基于偏光顯微鏡礦物顆粒種類及含量的鑒定問(wèn)題簡(jiǎn)述

（山東理工大學(xué)，山東 淄博 255000）

歷年來(lái)地質(zhì)工作者在地質(zhì)工作中對(duì)巖石的鑒別僅僅依靠肉眼觀察，隨著偏光顯微鏡的借助，鏡下鑒定在一定程度上提高了礦物顆粒類型識(shí)別的精度，但是主要還是依靠肉眼觀察，百分含量估算也是依靠經(jīng)驗(yàn)，其結(jié)果不具有說(shuō)服力，如何達(dá)到實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判斷礦物種類、精確測(cè)定百分含量的目的，與此同時(shí)減少鑒定過(guò)程中的人工干預(yù)，降低對(duì)鑒定人員的要求，極大提高巖石薄片鑒定工作的效率和精度成了現(xiàn)在礦物相關(guān)行業(yè)需要解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。

1 礦物鑒定的發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)階段地質(zhì)行業(yè)巖礦石的鑒定主要分為兩種情況：一是野外手標(biāo)本的肉眼鑒定；二是在實(shí)驗(yàn)室中制作巖石薄片在偏光顯微鏡下進(jìn)行鑒定。手標(biāo)本的肉眼鑒定是為了分辨出巖石種類達(dá)到劃分地層方便野外地質(zhì)信息研究的目的，其過(guò)程中礦物種類的鑒定可以粗略的分辨出來(lái)，但是各種礦物的含量只能根據(jù)地質(zhì)工作者的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，這樣就導(dǎo)致礦物含量的確定準(zhǔn)確水平受人為因素制約；后者是通過(guò)制作巖石薄片并在儀器的幫助下，提高礦物種類的鑒定可靠性和準(zhǔn)確性，但是也無(wú)法有效地解決各種礦物含量的估算問(wèn)題。在礦物鑒定過(guò)程中，不僅不同工作者對(duì)同一礦物的鑒定結(jié)果不同，而且不同環(huán)境或不同時(shí)間下基于同一工作對(duì)一組的礦物鑒定也會(huì)有所不同。出現(xiàn)上述問(wèn)題的根本原因是現(xiàn)存方法對(duì)巖礦石的鑒定只能進(jìn)行定性分析而不能進(jìn)行定量分析。也就是說(shuō)地質(zhì)工作中只能根據(jù)各種礦物對(duì)應(yīng)的性質(zhì)不同，總結(jié)不同礦物之間的區(qū)別，而對(duì)于各類礦物的含量確定，由于自然地質(zhì)作用下形成的巖石中的礦物形狀以及粒度多有不同，并且礦物多為共生、伴生關(guān)系，且礦物結(jié)構(gòu)多為包含結(jié)構(gòu)、文象結(jié)構(gòu)以及嵌生結(jié)構(gòu)，再加上蝕變影響等因素導(dǎo)致無(wú)法找到有效的方法準(zhǔn)確地計(jì)算礦物的體積或面積，因?yàn)榇祟愌芯恐荒芡ㄟ^(guò)人眼估算，所以目前應(yīng)嘗試通過(guò)使用電子設(shè)備對(duì)礦物含量進(jìn)行更準(zhǔn)確的分析。

2 國(guó)內(nèi)外礦物分析方法的發(fā)展?fàn)顩r

用偏光顯微鏡進(jìn)行巖石薄片鑒定研究的技術(shù)和方法，是科研和生產(chǎn)中最基本、最有效、最迅速、最廉價(jià)的方法之一，特別在巖石形態(tài)和組構(gòu)研究方面是其他方法無(wú)所取代的。早期的巖礦鑒定報(bào)告只有文字描述沒(méi)有顯微鏡下圖片，隨著顯微鏡技術(shù)的更新?lián)Q代，利用三目攝像可以獲得影像，但是對(duì)于國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員的做法也只是通過(guò)肉眼來(lái)鑒別巖石薄片中各種礦物的種類，所以通過(guò)智能圖像采集軟件鑒別礦物種類，也成為了當(dāng)前國(guó)內(nèi)外技術(shù)人員最熱衷的技術(shù)需求。20世紀(jì)中期，各行業(yè)領(lǐng)域人才開(kāi)始了借助儀器，而地質(zhì)專業(yè)借助更多的是地理信息系統(tǒng)軟件，例如ArcGIS、MapGIS等?，F(xiàn)就建立于這兩款軟件的礦物顆粒圖像處理分析進(jìn)行如下簡(jiǎn)述。

3 利用ArcGIS和MapGIS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

（1）基本原理。利用偏光顯微鏡對(duì)巖石薄片進(jìn)行拍照采集，得到的圖像用ArcGIS或者M(jìn)apGIS都可以提取三個(gè)色度圖層（紅Red、綠Green、藍(lán)Blue），圖像中每個(gè)像素都具有RGB屬性。分別使用紅、綠、藍(lán)作為坐標(biāo)軸，可以建立RGB三維圖像空間坐標(biāo)系。

