“蝕”光流影 “鈾”跡可尋
——近紅外光譜技術在砂巖型鈾礦伴生礦物及流體研究的的應用
◎ 司慶紅 俞礽安 程銀行 朱強 陳路路
近年來,，近紅外光譜技術迅速發(fā)展為一種可以廣泛應用于各個行業(yè)的“綠色”新興的光譜分析技術，也逐漸被應用于礦物鑒定和成礦流體研究領域,。那么近紅外光譜是如何應用于礦物鑒定的呢,？接下來就讓我們走進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）是復色光經過色散系統(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（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. 紅外光譜技術鑒定礦物的原理
當分子受到近紅外光線照射時，被激發(fā)產生共振,，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特征的圖譜,，即吸收光譜,。許多物質在近紅外區(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,，可根據物質的近紅外光譜分析物質的成分和含量,。
為了便于認識巖石礦物特征，有時往往需要在野外現場對鉆孔巖心及巖石標本的礦物進行快速鑒定,。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,。由于地質礦物結晶產物的中原子之間連接的化學鍵發(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,，利用地質礦物中一些功能團的特點對巖石中礦物類型進行鑒定。
3. 利用近紅外光譜鑒定礦物的方法
近紅外光譜技術主要包括光譜數據的采集和處理分析兩個方面,。目前,，近紅外光譜數據采集儀器主要包括，全自動數字化巖心掃描儀和便攜式光譜儀兩種類型,。目前,，利用近紅外光譜進行礦物鑒定和信息提取主要采用了目視辨認、自動識別（采用TSG 軟件）和特征吸收譜帶相結合的方法,。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行信息提取,。而后,，以礦物標準波譜庫為參考（圖2），依據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）,，利用這些參數進行光譜形狀匹配,，并輸出最優(yōu)匹配結果。
圖2 常見礦物的標準近紅外反射光譜（據修連存等,，2007,，修改）
從原理和分析步驟來看，近紅外光譜分析技術具有自動化分析,、無需制樣工序,、數據獲取迅捷等優(yōu)點，在鑒定礦物的應用上則體現為兼具樣品用量少,、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用
鈾資源勘查、開發(fā)及理論研究對于優(yōu)化調整我國能源結構,、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鍵作用,，砂巖型鈾成礦實質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可以有效識別巖心中典型礦物組合特征,，并結合掃描電鏡及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)律為進一步探討鈾成礦相關流體提供科學依據,。
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