王安琪

摘 要：近紅外光譜（NIRS）是分子振動(dòng)光譜，屬于基頻分子振動(dòng)的合頻與倍頻，包含氫基團(tuán)的特征信息。NIRS分析技術(shù)主要由NIRS儀器、計(jì)量軟件以及應(yīng)用模型這三個(gè)組成部分，有著成本低、分析速度快以及能夠遙測(cè)等方面的優(yōu)點(diǎn)，一方面可以對(duì)樣品加以實(shí)驗(yàn)室分析，另一方面也能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的分析或者是在線分析，因此在煉油、制藥、化工以及地質(zhì)等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。絕大多數(shù)的天然礦物在近紅外區(qū)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)吸收，所以可以使用NIRS分析技術(shù)對(duì)礦物完成野外分析與測(cè)試。文章簡(jiǎn)要介紹了NIRS技術(shù)，并分析其在蝕變礦物鑒定中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜分析技術(shù)；蝕變礦物；鑒定；羥基；建模

中圖分類號(hào)：P6181 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）11-0054-02

近紅外光譜指的是780～2 500 nm的光譜，因?yàn)榈V物晶格當(dāng)中的原子間化學(xué)鍵伸縮、彎曲或者是電子躍遷哦吸收區(qū)域紅外光譜，從而形成吸收峰，并且不同礦物有著各自的特征光譜，通過(guò)這一特點(diǎn)能夠區(qū)分巖石當(dāng)中的礦物。巖石當(dāng)中的礦物有低溫礦物以及低溫礦物之分，其中低溫礦物倍頻在近紅外波段，所以能夠使用近紅外光譜分析低溫礦物，同時(shí)低溫礦物又叫作低溫蝕變礦物，通過(guò)NIRS技術(shù)可以區(qū)分含羥基硅酸的鹽礦物以及硫酸鹽礦物等，從而為地質(zhì)工作人員提供有用信息。

1 近紅外光譜分析技術(shù)概述

1.1 近紅外光譜分析儀

近紅外光譜分析儀使用漫反射光譜，積分球檢光并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的微機(jī)化處理，常見(jiàn)的技術(shù)指標(biāo)包括以下幾個(gè)方面：檢測(cè)波長(zhǎng)在1 300～2 500 nm，分辨率<6 nm，測(cè)量的掃描時(shí)間是50 s，電源使用220 V交流電或者3 h蓄電池，在工作過(guò)程當(dāng)中需要做好防潮、防震動(dòng)以及防高溫工作。

1.2 近紅外光譜分析原理

分析儀能夠進(jìn)行近紅外波段當(dāng)中波長(zhǎng)在1 200～2 500 nm的光譜測(cè)量以及分析，這是因?yàn)榉肿拥姆侵C震動(dòng)使得分子震動(dòng)是從基態(tài)往高能態(tài)躍遷過(guò)程中出現(xiàn)，通過(guò)記錄含氫基團(tuán)X-H（X=C，H，O）的震動(dòng)合頻以及倍頻，并且根據(jù)對(duì)于礦物各個(gè)基團(tuán)吸收光譜而出現(xiàn)的不同強(qiáng)度、峰型以及峰位，來(lái)建立標(biāo)準(zhǔn)的吸收譜線，并且通過(guò)這一標(biāo)準(zhǔn)吸收譜線來(lái)對(duì)區(qū)域內(nèi)的礦物吸收譜線加以對(duì)比，能夠判斷出礦物的種類并進(jìn)一步加以分析，有以下特點(diǎn)。

①近紅外礦物分析能夠測(cè)量礦物的種類主要是硅酸鹽當(dāng)中的部分單礦物，例如含羥基的硅酸鹽礦物以及碳酸鹽礦物、硫酸鹽礦物等。②使用近紅外礦物的譜線峰位特點(diǎn)還有峰位漂移方面的變化能夠完成一定程度的礦物化學(xué)成分分析工作。③礦物結(jié)晶度不同導(dǎo)致礦物的光譜圖峰形出現(xiàn)不同的尖銳程度，同時(shí)礦物結(jié)晶度也意味著礦化作用當(dāng)中熱液蝕變結(jié)晶時(shí)溫度以及蝕變程度。④使用蝕變礦物的近紅外譜線對(duì)比表現(xiàn)，能夠找出礦物的蝕變同成礦之間的關(guān)聯(lián)，并且構(gòu)建成礦模型進(jìn)行成礦的預(yù)測(cè)和分析。⑤NIRS技術(shù)的試成本比較低，并且處理的數(shù)據(jù)量較大，樣品無(wú)需加工制備，能夠直接完成測(cè)量，同時(shí)分析過(guò)程也不需要消耗試劑并產(chǎn)生污染，因此是一種綠色環(huán)保的分析技術(shù)，同時(shí)操作便捷，適合在各種場(chǎng)合使用，但是儀器的波段范圍有限，在地質(zhì)分析當(dāng)中的定量分析難度較大，并且受環(huán)境溫度的影響也比較嚴(yán)重，因此要求工作環(huán)境的溫度要<30 ℃。

