如何鑒定礦物方法

A. 地質學家是怎麼樣鑒別礦物

搞地質的一般是成因按岩石三大類：沉積岩、岩漿岩和變質岩來進一步劃分，這些需要有專業基礎知識，對於新區塊，需做好區域資料收集工作。先將岩石大類查明。

1、沉積岩：是在地表或近地表通過自然沉積或沖蝕、風蝕堆積而形成的一種岩石類型。它是由風化產物、有機物質碎屑等物質在常溫常壓下經過搬運、沉積和石化作用，最後形成的岩石。這類岩石在野外一般通過敲擊、研磨，用放大鏡觀察碎屑物成分、粒度、充填物、膠結物質等，最後根據不同粒度含量來命名。如陌生岩石，會採取樣品，送實驗室進行岩礦鑒定來鑒別；
2、岩漿岩：也叫火成岩，是在地殼深處或在上地幔中形成的岩漿，在侵入到地殼上部或者噴出到地表冷卻固結並經過結晶作用而形成的岩石。因為它生成的條件與沉積岩差別很大，因此，它的特點也與沉積岩明顯不同。這一類岩石一般特點較明顯，觀察岩石的顏色、結構、構造、礦物成分及其含量、最後確定岩石名稱。對於肉眼不能分別的微晶礦物岩石，則需要采樣做岩礦鑒定。
3、變質岩：是三類岩石中最難辨認的岩石，這類岩石原岩為沉積岩和岩漿岩，因地質環境和物理化學變化，在固態情況下發生了礦物組成調整、結構構造改變甚至化學成分的變化後形成一種新的岩石叫變質岩。變質岩廣泛存在，也是最難辨認的岩石種類，主要通過顏色、礦物成分，結構構造來分辨，變質岩的顏色常不均一，需定總體色調。結構主要為變質結構，也有變余結構。這個區分難度較大，野外通過刀劃、放大鏡、敲擊的方法來初步定名，多採用岩礦鑒定來確定。

B. 如何利用礦物鑒定礦物

物理方法：用礦物的一些物理性質來區分礦物，這是最簡單實用的方法，是我們在野外鑒定的主要方法，這些物理性質主要有：1）形狀：片狀、腎狀、鮞狀、菱形、立方狀、板狀、緻密狀、短柱狀等。2）顏色 礦物的顏色是最容易引起注意的。分為三種：自色—礦物本身所固有的顏色。它色—礦物中混入雜質，帶色的氣泡所導致的顏色。假色—由礦物表面氧化膜、光線干涉等作用引起的顏色。3）條痕：礦物粉末的顏色。將礦物在白瓷板上刻劃後留下粉末的顏色。它可以消除假色，減弱他色，保存自色，但礦物硬度一定要小於白瓷板。具體簡單的物理方法區別，准備2個道具，第一是一把小刀，第二是一塊白色瓷磚。石英：玻璃光澤透明，解理較好，硬度比小刀大，小刀劃不出明顯的痕跡出來長石:玻璃光澤比石英硬度稍小 比較常見，主要是鈉長石和鉀長石滑石：白色，半透明，硬度很低，可以用指甲畫出痕跡出來，放在舌頭上還有種粘的感覺。螢石：具很強熒光，用小刀可以刻出明顯痕跡。長石分兩大類——正長石（鉀長石）和斜長石，二者區別在於兩組解理的夾角，正長石等於90度，斜長石小於90度 一般顏色多樣，有些正長石顯肉紅色，是由於含有鐵的原因黃鐵礦：淺黃銅黃色，表面常具黃褐色錆色。放在白色瓷磚上劃出的條痕綠黑或褐黑。強金屬光澤菱鐵礦：一般為晶體粒狀或不顯出晶體的緻密塊狀、球狀、凝膠狀。顏色一般為灰白或黃白黃銅礦：很容易和金礦混淆。從它的顏色和條痕當中鑒別出來，它和黃鐵礦相像，但是硬度不如黃鐵礦。鑒定時，指甲刻不出明顯痕跡，但如果是金礦的話，指甲可以劃出痕跡。

C. 說說我們是從哪些方面去鑒別礦物的,你又是怎樣做的

不同的礦物，外表特徵和物理性質有所不同。一般可從礦物的外形、礦物的光學性質、礦物的力學性質等方面來對礦物進行鑒定。<中國粉體技術網>

第一步是根據礦物的外形和物理性質進行肉眼鑒定，其主要依據是：
1.形狀：由於礦物的化學組成和內部結構不同，形成的環境也不一樣，往往具有不同的形狀。凡是原子或離子在三度空間按一定規則重復排列的礦物就形成晶體，晶體可呈立方體、菱面體、柱狀、針狀、片狀、板狀等。礦物的集合體可呈放射狀、粒狀、葡萄狀、鍾乳狀、鮞狀、土狀等。
2.顏色：是礦物對光線的吸收、反射的特性。各種不同的礦物往往具有各自特殊的顏色，有許多礦物就是以顏色命名的，它對鑒定礦物、尋找礦產以及判別礦物的形成條件都有重要意義。
3.條痕：指礦物粉末的顏色，可將礦物在白色無釉的瓷板上擦劃，便可得到條痕。由於礦物粉末可以消除一些雜質造成的假色，因此條痕的顏色更能真實地反映礦物的顏色。
4.光澤：指礦物表面對可見光的反射能力，光澤的強弱主要取決於礦物折射率吸收系數和反射率的大小。光澤可分為以下幾種；金屬光澤、玻璃光澤、金剛光澤、脂肪光澤和絲絹光澤、珍珠光澤等。
5.硬度：礦物抵抗外力的刻劃、壓入、研磨的能力，一般用兩種不同礦物互相刻劃來比較硬度的大小。硬度一般劃分為10級。
6.解理和斷口：在受力作用下，礦物晶體沿一定方向發生破裂並產生光滑平面的性質叫解理，沿一定方向裂開的面叫解理面。解理有方向的不同（如單向解理、三向解理等），也有程度的不同（完全解理、不完全解理）。 如果礦物受力，不是按一定方向破裂，破裂面呈各種凸凹不平的形狀（如鋸齒狀、貝殼狀），叫斷口。
此外，還可以根據礦物的韌性、比重、磁性、電性、發光性等特徵來鑒別礦物。

