紅外光譜礦物填圖技術(shù)及其應(yīng)用

周延　修連存　楊凱　張紅亮　陳世忠　范飛鵬　鄭志忠

摘要： 紅外光譜可有效識別與成礦有關(guān)的中低溫指示礦物，在野外利用紅外光譜儀器開展礦物填圖是目前國內(nèi)外找礦勘查工作中廣泛應(yīng)用的一項高新技術(shù)，具有采樣密度高、數(shù)據(jù)量大、效率高、成本低等優(yōu)勢。文章重點介紹了國內(nèi)外紅外光譜儀器研發(fā)歷史及現(xiàn)狀，以及近年來運用國產(chǎn)CMS350A型全自動數(shù)字化巖芯掃描儀開展的礦物填圖范例，較全面地展示礦物填圖技術(shù)及其應(yīng)用效果。紅外光譜礦物填圖技術(shù)基于海量數(shù)據(jù)客觀勾繪礦化蝕變特征，精準識別具有重要找礦意義的蝕變礦物，獲取礦物離子交換信息并反演熱液流體性質(zhì)，為區(qū)域找礦潛力評價及下一步找礦部署提供指導(dǎo)。紅外光譜礦物填圖技術(shù)的發(fā)展方向為工作波段向熱紅外擴展、設(shè)備小型化、提高光譜分辨率及拓展應(yīng)用領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 紅外光譜;儀器研發(fā);礦物填圖技術(shù);成果應(yīng)用

中圖分類號：P575.4 文獻標識碼：A 文章編號：2096-1871（2019）04-289-10

紅外光譜探測技術(shù)在可見-短波紅外譜段范圍內(nèi)，可用于巖石低溫?zé)嵋旱V物和油氣成分檢測，原理是礦物晶格中原子間化學(xué)鍵的彎曲、伸縮或電子躍遷吸收某一區(qū)域的紅外光譜，形成特征吸收峰，不同的礦物具有不同的特征光譜，據(jù)此可區(qū)分巖石中的不同礦物。紅外光譜探測技術(shù)在地質(zhì)科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐方面獲得了廣泛應(yīng)用，可識別的礦物主要有鐵氧化物、含羥基的層狀硅酸鹽礦物、碳酸鹽礦物及硫酸鹽礦物等近100余種[1-3]，這些礦物大部分與成礦作用密切相關(guān)，對圈定礦化蝕變帶、判斷成礦類型和指導(dǎo)成礦預(yù)測具有重要作用[4-7]。

紅外光譜礦物填圖技術(shù)具有采樣密度高、數(shù)據(jù)量大、效率高、成本低等優(yōu)勢，是一種重要的綠色地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法。紅外光譜礦物填圖可準確識別礦物種類、半定量分析礦物化學(xué)成分，區(qū)分肉眼無法識別的礦物及其成分的細微變化。某些礦物存在大量的離子置換（如礦物中鎂離子被二價鐵離子置換，鋁離子被鎂離子置換），這些變化往往是成礦流體溫壓條件、酸堿度變化、氧化-還原電位變化等的具體表現(xiàn)。研究礦物成分的細微變化，可精確地進行成礦過程研究和成礦預(yù)測。通過對海量數(shù)據(jù)進行集成分析，可更加客觀地劃分蝕變帶，推斷熱液性質(zhì)，避免了散點式采樣的主觀性。目前，國內(nèi)關(guān)于紅外光譜填圖儀器的研發(fā)、性能、獲取數(shù)據(jù)的質(zhì)量以及應(yīng)用效果鮮有報道。本文通過介紹國內(nèi)外紅外光譜儀器研發(fā)歷史及現(xiàn)狀，以及近年來運用國產(chǎn)CMS350A型全自動數(shù)字化巖芯掃描儀開展的礦物填圖示范工作，展示礦物填圖技術(shù)及其應(yīng)用效果，便于同行深入地了解該項技術(shù)，推進礦物填圖方法進入地質(zhì)調(diào)查主流程，促進紅外光譜儀器研發(fā)產(chǎn)業(yè)化和地質(zhì)調(diào)查技術(shù)方法創(chuàng)新的同步發(fā)展。

