朱溪钨矿床白钨矿化与矽卡岩化密切相关, 白钨矿多与石榴子石、 透辉石等矽卡岩矿物一起产出。 该研究对朱溪典型矽卡岩矿物如石榴子石、 透辉石、 符山石、 硅灰石、 阳起石等进行显微红外光谱测量和电子探针分析, 探究朱溪矽卡岩矿物的热红外光谱特征及其对成矿的指示意义, 并建立朱溪地区的矽卡岩矿物热红外光谱库。 结果表明, 朱溪钨矿床石榴子石主要为钙铝-钙铁榴石系列, 在800和920 cm-1附近存在一大一小两个吸收峰, 在880 cm-1附近存在特征吸收谷; 当石榴子石成分中钙铝榴石含量大于50%时, 石榴子石特征吸收谷位于880~900 cm-1, 当钙铝榴石含量小于50%时, 石榴子石吸收谷位于865~875 cm-1。 随着Al2O3含量增加, 其特征吸收谷向高波数方向移动, 钙铝榴石偏向高波数, 钙铁榴石偏向低波数; 辉石主要为透辉石-钙铁辉石系列, 在850~950 cm-1波数范围内存在诊断式、 呈阶梯状降低的吸收峰, 且在1 050 cm-1处存在吸收峰, 在1 000 cm-1存在微弱的双谷式吸收特征; 随着透辉石含量的减少, MgO含量减少, 透辉石吸收峰向低波数方向移动, 钙铁辉石的吸收峰相对于透辉石集中在低波数范围内, 与石榴子石的变化规律一致, 推测与Al、 Mg化学性质比Fe活泼有关。 符山石拥有850~950 cm-1范围内与透辉石类似形态的吸收峰, 区别在于符山石在800 cm-1左右还存在一吸收峰。 硅灰石在875, 1 000和1 060 cm-1附近存在一大两小三个吸收峰, 在980和1 040 cm-1附近存在两个特征吸收谷。 阳起石在750和900 cm-1附近存在一小一大两个吸收峰, 在770, 930和1 020 cm-1附近存在三个特征吸收谷。 朱溪矿床白钨矿与石榴子石、 透辉石关系最为密切, 主要沿石榴子石和透辉石边界呈脉状生长, 其热红外光谱可以作为寻找白钨矿的指示标志。 上述研究成果, 对深入分析和研究江西朱溪钨矿床的矿物学特征及成因环境, 以及探索利用热红外技术指导矽卡岩矿物分带与找矿勘查的可能性等具有理论和实际意义。

近年来短波红外高光谱技术已成功应用于含水含羟基蚀变矿物及矿床学研究, 但是对于不含水不含羟基矿物探测效果不好, 而热红外高光谱技术可以弥补这一技术缺陷, 对于含SinOk, SO4, CO3和PO4等原子基团的矿物具有良好的应用前景。 石榴子石是一种重要的含SinOk 基团的岛状结构硅酸盐矿物, 根据成分可分为钙铝榴石、 钙铁榴石、 镁铝榴石、 铁铝榴石及锰铝榴石等不同端元, 石榴子石成分对成矿温压环境及成矿中心预测具有重要的研究意义。 目前针对石榴子石热红外波谱特征研究非常欠缺。 故采集不同成分、 不同颜色石榴子石样品16件, 创新性地运用美国Agilent4300热红外波谱仪开展热红外波谱特征研究, 同时运用美国Niton手持式XRF分析仪开展石榴子石同一测量位置的SiO2, MgO, Al2O3, K2O, CaO和Fe2O3等主量元素含量测试, 并分析波谱吸收位置与主量元素含量之间的关系。 结果表明石榴子石在热红外波段10~13 μm具有左高右低的双峰式诊断性波谱特征, 在11.5 μm附近呈现一个主吸收谷, 在12 μm附近有一个次级吸收谷, 且主吸收谷及次级吸收谷波长位置与石榴子石Al2O3和Fe2O3含量具有良好的相关性, 相关系数大于0.9, 即波谱吸收谷的波长位置与Al2O3含量具有线性负相关关系, 与Fe2O3含量具有线性正相关关系。 据此研究结果, 可以快速开展石榴子石矿物成分的野外鉴定, 还可以快速开展矽卡岩矿床野外蚀变分带研究, 进而指导找矿勘查。 揭示了不同成分石榴子石矿物的热红外波谱特征, 对其他架状硅酸盐、 岛状硅酸盐、 单链状硅酸盐、 碳酸盐、 硫酸盐矿物的热红外波谱特征研究具有重要的指导意义。