第二步是在室內運用一定的儀器和葯品進行分析和鑒定。有偏光顯微鏡鑒定法、化學分析法、X射線分析法、差熱分析法等等。

D. 礦物的簡易鑒定

礦物的簡易鑒定方法包括野外人工或肉眼鑒定和室內輔助設備鑒定。在室外或野外，大部分常見礦物一般都可以用簡易的方法進行初步的人工鑒定。筆者根據多年的經驗，把常見礦物的簡易鑒定方法總結為「看、摸、刻、掂」。

4.4.1 「看」

觀察礦物晶體的外形、顏色、光澤、透明度、解理和其礦物組合是識別鑒定礦物最基本、最重要的步驟。這些觀察內容是礦物主要物理性質的反映。

（1）顏色

這是鑒定礦物最大的特徵之一。不少礦物是根據其顏色來命名的。礦物的顏色可以分成三種：礦物中主要的化學元素顯示色，代表其固有的特徵色，稱為自色，是鑒定礦物的可靠依據，例如藍銅礦為藍色，孔雀石為綠色； 有的礦物表面的氧化或水化膜或裂縫等造成光線干涉所表現出來的彩虹狀色，稱為假色，用來鑒定礦物的輔助色，例如金屬礦物表面常見錆色； 礦物中微量元素或雜質所引起的顏色叫他色，例如水晶的自色為無色透明，但含鐵質時呈紅色，含有機質時呈黑色，所以他色不能用來鑒定礦物。

綠色的孔雀石

藍色的藍銅礦

（2）外形

礦物外形反映了結晶習性。而結晶習性可用晶體在三維空間上的發育程度來描述。如果單晶體在三維空間中朝一個方向特別發育，形成柱狀、針狀或長條狀礦物，如柱狀電氣石、針狀文石、長條狀輝銻礦。如果晶體朝著兩個方向生長，則形成片狀、板狀礦物，如片狀雲母、板狀重晶石等。如果單體在三維空間的發育程度基本相同，則形成三向等長的礦物，多呈等軸狀，如立方體黃鐵礦、粒狀石榴子石等。

重晶石

雲母

輝銻礦

電氣石

黃鐵礦石

石榴子石

黃玉晶面上的豎紋

水晶晶面上的橫紋

（3）礦物的透明度和光澤

透明度取決於礦物的化學組成和內部結構，根據其透光能力，可以將礦物分為透明、半透明和不透明礦物。所有珍貴的寶石半寶石礦物都是透明或半透明晶體，如紅寶石、水晶、海藍寶石晶體等。而大部分金屬礦物均是不透明的，如磁鐵礦、黃鐵礦、輝銻礦等。

透明的海藍寶石

不透明的磁鐵礦

（4）光澤

光澤是礦物的又一重要屬性。按強度依次分為金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤、玻璃光澤、絲絹光澤、油脂光澤、樹脂光澤、珍珠光澤、土狀光澤。不同的礦物有不同的光澤，例如毒砂、黃鐵礦等硫化物礦物有很強的金屬光澤； 而石膏、雲母顯現絲絹光澤； 一些方解石顯示油脂光澤； 水晶、螢石顯示玻璃光澤等，一般而言，金屬光澤、半金屬光澤和土狀光澤的礦物都是不透明礦物，而玻璃光澤、油脂光澤和金剛光澤的礦物大都是半透明或透明礦物。

螢石的玻璃光澤

石膏的絲絹光澤

方解石的油脂光澤

毒砂的金屬光澤

（5）晶面生長紋

礦物晶體的實際晶面雖然平整光滑，但大都發育了各種細小的線狀紋飾，這些紋飾主要是晶面條紋、晶面螺紋等生長紋和多次結晶形成的晶面階步與棱面。不同的礦物有不同的結晶習性，從而產生了不同的晶面紋，比如水晶晶面上常見橫紋，黃玉晶面上常見有豎紋。有些礦物還發育了後期受物理擠壓和化學腐蝕所形成的各種蝕象，反映了它們的物理、化學特性。

通過仔細觀察礦物的以上特徵，結合查閱有關的礦物鑒定手冊或書籍，可以基本上確定礦物的大致類型，然後再用以下手段來做進一步的礦物確認。

發育晶面條紋的黃鐵礦晶體

4.4.2 「摸」

用手摸晶體可以確定礦物的晶面、晶紋、解理、裂理和斷口等物理特徵。有不少礦物能夠通過觸摸來判斷其類型。

解理是晶體在外力作用下沿一定方向（結晶面）規則破裂的一種性質，其破裂面被稱為解理面。解理面一般較平整光滑，與晶面的區別是無晶紋發育而常見多層細小斷裂台階，與斷口的區別是破裂面規則平整、相互平行。有些礦物只有一組單方向的解理，破裂後呈板狀、薄片狀，如雲母等。有些礦物有兩個方向的兩組解理，破裂後呈塊狀，如方解石、菱錳礦。還有些礦物有三個甚至四個方向以上的多組解理，破裂後呈菱形或錐狀至雙錐狀，如螢石等。根據礦物沿解理方向開裂的難易程度，礦物解理可以劃分為完全解理（極易開裂）、中等程度解理、弱解理和無解理（無解理面只有斷口）。

斷口是指晶體受打擊後產生的不規則破裂面。由於晶體內部結構的不同，斷口的類型也不同，從而可以用來鑒定礦物，斷口一般可分為：

貝殼狀斷口。斷面呈彎曲的凸面或凹面，並具同心弧狀構造，像貝殼，如水晶的斷口。

平坦狀斷口。斷面平坦，但不光滑，如高嶺石的斷口。

參差狀斷口。斷面不規則，極其粗糙，如電氣石的斷口。

鋸齒狀斷口。呈尖銳而起伏的鋸齒狀，許多金屬礦物和絲發狀礦物具有此特徵，如輝銻礦、石膏、石棉等的斷面。

憑手感還可以根據礦物表面光滑程度來確定某些礦物類型，一些硬度較低的礦物如輝鉬礦、蛇紋石、滑石、石墨和其他黏土礦物都具有滑溜的感覺，而自然銅、銻華、孔雀石等礦物表面則有粗糙感。