對(duì)某塊巖石樣品的圖像進(jìn)行肉眼鑒定，通過(guò)人工指定標(biāo)準(zhǔn)礦物在RGB空間中的位置，將每個(gè)像素都劃分為某種礦物類別，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，可以獲得某種類型礦物在巖石中的百分含量。通過(guò)進(jìn)一步處理，數(shù)據(jù)成圖輸出并進(jìn)行巖石輔助定名。

（2）基本操作。①顯微鏡下間隔固定角度進(jìn)行拍照。選定巖石薄片標(biāo)本的研究范圍，即視域范圍。在顯微鏡下使用高清數(shù)碼相機(jī)間隔固定角度（如5°）進(jìn)行照片拍攝。將得到的照片按照統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行保存，照片名稱包含樣品編號(hào)、正交偏光信息、旋轉(zhuǎn)角度等信息。②照片預(yù)處理及疊加處理。將所得的照片圖像按照巖石薄片旋轉(zhuǎn)的反方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，消除薄片旋轉(zhuǎn)造成的礦物顆粒的位移。將處理后的照片疊加顯示，裁剪無(wú)效區(qū)域，保留中部圓形區(qū)域進(jìn)行下一步分析。③逐象元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。提取每個(gè)象元在不同旋轉(zhuǎn)角度的亮度，以巖石薄片旋轉(zhuǎn)角度為橫軸，象元亮度為縱軸繪制亮度曲線。對(duì)該曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算極大值、極小值、平均值、極差、平方差等參數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)提取單偏光下的多色性吸收性，正交偏光下的最高干涉色等級(jí)，消光類型，消光角等參數(shù)。④象元分類及結(jié)果統(tǒng)計(jì)。在ArcGIS軟件中打開(kāi)數(shù)據(jù)圖像，圖像中的每一個(gè)像元都擁有不同的RGB值，同一礦物顆粒的RGB值相似。在ArcGIS中通過(guò)影像分類中的ISO聚類非監(jiān)督分類對(duì)礦物圖像進(jìn)行分析，將輸入的波段分成合適的幾類，具體根據(jù)圖像里大概含有幾類礦物。將分析好的柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)管理工具箱里找到制圖綜合工具集下的消除面部分（Eliminate Polygon Part），將分出來(lái)礦物中的雜質(zhì)顏色改成與之鄰近的礦物顏色。然后將黑色區(qū)域（加拿大樹(shù)膠以及裂縫部分）刪除，最后將礦物進(jìn)行定名。對(duì)判定結(jié)果進(jìn)行檢核，并存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中。對(duì)象元分類結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成礦物顆粒分類結(jié)果及百分含量報(bào)告。

（3）應(yīng)用。①野外取樣，室內(nèi)磨片，鏡下進(jìn)行照片采集，采用上述方法對(duì)巖石中礦物含量進(jìn)行估算，擁有一定的數(shù)據(jù)支持，更具可靠性。②采用儀器對(duì)野外采集的照片進(jìn)行處理，具有一定的精確性，對(duì)巖石的定名有關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，以進(jìn)一步接近實(shí)驗(yàn)室精準(zhǔn)定名。③除地質(zhì)行業(yè)之外的其他跟巖石礦物有直接或間接關(guān)系的機(jī)構(gòu)單位的研究與處理有一定的輔助作用。

4 研究中易出現(xiàn)的問(wèn)題

由于設(shè)備的精度不同，顯示的亮度也就不同，在采集照片過(guò)程中，存在一定的誤差，影響后期的數(shù)據(jù)分析，同時(shí)，礦物并非理想化，礦物的蝕變以及其共伴生關(guān)系等對(duì)礦物鑒定會(huì)產(chǎn)生極大的影響，這就要求研究者們把蝕變、切片方向等因素加入到考慮范圍內(nèi)。目前礦物顆粒的含量估算已經(jīng)取得一定的成果，但在對(duì)礦物進(jìn)行種類分析方面還處于一個(gè)瓶頸期，相信在不久的將來(lái)在眾多研究者的努力下可以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)論

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，我國(guó)在地質(zhì)勘查、開(kāi)采資源等方面取得極大的進(jìn)步，針對(duì)巖石礦物顆粒鑒別與礦物含量估算，不同的研究者經(jīng)驗(yàn)不同因此對(duì)于相同巖石礦物的種類和含量會(huì)得到不一樣的結(jié)果，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)同一個(gè)巖石會(huì)得出不同的名稱。此文即筆者就上述相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單論述以供地質(zhì)工作者在后續(xù)工作和研究中作參考。