1 紅外光譜儀器研發(fā)歷史及現(xiàn)狀

1.1 國外概況

短波紅外光譜技術(shù)作為一種經(jīng)濟高效的礦物鑒定手段，最早在西方礦業(yè)勘探和采礦階段獲得廣泛應(yīng)用。早期測量短波紅外光譜的便攜式儀器主要有澳大利亞Integrated Spectronics Pty. Ltd公司生產(chǎn)的便攜式短波紅外礦物分析儀（Portable Infrared Mineral Analyzer）（簡稱PIMA）[8]和美國Analytical Spectral Devices，Inc.公司生產(chǎn)的TerraSpec系列光譜分析儀[9]。20世紀90年代以來，PIMA已廣泛應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域，特別是澳大利亞、美國、加拿大、南非和智利許多礦業(yè)公司已將PIMA作為一種常用的勘查技術(shù)手段。2003年，澳大利亞聯(lián)邦科工研發(fā)了HyLogger系列巖芯掃描儀對巖芯進行光譜測試，同時開發(fā)了配套的光譜礦物分析軟件TSG（The Spectral Geologist），該軟件是礦物、巖石、土壤、巖芯以及切片等地質(zhì)樣品波譜分析的行業(yè)標準軟件。

近年來，國際上紅外光譜技術(shù)在地質(zhì)行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展迅速，出現(xiàn)了澳洲CoreScan公司的HCI系列巖芯掃描儀、挪威Specim公司的HiScan巖芯成像掃描儀、加拿大INRS公司的MSCL巖芯多源探測儀、加拿大Photonic Knowledge公司的Core Mapper巖芯掃描儀等。在光譜巖礦應(yīng)用領(lǐng)域，也出現(xiàn)了一批為礦業(yè)界提供技術(shù)服務(wù)的咨詢公司，如澳洲的Mineral Mapping、Huntington Hyperspectral、CoreScan及HYKS Consulting等。

1.2 國內(nèi)概況

國內(nèi)最早的紅外光譜探測儀是由中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心研發(fā)的國產(chǎn)儀器PNIRS[10]，目前又成功研發(fā)了機載成像光譜儀、地面便攜式地物波譜儀和地下巖芯掃描儀，構(gòu)成了光譜對地立體探測技術(shù)手段。此外，國內(nèi)市場還沒有出現(xiàn)其他專門針對地質(zhì)行業(yè)研發(fā)的紅外光譜儀器。國內(nèi)在紅外光譜地質(zhì)應(yīng)用方面還處于起步階段，主要依靠進口PIMA儀和國產(chǎn)PNIRS儀開展少量相關(guān)研究工作，其應(yīng)用深度和廣度遠落后于澳大利亞等礦業(yè)發(fā)達國家。

1.2.1 便攜式波譜儀

近年來，中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心成功研制了CSD350A型寬譜段地物波譜儀（圖1）和BJKF-IV型便攜式近紅外礦物分析儀。CSD350A型寬譜段地物波譜儀采用光纖傳輸，分光系統(tǒng)單塊光柵，實現(xiàn)了寬譜段分光;采用3個線陣探測器立體交錯拼接，實現(xiàn)了寬譜段探測。BJKF-IV型便攜式近紅外礦物分析儀采用T型分光結(jié)構(gòu)和積分球探測技術(shù)，是專門針對蝕變礦物的測量儀器。這兩種儀器整體結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，可便攜，適合野外光譜測量，在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛，達到了國際先進水平[11-14]。

