近红外光谱仪测定岩石中蚀变矿物的方法

王雪磊

摘 要：矿物晶格中原子间化学键的弯曲、伸缩会吸收红外光谱，并且因为矿物种类的不同，对红外光谱的吸收能力各有差异。利用近红外光谱仪测定可以直观的观察到矿物的吸收峰，进而对比得出岩石中的矿物成分，为找矿工作开展提供了必要的支持。本文利用北京吉天生产的SupNIR-2700便携式近红外分析仪，对某岩石样品进行了测定分析，并对实验方法、分析过程和测定结果进行了简要概述。

关键词：近红外光谱仪;蚀变矿物;定量分析;吸收峰

在地质勘察和野外找矿中，借助于现代仪器设备能够为相关工作开展提供便利。近红外光谱技术是起源于20世纪三十年代的一种分析技术，近年来在光学技术、电子技术、计算机技术的支持下，在测定精度、适用范围等方面均有了较大幅度的发展，现阶段在地质勘察、临床医学、生物检测等领域有着广泛运用。在找矿工作中，利用近红外光谱仪测定岩石中蚀变矿物的种类，为地质工作者提供有参考借鉴的地质信息，对找矿作业低成本、高效率开展有显著作用。

1 实验方法

本次实验中用到的仪器是北京吉天生产的SupNIR- 2700便携式近红外分析仪，采用漫反射的测样方式，可满足块状、颗粒、粉末等多种状态样品的快速检测。支持PC端控制，仪器测量结果可以通过PC端显示，方便对测定数据的定量处理、定性分析。

根据仪器的结构设置，选取样品的体积应控制在20mm×

20mm×15mm。样品采用钻芯取样的方式获得，为了方便测定将其研磨成粉末，对提高测量结果的进度也有一定的帮助。将粉末状样品装入玻璃杯中，仪器通电之后，进行调零操作，校正无误后，在将玻璃杯放入近红外光谱仪中进行分析。

2 分析方法

不同种类的矿物，其光谱曲线和吸收峰位存在较大的差异，近红外光谱仪就是利用这一特性对岩石中存在矿物进行测定和分析。另外，特征吸收峰也是判定矿物类型的一个重要指标，矿物羧基位置的不同，会直接影响特征吸收峰的峰值变化，例如吸收峰的峰值位于2200-2300nm之间，可以判定岩石中蚀变矿物为方解石、伊利石;吸收峰的峰值在2000-2100nm，主要為绿帘石;吸收峰的峰值在1500-1700nm，主要为蒙脱石、高岭石等;吸收峰的峰值在1200-1400nm，主要以白云母、绿柱石为主。

3 结果分析

3.1 定性分析

在利用近红外光谱仪进行蚀变矿物成分的自动分析时，会使用到矿物数据库。其中包含了各类矿物的标准吸收峰。使用仪器对样品进行测定之后，将所得测定结果与矿物数据库进行匹配，只要实测光谱曲线与标准光谱曲线重合，就可以找到对应矿物名称。这样一来就省去了人工核对的程序，进一步提高了测定效率。由于不同矿物的吸收峰曲线是不一致的，并且特征峰的位置，也会根据样品采集地点的地质环境而出现变化。因此，在实际测量过程中，可以先利用吸收峰配对的方式，初步确定矿物类型。待所有矿物检出后，再利用特征峰进行核对，保证测定结果的精准性。需要注意的是，同一测量样品中，往往含有多种矿物，一些含量极少的矿物，其吸收峰可能无法显示，这种情况下就要求技术人员采用峰位数据加权处理，对各类矿物进行区分。

在检索时，一般开辟4-2nm窗口，根据需要软件可调，实测值落人数据库窗口内有效，将有效的权重值相加，得出权重值，权重大的排在第一位，作为最有可能的检测结果。这一加权方法同样适合混合矿物检索，有加权值的峰位是排在前5位的吸收峰，排在第一位的吸收峰加权值为1O，后面4个峰位加权值之和为10，在混合矿物中，排在第一位的吸收峰在光谱中肯定有显示，权重10，值比较大，容易检索出来。

3.2 定量分析

蚀变矿物通常是由多种矿物混合形成，其中根据矿物中是否含有结构水，又可以将其分为含水矿物与不含税矿物两大类。例如常见的黄晶、绿帘石、沸石等，都属于含水矿物。而近红外光谱仪就是一种测量含水矿物的技术手段。要想精确测量蚀变矿物中某一类矿物的含量，常规方法主要是选择化学计量学进行分析、测定。虽然也能够得到一个定量结果，但是只能代表同一批样品中矿物含量趋势，而不能更加客观的反映出整个区域中矿物的含量，因此实际指导意义不强。相比之下，基于近红外光谱仪的矿物含量精确测定，则解决了上述弊端。测定中的核心步骤为：首先利用近红外光谱仪对岩石样品中矿物进行测定，架设有A和B两种。实测光谱为C。然后调用数据库中的标准曲线，可以观察到实测光谱曲线与标准光谱曲线的差异，计算出A和B各自的包洛线。采用归一化处理，可以得到a、b、c三条曲线。将测量数值带入公式，可以计算出A与B的含量。

3.3 测定结果

进行定性和定量分析，每隔1-5m采一个样品进行测量，结果（图1）反映了矿物在岩芯的分布规律和矿化对应关系，横坐标为钻孔深度，纵坐标代表矿物相对含量，从中可以找到明矾石在深度369-435m和750-894m和Cu矿化正相关，这里550-632m由于没有Cu的化验结果，可以推断此处有矿化。地开石和明矾石在钻孔均匀分布，钻孔的底部娟云母化强烈。

3.4 建模分析

将仪器测得的数据进行汇总，然后选取一些特征指标建立模型，利用模型进行最终的矿物分析。本次实验中选取的参数主要包括以下几个：①峰强度，即蚀变矿物中某一矿物的相对含量;②峰对称。即不同地质环境影响下，某类矿物的含量波动变化情况;③半高宽。即形成矿物时的地质温度，温度的高低与矿物结晶度成反比;④峰位移。即因为各种因素干扰导致某类矿物中特征峰发生移动的情况;⑤峰强比。特征峰强度和吸附水峰强度的比值。除此之外，还有反射率等相关指标，将上述指标进行汇总后，构建一套成矿模型。将所得数据代入这一套模型中，根据峰强度、峰对称等具体指标，验证蚀变矿物测定结论。

4 结语

对岩石中所含矿物进行测定，本质上是一个数据测量与统计分析的过程。传统的矿物测定中，因为所得数据不精确、不全面，对最终的矿物含量结论产生了较大的干扰影响，不利于下一步地质找矿工作的开展。技术的创新发展和新型设备的广泛运用，为岩石中蚀变矿物的精准、快速测定创造了便利条件。本文使用的是北京吉天公司生产的SupNIR-2700便携式近红外分析仪，具有测量精度高、数据处理速度快，以及支持PC端编程与控制等特点，为蚀变矿物的定性分析、定量测定提供了支持。结合实践应用效果，可以发现近红外光谱仪在测定岩石样品中矿物含量方面，精度较高，完全可以满足地质找矿需求，具有较强的推广使用价值。

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