輝鉬礦

滑石

4.4.3 「刻」

用未知礦物晶體去刻劃、擠壓已知礦物或器具，可以了解到被鑒定礦物的硬度、彎撓性、延展性和條痕色等特徵。在應用本方法時，一定要注意不要破壞晶體的完整性，要用碎片或礦晶的裂面、背面或底面去刻試。

礦物硬度是鑒定礦物最有效、最常用的特徵。硬度確定方法通常是用未知礦物晶體去刻劃已知硬度的晶體或硬度計，礦物硬度常採用10級來劃分（摩氏硬度，簡稱硬度）。從極軟到極硬的標准礦物為：1.滑石；2.石膏； 3.方解石； 4.螢石； 5.磷灰石； 6.正長石； 7.石英； 8.黃玉；9.剛玉； 10.金剛石。

如果沒有現成的標准硬度礦物，可以採用一些簡便的工具來進行劃刻。如指甲的硬度為2～2.5，銅鑰匙硬度為3，小刀硬度為5～5.5，玻璃硬度為6，劃玻璃刀硬度為9～10。

礦物的條痕色是指礦物在白瓷板（瓷碟）等物品上刻劃留下來的條痕的顏色，它往往比礦物的顏色更能反映礦物晶體的本色。礦物顏色常常受光澤、光線、氧化層和表面污染物的影響，而條痕色代表礦物粉末的自色。例如赤鐵礦的顏色可以是黑色、灰色和紫紅色，但其條痕色永遠是櫻紅色。

通過刻壓礦物晶體還可以確定礦物的塑性和彈性（又稱撓性）。前者表示晶體被擠壓變形後，不能恢復原狀，如滑石、綠泥石、蛭石等礦物具有明顯的塑性。後者是指晶體刻壓時變形，壓力撤除後又能恢復原狀的特徵，如雲母等礦物均具有此特徵。

4.4.4 「掂」

通過用手掂礦物的質量可以估計出晶體的比重。礦物比重是礦物質密度的反映，也是鑒定礦物的最主要參數之一。根據比重大小一般把礦物分為輕、中、重三類：前者比重小於2.5； 中者為2.5～4； 後者大於4。在野外主要憑手掂礦物的感覺與經驗來比較不同礦物的比重而確定礦物類型，如重晶石與方解石的區別是前者重，後者輕； 錫石和閃鋅礦的區別也是如此。嚴格的比重測定一般採用排水法，即先稱一下礦物質量，然後再在水中稱其質量，並用下列公式計算其比重：

比重＝空氣中質量/（空氣中質量—水中質量）

比重一詞是非法定計量單位，已不再使用，而用相對密度（簡稱密度）代替，本書一律使用密度一詞。

通過看、摸、刻、掂，了解礦物特徵，並通過查閱礦物鑒定手冊和書籍，可以將常見的礦物識別或確定其大概范圍。有些礦物還具有一些特殊的性質，可以輕易地鑒別，如自然硫、煤、琥珀的可燃性，雄黃的變色性，光鹵石、石鹽、石膏等的可溶性。還有，燃燒自然硫與黃鐵礦、捶擊毒砂時可發出臭味的特徵等，均是礦物簡易鑒定的好方法。

此外，對於較難識別的礦物還可以藉助實驗室工具與設備作進一步鑒定，如利用一些化學試劑、火焰燒試、顯微鏡觀察等手段。例如，用稀鹽酸可以鑒定方解石、文石、白雲石等碳酸鹽類礦物，方解石、文石遇酸起泡明顯； 白雲石起泡不明顯，但放到耳邊可聽到起泡聲。

對於疑難礦物，則需要請專業人員採用實驗室鑒定方法，如化學分析、X光粉晶衍射分析、電子顯微鏡觀察等。

E. 礦物鑒定和研究的化學方法

礦物鑒定和研究的化學方法包括簡易化學分析和化學全分析:

(一)簡易化學分析法

簡易化學分析法，就是以少數幾種葯品，通過簡便的試驗操作，能迅速定性地檢驗出樣品(待定礦物)所含的主要化學成分，達到鑒定礦物的目的。常用的有斑點法、顯微化學分析法及珠球反應等。

(1)斑點法:這一方法是將少量待定礦物的粉末溶於溶劑(水或酸)中，使礦物中的元素呈離子狀態，然後加微量試劑於溶液中，根據反應的顏色來確定元素的種類。這一試驗可在白瓷板、玻璃板或濾紙上進行。此法對金屬硫化物及氧化物的效果較好。現以試黃鐵礦中是否含Ni為例，說明斑點法的具體做法。

將少許礦粉置玻璃板上，加一滴HNO₃並加熱蒸干，如此反復幾次，以便溶解進行完全，稍冷後加一滴氨水使溶液呈鹼性，並用濾紙吸取，再在濾紙上加一滴2%的二甲基乙二醛肟酒精溶液(鎳試劑)，若出現粉紅色斑點(二甲基乙二醛鎳)，表明礦物中確有Ni的存在。因此該礦物應為含鎳黃鐵礦。

(2)顯微化學分析法:該法也是先將礦物製成溶液，從中吸取一滴置載玻片上，然後加適當的試劑，在顯微鏡下觀察反應沉澱物的晶形和顏色等特徵，即可鑒定出礦物所含的元素。

這方法用來區別相似礦物是很有效的，例如呈緻密塊狀的白鎢礦(Ca［WO₄］)與重晶石(Ba［SO₄］)相似，此時只要在前者的溶液中滴一滴1∶3H₂SO₄，如果出現石膏結晶(無色透明，常有燕尾雙晶)，表明要鑒定的礦物為白鎢礦而不是重晶石。

