近红外光谱分析技术在蚀变矿物鉴定中的应用

文章简要介绍了NIRS技术，并分析其在蚀变矿物鉴定中的运用。

关键词：近红外光谱分析技术；蚀变矿物；鉴定；羟基；建模

中图分类号：P6181 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0054-02

近红外光谱指的是780～2 500 nm的光谱，因为矿物晶格当中的原子间化学键伸缩、弯曲或者是电子跃迁哦吸收区域红外光谱，从而形成吸收峰，并且不同矿物有着各自的特征光谱，通过这一特点能够区分岩石当中的矿物。岩石当中的矿物有低温矿物以及低温矿物之分，其中低温矿物倍频在近红外波段，所以能够使用近红外光谱分析低温矿物，同时低温矿物又叫作低温蚀变矿物，通过NIRS技术可以区分含羟基硅酸的盐矿物以及硫酸盐矿物等，从而为地质工作人员提供有用信息。

1 近红外光谱分析技术概述

1.1 近红外光谱分析仪

近红外光谱分析仪使用漫反射光谱，积分球检光并实现数据的微机化处理，常见的技术指标包括以下几个方面：检测波长在1 300～2 500 nm，分辨率<6 nm，测量的扫描时间是50 s，电源使用220 V交流电或者3 h蓄电池，在工作过程当中需要做好防潮、防震动以及防高温工作。

1.2 近红外光谱分析原理

分析仪能够进行近红外波段当中波长在1 200～2 500 nm的光谱测量以及分析，这是因为分子的非谐震动使得分子震动是从基态往高能态跃迁过程中出现，通过记录含氢基团X-H（X=C，H，O）的震动合频以及倍频，并且根据对于矿物各个基团吸收光谱而出现的不同强度、峰型以及峰位，来建立标准的吸收谱线，并且通过这一标准吸收谱线来对区域内的矿物吸收谱线加以对比，能够判断出矿物的种类并进一步加以分析，有以下特点。

①近红外矿物分析能够测量矿物的种类主要是硅酸盐当中的部分单矿物，例如含羟基的硅酸盐矿物以及碳酸盐矿物、硫酸盐矿物等。②使用近红外矿物的谱线峰位特点还有峰位漂移方面的变化能够完成一定程度的矿物化学成分分析工作。③矿物结晶度不同导致矿物的光谱图峰形出现不同的尖锐程度，同时矿物结晶度也意味着矿化作用当中热液蚀变结晶时温度以及蚀变程度。④使用蚀变矿物的近红外谱线对比表现，能够找出矿物的蚀变同成矿之间的关联，并且构建成矿模型进行成矿的预测和分析。⑤NIRS技术的试成本比较低，并且处理的数据量较大，样品无需加工制备，能够直接完成测量，同时分析过程也不需要消耗试剂并产生污染，因此是一种绿色环保的分析技术，同时操作便捷，适合在各种场合使用，但是仪器的波段范围有限，在地质分析当中的定量分析难度较大，并且受环境温度的影响也比较严重，因此要求工作环境的温度要<30 ℃。

2 近红外光谱分析技术在蚀变矿物鉴定中的应用

2.1 常见矿物的近红外光谱

常见矿物近红外光谱如图1所示，不同矿物光谱的曲线形状以及吸收峰位是有很大区别的。根据这个特点，能够区分岩石当中的矿物成分。通常情况下可以将1 300～2 500 nm这一波段划分成多个不同的区间，在1 400 nm的矿物属于结晶水峰，1 900 nm的矿物为吸附水峰，2 300 nm则是矿物羟基特征峰。

2.2 定性分析

定性分析的重要工具是矿物数据库。在数据库当中，标准矿物的曲线是粉碎纯矿物后测得的，通过将一系列的矿物曲线打包成为一个文件，从而合并成为数据库。在检索矿物数据库的时候，只需要匹配数据库的峰位，就能够查到矿物的名称还有对应的光谱曲线。矿物吸收峰位可以分成结晶水峰、金属元素-0H峰以及吸附水峰。

通常情况下，1 380～1 400 nm吸收峰是结晶水峰，1 900 nm附近吸收峰则是吸附水峰，Al-0H、Fe-0H以及Mg-OH吸收峰峰位则位于2 000～2 500 nm之间。不同矿物的特征峰位以及个数有所区别，通过这一特征能够实现矿物的识别，不过同种矿物的特征峰因为采样的地点以及地质环境的不同有可能出现变化，所以检索过程当中需要给定窗口值。

2.3 定量分析

岩石作为矿物集合体，通常由多种不同的矿物组成的，其中又可以进一步分为含水矿物和不含水矿物。近外光谱技术测量含水矿物，并且使用该技术测量岩石矿物含量非常复杂，使用传统化学计量方法难以精确测量岩石当中的矿物含量，所以国际上通常使用矿物数据库以及实测曲线归一化之后根据比例迭代技术完成半定量的分析，这一技术得出矿物的含量值代表相同地区以及相同样品矿物含量的趋势，而非真实含量，然后将数据点除以包洛线最终实现归一化。

2.4 建模分析

首先是数据参数的提取，应当选择矿物特征的吸收峰，从而提取峰对称、峰强度、峰位移、半高宽、反射率以及含量等方面的参数，然后完成作图，这样能够得到成矿的模型。参数的地质意义方面，峰强度表示矿物相对含量，峰对称表示反映地质作用的强弱，半高宽表示矿物形成的相对温度，具体数值越大表明结晶度越低，矿物的形成温度也就较低，峰位移表示地质作用当中的阳离子交换，例如白云母矿物的A1-0H特征峰，如果数值偏大，矿物当中的K+或者Na+取代Al-OH当中的Al3+，出现贫Al的问题，Al-OH吸收峰就会往高波长方向移动。峰强比表明特征峰强度以及吸附水峰强度之间的对比，代表矿物形成过程中的相对温度，数值越大代表矿物形成温度越高。反射率表示岩石的颜色，颜色越暗导致数值偏低。含量则是由实验室所提供的，输入计算机后反映元素的含量同上述模型之间的关系并概括为成矿的规律。在数据处理的过程中，可以通过钻孔来提取计算矿石并选择特征峰，同时在全部的测量数据当中选择那些有着典型代表意义的矿物光谱曲线。

综上所述，在蚀变矿物的填图工作当中应用近红外光谱分析技术能够识别矿物的丰度、种类以及结晶度，定量或者半定量分析测区蚀变强度以及蚀变分带，通过应用近红外光谱分析技术能够迅速完成蚀变矿物的填图，有效地圈定热液矿化的蚀变带，再联合其它的地质分布特征，可以找出矿化-蚀变的指示标志，从而判断矿化的中心，为后续的勘探工程提供可靠的地质依据，这才是高效率低成本的地质找矿技术。

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