颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响.pdf

高齐云，周丽，易泽邦，等.颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响J.岩矿测试，2024，43（2）：234246.DOI:10.15898/j.ykcs.202308090133.GAOQiyun，ZHOULi，YIZebang，etal.EffectofGranularityontheCharacteristicVisible-NearInfraredSpectraofKarst-TypeBauxiteJ.RockandMineralAnalysis，2024，43（2）：234246.DOI:10.15898/j.ykcs.202308090133.颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响高齐云1,2，周丽1，易泽邦3，陈正山1*（1.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州贵阳550025；2.贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地，贵州贵阳550025；3.桂林理工大学地球科学学院，广西桂林541006）摘要：岩矿反射光谱是智能矿山岩矿智能感知技术以及遥感信息识别的重要参考依据，由于地物表面粗糙度对反射光谱的影响取决于粗糙高度值与波长关系对电磁波传播的影响，因此颗粒度是影响岩石和矿物反射光谱特征的重要因素之一。喀斯特型铝土矿在中国分布广泛，目前有关铝土矿的反射光谱基础数据还非常匮乏。为了探究颗粒度对喀斯特型铝土矿反射光谱的影响规律，本文选取贵州省修文县小山坝喀斯特型铝土矿为研究对象，采用地物光谱仪测试不同颗粒度铝土矿(铝土岩)样品的可见光-近红外反射光谱，并结合铝土矿(铝土岩)主量元素和矿物组成分析讨论铝土矿与铝土岩的光谱差异。结果表明：小山坝铝土矿(铝土岩)由于矿物组成的不同而呈现显著不同的光谱特征，其中铝土矿的反射光谱特征主要与一水硬铝石一致，在 1400nm 和 1800nm 波长处有明显的波谷特征，由 OH 振动谱带所致；铝土岩的反射光谱特征主要与高岭石一致，在 1400nm、1900nm、2160nm 和 2200nm 波长处有显著的波谷特征，分别由 OH 倍频合频、H2O的振动谱带以及 Al-OH 基团拉伸和弯曲振动的合频所致，且在 21602200nm 波段呈双吸收峰特征。此外，不同颗粒度铝土矿(铝土岩)的整体反射率均较高，最高超过 28%，且变化趋势基本相同。随着颗粒度从0.04mm 增加到 3mm，铝土矿和铝土岩的反射率均逐渐减小，且铝土矿特征波谷的整体吸收强度相对稳定，而铝土岩特征波谷的吸收强度呈逐渐增大的趋势。本文研究认为可采用小颗粒度的粉末样品在 1800nm、1900nm、2160nm 和 2200nm 波长处的特征光谱进行铝土矿和铝土岩的区分。关键词：铝土矿；铝土岩；颗粒度；可见光-近红外光谱；反射光谱特征要点：(1)铝土矿(铝土岩)块状样品的反射率在整个波段最高超过 14%，粒状样品最高超过 28%。(2)铝土矿(铝土岩)随着颗粒度的减小光谱反射率均逐渐增大，其反射光谱形态基本相似。(3)铝土矿与铝土岩可通过小颗粒度的粉末样品在 1800nm、1900nm、2160nm 和 2200nm 波长处的特征光谱进行区分。中图分类号：O657.33；P618.45文献标识码：A近年来随着卫星遥感技术的快速发展，由于其便捷、快速、无损等优点，利用高光谱遥感进行岩矿探测逐渐得到重视，并成为智能矿山建设的关键问题1-2。高光谱遥感技术的深入研究可为矿产勘查提供新的工作方法以及在开发研究方面具有重要意义3-5。张博等6利用近红外光谱仪器研究分析了铀矿岩心中常见矿物的光谱特征，对识别其他主要矿物类型以及空间分布特征具有重要作用。代晶收稿日期：20230809；修回日期：20240312；接受日期：20240316基金项目：国家自然科学基金项目(42003066)第一作者：高齐云，硕士研究生，主要研究方向为高光谱地学应用。E-mail：。通信作者：陈正山，博士，地质高级工程师，主要研究方向为矿物岩石矿床。E-mail：。