(3)珠球反應:這是測定變價金屬元素的—種靈敏而簡易的方法。測定時將固定在玻璃棒上的鉑絲之前端彎成一直徑約為1mm的小圓圈，然後放入氧化焰中加熱。清污後趁熱粘上硼砂(或磷鹽)，再放入氧化焰中煅燒，如此反復幾次，直到硼砂熔成無色透明的小球為止。此時即可將灼熱的珠球粘上疑為含某種變價元素的礦物粉末(注意!一定要少)，然後將珠球先後分別送入氧化焰及還原焰中煅燒，使所含元素發生氧化、還原反應，借反應後得到的高價態和低價態離子的顏色來判定為何種元素。例如在氧化焰中珠球為紅紫色，放入還原焰中煅燒一段時間後變為無色時，表明所試樣品應為含錳礦物，具體礦物的名稱可根據其他特徵確定之。

(二)化學全分析

化學全分析包括定性和定量的系統化學分析。進行這一分析時需要較為繁多的設備和標准試劑，需要較純(98%以上)和較多的樣品，需要較高的技術和較長的時間。因此，這一方法是很不經濟的，除非在研究礦物新種和亞種的詳細成分、組成可變礦物的成分變化規律以及礦床的工業評價時才採用。通常在使用這一方法之前，必須進行光譜分析，得出分析結果以備參考。

F. 如何鑒別各種礦石

許多壇友熱衷於用最老式的礦石作檢波，也看到壇友找到一些礦石發在壇上要求大家鑒別，因此本人根據自己的知識來談一談檢波礦石的識別，希望對大家有用。
要鑒別所用的礦石前，首先讓我們先認識幾個名詞：
1、顏色：⑴自色：是礦物本身固有的顏色，
⑵它色：礦物含有外來帶色雜質混入的顏色，
⑶假色：礦物表面氧化膜的顏色稱為假色；
2、條痕：就是礦物粉末的顏色，可用沒有上釉的瓷板上進行劃擦後的顏色即為條痕色，條痕可消除假色及減弱它色等，對礦 物的鑒別有很重要的意義；
3、光澤：指礦物的表面反光能力。可分為：
⑴金屬光澤：反光能力特強，同金屬製品一樣光亮。
⑵其它還有半金屬光澤、玻璃光澤、油脂光澤等。
4、晶形（礦物的形態，指礦物的外貌特徵）：可分為單體和聚合體。
⑴單體：礦物 單體的形態可分為 立方形、柱狀、板狀、針狀、片狀等，
⑵聚合體：集合體的形態是由個體和集合方式來決定的。可分為顯晶集合體和隱晶集合體。
立方體：故名思義，是正方體或長方體；柱狀：可分為圓柱狀、方柱狀等；板狀，形如木板。
用放大鏡放大後可認出礦物顆粒界限的為顯晶集合體：
可分為：粒狀集合體，由各個方向發育大致相等的晶粒組成的集合體，如方鉛礦、黃鐵礦等；當顆粒小到用放大鏡也看不清界限時則稱為緻密塊狀，如黃銅礦等。
5、解理：是礦物晶體在外力作用下沿一定方向裂開成光滑平面的性質，所裂成的平面稱為解理面，如方鉛礦常裂開呈一個個立方體。
可分為：極完全解理：解理面大而光滑；
完全解理：解理面平滑，常裂成有規則的解理塊如方鉛礦為完全立方體制解理；
中等解理：較完全解理差，在礦物碎塊中可看到解理面又可看到斷口；
其它還有不完全解理、極不完全解理。
6、斷口：礦物受力後不沿一定方向破裂，而呈斷口狀。
其它還有硬度、比重，導電性、磁性等等，就不多說了。

G. 礦物識別方法和工作流程

目前，礦物識別制圖的方法是特徵譜帶識別和基於相似性測度的識別：①利用岩石礦物的特徵譜帶構造識別技術，該方法相對直觀，簡單可行，但是單一的特徵往往造成岩石礦物的錯誤識別，其精度難以達到工程化應用的需求，同時對成像光譜數據的信噪比、光譜重建的精度要求較高；②從岩石礦物光譜的整體特徵出發，與成像光譜視反射率數據進行整體匹配、擬合或構造模型進行分解，這也是目前研究的重點，能有效地避免因岩石礦物光譜漂移或光譜變異而造成的單個光譜特徵的不匹配，並能綜合利用弱的光譜信息，避免局部性特徵（如單一特徵構建的識別方法）造成識別的混淆，識別的精度高。

對於成像光譜上百個波段而言，數據量非常之大，尤其在目前無論是航空成像光譜數據，如AVIRIS、CASI、HyMap等，還是在軌的航天成像光譜數據，如Hyperion航帶都普遍比較窄，一般在3～10km，給大面積應用帶來很多不便，增加了大面積數據處理的難度，並使工作量在目前微機配置的條件下成倍增加。因此，無論是從岩石礦物光譜的局域特徵還是整體特徵開展對礦物的識別，在保證識別精度要求的條件下進行工程化的處理，必須探索新的技術流程。

在對成像光譜數據特徵與識別方法的比較研究中，結合工作實際以及進行工程化處理的初步要求，在確保識別精度的條件下，設計出標准資料庫光譜+光譜-特徵域轉換+礦物識別方法的技術流程。該流程的主要作用：

（1）直接開展蝕變礦物的識別與信息提取：在對試驗區岩石類型、構造、熱液活動以及礦產綜合研究的基礎之上，提煉與礦化關系密切的蝕變礦物，利用標准庫的光譜或野外實測光譜作為參考光譜。

（2）進行光譜域與特徵域的轉換，實現數據減維與數據壓縮，降低工作量，提高工作效率：成像光譜數據波段上百，不同的航帶寬度與記錄長度使單次處理的數據量達1Gbytes，中間過渡文件單航帶可達10Gbytes；在以前的處理中常常將航帶分割成較小的區域進行處理後再進行拼接，利用MNF技術可以將整個光譜域空間轉換到特徵域空間，消除原有光譜向量間各分量之間的相關性，從而去掉信息量較少雜訊較高的向量，使數據處理從成百的光譜域集中到去噪的特徵域中進行，減低數據量，縮短數據處理時間，提高數據處理的效率。