1.2.2 巖芯掃描儀

2012年，由中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心啟動了國家儀器重大專項“巖芯光譜掃描儀研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化”項目，針對國際高光譜遙感地質(zhì)發(fā)展方向，面向我國深部找礦、資源勘查等戰(zhàn)略需求，成功研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的巖芯光譜掃描儀，包括CMS350A型和CMS350B型全自動數(shù)字化巖芯掃描儀（圖2），集成了ASD反射光譜儀、高像素數(shù)碼相機、光源和巖芯盤機械傳送臺，整個系統(tǒng)由軟件控制，實現(xiàn)自動光譜采樣。ASD光譜儀的有效波長范圍是350～2 500 nm，采用國際標準Spectralon白板作為反射率基準。單個巖芯光譜測點的積分時間設(shè)為0.1 s，沿巖芯長度方向測點間隔5 cm[15]。作為自主研發(fā)的儀器，不僅節(jié)省了引進費用，而且通過實際應(yīng)用顯著改進了其穩(wěn)定性、可靠性和測量精度。

1.2.3 機載高光譜成像儀

在成功研制便攜式波譜儀和巖芯掃描儀的基礎(chǔ)上，中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心又成功研制了HySpecMap機載高光譜成像儀（圖3），構(gòu)建了高光譜遙感對地立體探測系統(tǒng)。HySpecMap機載高光譜成像儀采用大視場小F數(shù)設(shè)計，可實現(xiàn)大面積高光譜遙感探測。光譜范圍為400～2 500 nm，光譜分辨率優(yōu)于10 nm，可區(qū)分波段192個。儀器采用一體化設(shè)計思路，光學(xué)系統(tǒng)、譜儀系統(tǒng)、電子學(xué)系統(tǒng)和慣導(dǎo)系統(tǒng)集成在主機內(nèi)，存儲和控制系統(tǒng)集成在計算機內(nèi)，便于運輸和安裝，具有體積小、重量輕、成本低和成像數(shù)據(jù)質(zhì)量高等特點。

2014年以來，HySpecMap機載高光譜成像儀已在新疆哈密、甘南、蘇北和蘇南等地區(qū)多次試飛，獲取了大量數(shù)據(jù)，驗證了國產(chǎn)機載高光譜成像儀的性能及穩(wěn)定性。

2 紅外光譜礦物填圖技術(shù)應(yīng)用實例

自2002 年首次引進PIMA開始，我國陸續(xù)開展了新疆土屋、云南普朗、西藏曲龍斑巖型銅礦、西藏帕南銅鉬鎢礦的光譜礦物填圖工作。2011—2017年，借助ASD光譜分析儀、BJKF-Ⅰ型便攜式近紅外礦物分析儀，對西藏鐵格隆南和斯弄多斑巖-淺成低溫?zé)嵋旱V床開展了礦物填圖工作，均取得了較好的效果[16-21]。近年來，南京地質(zhì)調(diào)查中心運用國產(chǎn)CMS350A型全自動數(shù)字化巖芯掃描儀在閩北政和東際金礦區(qū)和獅子崗銅礦區(qū)、安徽茶亭銅金礦區(qū)、福建上杭紫金山銅金礦區(qū)開展了一系列紅外光譜礦物填圖技術(shù)試點工作，取得了良好的示范效果[22-24]。

2.1 基于礦物填圖大數(shù)據(jù)，精準識別蝕變礦物及蝕變特征

光譜礦物填圖具有采樣密度高、數(shù)據(jù)量大等特征，基于海量蝕變礦物數(shù)據(jù)，可客觀反映研究區(qū)礦化蝕變信息。

（1）在閩北政和東際金礦區(qū)，選擇3個勘探剖面的32個鉆孔，完成巖芯掃描5 168 m，獲取103 300多個光譜數(shù)據(jù)，精準提取了絹云母、綠泥石、綠簾石、葉蠟石、高嶺石、蒙脫石、碳酸鹽和硫酸鹽礦物。分析結(jié)果表明，熱液蝕變礦物以絹云母化和綠泥石化為主，伊利石是絹云母類礦物的主要成分，蝕變礦物組合及其分帶主要受原巖成分控制。結(jié)合勘查資料，查明金銀礦化賦存在以伊利石為主的絹云母化帶中，成礦環(huán)境屬于低硫型淺成低溫?zé)嵋合到y(tǒng)[22]。

