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常见蚀变矿物的近红外光谱特征南京地质矿产研究所南京中地仪器有限公司2008年9月21日，扬州1、近红外矿物分析法的原理和应用概况2、便携式近红外矿物分析仪原理及应用3、常见蚀变矿物的光谱特征4、几个应用实例主要内容近红外矿物分析法的原理和应用概况1、近红外波长范围780nm～2500nm2、矿物的近红外光谱特征原理矿物晶格中原子间的化学键的弯曲和伸缩吸收某些区域的近红外光谱，根据矿物某些官能团在近红外区域的特征吸收光谱可以区分不同的矿物及同一矿物的不同结晶度。3、对近红外光谱产生吸收的官能团种类氢基团C-H(甲基、亚甲基、甲氧基、羧基、方基等)，羟基O-H，巯基S-H，氨基N-H等4、官能团吸收频率范围可见光：400nm-1100nm,氧化物近红外：1100nm－2500nm,层状硅酸岩矿物等热红外：8000nm-12000nm,不含水矿物5、典型应用范围：1300nm～2500nm6、利用近红外光谱可以区分含羟基之层状硅酸盐矿物（闪石等）硫酸盐矿物（明矾石，石膏等）碳酸盐矿物（方解石，白云石等）。7、地质中的应用矿物识别，为勘查、地质和土壤/基岩测量进行矿物填图，钻孔和隧道（平硐）编录，蚀变系统填图和目标区选择，成矿作用的指示，成矿潜力评价，矿物地球化学和结晶学，采矿中的品位控制，下脚料中粘土含量监测，辅助遥感图片的判别等。具体意义如下：1）提供矿化环境的特征，如交代类型和交代带等。2）鉴别原岩类型：鉴别高岭石，表明其原岩是长英质岩石，发现蒙脱石表明原岩是镁铁质岩石3）指示矿化关系，富镁的绿泥石接近矿化中心，富钾的白云母更和矿化有关4）指示风化范围和过程，如三水铝石表示晚期的铝土质环境5）指示矿化作用的化学过程，（如K/Na交代）及温度（叶腊石，黄玉，地开石等矿物是高温矿物）8、蚀变矿物填图矿床种类可对高硫化物浅成热液矿床、低硫化物浅成热液矿床、斑岩型铜矿床、中温热液矿床、沉积岩型金－铜矿床、铀矿床、火山岩型块状硫化物（VHMS）矿床及金伯利岩矿床进行系统的蚀变矿物填图，帮助研究者快速评价矿床，提高勘探效率。9、典型蚀变矿物光谱图便携式近红外矿物分析仪的仪器结构及应用1、仪器结构2、单色仪光路3、积分球4、电子电路5、底层软件下位机软件模块1系统自检模块2系统调零模块3光谱位置定位模块4全谱扫描采集子程序模块5定波长测量步进电机子程序模块7工作状态指示模块6通讯模块USB通讯程序USB固件底层驱动程序UART通讯子程序仪器测量范围：1300nm-2500nm；仪器分辨率：〈8nm；波长稳定性：±1nm；波长重复性：±1nm；波长扫描间隔：2nm,4nm；信噪比：63dB；探测器：PbS(Te制冷)；仪器体积：255×110×187；仪器重量：4.2kg；备用电源：〉2小时;软件：PC机应用程序；微型PDA应用程序。6、仪器指标7、控制和测量软件8、数据处理软件仪器测量方式1、仪器准备：本底扫描、参比扫描、标准扫描2、定性扫描：蚀变矿物识别3、半定量扫描：矿物含量分析4、建库扫描：建立本区特征数据库数据建模与成图1、数据建模：包括一维数据建模和二维数据建模2、数据成图：包括等值线图、立体模型、光谱成像1、一维数据（钻孔数据或沟槽数据）建模2、二维数据（地表数据）建模3、等值线图57000057020057040057060057080057100057120057140057160057180032102003210400321060032108003211000321120032114003211600321180032120004、立体模型