一种月壤主要矿物组分含量反演的光谱解混方法

从月壤光谱中挖掘矿物含量信息是月球遥感探测的重要内容之一,矿物光谱混合规律复杂,光谱特征对测试环境、粒度、地形、背景极为敏感是难点。提出并试验了一种基于光谱分解反演矿物含量的方法。在光谱分解前采用光谱连续统去除突出光谱谱形,分解中综合运用了光谱反射峰(介于两个吸收谷之间的光谱曲线向上凸起的部分)与吸收谷,分解后采用Hapke模型修正光谱非线性混合的影响,在混合端元光谱、端元化学成分与粒度未知情况下,实现了对月壤四种主要矿物橄榄石、斜方辉石、单斜辉石、斜长石的43条混合光谱的盲分解与矿物含量反演,反演的残差、误差、线性拟合相关系数(反演含量与真实含量)均值分别为5.0 Vol%,14.4 Vol%,0.92。该方法与反演结果可为月球高光谱矿物识别与填图提供参考与依据。     

西南印度洋中脊热液区海底玄武岩元素地球化学原位分析

对西南印度洋中脊壬液区海底新鲜和蚀变玄武岩样品进行了原位元素地球化学分析,发现其中的蚀变矿物主要为绿鳞石。电子探针及能谱线扫分析显示杏仁状绿鳞石从核部到边部具有K含量降低而Na含量有所升高的特点,指示边部绿鳞石转化为皂石。绿鳞石为低温(<50 ℃)的氧化条件下的蚀变矿物,而皂石则在较低水/岩值、还原性更强的条件下形成,转化过程暗示了蚀变环境由氧化环境转化为还原环境。以电子探针为内标,利用LA-ICP-MS对蚀变矿物做原位的稀土元素分析,大部分结果均有Eu正异常的特点,指示了蚀变流体从氧化性向还原性转变,并且还原性流体对早期蚀变矿物进行了叠加改造。而蚀变区和未蚀变区的基质长石原位稀土元素对比研究则表明后期还原性热液蚀变流体对稀土元素进行了淋滤,从而导致了蚀变区稀土总量下降且出现Eu正异常的特点。由此可见,热液系统中淋滤作用具有重要意义。     

超镁铁质岩、榴辉岩和辉长岩中主要矿物的高压电阻率研究

 为了研究3~20 GPa压力范围内地幔物质的电阻率随压力变化的情况，选择了辉长岩、榴辉岩和二辉橄榄岩中的主要矿物：单斜辉石、拉长石、绿辉石、石榴石和顽辉石作研究对象，在DAC装置中测定其在不同压力下的电阻率。结果表明，在3~8 GPa压力区间，矿物的电阻率随压力增高而明显增大。超过8 GPa，电阻率受压力的影响减小，而辉石的电阻率随压力增高而不同程度地减小，在14~20 GPa压力范围内，顽辉石的电阻率再次随压力增高而明显增大，对其它矿物的影响不明显。在约400 km深处的地幔中出现的电导率突然上升，恰好发生在辉石电阻率与压力成负相关的压力范围内（12 GPa左右），这是否是一种巧合，将在以后研究。     

虹湾地区橄榄石的光谱特征及其镁数(Fo#)分析

研究橄榄石的分布和成分,对于估测如月球类的火成岩行星体的地质演化有重要的意义。以嫦娥系列卫星探测区域虹湾地区为例,基于M3高光谱数据采用波谱特征拟合方法调查橄榄石物质的分布情况。虹湾地区橄榄石主要分布在北部坑壁和侏罗山脉山脚,且周围伴生辉石及少量斜长石。所处地层单元为撞击产生的溅射物和弹射物,地质年龄较老。以月球橄榄石样品镁数为因变量,经改进高斯模型(MGM)拟合得到的月球橄榄石样品光谱吸收中心参数为自变量,利用多元线性回归的统计方法建立月球橄榄石物质的镁数(Fo#)反演模型。在此基础上,通过MGM模型提取虹湾18个橄榄石富集点光谱的吸收中心参数,利用镁数反演模型反演虹湾橄榄石的镁数。反演结果表明,虹湾橄榄石物质的镁数较高,均值为Fo~80.84,而富镁橄榄石指示了深源特性,因此虹湾地区的橄榄石绝大多数来自于月幔。     