（2）在閩北政和獅子崗銅礦區(qū)，開展地表礦物填圖20 km2，巖芯掃描3個鉆孔，完成巖芯掃描 1 302 m，獲取30 000多個光譜數(shù)據(jù)，提取15種蝕變礦物，分別為赤鐵礦+褐鐵礦、明礬石、絹云母、貧鋁絹云母、富鋁絹云母、高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠簾石、綠泥石、石膏、方解石、角閃石、黃鉀鐵礬和電氣石。分析結(jié)果表明，鉆孔巖芯蝕變礦物以綠簾石、綠泥石和碳酸鹽礦物為主，是典型的青磐巖化指示礦物（圖4），絹云母化和泥化主要位于鉆孔淺部，圈定了2個熱液蝕變中心[23]，為成礦系統(tǒng)研究及找礦勘探提供了重要線索。

（3）在安徽宣城茶亭銅金礦區(qū)，完成了8 889 m巖芯掃描工作，獲得177 700多個光譜數(shù)據(jù)，提取了絹云母、蒙脫石、高嶺石、地開石、綠泥石、綠簾石、石膏、碳酸鹽、鐵氧化物、皂石、葡萄石等11種礦物信息，識別出不同結(jié)晶度的高嶺石類礦物（高嶺石和地開石）。地開石的出現(xiàn)可能預(yù)示巖體外圍局部存在更酸性的明礬石-地開石組合，指示該區(qū)可能存在高硫型金礦化。結(jié)合礦產(chǎn)勘查資料，查明金、銅品位與絹云母波長呈正相關(guān)，說明金屬元素更易在酸性條件下富集沉淀。以上認識為茶亭銅金礦區(qū)確定下一步找礦勘查方向提供了可靠信息。

（4）在福建上杭紫金山銅金礦區(qū)，累計完成超過150 000 m巖芯光譜測試，提取了明礬石、地開石、葉蠟石、高嶺石、絹云母、伊利石等與成礦密切相關(guān)的蝕變礦物，由淺至深劃分出明礬石-地開石化帶、高嶺石-地開石-云母化帶和葉蠟石-明礬石化帶3個高級泥化蝕變帶，提出銅礦主礦體主要位于高級泥化蝕變帶底部葉蠟石-明礬石化帶的認識。在羅卜嶺斑巖銅鉬礦淺部識別出高級泥化蝕變帶，該帶不僅與淺部藍輝銅礦礦體具有密切的成因聯(lián)系，且與深部隱伏斑巖礦體具有較好的空間對應(yīng)關(guān)系，是重要的蝕變找礦標志[24]，為確定深部找礦方向提供了重要依據(jù)。

2.2 獲取礦物離子交換信息，建立找礦標志，支撐重大找礦突破

紅外光譜礦物填圖技術(shù)不僅可準確厘定肉眼無法識別的熱液礦物，且可定量分析礦物成分的細微變化，揭示成礦流體的溫壓條件、酸堿度及氧化-還原電位變化等，反演成礦流體的性質(zhì)和運移方向。

（1）在閩北政和縣東際金礦，識別出短波和長波2組絹云母，并查明了它們的找礦指示作用。絹云母八面體Al含量（Al/Si值）與Al-OH吸收波長呈線性負相關(guān)[25]，淺成環(huán)境中的絹云母八面體Al含量最主要的控制因素是溫度和熱液酸堿度[26]。東際金礦的短波絹云母Al-OH波長接近正態(tài)分布，波長區(qū)間為2 201～2 205 nm，峰值為2 203 nm;長波絹云母發(fā)育程度遠不如短波絹云母，波長區(qū)間為2 203～2 208 nm（少數(shù)達2 210 nm），峰值為2 205～2 206 nm，二者與硫化物（以及金）的空間關(guān)系具有明顯差別。短波絹云母是熱液作用形成的主要蝕變產(chǎn)物，與金礦化的空間共生關(guān)系密切（圖5）。通過礦物填圖并結(jié)合礦區(qū)勘查資料，確定了以短波絹云母為特征礦物的找礦標志，推斷成礦流體沿晚中生代南園組凝灰?guī)r層內(nèi) 2～3條流體主通道側(cè)向流動，金、銀礦化發(fā)育在主通道內(nèi)[22]。根據(jù)光譜礦物填圖成果，東際金礦在其他短波絹云母蝕變部位新發(fā)現(xiàn)了金礦（化）體。

