常见矿物近红外光谱特征(扬州)

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 2500nm 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 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 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 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 NH44 2170 2210nm Al OH5 2240 2250nm Si OH6 2210 2300nm Fe OH 7 2300 2400nm Mg OH8 2300 2350nm CO32 4 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