单斜辉石固溶体CaMgSi2O6-NaAlSi2O6的合成机理研究

 研究了压力和温度对单斜辉石的结晶和晶粒纤维编织的影响。在较低的晶化温度下压力对单斜辉石结晶的影响很明显，这种影响随温度升高而减弱。然而，压力对单斜辉石晶粒纤维编织的影响正相反，在相同的高温下，较高压力下晶化的单斜辉石晶粒纤维比较低压力下得到的晶粒纤维粗壮，而且编织紧密。     

常见翡翠产地的激光拉曼光谱特征研究

缅甸是商业性翡翠主要产地,危地马拉、俄罗斯也有翡翠产出。不同产地的翡翠价值差异较大,其他产地的翡翠冒充缅甸翡翠以获取价格上涨。迫切需要一种可靠方法来确定地理起源,翡翠的产地研究具有重要的宝石学意义,目前主要在翡翠生成时代、矿物组合、硬玉组分含量等方面探讨不同产地翡翠,缺乏快速有效鉴别产地的方法,以缅甸、俄罗斯、危地马拉翡翠为研究对象,对不同产地翡翠样品的激光拉曼光谱特征研究发现：缅甸翡翠矿物为硬玉、绿辉石、透闪石;危地马拉翡翠矿物相对复杂,为硬玉、绿辉石、绿泥石、榍石;俄罗斯翡翠矿物为硬玉、钠长石、绿辉石。对比不同产地硬玉矿物拉曼特征发现,缅甸翡翠硬玉矿物分别在1 037,988,697,372和201 cm-1等处显示硬玉的典型光谱特征。在1 020,679,369和216 cm-1处附近显示为绿辉石特征拉曼峰,在215,332,394,680和1 073 cm-1 处有明显透闪石吸收峰,为翡翠中的次生矿物。危地马拉翡翠硬玉矿物多叠加680和218 cm-1拉曼峰值,为绿辉石特征的峰值,还含有603,537和306 cm-1附近绿泥石特征拉曼光谱峰值,表明危地马拉翡翠硬玉矿物多被Fe,Mg和Ca元素的类质同像替换,形成硬玉-绿辉石固溶体矿物,硬玉矿物表面检测出603,537和306 cm-1绿泥石特征拉曼光谱峰值,硬玉矿物表面发生绿泥石蚀变。俄罗斯翡翠硬玉拉曼峰值,多叠加1 100,507,473和164 cm-1附近钠长石特征拉曼峰值,俄罗斯翡翠硬玉颗粒普遍被钠长石交代,表面多分布灰绿色网脉,显示1 025,669,366和219 cm-1绿辉石矿物拉曼峰值。     

不同粒度条件下矿物光谱变化分析

矿物粒度是影响矿物光谱特征的一个重要因素,探索不同粒度下矿物光谱曲线的变化情况以及相同粒度下不同矿物的光谱差异,不仅是高光谱矿物遥感信息识别的关键,也为研究矿物随着粒度变化而产生的光谱差异提供理论基础。利用地物光谱仪对采集的六种矿物进行观测,获取了不同粒度下的反射率光谱曲线,同时生成一阶微分光谱曲线,进而分析了不同粒度下各种矿物的光谱变化特征,对比了相同粒度下不同矿物的光谱差异,探索高光谱遥感识别矿物的可能波段。结果表明：各种矿物的光谱曲线均会随着粒度的改变而产生较大的差异,但变化规律不尽相同,紫苏辉石的整条光谱曲线都会随着粒度的增加而下降,叶蛇纹石、赤铁矿、高岭石、绿泥石的光谱曲线在特定的波长范围内随着粒度的增加而下降,橄榄石的光谱与粒度大小不存在直接的相关性;相同粒度下,不同矿物的光谱反射率在大部分波段范围内差异较大,为实现矿物高精度识别提供了可能;叶蛇纹石、高岭石、绿泥石具有较多的宽度较窄、强度较小的吸收峰,而赤铁矿、橄榄石、紫苏辉石的光谱曲线相对平滑,吸收和反射峰的数量较少。本研究旨在为矿物光谱库的构建以及矿物的高光谱技术识别提供基础数据和理论支撑。     

