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1、近红外矿物填图技术及其在地 质找矿中的应用 一、近红外矿物分析原 理 1 、 近红外波长范围: 780nm 2500nm 2、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 、伸缩 和电子跃迁吸收某些区 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-近红外:400nm-1100nm , 铁氧化物 短 波近 红 外:110
2、0nm 2500nm, ( 层 状 硅酸 盐 , 单链状硅酸盐,粘土类 ,硫酸 盐, 碳酸盐) “低温” 含水矿物类 热红外: 8000 - 12000nm 无水硅酸盐类(架状 硅酸盐,岛状硅酸盐, 单链状 硅酸 盐,碳酸盐, 硫酸盐) “高温” 矿物类 5、典型应用范围 :1300nm 2500nm 6、利用近红外光谱可 以区分 含羟基之硅酸盐矿物(绿帘石 ,闪石 等) 硫 酸 盐 矿 物( 明 矾 石, 黄铁 钾 矾 ,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
3、)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
4、( 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 二、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
5、 、 高岭石 、 地开石 、 蒙 脱石 、 钠 长 石 , 硬 水 铝 石 、 刚玉等 ,. 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
6、 的代表矿物可以进行检 测 。 3 、 Mg-OH 矿物: 2300-2400nm为特征吸收峰 矿物中含有Mg 离 子 也 很 常 见。 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 4 、CO 3 2- 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 CO 3 2- 、H 2 O 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
7、 、 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 CO 3 2- 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 ,180
8、0nm 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 H 2 O 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 。
9、6、矿物交代作用 白云母:Na+ K+ Al3 Mg2 或Fe3 绿泥石黑云母:Mg2+ Fe2+ 赤铁矿(hematite )褐铁矿(goethite ): Al3+ Fe3+ 明矾石:Na+ K+ 高岭石:Al3+ Fe3+ NH4+ 存在于绢云母、绿泥石、长石中。 绢云母白云母 钠云母白云母多硅白云母 7、识别近红外光谱步骤 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
10、 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) 、21242170nm :NH4 4) 、2170 2210nm :Al OH 5 ) 、2240 2250nm :Si-OH 6) 、2210-2300nm :Fe OH 、 7 ) 、23002400nm :Mg OH 8) 、23002350nm :CO 3 2 8、常见矿物倍频及合成 频率位 置总 结
11、 三、数据源获取设备 1 、便携式近红外矿物分析仪PNIR 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:255110 187 ; 仪器重量:4.2kg ; 备用电源工作时间: 2 小 时。 2 、可见光- 近红外光纤光谱仪 CSD400 光谱范围:4002500nm 相对孔径:f/4 ( 焦距90 毫 米); 杂散光:小于0.1% 。 光栅:全息平面 带宽:0.4-2.5 优于7nm 。 测量方式:光纤耦合 3 、
12、岩心扫描仪CMS350A 光谱分辨率:8nm ; 光谱面积:10mm 10mm 图像分辨率:0.1mm0.1mm 光谱范围:400nm 2500nm ; 最大移动尺寸:1200mmX1200mm 自动样品台最小移动步 长:0.5mm 。 矿 物 识 别 : 低 温 蚀 变 矿 物 , 层状硅酸 盐中单矿物 ( 粘 土 矿 物 , 绿 泥 石 , 蛇 纹石等 ) , 含 羟 基 之 硅 酸 盐 矿 物 ( 绿 帘石 , 闪石等 ) , 硫 酸 盐 矿 物 ( 明矾 石 , 黄铁钾矾 , 石膏等) , 碳酸盐矿 物 ( 方解石 , 白云石等 ) 。 测量速度:1100秒 ( 可 调) 供电电源:A
13、C220V 四、数据处理软件 1、矿物光谱分析专家MSA3.6 2、岩芯数据与图像预处理 系统 3、岩芯数据库查询系统 4、光谱分析结果表现方法 (1)定性分析 (2)定量分析 (3)特征数据提取 (4)、表现形式-点分析 (5)表现形式-颜色分析 (6)表现形式-柱状图分析 (7)表现形式- 岩 芯 结 合 柱状 图 (8 ) 表现形式- 矿 物 分布 统 计分 析 (9 ) 表现形式- 地 表 建 模分 析 (10)表现形式-等值线分析 570000 570200 570400 570600 570800 571000 571200 571400 571600 571800 3210200
14、 3210400 3210600 3210800 3211000 3211200 3211400 3211600 3211800 3212000(11)表现形式-立体模型 分析 (12)表现形式- 光 谱 成像 分 析 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 100 200 300 400(13 )表现形式-普图叠加 五、蚀变矿物光谱分析 法 1、矿物的定性分析 (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
15、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。 2、矿物定量分析 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