（3）特徵分離，增加不同礦物的可分性，提高礦物識別的精度：在成像光譜數據MNF變換並剔除雜訊波段的特徵域空間中，不同的波段被賦予了不同的物理或數學意義，地物的光譜特徵在特徵域發生分離，地物的細微特徵得到放大，增加了數據的可分性。

4.4.2.1 光譜特徵域轉換

光譜解析度的提高，一方面提高了數據的分類識別的精度以及應用能力，另一方面，增加了數據的容量，也使數據高冗餘高相關。有效的數據壓縮與特徵提取勢在必行。一般地，利用傳統的主成分變換進行相應的變化，衍生出一系列的成像光譜數據壓縮與特徵提取方法，如MNF變換（Kruse，1996；Green et al.，1998），NAPC（Lee et al.，1990）、分塊主成分變換（Jia et al.，1998）以及基於主成分的對應分析（Carr et al.，1999）等。空間自相關特徵提取（Warner et al.，1997）、子空間投影（Harsanyi et al.，1994）和高維數據二階特徵分析（Lee et al.，1993；Haertel et al.，1999）也得到相應的重視。利用非線形的小波、分形特徵（Qiu et al.，1999）也在研究之中。

主成分分析（PCA）是根據圖像的統計特徵確定變換矩陣對多維（多波段）圖像進行正交線性變換，使變換後新的組分圖像互不相關，並且把多個波段中有用信息盡可能地集中到少數幾個組分圖像中（圖4-4-1）。一般地，隨著主成分階次的提高，信噪比逐漸減小。但在波段較多時並不完全符合這一規律。

為改善主成分在高光譜維中的數據處理能力，相應地利用最大雜訊組分變換（MNF）的方法（甘甫平，2001；甘甫平等，2002～2003）。該方法是利用圖像的雜訊組分矩陣（Σ_NΣ^-1）的特徵向量對圖像進行變換，使按特徵值由大到小排序的變換分量所包含的雜訊成分逐漸減小，而圖像質量順次提高。Σ為圖像的總協方差矩陣，Σ_N為圖像雜訊的協方差矩陣。MNF相當於所有波段雜訊方差都相等時的主成分分析，因此可分為兩步實現，第一步先將圖像變換到一個新的坐標系統，使變換後圖像雜訊的協方差矩陣為單位陣；第二步再對變換後的圖像施行主成分變換。此改進的演算法稱為「雜訊調節主成分變換（NAPC）」。

對P波段的高光譜圖像

Z_i（x），i=1，2，…，p （4-4-1）

可以假設

Z（x）=S（x）+N（x） （4-4-2）

這里，Z^T（x）=｛Z₁（x），…，Z_p（x）｝，S（x）和N（x）分別為Z（x）中不相關的信息分量和雜訊分量。因此，

Cov｛Z（x）｝=∑=∑_S+∑_N （4-4-3）

∑_S和∑_N分別為S（x）和N（x）的協方差矩陣。因此，可以定義第i波段雜訊分量，

Var｛N_i（x）｝/Var｛Z_i（x）｝ （4-4-@4）

選擇線形轉換，MNF變換可以表示為

成像光譜岩礦識別方法技術研究和影響因素分析

在變換中，確保

成像光譜岩礦識別方法技術研究和影響因素分析

同時，為使雜訊與信息分離，S（x）分別與Z（x）和N（x）正交。

圖4-4-1 MNF變換的特徵值曲線

MNF有兩個重要的性質，一是對圖像的任何波段作比例擴展，變換結果不變；二是變換使圖像矢量、信息分量和加性雜訊分量互相垂直。乘性雜訊可通過對數變換轉換為加性雜訊。變換後可針對性地對各分量圖像進行去噪，或舍棄雜訊占優勢的分量。MNF變換的特徵值曲線如圖4-4-1。

4.4.2.2 特徵分離

在MNF變換後的特徵域中不同波段具有不同物理與數學意義。比如變換後的第1波段表示地物的亮度信息，第7 波段或第8 波段表示地形信息。在MNF變換中，通過信號與雜訊分離，使信息更加集中於有限的特徵集中，一些微弱信息則在去噪轉化中被增強。同時在MNF轉換過程中，使光譜特徵向量集匯聚，增強分類信息。

圖4-4-2是一些礦物光譜通過MNF變換前後的曲線剖面圖，從右圖可見信息與雜訊分別有序地集中在一些有限的波段內。通過舍棄雜訊波段或其他處理，相應地降低或消除雜訊的影響。同時信息也比原始數據更易區分。

4.4.2.3 礦物識別

礦物識別主要選用光譜相似性測度的方法。基於整個譜形特徵的相似性概率的大小，能有效地避免因岩石礦物光譜漂移或光譜變異而造成的單個光譜特徵的不匹配，並能綜合利用弱的光譜信息。

圖4-4-2 礦物光譜MNF變換前後特徵比較

基於整個光譜形特徵的識別方法主要有光譜角技術、光譜匹配濾波、光譜擬合與線形分解等。利用大氣校正後的重建光譜數據，可選擇性地利用上述礦物識別技術開展端元礦物的識別。光譜角方法可直接選擇端元礦物進行匹配，最終生成二值圖像，簡單易行，在閾值合理可靠的前提下能夠獲取較高的識別精度。

在成像光譜岩礦地質信息識別與提取方法中，光譜角技術是一種較好的方法之一（王志剛，1993；劉慶生，1999）。光譜角識別方法是在由光譜組成的多維光譜矢量空間，利用一個岩礦矢量的角度測度函數（θ）求解岩礦參考光譜端元矢量（r）與圖像像元光譜矢量（t）的相似性測度，即：

成像光譜岩礦識別方法技術研究和影響因素分析

這里，‖*‖為光譜向量的模。參考端元光譜可來自實驗室、野外測量或已知類別的圖像像元光譜。θ介於0到π/2，其值愈小，二者相似度愈高，識別與提取的信息愈可靠。通過合理的閾值選擇，獲取礦化蝕變信息的二值圖像。