（2）在閩北政和縣獅子崗銅多金屬礦區(qū)，巖芯掃描結(jié)果表明，青磐巖化（鎂綠泥石、綠簾石、白云母、方解石）與銅礦化關(guān)系密切，其中鎂綠泥石和銅礦化呈明顯的正消長關(guān)系，可作為銅多金屬礦找礦的指示性蝕變礦物。蝕變礦物組合特征指示獅子崗銅多金屬礦區(qū)具有斑巖型礦床的蝕變分帶特征，大規(guī)模鉀化、青磐巖化和銅多金屬礦化反映了區(qū)域長期存在大規(guī)模和高強度的流體交代活動，具有較好的找礦前景[23]。

（3）福建上杭紫金山銅金礦區(qū)的巖芯掃描結(jié)果表明，與斑巖銅鉬礦體密切相關(guān)的貧鋁絹云母和伊利石的Al-OH波長>2 205 nm，以具有該光譜特征的貧鋁絹云母作為找礦標志，且發(fā)現(xiàn)了肉眼難識別的低品位礦體。研究表明，明礬石中的K可以被Na類質(zhì)同象替代，這一礦物化學(xué)變化在紅外光譜中反映為1 480 nm特征峰中心波長隨Na含量升高向長波方向移動。在一些高硫-斑巖型礦床中，距離熱液來源的侵入體越近，明礬石的1 480峰波長越大，明礬石的光譜特征可作為指示斑巖侵入中心位置的工具之一[3，8，27]。基于海量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析了紫金山銅金礦明礬石的光譜特征，反演了成礦熱液來源及運移路徑，推測了熱液活動中心和隱伏侵入體的位置。利用構(gòu)建的蝕變模型與原生暈?zāi)Ｐ?，結(jié)合深部成礦預(yù)測，為老礦山就礦找礦、深部找礦預(yù)測、礦田三維建模提供了技術(shù)支撐[24]。

福建省位于東南沿海大面積晚中生代陸相火山巖區(qū)，具備形成淺成低溫?zé)嵋盒?斑巖型銅金礦床二元成礦系統(tǒng)的優(yōu)越地質(zhì)條件。典型的斑巖型礦床成礦模式中，由內(nèi)向外可出現(xiàn)斑巖型、高硫型淺成低溫?zé)嵋盒?、低硫型淺成低溫?zé)嵋盒偷奈g變分帶。上述光譜礦物立體填圖成果揭示，閩北和閩西南地區(qū)存在深部斑巖型金銅礦床的良好找礦前景，為今后東南沿?；鹕綆r區(qū)銅金礦找礦突破提供了有效的技術(shù)手段。

3 構(gòu)建紅外光譜礦物填圖技術(shù)方法體系

紅外光譜礦物填圖技術(shù)方法體系包含3個方面：一是光譜遙感技術(shù)，利用衛(wèi)星、飛機、無人機搭載多光譜、高光譜成像儀及微型成像高光譜儀對地面進行遙感地質(zhì)調(diào)查，提取地面礦物信息;二是地表光譜礦物填圖技術(shù)，利用小型便攜式近紅外礦物分析儀在地表開展礦物填圖，獲取地表巖（礦）石的礦物信息;三是巖芯掃描技術(shù)，利用巖芯掃描儀對鉆孔巖芯進行光譜掃描，獲取地下巖（礦）石的礦物信息。

