浅谈岩石矿物的成分测定与分析

【摘 要】矿物、岩石光谱特征与其物理化学属性的关联分析是高光谱遥感提取岩矿信息的基础。本文主要分析岩石矿物的成分及光谱分析方法，并以硅酸盐岩石为例，对岩石矿物的成分进行测定与分析。

【关键词】岩石矿物；测定；光谱分析

基于光谱知识模型的识别技术方法是建立在一定的光学、光谱学、结晶学和数理基础上的信号处理技术方法。它能克服上述两种方法的缺陷，在识别地物类型的同时，还能精确地量化地表物质的组成和其他物理特征。

1.岩石矿物成分

岩石抵抗风化能力的大小，主要由岩石中矿物成分来决定。一般地说，硅酸盐矿物的风化顺序与矿物从岩浆中结晶出的顺序（即鲍文系列）有关。地下深处岩浆中最早结晶的矿物在地表条件下最先分解，而在岩浆中最后结晶的矿物石英抗风化能力最强。因而含铁镁矿物多的基性岩、超基性岩比含硅铝矿物多的中、酸性岩易于风化[1]。就岩石矿物成分而言，单矿岩近于各向同性，它们的颜色、导热率和体胀系数都较一致，不易为物理风化作用所破碎。而复矿岩中的不同矿物具有不同的结晶格架稳固性，有些矿物的晶格很容易被破坏，不稳定的元素脱离晶格而移走，岩石的完整性很快遭到破坏。岩浆岩和变质岩形成于地下深处高温高压环境，当它们暴露于地表常温常压条件下，与在近地表环境下形成的沉积岩相比则较不稳定，易于风化，所以花岗岩露头上常有较多的松散砂粒，而砂岩露头往往比较完整。

2.岩石矿物光谱分析方法

提取矿物岩石信息的研究大体包括两个方面：①从岩石矿物的特征光谱研究人手，结合化学成分、晶体结构和物化知识进行相关性分析；②以物理模型为基础，结合矿物光谱知识进行分析。矿物识别和信息提取技术可分为三种类型：①基于单个吸收特征；②基于完全波形特征；③基于模拟模型。岩石矿物的单个吸收特征包括：吸收波段位置（λ）、吸收深度（H）、吸收宽度（w）、面积（A）、吸收对称性（d）、吸收峰数目（n）和排列次序，利用这些特征参数可以直接识别矿物和岩石类型。由于混合光谱的存在，光谱特征往往发生飘移和变异，利用单个吸收特征识别矿物岩石就受到较大的限制。基于整个波形识别的方法是在标志光谱（光谱库中的光谱）和像元光谱组成的二维空间中建立测度函数，根据标志光谱和像元光谱的相似程度进行判别。测度函数有相似系数法、距离法等，最常用的是光谱角填图法。由于受光谱分辨率的影响，光谱的差异有时不明显。另外距离法存在固有的缺陷，难以选择合理的分割阈值，实现对所有地物精确识别[2]。

3.岩石矿物的成分测定——以硅酸盐岩石为例

3.1方法提要

试样经偏硼酸锂熔融，用5%硝酸（或盐酸）提取，加入钴内标，用电感耦合等离子体光谱仪测量。

3.2试剂

除特殊说明外，所用试剂均为分析纯，实验用水为去离子水。

（1）硝酸（ρ=1.40g/mL）。

（2）盐酸（ρ=1.19g/mL）。

（3）偏硼酸锂按重量1：1取碳酸锂和硼酸，混磨均匀后备用。

（4）无水碳酸钠（优级纯）。

（5）硝酸溶液[用硝酸（2.1）配制]φ（HNO3）=5%。

（6）钴内标元素溶液

称取9.8767gCo（NO3）2·6H2O溶于水中，加入适量硝酸（2.1）（约66.7mL），水稀释至1000mL，溶液中含钴2mg/mL[介质为c（HNO3）=1mol/L]。

（7）标准储备液：

单元素的标准物质（溶液）均溯源到国家标准，标准物质的有效期均为一年。

（8）混合标准溶液的配制：

本标准同时测定的17个元素的混合标准溶液是模拟硅酸盐组成，用上述储备液人工配制的。为了避免元素与介质之间的干扰，将17个组份分成两组[3]。

3.3仪器和设备

（1）铂坩埚30mL。

（2）马弗炉最高温度1200～1300℃。

（3）等离子体光量计。

3.4分析步骤

3.4.1试样溶液的制备

称取0.1000g试样于铂坩埚（3.1）中，加0.5g偏硼酸锂试剂（2.3），搅拌均匀后，放人马弗炉（3.2）中，待炉温升至1000℃时，熔融10min，取出铂坩埚，立即将坩埚底接触冷水，使铂坩埚中熔融体骤然遇冷形成龟裂，将坩埚放入50mL小烧杯中，加入约50mL（2.5）硝酸溶液，坩埚底放入一根长短合适的用塑料套管密封住的小铁棒，在电磁搅拌下，提取完全，将溶液移入100mL容量瓶中，并加入5mL含内标元素钴（2.6）的溶液，使样品溶液中内标元素钴的浓度为100μg/mL，然后以硝酸（2.5）溶液稀释至刻度，待测，将铂坩埚放入盐酸溶液中煮沸，洗出（此盐酸溶液浓度约为50%，溶液中绝对不能含有硝酸），待下次再用。

3.4.2试样溶液的测量

将试样溶液在ICPQ-100型等离子体光量计上测量，方法为内标法。

4.结论

总之，通过分析影响整体光谱特征识别的因素还有实际地物光谱变异、观测角度、矿物颗粒大小等。因此，完全波形识别的方法，也有局限性。本文以硅酸盐岩石为例用电感耦合等离子体光谱仪测量对岩石矿物的成分进行测定与分析，达到预期的效果。

【参考文献】

[1]万余庆，课克龙，周日平编.高光谱遥感应用研究[M].科学出版社，2006.11：98-100.

[2]白志斌.电子耦合等离子体发射光谱法同时测定岩石矿物中的钒和钴[J].西部资源，2011.08：89-90.

[3]黄北川，温良，周远洋.原子吸收分光光度法测定岩石矿物中锑的研究[J].西安工程大学学报，2010.10：125-126.