4.4.2.4 閾值的選擇與航帶間信息的銜接

無論是光譜角技術還是光譜匹配以及混合光譜分解，都存在對非礦物信息的分割，因此閾值的選擇是一個必須面臨的重要問題。這不僅關繫到所識別礦物的可靠度，也關繫到礦物分布范圍大小的界定。同時由於是分航帶提取，不同航帶間因大氣校正的誤差和雜訊的影響而使同一地物的光譜特徵存在差異，可能使所提取的礦物空間展布特徵在航帶之間所有診斷和一致性，增加了制圖的困難。因此對於閾值的選擇，需遵循以下原則：在去除明顯假象信息、保留可靠的礦化蝕變信息情況下考慮整體的一致性以及航帶的過渡性。

4.4.2.5 技術流程

結合成像光譜數據預處理，根據實際應用情況，可以總結出成像光譜遙感地質調查工作的技術流程，如圖443所示。

H. 野外肉眼鑒定礦物的方法有哪些

1. 石墨C
通常為鱗片狀、片狀或塊狀集合體。鐵黑色或鋼灰色，條痕黑灰色，晶體良好者具強金屬光澤，塊狀體光澤暗淡，不透明。有一組極完全解理，硬度1-2，薄片具撓性。比重2.09-2.23。具滑膩感，高度導電性，耐高溫(熔點高)。化學性穩定，不溶於酸。
鑒定特徵：鋼灰色，染手染指，滑膩感。
2. 金剛石C
晶體類似球形的八面體或六八面體。無色透明，含雜質者黑色(黑金剛)，強金剛光澤，硬度10。解理完全，性脆。比重3.47-3.56。紫外線下發熒光。具高度的抗酸鹼性和抗輻射性。
鑒定特徵：最大硬度和強金剛光澤。
硫化物類礦物
3. 輝銅礦Cu2S
完好晶體少見，一般呈塊狀、粒狀集合體。鉛灰至黑色(表面有時具翠綠色或天藍色小斑)，條痕黑灰色，金屬光澤，(風化面常有一層無光被膜)，不透明。硬度2-3，解理不清楚，稍具延展性。比重5.5-5.8。
鑒定特徵：黑鉛灰色，硬度低，用刀尖可以刻出光亮痕跡。
4. 方鉛礦PbS
晶體常為六面體或六面體與八面體的聚形;一般呈緻密塊狀或粒狀集合體。鉛灰色，條痕黑灰色，金屬光澤，不透明。硬度2.5-2.75，三組立方解理完全，性脆。比重7.4-7.6。
鑒定特徵：鉛灰色，硬度低，比重大，可以碎成立方小塊。
5. 閃鋅礦ZnS
一般多為緻密塊狀或粒狀集合體。淺黃、黃褐到鐵黑色(視含Fe多少而定)，條痕較礦物色淺，呈淺黃或淺褐色。金剛光澤(新鮮解理面)、半金屬光澤(深色閃鋅礦)或稍具松脂光澤(淺色閃鋅礦)。半透明(淺色者)到不透明(深色者)。硬度3.5-4。六組完全解理，性脆。比重3.9-4.1。
鑒定特徵：顏色不太固定，但條痕經常比顏色淺(淺黃褐色)，稍具松脂光澤，稜角或碎塊透光，多向完全解理。
6. 辰砂HgS
晶形為細小厚板狀或菱面體;多呈粒狀、緻密塊狀或粉末被膜。朱紅色，條痕與色相同，金剛光澤(新鮮晶面)，半透明。硬度2-2.5，三組解理完全，性脆。比重8.09-8.20。
鑒定特徵：顏色及條痕朱紅色，硬度低，比重大。
7. 輝銻礦Sb2S3
晶體為具有錐面的長柱狀或針狀，柱面具明顯縱紋，一般呈柱狀、針狀或塊狀集合體。鉛灰色，條痕黑灰，強金屬光澤，不透明。硬度2-2.5。一組解理完全，性脆。比重4.5-4.6。蠟燭可以熔化。
鑒定特徵：柱狀、針狀集合體，鉛灰色，硬度低(指甲可以刻動)，單項完全解理，極易熔化。輝銻礦與方鉛礦相似，但後者具立方解理，比重大，不易熔，可以區別。
8. 輝鉬礦MoS2
通常呈葉片狀、鱗片狀集合體。鉛灰色，條痕亮灰色(常帶微綠)，金屬光澤，不透明。硬度1-1.5，最完全解理，薄片有撓性。比重4.7-5.0，有滑膩感。
鑒定特徵：鉛灰色，最完全解理，可以離成薄片，能在紙上劃出條痕，有滑膩感。
9. 黃鐵礦FeS2
經常發育成良好的晶體，有六面體、八面體、五角十二面體及其聚形。六面體晶面上有與棱平行的條紋，各晶面上的條紋互相垂直。有時呈塊狀、粒狀集合體或結核狀。淺黃(銅黃)色，條痕黑色(帶微綠)，強金屬光澤，不透明。硬度6-6.5(硫化物中硬度最大的一種)，無解理，性脆。比重4.9-5.2。在地表條件下易風化為褐鐵礦。
鑒定特徵：完好晶體，淺黃色，條痕黑色，較大的硬度(小刀刻不動)。
10. 黃銅礦CuFeS2
完好晶體少見，多呈緻密塊狀或分散粒狀。金黃色(表面常有綉色)，條痕黑色(帶微綠)，金屬光澤，不透明。硬度3.5-4，解理不清楚，性脆。比重4.1-4.3。
鑒定特徵：金黃色，條痕近黑色，硬度中等。

I. 任務了解礦物鑒定的常用方法

一、鑒定礦物的化學方法

礦物鑒定的化學方法包括簡易化學分析和化學全分析。

(一)簡易化學分析法

簡易化學分析法，就是以少數幾種葯品，通過簡便的試驗操作，能迅速定性地檢驗出樣品 (待定礦物)所含的主要化學成分，達到鑒定礦物的目的。常用的有斑點法、顯微化學分析法及珠球反應等。

1.斑點法

這一方法是將少量待定礦物的粉末溶於溶劑 (水或酸)中，使礦物中的元素呈離子狀態，然後加微量試劑於溶液中，根據反應的顏色來確定元素的種類。這一試驗可在白瓷板、玻璃板或濾紙上進行。此法對金屬硫化物及氧化物的效果較好。

