江西朱溪钨矿床矽卡岩矿物热红外光谱学特征研究

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...     

热红外光谱的石榴子石亚类识别方法

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。     

高压下石榴子石结构和弹性的第一性原理研究

石榴子石是上地幔和地幔转换带的重要成分,掌握其高温高压下的物性演化特征对了解地幔物质组成、结构以及动力学过程具有重要意义。为此,利用第一性原理计算了0～16 GPa压力下铝系列和钙系列常见的6种榴石(镁铝榴石、铁铝榴石、锰铝榴石、钙铬榴石、钙铝榴石和钙铁榴石)的晶体结构和弹性性质。结果表明:铝系列榴石的晶胞体积小于钙系列榴石;除镁铝榴石外,铝系列榴石的密度高于钙系列榴石。在石榴子石压缩过程中,多面体体积变化率由大到小依次为[XO_8]十二面体、[YO_6]八面体、[SiO_4]四面体,且变化率之比接近3∶2∶1,表明石榴子石的压缩机制主要受其结构中的十二面体控制。键角方差的变化表明:高压可以使钙系列榴石的四面体和八面体变得更加规则;而铝系列榴石则与其不同,高压下铝系列榴石的四面体变得更加不规则。研究发现:石榴子石的体弹模量随着铁铝榴石含量的增加而增大,随着钙铬榴石和钙铝榴石含量的增加而减小;而剪切模量则随着钙铝榴石含量的增加而增大,随着铁铝榴石和钙铬榴石含量的增加而减小。除镁铝榴石外,铝系列榴石的波速整体小于钙系列榴石。通过计算结果发现,石榴子石及其固溶体的波速在410 km附近与地球典型波速模型有交点,证明了石榴子石是地幔中的重要组分,且不同组成的石榴子石及固溶体的存在可能对地球地幔的波速结构产生重要影响。     

钙长石质玉中钙铬榴石的谱学研究

所研究钙长石质玉中的绿色矿物是以钙铬榴石为主的石榴石,钙铬榴石在天然条件下非常稀有,颜色为翠绿色,品质高的钙铬榴石可与翡翠、祖母绿相媲美。前人对石榴石系列的其他端元矿物具有较为充分的研究,但对钙铬榴石的研究较少,且未见对钙长石质玉中钙铬榴石光谱特征的相关报道。使用JXA-8230电子探针确定样品石榴石平均组分为Uvt_49.66Grs_36.04Adr_13.58Pr_p0.67Sps_0.06,为以钙铬榴石为主的钙系石榴石。经Bruker Senterra R200L拉曼光谱仪测定样品拉曼位移为1 000,890,879,830,618,589,530,508,399,370,270,240和176 cm-1,受不同三价阳离子Cr3+,Al3+和Fe3+替代的相互影响而发生相应的偏移;用Bruker Vertex80红外光谱仪测定样品红外振动频率为1 019,951,908,844,826,721,669,608,538,496,462,430和413 cm-1,受不同组分晶胞体积及三价阳离子的质量分数影响,发生规律性振动偏移;通过Jasco MSV-5200显微紫外-可见光谱仪及近红外分光光度计测定样品,可见区Cr3+宽吸收带为439和613nm,存在453和685 nm吸收肩峰,同时可见Fe3+ 371 nm吸收肩峰,钙铬榴石主要致色离子为Cr3+。钙长石质玉中钙铬榴石的详细谱学研究为稀有钙铬榴石矿物的鉴定提供了丰富的谱学数据,为相似品独山玉进行区分奠定基础。     

钙铝榴石-钙铁榴石的拉曼光谱特征

通过对钙铝榴石 -钙铁榴石的拉曼光谱研究发现 ,从钙铝榴石到钙铁榴石 ,随着矿物结构中铁的含量的增加 ,他们的拉曼光发生规律性的变化 ,即所有的峰向低波数方向发生漂移 ;同时 ,由于铁含量的不同使得石榴石晶体结构中O -Si-O与O -Y -O之间的键角发生了一定的变化 ,在其拉曼光谱谱图上表现为铁的含量越高 ,[SiO4 ]四面体和Y -O八面体的两个弯曲振动峰分裂得越明显。     

