據(jù)（鉆孔數(shù)據(jù)或溝槽數(shù)據(jù)）建模2、二維數(shù)據(jù)（地表數(shù)據(jù)）建模3、等值線圖57000057

5、020057040057060057080057100057120057140057160057180032102003210400321060032108003211000321120032114003211600321180032120004、立體模型5、光譜成像1 3 0 0 1 4 0 0 1 5 0 0 1 6 0 0 1 7 0 0 1 8 0 0 1 9 0 0 2 0 0 0 2 1 0 0 2 2 0 0 2 3 0 0 2 4 0 0 2 5 0 01 0 02 0 03 0 04 0 01、常見蝕變礦物及化學(xué)式2、常見礦物倍頻及合成頻率位置3、蝕變礦物光譜特征1 1） A

6、L-OHAL-OH礦物：礦物：2170-2210nm2170-2210nm為特征吸收為特征吸收大多數(shù)礦物都有鋁離子，特別是硅酸鹽礦物，含有AL-OH的代表礦物有葉蠟石、黃玉、白云母、絹云母、伊利石、鋰云母、高嶺石、地開石、蒙脫石、鈉長石，硬水鋁石、剛玉等，其波長在1390-1440nm處有OHH2O二者合成峰，其中H2O為結(jié)構(gòu)水；在1940-1950nm處有H2O吸收峰，其中H2O為吸附水。21702210nm為AL-OH的吸收峰，通常由于地質(zhì)作用礦物中的陽離子Al被取代，產(chǎn)生貧Al現(xiàn)象，使AL-OH吸收峰位發(fā)生位移，一般地貧Al時峰位向高波長位移，此位移量是紅外光譜建模的一個參數(shù)。通常白云母

7、、絹云母、伊利石、鋰云母和蒙脫石的特征峰在2200nm附近；2160-2165nm內(nèi)的特征峰為高嶺石，隨著結(jié)晶度的增加，肩峰向長波方向移動，原地型高嶺石結(jié)晶度好，峰形尖銳；搬運型高嶺石結(jié)晶度低，峰形緩，需要指出的是，高嶺石在1410nm處有雙峰，一般對稱，在2160-2165nm也有雙峰，但不對稱，這個特征比較容易識別高齡石。需要指出的是，迪開石也有高齡石特性，只是在2160-2165nm一般雙峰對稱；葉蠟石是高溫形成的，在1394nm附近有尖的結(jié)構(gòu)水吸收峰，在2160-2170nm也有很尖的吸收峰，因此通?？勺鳛閮x器標(biāo)樣，由于高溫含水量少，在1390-1396nm處吸收峰不明顯。 2）Fe-

8、OH礦物，硫酸鹽礦物礦物，硫酸鹽礦物 Fe-OH礦物礦物 2210-2300nm為特征吸收為特征吸收 在礦物組成中，F(xiàn)e離子是重要元素之一。其代表礦物有明礬石、黃鐵鉀礬，囊脫石，皂石，鋰皂石、石膏、纖鐵礦、菱鐵礦、陽起石、直閃石和石榴子石等，特別指出的是，鐵氧化物的吸收峰一般在1100nm前，而現(xiàn)有的礦物分析儀波長范圍13002500nm，因此有的礦物無法測到，但上述的代表礦物可以進(jìn)行檢測。. .明礬石在1420nm處有OHH2O二者合成峰，F(xiàn)e-OH特征峰K明礬石在2210nm處，Na明礬石：2160-2170nm處；黃鐵鉀礬Fe-OH特征峰在2260-2270nm；石膏：Fe-OH特征峰是

9、1449、1489與1550nm三個重疊峰，這也是石膏的標(biāo)志峰。 3） Mg-OH礦物：礦物： 2300-2400nm為特征吸收峰為特征吸收峰 含有含有Mg-OHMg-OH的代表礦物有綠泥石、滑石、綠簾石、角閃石、的代表礦物有綠泥石、滑石、綠簾石、角閃石、陽起石、金云母、蛇紋石、透閃石和黑云母等。陽起石、金云母、蛇紋石、透閃石和黑云母等。 Mg-OHMg-OH礦物在礦物在139013901420nm1420nm內(nèi)都有內(nèi)都有OHOHH H2 2O O二者合成峰，滑二者合成峰，滑石和陽起石為尖峰，吸光度強，閃石吸光度小，且反射率石和陽起石為尖峰，吸光度強，閃石吸光度小，且反射率低；低；Mg-OHM

10、g-OH特征光譜在特征光譜在2300-2400nm2300-2400nm，典型的滑石特征光譜，典型的滑石特征光譜在在2310nm2310nm處有很強的吸收峰處有很強的吸收峰,2280nm,2280nm處有一個小的吸收峰，處有一個小的吸收峰，通常以此峰作為衡量儀器分辨率標(biāo)志，在通常以此峰作為衡量儀器分辨率標(biāo)志，在2390nm2390nm和和2464nm2464nm處有很明顯的吸收峰，這兩個吸收峰的質(zhì)量作為評判儀器處有很明顯的吸收峰，這兩個吸收峰的質(zhì)量作為評判儀器信噪比標(biāo)志；綠泥石（與黑云母易混淆）在信噪比標(biāo)志；綠泥石（與黑云母易混淆）在2250-2260nm2250-2260nm處與處與2340