5、光谱成像1300140015001600170018001900200021002200230024002500100200300400三、矿物的近红外光谱特征1、常见蚀变矿物及化学式2、常见矿物倍频及合成频率位置3、蚀变矿物光谱特征1）AL-OH矿物：2170-2210nm为特征吸收大多数矿物都有铝离子，特别是硅酸盐矿物，含有AL-OH的代表矿物有叶蜡石、黄玉、白云母、绢云母、伊利石、锂云母、高岭石、地开石、蒙脱石、钠长石，硬水铝石、刚玉等，其波长在1390-1440nm处有OH＋H2O二者合成峰，其中H2O为结构水；在1940-1950nm处有H2O吸收峰，其中H2O为吸附水。2170－2210nm为AL-OH的吸收峰，通常由于地质作用矿物中的阳离子Al被取代，产生贫Al现象，使AL-OH吸收峰位发生位移，一般地贫Al时峰位向高波长位移，此位移量是红外光谱建模的一个参数。通常白云母、绢云母、伊利石、锂云母和蒙脱石的特征峰在2200nm附近；2160-2165nm内的特征峰为高岭石，随着结晶度的增加，肩峰向长波方向移动，原地型高岭石结晶度好，峰形尖锐；搬运型高岭石结晶度低，峰形缓，需要指出的是，高岭石在1410nm处有双峰，一般对称，在2160-2165nm也有双峰，但不对称，这个特征比较容易识别高龄石。需要指出的是，迪开石也有高龄石特性，只是在2160-2165nm一般双峰对称；叶蜡石是高温形成的，在1394nm附近有尖的结构水吸收峰，在2160-2170nm也有很尖的吸收峰，因此通常可作为仪器标样，由于高温含水量少，在1390-1396nm处吸收峰不明显。•2）Fe-OH矿物，硫酸盐矿物•Fe-OH矿物2210-2300nm为特征吸收•在矿物组成中，Fe离子是重要元素之一。其代表矿物有明矾石、黄铁钾矾，囊脱石，皂石，锂皂石、石膏、纤铁矿、菱铁矿、阳起石、直闪石和石榴子石等，特别指出的是，铁氧化物的吸收峰一般在1100nm前，而现有的矿物分析仪波长范围1300－2500nm，因此有的矿物无法测到，但上述的代表矿物可以进行检测。.明矾石在1420nm处有OH＋H2O二者合成峰，Fe-OH特征峰K明矾石在2210nm处，Na明矾石：2160-2170nm处；黄铁钾矾Fe-OH特征峰在2260-2270nm；石膏：Fe-OH特征峰是1449、1489与1550nm三个重叠峰，这也是石膏的标志峰。•3）Mg-OH矿物：2300-2400nm为特征吸收峰•含有Mg-OH的代表矿物有绿泥石、滑石、绿帘石、角闪石、阳起石、金云母、蛇纹石、透闪石和黑云母等。•Mg-OH矿物在1390－1420nm内都有OH＋H2O二者合成峰，滑石和阳起石为尖峰，吸光度强，闪石吸光度小，且反射率低；Mg-OH特征光谱在2300-2400nm，典型的滑石特征光谱在2310nm处有很强的吸收峰,2280nm处有一个小的吸收峰，通常以此峰作为衡量仪器分辨率标志，在2390nm和2464nm处有很明显的吸收峰，这两个吸收峰的质量作为评判仪器信噪比标志；绿泥石（与黑云母易混淆）在2250-2260nm处与2340－2350nm处有双峰，1910nm，2000nm处为水的双峰，1410nm为OH＋H2O吸收峰，Fe取代Mg，2340nm强，2250nm弱且向短波方向移动；金云母（与Mg绿泥石接近）在2380-2390nm为单峰，2000nm无水吸收峰；蛇纹石在2320nm吸收峰最强，2380-2390nm有吸收峰。4）CO32-矿物：1850～2200nm,2300～2350nm为特征吸收峰碳酸盐矿物的吸收峰主要由基团振动产生，即CO32-、H2O倍频或合成模式产生，其代表矿物有方解石、文石、白云石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿、毒重石、蓝铜矿和孔雀石等。