高光谱技术快速、 无损、 精确探测矿物, 能够清楚的反映矿物化学成分的改变。 石榴子石在热红外波段具有诊断性的三峰式特征。 反射峰波长与化学成分关系密切, 所以可以依据石榴子石在热红外波段的光谱特征开展其亚类分类研究。 钙铬榴石和锰铝榴石反射峰位置易于与其他亚类区分, 而铁铝榴石和镁铝榴石、 钙铁榴石和钙铝榴石的反射峰位置有较大重叠区域, 无法直接判别, 因此亟需一种基于热红外光谱的快速、 准确识别石榴子石亚类的分类方法。 基于热红外光谱库中85个不同类型的石榴子石样本数据获取其3个反射峰位置及波长差值信息, 利用非线性BP神经网络、 聚类分析以及多元线性判别分析3种方法开展石榴子石亚类识别实验, 并运用精确率、 召回率和F1值进行分类精度评价。 结果显示: BP神经网络算法分类的精确率、 召回率和F1值均能达到100%, 铁铝榴石和镁铝榴石、 钙铁榴石和钙铝榴石得到很好地区分; 聚类分析和多元线性判别分析分类的精确率、 召回率和F1值分别为86.1%、 80%和79.2%, 84.2%、 80%和79.5%, 这两种方法对反射峰重叠的铁铝榴石和镁铝榴石、 钙铁榴石和钙铝榴石分类效果不好, 因此BP神经网络更适合石榴子石亚类识别。 本研究利用BP神经网络强大的非线性自动映射能力, 找到了石榴子石热红外谱段反射峰位置与亚类类型之间复杂的映射关系, 证明了BP神经网络方法与热红外光谱特征结合使用的可行性与优越性, 为石榴子石亚类识别提供了快速有效的技术支撑, 同时为其他矿物的快速有效识别提供了良好的技术启示。

稀土是一种重要的战略资源, 由于稀土资源的稀缺, 近年来对其反射波谱特征与高光谱信息提取的研究较为薄弱。 笔者首先从稀土电子层构型和能级跃迁的层面阐述了其光谱机理。 稀土由于其特殊的电子构型, 它们的4f电子的f-f组态之内容易跃迁, 在可见光-近红外有其特有的波谱吸收特征。 其次结合自己开展的一些工作, 系统总结了15种稀土单元素、 稀土矿物(含稀土的氟碳酸盐、 磷酸盐、 硅酸盐矿物)、 稀土溶液的反射波谱特征, 可见15种稀土单元素的反射特征差异较大, 稀土矿物及溶液的波谱特征是化学组成中优势稀土元素的体现, 吸收强弱随着稀土浓度的降低逐渐减弱甚至消失。 由于稀土信息提取对高光谱传感器要求较为苛刻, 目前的研究主要集中于近距离高光谱传感器探测, 航空及航天高光谱遥感探测存在一定困难, 根据单元素的波谱吸收特征, 近距离高光谱传感器目前可成功提取Nd, Er, Dy, Ho, Sm和Tm等的分布信息; 最后文章展望了稀土反射波谱及高光谱稀土找矿研究的难点和重点, 旨在为今后研究提供新的思路。

波谱吸收特征一般和物质成分具有密切联系, 其中描述波谱吸收特征的参数——波谱吸收深度可以作为一种定量评估样品化学组成的参数。 波谱吸收特征及化学特征之间的相关性研究已经在土壤学、 矿物学及植被科学等领域得到了证实, 但是针对稀土元素及其化学特征之间的相关性研究目前还未开展相关工作。 为开展此方面的研究, 针对赣南稀土矿区采集的10个不同浓度的稀土溶液样品, 运用便携式地物波谱仪和等离子质谱仪分别获取了其波谱特征和稀土总浓度, 研究结果表明稀土溶液呈现出水体和稀土氧化物的混合波谱特性, 在可见光-近红外波段有6个明显的稀土特征吸收谷。 针对这6个特征吸收谷, 运用原始波谱与纯水波谱比值的方法计算得出的波谱吸收深度和稀土总浓度进行线性回归分析, 表明两者高度线性相关, 由此建立了稀土浓度定量评估模型。 这一研究提供了一种间接评估溶液中稀土浓度的新方法, 并且为稀土元素高光谱信息提取研究提供了理论基础。