基于偏光显微镜矿物颗粒种类及含量的鉴定问题简述

（山东理工大学，山东 淄博 255000）

历年来地质工作者在地质工作中对岩石的鉴别仅仅依靠肉眼观察，随着偏光显微镜的借助，镜下鉴定在一定程度上提高了矿物颗粒类型识别的精度，但是主要还是依靠肉眼观察，百分含量估算也是依靠经验，其结果不具有说服力，如何达到实现准确判断矿物种类、精确测定百分含量的目的，与此同时减少鉴定过程中的人工干预，降低对鉴定人员的要求，极大提高岩石薄片鉴定工作的效率和精度成了现在矿物相关行业需要解决的热点问题之一。

1 矿物鉴定的发展现状

现阶段地质行业岩矿石的鉴定主要分为两种情况：一是野外手标本的肉眼鉴定；二是在实验室中制作岩石薄片在偏光显微镜下进行鉴定。手标本的肉眼鉴定是为了分辨出岩石种类达到划分地层方便野外地质信息研究的目的，其过程中矿物种类的鉴定可以粗略的分辨出来，但是各种矿物的含量只能根据地质工作者的经验来判断，这样就导致矿物含量的确定准确水平受人为因素制约；后者是通过制作岩石薄片并在仪器的帮助下，提高矿物种类的鉴定可靠性和准确性，但是也无法有效地解决各种矿物含量的估算问题。在矿物鉴定过程中，不仅不同工作者对同一矿物的鉴定结果不同，而且不同环境或不同时间下基于同一工作对一组的矿物鉴定也会有所不同。出现上述问题的根本原因是现存方法对岩矿石的鉴定只能进行定性分析而不能进行定量分析。也就是说地质工作中只能根据各种矿物对应的性质不同，总结不同矿物之间的区别，而对于各类矿物的含量确定，由于自然地质作用下形成的岩石中的矿物形状以及粒度多有不同，并且矿物多为共生、伴生关系，且矿物结构多为包含结构、文象结构以及嵌生结构，再加上蚀变影响等因素导致无法找到有效的方法准确地计算矿物的体积或面积，因为此类研究只能通过人眼估算，所以目前应尝试通过使用电子设备对矿物含量进行更准确的分析。

2 国内外矿物分析方法的发展状况

用偏光显微镜进行岩石薄片鉴定研究的技术和方法，是科研和生产中最基本、最有效、最迅速、最廉价的方法之一，特别在岩石形态和组构研究方面是其他方法无所取代的。早期的岩矿鉴定报告只有文字描述没有显微镜下图片，随着显微镜技术的更新换代，利用三目摄像可以获得影像，但是对于国内外技术人员的做法也只是通过肉眼来鉴别岩石薄片中各种矿物的种类，所以通过智能图像采集软件鉴别矿物种类，也成为了当前国内外技术人员最热衷的技术需求。20世纪中期，各行业领域人才开始了借助仪器，而地质专业借助更多的是地理信息系统软件，例如ArcGIS、MapGIS等。现就建立于这两款软件的矿物颗粒图像处理分析进行如下简述。

3 利用ArcGIS和MapGIS软件对数据进行分析

（1）基本原理。利用偏光显微镜对岩石薄片进行拍照采集，得到的图像用ArcGIS或者MapGIS都可以提取三个色度图层（红Red、绿Green、蓝Blue），图像中每个像素都具有RGB属性。分别使用红、绿、蓝作为坐标轴，可以建立RGB三维图像空间坐标系。

对某块岩石样品的图像进行肉眼鉴定，通过人工指定标准矿物在RGB空间中的位置，将每个像素都划分为某种矿物类别，通过统计分析，可以获得某种类型矿物在岩石中的百分含量。通过进一步处理，数据成图输出并进行岩石辅助定名。

（2）基本操作。①显微镜下间隔固定角度进行拍照。选定岩石薄片标本的研究范围，即视域范围。在显微镜下使用高清数码相机间隔固定角度（如5°）进行照片拍摄。将得到的照片按照统一的命名标准进行保存，照片名称包含样品编号、正交偏光信息、旋转角度等信息。②照片预处理及叠加处理。将所得的照片图像按照岩石薄片旋转的反方向进行旋转，消除薄片旋转造成的矿物颗粒的位移。将处理后的照片叠加显示，裁剪无效区域，保留中部圆形区域进行下一步分析。③逐象元进行统计分析。提取每个象元在不同旋转角度的亮度，以岩石薄片旋转角度为横轴，象元亮度为纵轴绘制亮度曲线。对该曲线进行统计分析，计算极大值、极小值、平均值、极差、平方差等参数。根据这些参数提取单偏光下的多色性吸收性，正交偏光下的最高干涉色等级，消光类型，消光角等参数。④象元分类及结果统计。在ArcGIS软件中打开数据图像，图像中的每一个像元都拥有不同的RGB值，同一矿物颗粒的RGB值相似。在ArcGIS中通过影像分类中的ISO聚类非监督分类对矿物图像进行分析，将输入的波段分成合适的几类，具体根据图像里大概含有几类矿物。将分析好的栅格数据转换成矢量数据，在数据管理工具箱里找到制图综合工具集下的消除面部分（Eliminate Polygon Part），将分出来矿物中的杂质颜色改成与之邻近的矿物颜色。然后将黑色区域（加拿大树胶以及裂缝部分）删除，最后将矿物进行定名。对判定结果进行检核，并存放在数据库中。对象元分类结果进行统计，生成矿物颗粒分类结果及百分含量报告。

（3）应用。①野外取样，室内磨片，镜下进行照片采集，采用上述方法对岩石中矿物含量进行估算，拥有一定的数据支持，更具可靠性。②采用仪器对野外采集的照片进行处理，具有一定的精确性，对岩石的定名有关键的指导作用，以进一步接近实验室精准定名。③除地质行业之外的其他跟岩石矿物有直接或间接关系的机构单位的研究与处理有一定的辅助作用。

4 研究中易出现的问题

由于设备的精度不同，显示的亮度也就不同，在采集照片过程中，存在一定的误差，影响后期的数据分析，同时，矿物并非理想化，矿物的蚀变以及其共伴生关系等对矿物鉴定会产生极大的影响，这就要求研究者们把蚀变、切片方向等因素加入到考虑范围内。目前矿物颗粒的含量估算已经取得一定的成果，但在对矿物进行种类分析方面还处于一个瓶颈期，相信在不久的将来在众多研究者的努力下可以达到预期目标。

5 结论

随着国家经济与技术的快速发展与进步，我国在地质勘查、开采资源等方面取得极大的进步，针对岩石矿物颗粒鉴别与矿物含量估算，不同的研究者经验不同因此对于相同岩石矿物的种类和含量会得到不一样的结果，进而导致对同一个岩石会得出不同的名称。此文即笔者就上述相关问题进行简单论述以供地质工作者在后续工作和研究中作参考。