近红外矿物填图技术及其在地质找矿中的应用

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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