高温下辉石和橄榄石的激光拉曼光谱研究

在变温条件下,利用激光拉曼光对辉石、橄榄石进行了测试,测试结果表明,随着温度的升高,辉石和橄榄石的特征峰向低波数方向偏移,并且随着温度的升高,特别是温度超过1000℃后,特征峰的相对强度降低。根据实验结果,定性分析了橄榄石、辉石晶体结构随温度变化及热力学参数的变化规律。     

高温高压下绿辉石成因研究

在3 GPa,1 200 ℃条件下,分别以碱性玄武岩粉末和等化学计量光谱纯试剂为原料进行高温高压熔融结晶实验,对实验产物进行了电子探针测试和拉曼光谱分析,确定结晶产物为绿辉石,其拉曼谱峰的半高宽较窄且形态尖锐,表明绿辉石晶体中Si—O四面体结构稳定,矿物内部有序度高。结合前人研究成果探讨了绿辉石成因的影响因素及其原始岩浆,结果表明绿辉石的形成可能受母岩成分、体系流体含量和温压条件等多种因素影响。本实验结果为绿辉石和榴辉岩成因学研究提供可能的实验依据。     

一类绿松石仿制品的宝石学特征研究

绿松石的仿制品由来已久,早期主要以染色压制碳酸盐为主,后期陆续出现天然矿物的绿松石仿制品,如染色磷铝石、染色玉髓以及染色菱镁矿等,这些仿制品普遍不具有天然绿松石的颜色和结构特征,物理和光学性质与天然绿松石也有较大差异。选取市场上新出现的一类绿松石仿制品为研究对象,采用常规宝石学测试方法、红外吸收光谱及X射线粉晶衍射重点对其矿物组成、宝石学性质以及结构特征进行了研究。研究结果表明：该类绿松石仿制品表面可见角砾状构造,铁线浮于表面,分布形态单一,蓝色样品上可见明显的深蓝色颗粒,白色样品上见少量黑色点状物质,为典型的压制处理特征,蓝色绿松石仿制品则经染色压制处理。此类绿松石仿制品折射率在1.54～1.58,较天然绿松石低并具明显的蓝白色紫外荧光,可作为鉴别其与天然绿松石差异的重要证据。X射线粉晶衍射说明该类绿松石仿制品主要由顽火辉石与石英组成。红外吸收光谱显示该类绿松石仿制品的吸收谱峰主要表现为顽火辉石的典型吸收光谱,在1 088和799 cm-1附近的吸收峰则与石英中的Si—O和Si—O—Si伸缩振动有关;2 947和2 882 cm-1附近的吸收峰与外来的有机树脂中CH₂的伸缩振动有关,1 736和1 510 cm-1附近的吸收峰,则由CO伸缩振动和CH₂的弯曲振动所致。     

Mössbauer study of Martian regolith analogues

Terrestrial basalt rocks considered to be a good analogues of the Martian regolith were studied by using the Mössbauer spectroscopy and X-ray diffraction. The weathering of basalts was followed by the changes of the Fe²⁺/Fe³⁺ ratio. The basalt rock undergoes alteration from primary mineral composition (olivine+pyroxene+plagioclase) through smectite to kaolinite clay with oxides and hydroxides with the increase of the Fe²⁺/Fe³⁺ ratio.     