現以測試黃鐵礦中是否含鎳 (Ni)為例，說明斑點法的具體做法。將少許礦粉置玻璃板上，加一滴HNO₃並加熱蒸干，如此反復幾次，以便溶解進行完全，稍冷後加一滴氨水使溶液呈鹼性，並用濾紙吸取，再在濾紙上加一滴2%的二甲基乙二醛肟酒精溶液(鎳試劑)，若出現粉紅色斑點 (二甲基乙二醛鎳)，表明礦物中確有鎳的存在。因此該礦物應為含鎳黃鐵礦。

2.顯微化學分析法

該法也是先將礦物製成溶液，從中吸取一滴置載玻片上，然後加適當的試劑，在顯微鏡下觀察反應沉澱物的晶形和顏色等特徵，即可鑒定出礦物所含的元素。

這種方法用來區別某些相似礦物是很有效的，例如呈緻密塊狀的白鎢礦Ca[WO₄]與重晶石Ba[SO₄]相似，此時只要在前者的溶液中滴一滴1∶3H₂SO₄，如果出現石膏結晶(無色透明，常有燕尾雙晶)，表明要鑒定的礦物為白鎢礦而不是重晶石。

3.珠球反應

這是測定變價金屬元素的一種靈敏而簡易的方法。測定時將固定在玻璃棒上的鉑絲之前端彎成一直徑約為1mm的小圓圈，然後放入氧化焰中加熱。清污後趁熱粘上硼砂 (或磷鹽)，再放入氧化焰中煅燒，如此反復幾次，直到硼砂熔成無色透明的小球為止。此時即可將灼熱的珠球粘上疑為含某種變價元素的礦物粉末 (注意！一定要少)，然後將珠球先後分別送入氧化焰及還原焰中煅燒，使所含元素發生氧化、還原反應，借反應後得到的高價態和低價態離子的顏色來判定為何種元素。例如在氧比焰中珠球為紅紫色，放入還原焰中煅燒一段時間後變為無色時，表明所試樣品應為含錳礦物，具體礦物的名稱可根據其他特徵確定之。

(二)化學全分析

化學全分析包括定性和定量的系統化學分析。進行這一分析時需要較為繁多的設備和標准試劑，需要較純 (98%以上)和較多的樣品，需要較高的技術和較長的時間。因此，這一方法是很不經濟的，除非在研究礦物新種和亞種的詳細成分、組成可變礦物的成分變化規律以及礦床的工業評價時才採用。通常在使用這一方法之前，必須進行光譜分析，得出分析結果以備參考。

二、鑒定礦物的物理方法

礦物鑒定的物理方法是以物理學原理為基礎，藉助各種儀器測定礦物的各種物理性質來鑒定礦物。主要方法有:

1.偏光顯微鏡和反光顯微鏡鑒定法

偏光顯微鏡鑒定方法是根據晶體的均一性和異向性，並利用晶體的光學性質而鑒定礦物的方法。應用這種方法時，須將礦物、岩石磨製成薄片，在透射光作用下，觀察和測定礦物的晶形、解理和各項光學性質 (顏色、多色性、突起、干涉色、折射率、雙折射、消光類型、消光角、延性符合以及軸性、光性符號等)。

反光顯微鏡 (也稱礦相顯微鏡)主要用以觀察和測定不透明礦物 (金屬礦物)的光學性質 (礦物的反射率、雙反射率、反射色、反射多色性、內反射等)，以確定礦石礦物成分、礦石結構、構造及礦床成因方面的問題。

2.電子顯微鏡研究法

電子顯微鏡研究法是一種適宜於研究粒度在1μm以下的微粒礦物的方法，尤以研究粒度小於5μm的具有高分散度的黏土礦物最為有效。可分為掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡兩種方法。

黏土類礦物由於顆粒極細 (一般2μm左右)，常呈分散狀態，研究用的樣品需用懸浮法進行制備，待乾燥後，置於具有超高放大倍數的電子顯微鏡下，在真空中使通過聚焦系統的電子光束照射樣品，可在熒光屏上顯出放大數十萬倍甚至百萬倍的礦物圖像，據此以研究各種細分散礦物的晶形輪廓、晶面特徵、連晶形態等，用此來區別礦物和研究它們的成因。

此外，超高壓電子顯微鏡發出的強力電子束能透過礦物晶體，這就使得人們長期以來夢寐以求的直接觀察晶體結構和晶體缺陷的願望得到實現。

3.X射線分析法

X射線分析法是基於X射線的波長與結晶礦物內部質點間的距離相近，屬於同一個數量級(Å)，當X射線進入礦物晶體後可以產生衍射。由於每一種礦物都有自己獨特的化學組成和晶體結構，其衍射圖樣也各有其獨有的特徵。對這種圖樣進行分析計算，就可以鑒定結晶礦物的相 (每個礦物種就是一個相)，並確定它內部原子 (或離子)間的距離和排列方式。因此，X射線分析已成為研究晶體結構和進行物相分析的最有效方法。

4.光譜分析

光譜分析法的理論基礎是，各種化學元素在受到高溫光源 (電弧或電火花)激發時，都能發射出它們各自的特徵譜線，經棱鏡或光柵分光測定後，既可根據樣品所出現的特徵譜線進行定性分析，也可按譜線的強度進行定量分析。這一方法是目前測定礦物化學成分時普遍採用的一種分析手段。其主要優點是樣品用量少 (數毫克)，能迅速准確地測定礦物中的金屬陽離子，特別是對於稀有元素也能獲得良好的結果。缺點是儀器復雜昂貴，並需較好的工作條件。

5.電子探針分析

電子探針分析是一種最適用於測定微小礦物和包體成分的定性、定量以及稀有元素、貴金屬元素賦存狀態的方法。其測定元素的范圍由從原子序數為5的硼直到92的鈾。儀器主要由探針、自動記錄系統及真空泵等部分組成，探針部分相當於一個X射線管，即由陰極發出來的高達35～50kV的高速電子流經電磁透鏡聚焦成極細小 (最小可達0.3μm)的電子束——探針，直接打到作為陽極的樣品上，此時，由樣品內所含元素發生的初級X射線 (包括連續譜和特徵譜)，經衍射晶體分光後，由多道記數管同時測定若干元素的特徵X射線的強度，並用內標法或外標法算出元素含量。

