常见矿物近红外光谱特征(扬州)课件

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 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：1300nm2500nm-6、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-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-仪器测量方式1 1、仪仪器准器准备备：本底：本底扫扫描、参比描、参比扫扫描、描、标标准准扫扫描描2 2、定性、定性扫扫描：描：蚀变矿蚀变矿物物识别识别3 3、半定量、半定量扫扫描：描：矿矿物含量分析物含量分析4 4、建、建库扫库扫描：建立本区特征数据描：建立本区特征数据库库-数据建模与成图1 1、数据建模：、数据建模：包括一包括一维维数据建模和二数据建模和二维维数据建模数据建模2 2、数据成、数据成图图：包括等包括等值线图值线图、立体模型、光、立体模型、光谱谱成像成像-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-4、立体模型-5、光谱成像-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 1）AL-OH AL-OH矿矿物：物：2170-2210nm2170-2210nm为为特征吸收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矿矿物，硫酸物，硫酸盐矿盐矿物物 Fe-OH矿矿物物 2210-2300nm为为特征吸收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矿矿物：物：2300-2400nm为为特征吸收峰特征吸收峰含有含有Mg-OHMg-OH的代表的代表矿矿物有物有绿绿泥石、滑石、泥石、滑石、绿绿帘石、角帘石、角闪闪石、石、阳起石、金云母、蛇阳起石、金云母、蛇纹纹石、透石、透闪闪石和黑云母等。石和黑云母等。Mg-OHMg-OH矿矿物在物在139013901420nm1420nm内都有内都有OHOHH H2 2O O二者合成峰，滑二者合成峰，滑石和阳起石石和阳起石为为尖峰，吸光度尖峰，吸光度强强，闪闪石吸光度小，且反射率石吸光度小，且反射率低；低；Mg-OHMg-OH特征光特征光谱谱在在2300-2400nm2300-2400nm，典型的滑石特征光，典型的滑石特征光谱谱在在2310nm2310nm处处有很有很强强的吸收峰的吸收峰,2280nm,2280nm处处有一个小的吸收峰，有一个小的吸收峰，通常以此峰作通常以此峰作为为衡量衡量仪仪器分辨率器分辨率标标志，在志，在2390nm2390nm和和2464nm2464nm处处有很明有很明显显的吸收峰，的吸收峰，这这两个吸收峰的两个吸收峰的质质量作量作为评为评判判仪仪器器信噪比信噪比标标志；志；绿绿泥石（与黑云母易混淆）在泥石（与黑云母易混淆）在2250-2260nm2250-2260nm处处与与234023402350nm2350nm处处有双峰，有双峰，1910nm1910nm，2000nm2000nm处为处为水的双水的双峰，峰，1410nm1410nm为为OHOHH H2 2O O吸收峰，吸收峰，FeFe取代取代MgMg，2340nm2340nm强强，2250nm2250nm弱且向短波方向移弱且向短波方向移动动；金云母（与；金云母（与MgMg绿绿泥石接近）泥石接近）在在2380-2390nm2380-2390nm为单为单峰，峰，2000nm2000nm无水吸收峰；蛇无水吸收峰；蛇纹纹石在石在2320nm2320nm吸收峰最吸收峰最强强，2380-2390nm2380-2390nm有吸收峰。有吸收峰。-4 4）COCO3 32-2-矿矿物：物：185018502200nm,23002200nm,23002350nm2350nm为为特征吸收峰特征吸收峰 碳碳酸酸盐盐矿矿物物的的吸吸收收峰峰主主要要由由基基团团振振动动产产生生，即即COCO3 32-2-、H H2 2O O倍倍频频或或合合成成模模式式产产生生，其其代代表表矿矿物物有有方方解解石石、文文石石、白白云云石石、菱菱镁镁矿矿、菱菱铁铁矿矿、菱菱锰锰矿矿、毒毒重重石石、蓝蓝铜铜矿矿和和孔孔雀雀石石等等。