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鍵的彎曲、伸縮會吸收紅外光譜，并且因為礦物種類的不同，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的SupNIR-2700便攜式近紅外分析儀，對某巖石樣品進行了測定分析，并對實驗方法、分析過程和測定結果進行了簡要概述。

關鍵詞：近紅外光譜儀;蝕變礦物;定量分析;吸收峰

在地質勘察和野外找礦中，借助于現代儀器設備能夠為相關工作開展提供便利。近紅外光譜技術是起源于20世紀三十年代的一種分析技術，近年來在光學技術、電子技術、計算機技術的支持下，在測定精度、適用范圍等方面均有了較大幅度的發(fā)展，現階段在地質勘察、臨床醫(yī)學、生物檢測等領域有著廣泛運用。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，為地質工作者提供有參考借鑒的地質信息，對找礦作業(yè)低成本、高效率開展有顯著作用。

1 實驗方法

本次實驗中用到的儀器是北京吉天生產的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，儀器測量結果可以通過PC端顯示，方便對測定數據的定量處理、定性分析。

根據儀器的結構設置，選取樣品的體積應控制在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，對提高測量結果的進度也有一定的幫助。將粉末狀樣品裝入玻璃杯中，儀器通電之后，進行調零操作，校正無誤后，在將玻璃杯放入近紅外光譜儀中進行分析。

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行測定和分析。另外，特征吸收峰也是判定礦物類型的一個重要指標，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 結果分析

3.1 定性分析

在利用近紅外光譜儀進行蝕變礦物成分的自動分析時，會使用到礦物數據庫。其中包含了各類礦物的標準吸收峰。使用儀器對樣品進行測定之后，將所得測定結果與礦物數據庫進行匹配，只要實測光譜曲線與標準光譜曲線重合，就可以找到對應礦物名稱。這樣一來就省去了人工核對的程序，進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，也會根據樣品采集地點的地質環(huán)境而出現變化。因此，在實際測量過程中，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，再利用特征峰進行核對，保證測定結果的精準性。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人員采用峰位數據加權處理，對各類礦物進行區(qū)分。

在檢索時，一般開辟4-2nm窗口，根據需要軟件可調，實測值落人數據庫窗口內有效，將有效的權重值相加，得出權重值，權重大的排在第一位，作為最有可能的檢測結果。這一加權方法同樣適合混合礦物檢索，有加權值的峰位是排在前5位的吸收峰，排在第一位的吸收峰加權值為1O，后面4個峰位加權值之和為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，其中根據礦物中是否含有結構水，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計量學進行分析、測定。雖然也能夠得到一個定量結果，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區(qū)域中礦物的含量，因此實際指導意義不強。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行測定，架設有A和B兩種。實測光譜為C。然后調用數據庫中的標準曲線，可以觀察到實測光譜曲線與標準光譜曲線的差異，計算出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。將測量數值帶入公式，可以計算出A與B的含量。

3.3 測定結果

進行定性和定量分析，每隔1-5m采一個樣品進行測量，結果（圖1）反映了礦物在巖芯的分布規(guī)律和礦化對應關系，橫坐標為鉆孔深度，縱坐標代表礦物相對含量，從中可以找到明礬石在深度369-435m和750-894m和Cu礦化正相關，這里550-632m由于沒有Cu的化驗結果，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烈。

3.4 建模分析

將儀器測得的數據進行匯總，然后選取一些特征指標建立模型，利用模型進行最終的礦物分析。本次實驗中選取的參數主要包括以下幾個：①峰強度，即蝕變礦物中某一礦物的相對含量;②峰對稱。即不同地質環(huán)境影響下，某類礦物的含量波動變化情況;③半高寬。即形成礦物時的地質溫度，溫度的高低與礦物結晶度成反比;④峰位移。即因為各種因素干擾導致某類礦物中特征峰發(fā)生移動的情況;⑤峰強比。特征峰強度和吸附水峰強度的比值。除此之外，還有反射率等相關指標，將上述指標進行匯總后，構建一套成礦模型。將所得數據代入這一套模型中，根據峰強度、峰對稱等具體指標，驗證蝕變礦物測定結論。

4 結語

對巖石中所含礦物進行測定，本質上是一個數據測量與統計分析的過程。傳統的礦物測定中，因為所得數據不精確、不全面，對最終的礦物含量結論產生了較大的干擾影響，不利于下一步地質找礦工作的開展。技術的創(chuàng)新發(fā)展和新型設備的廣泛運用，為巖石中蝕變礦物的精準、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的SupNIR-2700便攜式近紅外分析儀，具有測量精度高、數據處理速度快，以及支持PC端編程與控制等特點，為蝕變礦物的定性分析、定量測定提供了支持。結合實踐應用效果，可以發(fā)現近紅外光譜儀在測定巖石樣品中礦物含量方面，精度較高，完全可以滿足地質找礦需求，具有較強的推廣使用價值。

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