中国东南部中、新生代基性岩荧光光谱与等离子质谱测试结果对比及其地质意义分析

通过对中国东南部中、新生代基性岩类岩石的荧光光谱和等离子体质谱分析结果的对比研究,发现中生代基性岩SiO₂平均含量为±50%,新生代基性岩为±43%,前者属典型基性岩类,后者属超基性岩类。两者在微量元素及稀土元素组成上也有显著差异。中生代基性岩的微量元素和稀土元素标准化配分模式与上陆壳的配分模式相同或相似,而新生代基性岩则与OIB型洋岛玄武岩相同或相似。由此得到的认识是：新生代的基性岩与OIB型洋岛玄武岩一样,均为地幔来源,而中生代的基性岩浆则极有可能来自上陆壳底部,与本区中生代壳内重熔岩浆层的演化有关。     

LIBS与反向传播算法结合的橄榄石成分分析

LIBS是一项用于分析物质成分的有力手段，但是定量分析时存在结果不准确、重复性低等缺点。为了准确预测自然界中橄榄石的成分信息，通过按照自然界中的橄榄石的成分信息制作15组橄榄石样品，将其中的11组作为标准样品，另外4组作为测试样品进行LIBS定量分析。每个样本采50条LIBS光谱建立橄榄石的LIBS数据库。然后采用多元线性回归算法和反向传播算法对样本的50组数据进行分析，有效的降低了由于随机误差造成的测试结果的不准确。最终结果表明，使用激光诱导击穿光谱和反向传播算法对橄榄石中镁橄榄石与铁橄榄石含量进行检测，预测结果的决定系数为0.901，接近常规的多元线性回归算法得到的0.911，这说明反向传播算法对橄榄石含量的预测精度接近多元线性回归算法。同时使用反向传播算法得到的结果的均方根误差为28.64，优于后者的29.23，说明使用反向传播算法得到的结果分布更加集中。此外，通过分析关联矩阵中各数值的大小与各元素谱线的位置的对应关系，表明使用反向传播算法反演出来的关联矩阵F与之所代表的物理含义的相关性更高。说明反向传播运算不仅与传统的多元线性回归算法性能相当，而且在预测数据的一致性上表现得更好。此外使用反向传播算法可以直接对激光诱导击穿光谱得到的橄榄石全谱数据进行数据反演，而不需要经过光谱寻峰这一步骤，简化了数据分析流程，弥补了多元线性回归算法难以分析全谱数据的不足。     

内蒙古东升庙白垩系红层的近红外光谱分析

在内蒙古东升庙矿区西部采取白垩系红层岩心及地表风化土壤样,用近红外光谱分析技术对各个样品进行测试分析。结果表明,近红外光谱技术能通过矿物中各基团的特征吸收峰快速鉴别出矿物,东升庙矿区西部白垩系红层为泥质胶结主要由石英、长石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、白云母等组成,其矿物组成主要受到上游物源区影响;其崩解主要为蒙脱石等粘土矿物吸水膨胀,失水收缩不均匀,使原有裂隙扩大并产生新的裂隙,导致强度降低,发生崩解;根据其粘土矿物的组合推测其风化过程中气候以寒冷干燥为主,风化过程主要为物理风化。研究结果一方面可以完善该矿区地质特征,另一方面表明在矿物光谱学的基础上,近红外光谱分析技术可以有效地分析土壤和岩石的矿物成分,从而论证了近红外光谱分析技术应用于土壤、岩石矿物的的快速分析可行性,表明了其在地质研究中的可行性,为以后的土壤、岩石研究提供新思路。     

Near Infrared Spectroscopy of the Cretaceous Red Beds in Inner Mongolia DongshengmiaoSCIEI北大核心CSCD