11、23402350nm2350nm處有雙峰，處有雙峰，1910nm1910nm，2000nm2000nm處為水的雙處為水的雙峰，峰，1410nm1410nm為為OHOHH H2 2O O吸收峰，吸收峰，F(xiàn)eFe取代取代MgMg，2340nm2340nm強，強，2250nm2250nm弱且向短波方向移動；金云母（與弱且向短波方向移動；金云母（與MgMg綠泥石接近）綠泥石接近）在在2380-2390nm2380-2390nm為單峰，為單峰，2000nm2000nm無水吸收峰；蛇紋石在無水吸收峰；蛇紋石在2320nm2320nm吸收峰最強，吸收峰最強，2380-2390nm2380-2390nm有吸收

12、峰。有吸收峰。 4 4）COCO3 32- 2-礦物：礦物：185018502200nm,23002200nm,23002350nm2350nm為特為特征吸收峰征吸收峰 碳酸鹽礦物的吸收峰主要由基團振動產(chǎn)生，即碳酸鹽礦物的吸收峰主要由基團振動產(chǎn)生，即COCO3 32-2-、H H2 2O O倍頻或合成模式產(chǎn)生，其代表礦物有倍頻或合成模式產(chǎn)生，其代表礦物有方解石、文石、白云石、菱鎂礦、菱鐵礦、菱錳方解石、文石、白云石、菱鎂礦、菱鐵礦、菱錳礦、毒重石、藍(lán)銅礦和孔雀石等。其中方解石和礦、毒重石、藍(lán)銅礦和孔雀石等。其中方解石和白云石較常見，峰形一致，很難區(qū)別，典型的白云石較常見，峰形一致，很難區(qū)別，典

13、型的COCO3 32-2-特征在特征在2300-2350nm2300-2350nm處，方解石在處，方解石在2340nm2340nm處處有特征吸收峰；白云石在有特征吸收峰；白云石在2320-2325nm2320-2325nm處有特征峰；處有特征峰；菱鎂礦在菱鎂礦在2310nm2310nm處有特征峰；菱鐵礦峰變化大，處有特征峰；菱鐵礦峰變化大，一般大于一般大于2320nm2320nm。碳酸鹽礦物有個最大特點，就。碳酸鹽礦物有個最大特點，就是特征峰非常強，而其它吸收峰比較弱，且一般是特征峰非常強，而其它吸收峰比較弱，且一般在在1800-2100nm1800-2100nm范圍內(nèi)，范圍內(nèi)，1800nm1

14、800nm前沒有吸收峰。前沒有吸收峰。 蝕變礦物的種類繁多，有的礦物含有單一的羥基，有的礦蝕變礦物的種類繁多，有的礦物含有單一的羥基，有的礦物含有組合羥基，只有通過實際測量和數(shù)據(jù)庫比較，再結(jié)物含有組合羥基，只有通過實際測量和數(shù)據(jù)庫比較，再結(jié)合具體的地質(zhì)環(huán)境，才能夠做出準(zhǔn)確判斷，但是近紅外光合具體的地質(zhì)環(huán)境，才能夠做出準(zhǔn)確判斷，但是近紅外光譜礦物分析一般還是遵循如下規(guī)律的：譜礦物分析一般還是遵循如下規(guī)律的： 1）、）、1400nm左右：左右：OH吸收峰，結(jié)晶水峰吸收峰，結(jié)晶水峰 2）、）、19002000nm：吸附水峰：吸附水峰 溫度高，結(jié)晶度高，峰形好。溫度高，結(jié)晶度高，峰形好。 結(jié)晶水，峰形

15、尖銳；吸附水，峰形緩。結(jié)晶水，峰形尖銳；吸附水，峰形緩。 3）、）、21242170nm：NH4 4）、）、2170 2210nm：AlOH 5）、）、224022402250nm2250nm：Si-OH 6）、）、2210-2300nm：FeOH、 7）、）、23002400nm：MgOH 8）、）、230023002350nm2350nm：CO324 4、識別近紅外光譜步驟、識別近紅外光譜步驟（1）、光譜吸收峰位置匹配）、光譜吸收峰位置匹配不同的礦物光譜曲線的吸收峰位置不同，所測得的礦物曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線吸收峰位進(jìn)行匹配，來判斷礦物名稱。 （2）導(dǎo)數(shù)光譜波形匹配）導(dǎo)數(shù)光譜波形匹配 對標(biāo)準(zhǔn)譜庫的

16、光譜曲線和說測得的光譜曲線進(jìn)行一階求導(dǎo)，去掉大氣效應(yīng)，噪聲，然后求兩者的方差，方差最小的是所對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫礦物名。（3）光譜角度匹配）光譜角度匹配光譜角度匹配法是以是以數(shù)據(jù)庫的光譜和實測的光譜的平均點為參考，求實測光譜矢量與數(shù)據(jù)庫光譜矢量之間的廣義夾角，角度越小，兩者相似越大。 5、近紅外光譜的定性分析 巖石樣品通常是礦物的混合體，一般的含兩種或兩種以上礦物，通過紅外光譜進(jìn)行含量計算，情況相當(dāng)復(fù)雜，實際上只能進(jìn)行半定量分析，這里只講述兩種礦物的分析方法，三種以上礦物由于復(fù)雜，這里不再詳述。 假設(shè)巖石中撿出兩種礦物，A和B，實測曲線為C,將A、B和C所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行一階求導(dǎo)，求導(dǎo)后的曲線是a、b和c,假設(shè)A的含量為D,則B的含量為1D,通過改變D值，進(jìn)行數(shù)據(jù)疊加的方法使如下標(biāo)準(zhǔn)方差Q最小，就可得出A和B的含量。 特別提醒，此方法只是進(jìn)行光譜擬合校正，不能代表真實的含量。同時，選