光譜遙感技術(shù)適用于大尺度區(qū)域成礦預(yù)測及異常區(qū)圈定，主要依賴于光譜數(shù)據(jù)質(zhì)量的提高。目前，已從多光譜遙感發(fā)展到高光譜遙感，在可見光-遠紅外波段范圍可獲取上百個窄光譜波段信息，獲取的礦物信息越來越多。目前該技術(shù)較為完善，從數(shù)據(jù)校準到礦物信息提取及解譯均形成了較成熟的技術(shù)規(guī)范要求。根據(jù)地表礦物填圖和巖芯掃描技術(shù)在上述找礦勘查中的實際應(yīng)用，對這兩種技術(shù)方法進行初步總結(jié)。

3.1 地表光譜礦物填圖技術(shù)

該方法適用于1∶5萬面積性調(diào)查及更大尺度的礦產(chǎn)檢查、異常查證及靶區(qū)篩選，可查明工作區(qū)地表蝕變礦物種類及類型，圈定蝕變分帶，通過綜合分析可有效縮小找礦靶區(qū)。

在開展工作前，采集少量樣品判斷工作區(qū)的主要蝕變類型。地表采樣樣品為新鮮的基巖露頭，礦物填圖的采樣線距一般<300 m，點距一般<50 m，每個點采集3～4塊巖石樣品，在巖性變化大、蝕變強的區(qū)段，采樣密度適度增加。野外統(tǒng)一記錄采樣點坐標、巖石名稱及蝕變特征，并在采樣原位拍照保存。采集的樣品經(jīng)過晾曬、表面清理，在保證巖石表面干燥清潔的情況下，利用光譜儀進行光譜測定，針對每塊巖石樣品不同面采集2～4條光譜曲線，取平均值作為該巖石樣品的特征曲線。

3.2 巖芯掃描技術(shù)

該方法具有成本低、效率高、可實現(xiàn)大規(guī)模高密度采樣的特點，能滿足地質(zhì)調(diào)查和現(xiàn)代礦業(yè)對巖礦大數(shù)據(jù)的需求。適用于典型礦床研究、礦床-礦田-礦集區(qū)深部蝕變特征研究及礦產(chǎn)品選冶等環(huán)節(jié)，可快速獲取大量深部礦物信息?；诖髷?shù)據(jù)形成全面揭示成礦過程的礦化蝕變資料，為找礦預(yù)測奠定基礎(chǔ)。

該方法采用巖芯掃描儀直接對鉆孔巖芯進行光譜數(shù)據(jù)采集，間隔為5 cm。數(shù)據(jù)采集包括4個環(huán)節(jié)：巖芯清洗與晾干;巖芯箱按井號與深度進行排序整理;ASD光源和相機光源的最佳角度調(diào)試;巖芯光譜數(shù)據(jù)的掃描采集。該過程需要做好深度、巖性記錄和巖芯拍照，收集鉆孔編錄和樣品分析資料。

3.3 數(shù)據(jù)處理與解譯

數(shù)據(jù)處理與解譯是紅外光譜礦物填圖的核心，需有效結(jié)合地質(zhì)礦產(chǎn)信息開展數(shù)據(jù)綜合解譯。采用光譜礦物分析軟件TSG直接從光譜吸收和反射特征提取礦物信息，該方法基于礦物光譜反應(yīng)的物理機理事實證明合理可行性[28-30]。數(shù)據(jù)處理與解譯包括以下五方面。

（1） 光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理。利用光譜求導(dǎo)、比值、去包絡(luò)線等手段，增強光譜特征的差異對比性。

（2） 礦物光譜特征提取和礦物識別。以礦物標準波譜庫為參考，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志，主要包括吸收峰波長位置、吸收峰深度、吸收對稱性和完全波形特征參數(shù)等，利用這些參數(shù)進行光譜形狀匹配，輸出最優(yōu)匹配結(jié)果。

（3） 掩膜處理。針對不同礦物之間的光譜反應(yīng)，在給定波長區(qū)間內(nèi)疊加的現(xiàn)象進行掩膜處理，避免某些礦物的吸收譜帶因其他礦物吸收而被掩蓋相關(guān)信息。