加拿大具“蛙卵”状色带铬钙铝榴石(沙弗莱石)的谱学特征

产于加拿大的宝石级铬钙铝榴石(又称沙弗莱石),常具有特殊的绿色团状色带，其黑色或深绿色的核心往往被边缘的翠绿色色带包围，形似“蛙卵”。为了探究加拿大具“蛙卵”状色带沙弗莱石的宝石学性质以及谱学特征，通过常规宝石学测试、 LA-ICP-MS、紫外-可见-近红外光谱、拉曼光谱对该区样品进行了系统研究，旨在探明色带的颜色成因以及不同色区成分和谱学的变化。化学成分分析表明，加拿大沙弗莱石均以钙铝榴石成分为主(核部：Grossular>55.64 mol%;边缘：Grossular>83.90 mol%),但不同颜色区域的Cr₂O₃含量存在明显差异。在色带中心的深色核心区域呈现较高的钙铬榴石成分(Uvarovite平均为21.49 mol%),其中黑色的核心还具有较高的Ti含量(TiO₂>1.9 Wt%)。除此之外，样品还均含少量的Fe以及微量的V, Mg和Mn。紫外-可见-近红外光谱研究表明，Cr为主要的致绿色元素、 Fe为致黄色元素。位于蓝紫区435 nm左右和红区603 nm左右的吸收带主要是由于Cr     

铁系矿物对煤灰相变过程的内在影响规律研究

为深入研究煤燃烧与煤气化过程中煤中矿物的熔融变化行为对煤灰物理相变变化过程的内在影响规律,本文采用高温热显微镜、SEM-EDX等分析测试手段,实验研究了不同条件(煤燃烧与煤气化)下煤中矿物演变规律与煤灰物理相变变化行为间的内在联系和影响规律。研究结果表明:高铁含量的煤灰A在气化条件下发生初始熔融温度(T_(in))及快速熔融温度(T_(max))要比其在燃烧条件下对应的温度分别低144℃和113℃,而低铁含量的煤灰B则对应气化条件下的T_(in)和T_(max)分别比燃烧条件下的对应温度低25℃和62℃;不同气氛下灰中Fe的不同价态是导致这种差别的主要原因,高温下煤灰相变发生、发展过程中,灰中方铁石、铁铝榴石以及铁做榄石等铁系矿物是引发煤灰发生初始熔融的主要矿物。     

气化条件下灰的熔融行为及矿物质演变规律

本文利用XRD、SEM等测试手段,采用配气技术实验研究了高温气化条件下(29.9%H_2,66.2%CO,3.9%CO_2)高、低灰熔点煤灰及其混煤灰的熔融行为及矿物质演变规律。研究表明:气化条件下高灰熔点煤A含有较多的高岭石和石英,随着温度的升高,莫来石开始逐渐形成(960℃),当温度达到1300℃时煤灰A中的结晶矿物全部为莫来石;低灰熔点煤B含有较多的硬石膏和方解石,随着温度的升高,900～1200℃开始生成大量的钙长石、铁橄榄石、铁铝榴石等低熔矿物,在1300℃时煤灰B中的结晶矿物全部熔融;高温气化条件下,混煤灰A/B的熔融温度变化与其三元相图上相应的液相线温度具有良好的相似性,当混煤灰A/B的主要化学成分位于三元相图的二元共晶线或低熔融共晶点附近时熔融温度最低。     

原位微区X射线荧光分析在矿物学研究中的应用

从新疆采集了13件岩矿石样品,用于研究蚀变过程中矿物的元素含量变化特征。成都理工大学研制的IED-6000型原位微区X射线荧光分析仪被应用于获得蚀变过程中矿物的化学和物理数据。这种无损的微区X射线荧光分析仪主要是以低功耗X光管和电致冷Si-PIN半导体探测器为基础,采用毛细管X射线透镜实现微区测量的功能,并且能够集成到任何显微镜上进行测量,焦斑长轴直径约110 μm。通过微区X射线荧光测量,将黝铜矿更正为黄铁矿,提高了矿物鉴定的效率及准确性;在蚀变剖面研究中,矿化岩石样品的长石颗粒都富含Cu和Zn元素,可以作为找矿直接指示元素。Cr,Mn和Co等元素含量与矿化程度呈负相关。     

广西合浦九只岭汉墓出土石榴子石珠饰的科学分析

为探明广西合浦九只岭汉墓出土的一批紫色珠饰的材质、制作工艺和可能的原料来源,应用X射线荧光光谱、激光拉曼光谱和以及超景深三维显微系统三种分析技术科学分析了其中8枚珠饰。根据X射线荧光光谱和激光拉曼光谱分析结果,从矿物学特征上讲,这些珠饰是由石榴子石族矿物中的铝系石榴石加工而成,除一件样品属于铁铝-镁铝榴石型外,其矿物成分体系具有较高一致性,其他样品均属于富铁铝榴石型石榴子石。结合超景深数码显微系统所获取的样品加工痕迹信息以及近年考古学和科技研究成果,探讨了这批石榴子石的加工工艺和可能的来源。判断这批珠饰采用了旋磨工艺和皮囊球磨工艺两种打磨工艺,采用双钻石钻具对钻的钻孔工艺。这批铁铝榴石宝石珠饰应是由南亚或南亚经东南亚通过海上丝绸之路输入到合浦的,是汉代海上丝绸之路贸易的重要物证,对研究海上丝绸之路的历史和文化交流等具有重要的意义。