Take the cores and surface weathered soil from the Cretaceous red beds in the western of Dongshengmiao mine of Inner Mongolia and analysis with near-infrared spectroscopy. The result shows that near-infrared spectroscopy can identify mineral quickly through the characteristic absorption peaks of each group. The Cretaceous red beds in the western of Dongshengmiao mine is argillaceous cementation, it is mainly composed of quartz, feldspar, montmorillonite, illite, chlorite, muscovite etc, the mineral composition is mainly affected by the upstream source area. The clay mineral like montmorillonite water swelling and uneven drying shrinkage expands the original crack and creates new cracks, reduces its strength, which is the mainly reason of its disintegration. According to the composition of clay mineral, we speculate its weathering process is mainly physical weathering, the climate during the weathering is cold and dry. The results can not only improve the geological feature of the mining area, but also show that the near-infrared spectroscopy technology can analyze the mineral composition of soil and rock effectively on the basis of Mineral spectroscopy, which demonstrates the feasibility of the near-infrared spectroscopy can analyze minerals in soil and rock quickly, that shows the feasibility in geology study, provides new ideas for the future research of soil and rock.     

基于HJ-1A-HSI提取稀土元素地球化学异常信息研究

稀土元素的特征谱带基本不随赋存状态的不同而变化,不能用于矿物种类的探测,却能够证实其自身的存在。通过研究稀土元素及其化合物在遥感可见光-近红外波段的光谱特征,分析了稀土元素含量与特征谱带吸收指数的定量关系。以内蒙古白云鄂博稀土富集地区为例进行试验,通过采集矿区典型岩矿标本的光谱、测试分析样品中Nd含量,表明Nd含量与各特征谱带的吸收深度、吸收指数均存在明显的正相关线性关系,相关性均在0.778以上。其中,726～772 nm谱带的吸收指数与Nd含量相关性最好,达到0.937。在此基础上,结合HJ-1A-HSI高光谱遥感数据的波段设置,构建了定量反演Nd含量的最优模型,并以此反演了区域Nd元素遥感地球化学异常信息。结果表明：与1∶20万水系沉积物地球化学异常对比,二者总体相关性良好。为快速获取区域稀土元素地球化学异常提供了新的手段。     

Iron Mössbauer spectra of lava from Jeju island and its similarities to Moon basalts

We report the result of measurements of the⁵⁷Fe Mössbauer spectrum for powder samples of lava taken from four widely separated sites on Jeju island. The spectra consist of well defined quadrupole doublets having a 2+ charge state and indicate the presence of olivine, clinopyroxene, and ilmenite. In addition we find a six line magnetically split hyperfine pattern characteristic of impure hematite, with considerable line broadening and reduced internal field. The observed spectra have a remarkable similarity to those found for moon basalts. A recently popularized “collision ejection” model for the moon formation would be consistent with our observations. The data is a particularly simple and direct illustration of the well-known fact that the iron silicates and ilmenite found on the moon are very similar in composition and relative abundance to that found on earth.     

HR-ICP-MS对黄河甘宁蒙段过滤水和悬浮物中稀土元素含量测定与分馏作用研究

采用高分辨电感耦合等离子质谱(HR-ICP-MS)对黄河甘肃、宁夏、内蒙古段12个采样点过滤水和悬浮物中稀土元素含量进行了测定,并对悬浮物中稀土元素的分馏作用进行了研究。结果表明：过滤水中稀土元素含量较低,含量最高的元素镧(La)浓度仅为32.0 ng·L-1,稀土元素总量平均值为47.5 ng·L-1,以包头磴口(S1)和三湖河口(S2)最高,分别为130.0和100.0 ng·L-1,可能是由外源稀土进入水体所致;悬浮物中稀土元素总量平均值为167.8 mg·kg-1,与中国土壤背景值相近,其中,甘肃什川桥采样点(S11)重稀土元素含量明显高于其他采样点,表明该采样点受到外源重稀土的影响。悬浮物中稀土元素球粒陨石标准化结果与中国土壤分布模式相同,表现为轻稀土元素富集,铕(Eu)中度亏损,铈(Ce)呈现弱的亏损,表明悬浮物中稀土元素主要来源于土壤风化作用。