“蝕”光流影 “鈾”跡可尋
——近紅外光譜技術(shù)在砂巖型鈾礦伴生礦物及流體研究的的應(yīng)用
◎ 司慶紅 俞礽安 程銀行 朱強 陳路路
近年來,，近紅外光譜技術(shù)迅速發(fā)展為一種可以廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的“綠色”新興的光譜分析技術(shù),，也逐漸被應(yīng)用于礦物鑒定和成礦流體研究領(lǐng)域,。那么近紅外光譜是如何應(yīng)用于礦物鑒定的呢,？接下來就讓我們走進(jìn)近紅外光譜的世界吧,。
1. 光譜分類及近紅外光譜概念
光譜（spectrum）是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)（如棱鏡,、光柵）分光后,，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案,，全稱為光學(xué)頻譜,。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分,，在這個波長范圍內(nèi)的電磁輻射被稱作可見光。在一些可見光譜的紅端之外,，存在著波長更長的紅外線,；同樣，在紫端之外,，則存在有波長更短的紫外線,。近紅外光譜NIRS（Near Infrared Spectra）波長λ在780~2500nm范圍內(nèi)的電磁波，屬于分子振動光譜,，是基頻分子振動的倍頻與合頻,，位于1300～2500nm波段。它包含豐富的氫基團(tuán)（C-H,、O-H,、S-H、N-H等）特征信息,，是人類最早研究的不可見光源區(qū)域,。（圖1）
圖1 光譜分類示意圖
2. 紅外光譜技術(shù)鑒定礦物的原理
當(dāng)分子受到近紅外光線照射時，被激發(fā)產(chǎn)生共振,，從而吸收光的一部分能量,。通過測量吸收光，可得到反映被測物質(zhì)特征的圖譜,，即吸收光譜,。許多物質(zhì)在近紅外區(qū)域有豐富的吸收光譜，而且每種成分都有其吸收特征,。因此,，可根據(jù)物質(zhì)的近紅外光譜分析物質(zhì)的成分和含量。
為了便于認(rèn)識巖石礦物特征,，有時往往需要在野外現(xiàn)場對鉆孔巖心及巖石標(biāo)本的礦物進(jìn)行快速鑒定,。傳統(tǒng)的實驗室鑒定分析前需要長時間的樣品制備,，并且鑒定還要借助高倍顯微鏡和X射線衍射裝置，無法滿足野外快速大批量的鑒定需求,。由于地質(zhì)礦物結(jié)晶產(chǎn)物的中原子之間連接的化學(xué)鍵發(fā)生彎曲,、伸長收縮或跳躍式吸收一些其他區(qū)域的紅外光譜，生成吸收峰,，利用地質(zhì)礦物中一些功能團(tuán)的特點對巖石中礦物類型進(jìn)行鑒定,。
3. 利用近紅外光譜鑒定礦物的方法
近紅外光譜技術(shù)主要包括光譜數(shù)據(jù)的采集和處理分析兩個方面。目前,，近紅外光譜數(shù)據(jù)采集儀器主要包括,，全自動數(shù)字化巖心掃描儀和便攜式光譜儀兩種類型。目前,，利用近紅外光譜進(jìn)行礦物鑒定和信息提取主要采用了目視辨認(rèn),、自動識別（采用TSG 軟件）和特征吸收譜帶相結(jié)合的方法。首先,，通過增強光譜特征的差異對比性,，利用TSG軟件對獲取的近紅外光譜進(jìn)行信息提取。而后,，以礦物標(biāo)準(zhǔn)波譜庫為參考（圖2）,，依據(jù)蝕變礦物類型的可診斷吸收光譜特征識別并建立可診斷光譜識別標(biāo)志（吸收峰波長位置、吸收峰深度,、吸收對稱性,、完全波形特征等參數(shù)），利用這些參數(shù)進(jìn)行光譜形狀匹配,，并輸出最優(yōu)匹配結(jié)果,。
圖2 常見礦物的標(biāo)準(zhǔn)近紅外反射光譜（據(jù)修連存等，2007,，修改）
從原理和分析步驟來看,，近紅外光譜分析技術(shù)具有自動化分析、無需制樣工序,、數(shù)據(jù)獲取迅捷等優(yōu)點,，在鑒定礦物的應(yīng)用上則體現(xiàn)為兼具樣品用量少、靈敏度高和成本低的優(yōu)點,。
4. 近紅外光譜在砂巖型鈾礦伴生礦物及流體研究的應(yīng)用
鈾資源勘查,、開發(fā)及理論研究對于優(yōu)化調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境意義重大,，而砂巖型鈾礦具有可利用資源品位低,、礦床規(guī)模大、經(jīng)濟,、環(huán)保,、安全,、易采等優(yōu)點，成為世界上利用率最高的鈾礦類型,。因此，砂巖型鈾成礦流體研究對深化鈾成礦理論和指導(dǎo)鈾礦找礦工作具有重要意義,。砂巖型鈾礦可以理解為原本在地表附近分散的鈾,，經(jīng)過一系列氧化還原作用而匯聚，在具有一定滲透性的砂巖中沉淀成有工業(yè)價值的礦床,。流體對沉積巖石形成及成礦過程起著關(guān)鍵作用,，砂巖型鈾成礦實質(zhì)是巖石在流體作用下發(fā)生鈾的活化、萃取,、遷移及沉淀的過程,。在鈾成礦過程中，由于流體改造作用而留下了許多現(xiàn)今仍能觀察到的巖石蝕變痕跡（圖3）,。
圖3 砂巖型鈾礦中常見的蝕變類型
在含鈾巖系中,，發(fā)生的鈾礦化或圍巖的巖石蝕變作用主要包括有黃鐵礦化、碳酸鹽化（鐵白云石,、方解石）,、綠泥石化、粘土化,、石膏化,、硒鐵礦化、閃鋅礦化,、方沸石化等,。其中，一些巖石的蝕變作用往往與鈾成礦作用是相伴的,，兩者存在密切的流體成因關(guān)系,。因此，巖石蝕變的礦物組合也是反映鈾成礦過程中流體的重要“媒介”,。利用近紅外光譜技術(shù)可以有效識別巖心中典型礦物組合特征,，并結(jié)合掃描電鏡及X衍射分析等手段，能大致判斷砂巖型鈾礦中某些典型蝕變作用的空間規(guī)律為進(jìn)一步探討鈾成礦相關(guān)流體提供科學(xué)依據(jù),。
?。ㄗ髡邌挝唬褐袊刭|(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心）
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