6.紅外吸收光譜

簡稱紅外光譜，是在紅外線的照射下引起分子中振動能級 (電偶極矩)的躍遷而產生的一種吸收光譜。由於被吸收的特徵頻率取決於組成物質的原子量、鍵力以及分子中原子分布的幾何特點，即取決於物質的化學組成及內部結構，因此每一種礦物都有自己的特徵吸收譜，包括譜帶位置、譜帶數目、帶寬及吸收強度等。

紅外吸收光譜分析樣品一般需要1.5mg，最常使用的制樣方法是壓片法，即把試樣與KBr一起研細，壓成小圓片，然後放在儀器內測試。

目前紅外吸收光譜分析在礦物學研究中已成為一種重要的手段。根據光譜中吸收峰的位置和形狀可以推斷未知礦物的結構，是X射線衍射分析的重要輔助方法，依照特徵峰的吸收強度來測定混入物中各組分的含量。此外，紅外光譜分析對考察礦物中水的存在形式、配陰離子團、類質同象混入物的細微變化和礦物相變等方面都是一種有效的手段。

三、鑒定礦物的物理-化學方法

當前用於礦物鑒定最主要的物理-化學方法有熱分析、極譜分析及電滲分析等。其中，熱分析是一種較為普遍的方法，幾乎適用於各類礦物，特別是對黏土礦物，以及碳酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物礦物的鑒定最為有效。

熱分析法是根據礦物在不同溫度下所發生的脫水、分解、氧化、同質多象轉變等熱效應特徵，來鑒定和研究礦物的一種方法。它包括熱重分析和差熱分析。

1.熱重分析

熱重分析是測定礦物在加熱過程中的質量變化來研究礦物的一種方法。由於大多數礦物在加熱時因脫水而失去一部分質量，故又稱失重分析或脫水試驗。用熱天平來測定礦物在不同溫度下所失去的質量而獲得熱重曲線。曲線的形式決定於水在礦物中的賦存形式和在晶體結構中的存在位置。不同的含水礦物具有不同的脫水曲線。

這一方法只限於鑒定、研究含水礦物。

2.差熱分析

礦物在連續地加熱過程中，伴隨物理—化學變化而產生吸熱或放熱效應。不同的礦物出現熱效應時的溫度和熱效應的強度是互不相同的，而對同種礦物來說，只要實驗條件相同，則總是基本固定的。因此，只要准確地測定了熱效應出現時的溫度和熱效應的強度，並和已知資料進行對比，就能對礦物做出定性和定量的分析。

差熱分析法的具體工作過程是，將試樣粉末與中性體 (在加熱過程中不產生熱效應的物質，通常用煅燒過的Al₂O₃)粉末分別裝入樣品容器，然後同時送入一高溫爐中加熱。

由於中性體是不發生任何熱效應的物質，所以在加熱過程中，當試樣發生吸熱或放熱效應時，其溫度將低於或高於中性體。此時，插在它們中間的一對反接的熱電偶 (鉑-銠-鉑熱電偶)將把兩者之間的溫度差轉換成溫差電動勢，並借光電反射檢流計或電子電位差計記錄成差熱曲線。

圖1-1中的實線曲線為高嶺石的差熱曲線，其橫坐標表示加熱溫度 (℃)，縱坐標表示發生熱效應時樣品與中性體的溫度差 (ΔT)。高嶺石的差熱曲線特點是:在580℃時，由於結構水 (OH)^-的失去和晶格的破壞而出現一個大的吸熱谷，980℃時，因新結晶成γ-Al₂O₃，而顯出一個尖銳的放熱峰。

圖1-1 高嶺石差熱曲線(1)和脫水曲線(2)

差熱分析的優點是樣品用量少 (100～200mg)，分析時間短 (90min以下)，而且設備簡單，可以自行裝置。缺點是許多礦物的熱效應數據近似，尤其當混合樣品不能分離時，就會互相干擾，從而使鑒定工作復雜化。為了排除這種干擾，應與其他方法 (特別是X射線分析)配合使用。

對非專業鑒定人員而言，主要是根據工作的目的、要求和具體條件，正確地選擇適當而有效的測試方法 (表1-1)，按送樣要求進行加工，並正確地使用測試結果。

表1-1 礦物鑒定方法的選擇

續表

以上介紹的是目前最常使用的方法，其他方法還很多，如中子活化分析、核磁共振、順磁共振、穆斯堡爾效應、包裹體研究、穩定同位素研究等，需要時可查閱專門資料。

學習指導

通過學習情境的學習了解礦物鑒定的基本方法，目的是為了我們在今後工作中知道怎樣去鑒定礦物，並不要求我們掌握所有的鑒定方法，目前只需要掌握肉眼鑒定和簡易化學試驗方法即可，但要知道鑒定礦物的一般步驟、正確選擇鑒定方法。

練習與思考

1.名詞解釋

礦物 礦物鑒定 肉眼鑒定 儀器鑒定

2.選擇題

(1)確定礦物的外部特徵採用哪種方法? ()

A.肉眼鑒定法

B.顯微鏡

C.化學分析

D.核磁共振

(2)測定礦物的化學成分用哪種方法? ()

A.均一法

B.光譜分析

C.熱分析

D.質譜分析

(3)測定礦物某種物性或晶體結構數據採用哪種方法? ()

A.冷凍法

B.簡易化學分析法

C.電子顯微鏡

D.中子活化分析

3.簡答題

(1)怎樣鑒定礦物? 怎樣選擇礦物鑒定方法?

(2)肉眼鑒定礦物時應注意的問題?

J. 礦石檢測用什麼方法

礦石是指可從中提取有用組分或其本身具有某種可被利用的性能的礦物集合體。可分為金屬礦物、非金屬礦物。

礦石檢測的方法有：物相分析法、岩石全分析、粘土分析法、化學分析法、光薄片鑒定法、岩石鑒定等等。