常见矿物近红外光谱特征

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1、近红外波长范围 780nm2500nm2、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：1100nm2500nm,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：1300nm2500nm6、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。1、仪器结构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 ：255110187；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 1）AL-OHAL-OH矿物：矿物：2170-2210nm2170-2210nm为特征吸收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OHH2O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。21702210nm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，硫酸盐矿物矿物，硫酸盐矿物 Fe-OH矿物矿物 2210-2300nm为特征吸收为特征吸收 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13002500nm，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OHH2O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：矿物：2300-2400nm为特征吸收峰为特征吸收峰 含有含有Mg-OHMg-OH的代表矿物有绿泥石、滑石、绿帘石、角闪石、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。阳起石、金云母、蛇纹石、透闪石和黑云母等。Mg-OHMg-OH矿物在矿物在139013901420nm1420nm内都有内都有OHOHH H2 2O O二者合成峰，滑二者合成峰，滑石和阳起石为尖峰，吸光度强，闪石吸光度小，且反射率石和阳起石为尖峰，吸光度强，闪石吸光度小，且反射率低；低；Mg-OHMg-OH特征光谱在特征光谱在2300-2400nm2300-2400nm，典型的滑石特征光谱，典型的滑石特征光谱在在2310nm2310nm处有很强的吸收峰处有很强的吸收峰,2280nm,2280nm处有一个小的吸收峰，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，在通常以此峰作为衡量仪器分辨率标志，在2390nm2390nm和和2464nm2464nm处有很明显的吸收峰，这两个吸收峰的质量作为评判仪器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）在信噪比标志；绿泥石（与黑云母易混淆）在2250-2260nm2250-2260nm处与处与234023402350nm2350nm处有双峰，处有双峰，1910nm1910nm，2000nm2000nm处为水的双处为水的双峰，峰，1410nm1410nm为为OHOHH H2 2O O吸收峰，吸收峰，FeFe取代取代MgMg，2340nm2340nm强，强，2250nm2250nm弱且向短波方向移动；金云母（与弱且向短波方向移动；金云母（与MgMg绿泥石接近）绿泥石接近）在在2380-2390nm2380-2390nm为单峰，为单峰，2000nm2000nm无水吸收峰；蛇纹石在无水吸收峰；蛇纹石在2320nm2320nm吸收峰最强，吸收峰最强，2380-2390nm2380-2390nm有吸收峰。有吸收峰。4 4）COCO3 32-2-矿物：矿物：185018502200nm,23002200nm,23002350nm2350nm为特为特征吸收峰征吸收峰 碳酸盐矿物的吸收峰主要由基团振动产生，即碳酸盐矿物的吸收峰主要由基团振动产生，即COCO3 32-2-、H H2 2O O倍频或合成模式产生，其代表矿物有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，典型的白云石较常见，峰形一致，很难区别，典型的COCO3 32-2-特征在特征在2300-2350nm2300-2350nm处，方解石在处，方解石在2340nm2340nm处处有特征吸收峰；白云石在有特征吸收峰；白云石在2320-2325nm2320-2325nm处有特征峰；处有特征峰；菱镁矿在菱镁矿在2310nm2310nm处有特征峰；菱铁矿峰变化大，处有特征峰；菱铁矿峰变化大，一般大于一般大于2320nm2320nm。碳酸盐矿物有个最大特点，就。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，且一般是特征峰非常强，而其它吸收峰比较弱，且一般在在1800-2100nm1800-2100nm范围内，范围内，1800nm1800nm前没有吸收峰。前没有吸收峰。蚀变矿物的种类繁多，有的矿物含有单一的羟基，有的矿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：谱矿物分析一般还是遵循如下规律的：1）、）、1400nm左右：左右：OH吸收峰，结晶水峰吸收峰，结晶水峰 2）、）、19002000nm：吸附水峰：吸附水峰 温度高，结晶度高，峰形好。温度高，结晶度高，峰形好。结晶水，峰形尖锐；吸附水，峰形缓。结晶水，峰形尖锐；吸附水，峰形缓。3）、）、21242170nm：NH4 4）、）、2170 2210nm：AlOH 5）、）、224022402250nm2250nm：Si-OH 6）、）、2210-2300nm：FeOH、7）、）、23002400nm：MgOH 8）、）、230023002350nm2350nm：CO324 4、识别近红外光谱步骤、识别近红外光谱步骤（1）、光谱吸收峰位置匹配）、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）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1D,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。部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！