其中方解石和白云石较常见，峰形一致，很难区别，典型的CO32-特征在2300-2350nm处，方解石在2340nm处有特征吸收峰；白云石在2320-2325nm处有特征峰；菱镁矿在2310nm处有特征峰；菱铁矿峰变化大，一般大于2320nm。碳酸盐矿物有个最大特点，就是特征峰非常强，而其它吸收峰比较弱，且一般在1800-2100nm范围内，1800nm前没有吸收峰。5)Si－OH矿物：2240～2250nm为特征峰Si－OH矿物相对较少，典型的矿物有蛋白石，石英，在1410处有OH＋H2O二者合成峰，2240～2250nm处为Si－OH的特征峰，一般的只有两个峰，且吸收峰缓，少数石英和蛋白石在2210nm处有吸收峰，有的地方的石英金矿把2210nm作为标志，此峰有表示不含矿，没有表示含矿，当然具体情况需要具体分析。•蚀变矿物的种类繁多，有的矿物含有单一的羟基，有的矿物含有组合羟基，只有通过实际测量和数据库比较，再结合具体的地质环境，才能够做出准确判断，但是近红外光谱矿物分析一般还是遵循如下规律的：•1）、1400nm左右：－OH吸收峰，结晶水峰•2）、1900－2000nm：吸附水峰•温度高，结晶度高，峰形好。•结晶水，峰形尖锐；吸附水，峰形缓。•3）、2124－2170nm：NH4•4）、2170－2210nm：Al－OH•5）、2240～2250nm：Si-OH•6）、2210-2300nm：Fe－OH、•7）、2300－2400nm：Mg－OH•8）、2300～2350nm：CO324、识别近红外光谱步骤•（1）、光谱吸收峰位置匹配•不同的矿物光谱曲线的吸收峰位置不同，所测得的矿物曲线和标准曲线吸收峰位进行匹配，来判断矿物名称。•（2）导数光谱波形匹配•对标准谱库的光谱曲线和说测得的光谱曲线进行一阶求导，去掉大气效应，噪声，然后求两者的方差，方差最小的是所对应的数据库矿物名。•（3）光谱角度匹配•光谱角度匹配法是以是以数据库的光谱和实测的光谱的平均点为参考，求实测光谱矢量与数据库光谱矢量之间的广义夹角，角度越小，两者相似越大。•5、近红外光谱的定性分析岩石样品通常是矿物的混合体，一般的含两种或两种以上矿物，通过红外光谱进行含量计算，情况相当复杂，实际上只能进行半定量分析，这里只讲述两种矿物的分析方法，三种以上矿物由于复杂，这里不再详述。•假设岩石中捡出两种矿物，A和B，实测曲线为C,将A、B和C所对应的标准曲线进行一阶求导，求导后的曲线是a、b和c,假设A的含量为D,则B的含量为1－D,通过改变D值，进行数据叠加的方法使如下标准方差Q最小，就可得出A和B的含量。•特别提醒，此方法只是进行光谱拟合校正，不能代表真实的含量。同时，选择不同的数据库，计算的结果也差异，国外利用这种方法最多可做三种矿物拟合，由于矿物含量计算非常复杂，目前还没有好的方法进行计算。6、近红外光谱定量分析法7、几点体会1、尽管近红外矿物分析比较陌生，但是如果熟练后结合地质理论很快就可以根据图谱指纹特征辨认矿物，而不需要数据库对比。2、矿物识别和含量计算，只是其中一种功能，更重要的是数据建模。3、大批地采样测试，总结规律才有意义。4、采样不需要太大，能够满足测量窗口1.5X1.5cm以上就行，以便节约体力，时间，提高效益。5、系统采样时，请记下X，Y，Z坐标，以方便日后处理。四、几种应用实例1、陕西某金矿石英分析结果黑色不含矿，红色含矿2、翡翠充胶和腊3、翡翠注腊4、蔡家营锌金矿矿化分布4.1、蔡家营锌金矿伊利石分布与含矿相关关系