2 近紅外光譜分析技術(shù)在蝕變礦物鑒定中的應(yīng)用

2.1 常見(jiàn)礦物的近紅外光譜

常見(jiàn)礦物近紅外光譜如圖1所示，不同礦物光譜的曲線形狀以及吸收峰位是有很大區(qū)別的。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，能夠區(qū)分巖石當(dāng)中的礦物成分。通常情況下可以將1 300～2 500 nm這一波段劃分成多個(gè)不同的區(qū)間，在1 400 nm的礦物屬于結(jié)晶水峰，1 900 nm的礦物為吸附水峰，2 300 nm則是礦物羥基特征峰。

2.2 定性分析

定性分析的重要工具是礦物數(shù)據(jù)庫(kù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，標(biāo)準(zhǔn)礦物的曲線是粉碎純礦物后測(cè)得的，通過(guò)將一系列的礦物曲線打包成為一個(gè)文件，從而合并成為數(shù)據(jù)庫(kù)。在檢索礦物數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，只需要匹配數(shù)據(jù)庫(kù)的峰位，就能夠查到礦物的名稱還有對(duì)應(yīng)的光譜曲線。礦物吸收峰位可以分成結(jié)晶水峰、金屬元素-0H峰以及吸附水峰。

通常情況下，1 380～1 400 nm吸收峰是結(jié)晶水峰，1 900 nm附近吸收峰則是吸附水峰，Al-0H、Fe-0H以及Mg-OH吸收峰峰位則位于2 000～2 500 nm之間。不同礦物的特征峰位以及個(gè)數(shù)有所區(qū)別，通過(guò)這一特征能夠?qū)崿F(xiàn)礦物的識(shí)別，不過(guò)同種礦物的特征峰因?yàn)椴蓸拥牡攸c(diǎn)以及地質(zhì)環(huán)境的不同有可能出現(xiàn)變化，所以檢索過(guò)程當(dāng)中需要給定窗口值。

2.3 定量分析

巖石作為礦物集合體，通常由多種不同的礦物組成的，其中又可以進(jìn)一步分為含水礦物和不含水礦物。近外光譜技術(shù)測(cè)量含水礦物，并且使用該技術(shù)測(cè)量巖石礦物含量非常復(fù)雜，使用傳統(tǒng)化學(xué)計(jì)量方法難以精確測(cè)量巖石當(dāng)中的礦物含量，所以國(guó)際上通常使用礦物數(shù)據(jù)庫(kù)以及實(shí)測(cè)曲線歸一化之后根據(jù)比例迭代技術(shù)完成半定量的分析，這一技術(shù)得出礦物的含量值代表相同地區(qū)以及相同樣品礦物含量的趨勢(shì)，而非真實(shí)含量，然后將數(shù)據(jù)點(diǎn)除以包洛線最終實(shí)現(xiàn)歸一化。

2.4 建模分析

首先是數(shù)據(jù)參數(shù)的提取，應(yīng)當(dāng)選擇礦物特征的吸收峰，從而提取峰對(duì)稱、峰強(qiáng)度、峰位移、半高寬、反射率以及含量等方面的參數(shù)，然后完成作圖，這樣能夠得到成礦的模型。參數(shù)的地質(zhì)意義方面，峰強(qiáng)度表示礦物相對(duì)含量，峰對(duì)稱表示反映地質(zhì)作用的強(qiáng)弱，半高寬表示礦物形成的相對(duì)溫度，具體數(shù)值越大表明結(jié)晶度越低，礦物的形成溫度也就較低，峰位移表示地質(zhì)作用當(dāng)中的陽(yáng)離子交換，例如白云母礦物的A1-0H特征峰，如果數(shù)值偏大，礦物當(dāng)中的K+或者Na+取代Al-OH當(dāng)中的Al3+，出現(xiàn)貧Al的問(wèn)題，Al-OH吸收峰就會(huì)往高波長(zhǎng)方向移動(dòng)。峰強(qiáng)比表明特征峰強(qiáng)度以及吸附水峰強(qiáng)度之間的對(duì)比，代表礦物形成過(guò)程中的相對(duì)溫度，數(shù)值越大代表礦物形成溫度越高。反射率表示巖石的顏色，顏色越暗導(dǎo)致數(shù)值偏低。含量則是由實(shí)驗(yàn)室所提供的，輸入計(jì)算機(jī)后反映元素的含量同上述模型之間的關(guān)系并概括為成礦的規(guī)律。在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，可以通過(guò)鉆孔來(lái)提取計(jì)算礦石并選擇特征峰，同時(shí)在全部的測(cè)量數(shù)據(jù)當(dāng)中選擇那些有著典型代表意義的礦物光譜曲線。

綜上所述，在蝕變礦物的填圖工作當(dāng)中應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)能夠識(shí)別礦物的豐度、種類以及結(jié)晶度，定量或者半定量分析測(cè)區(qū)蝕變強(qiáng)度以及蝕變分帶，通過(guò)應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)能夠迅速完成蝕變礦物的填圖，有效地圈定熱液礦化的蝕變帶，再聯(lián)合其它的地質(zhì)分布特征，可以找出礦化-蝕變的指示標(biāo)志，從而判斷礦化的中心，為后續(xù)的勘探工程提供可靠的地質(zhì)依據(jù)，這才是高效率低成本的地質(zhì)找礦技術(shù)。

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