其其中中方方解解石石和和白白云云石石较较常常见见，峰峰形形一一致致，很很难难区区别别，典典型型的的COCO3 32-2-特特征征在在2300-2350nm2300-2350nm处处，方方解解石石在在2340nm2340nm处处有有特特征征吸吸收收峰峰；白白云云石石在在2320-2325nm2320-2325nm处处有有特特征征峰峰；菱菱镁镁矿矿在在2310nm2310nm处处有有特特征征峰峰；菱菱铁铁矿矿峰峰变变化化大大，一一般般大大于于2320nm2320nm。碳碳酸酸盐盐矿矿物物有有个个最最大大特特点点，就就是是特特征征峰峰非非常常强强，而而其其它它吸吸收收峰峰比比较较弱弱，且且一一般般在在1800-2100nm1800-2100nm范范围围内，内，1800nm1800nm前没有吸收峰。前没有吸收峰。-5)Si5)Si5)Si5)SiOHOHOHOH矿矿矿矿物：物：物：物：22402240224022402250nm2250nm2250nm2250nm为为为为特征峰特征峰特征峰特征峰 SiSiSiSiOHOHOHOH矿矿矿矿物物物物相相相相对对对对较较较较少少少少，典典典典型型型型的的的的矿矿矿矿物物物物有有有有蛋蛋蛋蛋白白白白石石石石，石石石石 英英英英，在在在在 1410141014101410处处处处 有有有有 OHOHOHOH H H H H2 2 2 2O O O O二二二二 者者者者 合合合合 成成成成 峰峰峰峰，22402240224022402250nm2250nm2250nm2250nm处处处处为为为为SiSiSiSiOHOHOHOH的的的的特特特特征征征征峰峰峰峰，一一一一般般般般的的的的只只只只有有有有两两两两个个个个峰峰峰峰，且且且且吸吸吸吸收收收收峰峰峰峰缓缓缓缓，少少少少数数数数石石石石英英英英和和和和蛋蛋蛋蛋白白白白石石石石在在在在2210nm2210nm2210nm2210nm处处处处有有有有吸吸吸吸收收收收峰峰峰峰，有有有有的的的的地地地地方方方方的的的的石石石石英英英英金金金金矿矿矿矿把把把把2210nm2210nm2210nm2210nm作作作作为为为为标标标标志志志志，此此此此峰峰峰峰有有有有表表表表示示示示不含不含不含不含矿矿矿矿，没有表示含，没有表示含，没有表示含，没有表示含矿矿矿矿，当然具体情况需要具体分析。，当然具体情况需要具体分析。，当然具体情况需要具体分析。，当然具体情况需要具体分析。-蚀变矿蚀变矿物的种物的种类类繁多，有的繁多，有的矿矿物含有物含有单单一的一的羟羟基，有的基，有的矿矿物含有物含有组组合合羟羟基，只有通基，只有通过实际测过实际测量和数据量和数据库库比比较较，再，再结结合具体的地合具体的地质环质环境，才能境，才能够够做出准确判断，但是近做出准确判断，但是近红红外光外光谱矿谱矿物分析一般物分析一般还还是遵循如下是遵循如下规规律的：律的：1）、）、1400nm左右：左右：OH吸收峰，吸收峰，结结晶水峰晶水峰2）、）、19002000nm：吸附水峰：吸附水峰温度高，温度高，结结晶度高，峰形好。晶度高，峰形好。结结晶水，峰形尖晶水，峰形尖锐锐；吸附水，峰形；吸附水，峰形缓缓。3）、）、21242170nm：NH4 4）、）、2170 2210nm：AlOH 5）、）、224022402250nm2250nm：Si-OH 6）、）、2210-2300nm：FeOH、7）、）、23002400nm：MgOH 8）、）、230023002350nm2350nm：CO324 4、识别识别近近红红外光外光谱谱步步骤骤-（1）、光）、光谱谱吸收峰位置匹配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）导导数光数光谱谱波形匹配波形匹配 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）光谱谱角度匹配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-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-