（4） 礦物相對含量標定。礦物的識別基于標準圖譜，礦物的含量以光譜數(shù)據(jù)標準化后的特征吸收強度為量化指標。標準化后每個波長位置的光譜數(shù)據(jù)為0～1。

（5） 綜合研究解譯。根據(jù)光譜數(shù)據(jù)提取的礦物信息進行蝕變礦物時空分布規(guī)律研究，獲取有關(guān)熱液成礦系統(tǒng)的礦物組合空間分帶，確定熱液作用演化過程和熱液流向，判斷成礦環(huán)境及礦床成因類型，建立具有判別意義的找礦蝕變標志。

上述試點示范應(yīng)用工作表明，以上采樣密度及工作方法可行且有效，為今后制定相關(guān)技術(shù)標準、推進礦物填圖方法進入地質(zhì)調(diào)查主流程奠定了基礎(chǔ)。

4 紅外光譜礦物填圖技術(shù)發(fā)展方向

基于紅外光譜礦物填圖技術(shù)在地質(zhì)應(yīng)用方面的優(yōu)越性，國內(nèi)外礦產(chǎn)勘查和礦業(yè)市場對該技術(shù)越來越關(guān)注，帶動了紅外光譜探測設(shè)備和技術(shù)方法的不斷更新和進步。今后，該技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下幾方面。

4.1 工作波段從近紅外擴展到熱（遠）紅外

近紅外波段識別含水蝕變礦物具有優(yōu)勢，但不能很好地識別主要造巖礦物和高溫蝕變礦物，這是由礦物本身性質(zhì)所決定的，但造巖礦物和高溫蝕變礦物的熱紅外反射波譜具較好的識別特征。因此，澳大利亞聯(lián)邦科工已將視線瞄準了熱紅外光譜儀器和技術(shù)方法的研發(fā)，國內(nèi)也有學(xué)者嘗試利用高光譜熱紅外遙感技術(shù)提取并區(qū)分地表小規(guī)模石英脈和硅化帶[31]。

4.2 設(shè)備小型化

為適應(yīng)野外地質(zhì)工作，儀器設(shè)備研發(fā)向更輕、更小、更便攜的方向發(fā)展。野外地質(zhì)工作地點不固定、場地有限，在保證數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下，要盡可能壓縮儀器體積和重量，發(fā)揮該方法高效、快捷的特征。

4.3 提高光譜分辨率

光譜分辨率為探測光譜輻射能量的小波長間隔，是衡量光譜探測能力最重要的指標。光譜分得越細，波段越多，光譜分辨率越高。紅外探測系統(tǒng)從單波段光譜、多光譜向高光譜發(fā)展，對礦物或地物特征進行更加精細的識別。

4.4 地面、無人機、航空、星載多維度立體填圖

星載和航空是利用衛(wèi)星和飛機搭載遙感器對地面進行遙感，提取地面礦物信息，利用小型便攜式近紅外礦物分析儀和巖芯掃描儀對地面及鉆孔巖石樣品進行測試，提供精確的礦物信息。從星載光譜遙感到地面及地下（鉆孔）光譜填圖構(gòu)成對地立體探測系統(tǒng)，極大提高野外地質(zhì)工作效率。

4.5 應(yīng)用多元化

（1） 從找礦勘探擴展到采礦、選礦和冶金，如利用近紅外光譜可測定硅灰石礦、鋁土礦的主要成分[32-33]，通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析與建?？蓸O大優(yōu)化選礦工藝，節(jié)約成本。

（2） 從地質(zhì)找礦領(lǐng)域擴展到土地質(zhì)量、環(huán)境地質(zhì)、海岸帶地質(zhì)、油氣地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域，如近紅外光譜技術(shù)不僅能分析土壤有機成分，還可分析土壤礦質(zhì)成分，預(yù)測土壤性質(zhì)（質(zhì)地和pH值等），逐漸成為土壤定位管理和數(shù)字土壤信息中海量數(shù)據(jù)獲取的重要技術(shù)[34]。

（3） 近些年，在線近紅外光譜測試技術(shù)在汽油、柴油調(diào)合管道自動工藝中成為必選的一種分析手段[35]，可快速預(yù)測單種類原油和混兌原油的基本性質(zhì)數(shù)據(jù)，以及餾分油的關(guān)鍵性質(zhì)數(shù)據(jù)[36]。

5 結(jié) 論

（1）國產(chǎn)紅外光譜儀器研發(fā)取得重大突破，中國地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心成功研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列紅外光譜儀器，儀器性能和數(shù)據(jù)質(zhì)量達到國際先進水平，打破了國外在該領(lǐng)域的技術(shù)壟斷并成功實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，可取代國內(nèi)國際市場上同類進口設(shè)備，大大降低了應(yīng)用成本。

（2）紅外光譜礦物填圖技術(shù)在精準獲取礦物信息、確定礦化蝕變類型、分析成礦熱液遷移規(guī)律、開展成礦預(yù)測等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，構(gòu)建了光譜遙感技術(shù)、地表礦物填圖技術(shù)、巖芯掃描技術(shù)三位一體的立體礦物填圖技術(shù)方法體系。

（3）紅外光譜礦物填圖技術(shù)的發(fā)展方向包括設(shè)備研發(fā)水平的提高及應(yīng)用的多元化，從找礦勘探向采礦、選礦和冶金方面拓展;從地質(zhì)找礦領(lǐng)域向土地質(zhì)量、環(huán)境地質(zhì)、油氣地質(zhì)調(diào)查拓展。

致謝：在紅外光譜礦物填圖技術(shù)推廣應(yīng)用過程中，得到了紫金礦業(yè)集團股份有限公司、安徽省自然資源廳地質(zhì)勘查基金管理中心、安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局322地質(zhì)隊、福建省政和縣源鑫礦業(yè)有限公司和福建省雙旗山礦業(yè)有限責(zé)任公司的大力支持，在此表示衷心感謝。

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Infrared spectrum mineral mapping technique and its application

ZHOU Yan1，XIU Lian-cun1，YANG Kai2，ZHANG Hong-liang2，CHEN Shi-zhong1，F(xiàn)AN Fei-peng1，ZHENG Zhi-zhong1

（1.Nanjing Center，China Geological Survey，Nanjing 210016，China;2.China RS Geoinformatics Co.，Ltd，Tianjin 300384，China）

Abstract：As an effective indicator for low-middle temperature minerals related to mineralization， infrared spectrum has been extensively employed in-site mineral mapping. This high technology is characterized by high sampling density， large data volume， high efficiency and low cost. With an emphasis on introduction to the latest development and status of infrared spectroscopy instrument and application of Domestic CMS350A digital core scanner， this study presents application of the technique and its results. On the basis of mineralization and alteration features outlined by mass data， the study precisely indentified altered minerals which are significant to prospecting， obtained ion exchange data of minerals and deduced the properties of hydrothemal fluid， providing guidance for potential evaluation of regional prospecting and further deployment for mineral exploration. Thus， the study direction of infrared spectrum mineral mapping technology should focus on the outreach of working band toward thermal infrared， miniaturization of equipment， improvement of spectral resolution and expansion of applicable fields， etc.

Key words：infrared spectrum;research and development of the instrument;mineral mapping techniques： application

*收稿日期：2018-09-04 修訂日期：2019-02-20 責(zé)任編輯：譚桂麗

基金項目：中國地質(zhì)調(diào)查局“武夷山成礦帶龍泉-上杭地區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查（編號： DD20160037）”和國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項“巖芯光譜掃描儀研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化 （編號： 2012YQ050250）”項目聯(lián)合資助。

第一作者簡介：周延，1984年生，男，高級工程師，主要從事礦產(chǎn)勘查及光譜對地探測技術(shù)應(yīng)用研究。