2024年3月岩矿测试Vol.43,No.2March2024ROCKANDMINERALANALYSIS234246234晶等7-8采用地物波谱仪对甲基卡典型岩石矿物开展波谱测试，建立了研究区波谱库以及利用 1413nm、1911nm 与 2197nm 波谱特征区分伟晶岩与围岩。随着近红外光谱技术的广泛应用，许多学者针对岩矿的光谱特征及影响因素开展一系列的研究9-13，其中，影响岩矿光谱特征的内外因素众多14-15，例如矿物本身的组成成分、元素含量、粗糙度、孔隙度以及矿物颗粒度等，其中颗粒度是影响岩矿反射光谱特征最重要因素之一16-18。王润生19和闫柏琨等20发现，随着颗粒度的变化，不同岩石矿物的反射光谱表现出不同的变化规律，并且不同等级的颗粒度也会对相同矿物的光谱特征产生差异。Salisbury 等21通过实验发现基频振动带强度与颗粒度大小呈负相关关系，认为颗粒孔隙度是造成这一现象的原因。蒙脱石和石英在不同颗粒度条件下，在 9002100nm 波段，随着粒径的增加，样品反射率逐渐降低22。块状与不同颗粒度的赤铁矿在近红外波段，颗粒度越小，反射率越高23，0.031mm粒度的赤铁矿的反射率最大变化幅度为 30%左右，0.034mm 粒度的磁铁矿在同一波长处的反射变化幅度不超过 3%，赤铁矿的光谱反射率变幅比磁铁矿高，其受颗粒度的影响显著24-25。高岭石、绿泥石、叶蛇纹石以及紫苏辉石分别在不同颗粒度，以及不同矿物在相同颗粒度条件下，其反射光谱特征的影响及变化规律不尽相同，高岭石在 13801420nm、19001950nm 以及 2200nm 附近出现较强的吸收峰；6080m 粒度的绿泥石的反射峰出现在 1380nm；叶蛇纹石在 500nm 附近有一个较宽的反射峰；紫苏辉石可利用 7201100nm 波段进行识别26。不同煤种在不同颗粒度的条件下也呈现出不同的反射光谱特征，在 380780nm 波段随波长的增加逐渐降低，在 7802500nm 波段则为逐渐增高的趋势；不同煤种的反射光谱曲线受颗粒度的响应程度不同，其中褐煤的影响最大，其次是烟煤，无烟煤的影响最小27-28。Zhuang 等29通过测量 13 种具有不同表面反照率和 1000nm 吸收强度的火成岩的块状和粉末可见光-近红外光谱，发现样品的光谱斜率随着颗粒尺寸的增加而减小，其中辉长岩在 1000nm 波长附近出现显著波谷特征，并将光谱差异应用于嫦娥四号测量的数据分析。前人开展进行的光谱特征研究多集中在煤岩、铁矿等岩性差别较大的岩矿，而对于岩性差别较小的岩矿光谱特征研究相对较少，为提高野外勘查效率，需对岩性差别较小的岩矿光谱特征进行进一步的研究。铝是世界上用途最为广泛的金属之一，铝土矿是生产金属铝的主要原料，同时也是建筑业与制造业的重要原材料30-31。铝土矿空间分布广，类型多样，中国主要为喀斯特型铝土矿。对于可见光近红外技术在铝土矿上的应用研究，张生等32利用可见光-近红外技术对桂西铝土矿进行反射光谱特征分析并总结其遥感找矿标志，利用典型的光谱吸收特征推断找矿有利地段，缩小找矿范围。由于地物表面粗糙度对反射光谱的影响取决于粗糙高度值与波长关系对电磁波传播的影响，其相互作用的内在机理较为复杂33。颗粒度作为影响岩矿反射光谱特征的重要影响因素，可为高光谱矿物识别和光谱特征分析奠定一定的基础。为探究颗粒度对铝土矿反射光谱的影响规律，本文选取贵州省修文县小山坝九架炉组铝土矿为研究对象，利用 ASDFieldSpec-4地物光谱仪对铝土矿(铝土岩)样品进行基于不同颗粒度条件下的可见光-近红外反射光谱特征研究，获取不同颗粒度的反射光谱曲线，并结合铝土矿(铝土岩)X 射 线 荧 光 光 谱(XRF)和 X 射 线 粉 晶 衍 射(XRD)分析结果讨论铝土矿与铝土岩的光谱差异，为铝土矿光谱数据库的建立及其智能识别提供数据支撑。1实验部分1.1样品采集与制备本研究选择的铝土矿(铝土岩)样品均采自贵州省修文县小山坝铝土矿，该铝土矿成矿类型为喀斯特型铝土矿床34，属于黔中铝土矿成矿带的一部分，是黔中铝土矿具有代表性的露天矿床之一35，其位于修文县城南东约 5km 处。样品采集区域出露的地层分别为：寒武系中上统娄山关组(3-4O1l)，石炭系下统九架炉组(C1jj)、摆佐组(C1b)，二叠系中统梁山组(P2l)、栖霞组(P2q)，其中，本区的铝土矿含矿岩系为九架炉组，底板为娄山关组白云岩36-37。本研究采集的样品为该矿银厂坡矿段九架炉组剖面(图 1)的 6 件铝土矿(铝土岩），样品编号为 XSB-1、XSB-2、XSB-3、XSB-4、XSB-5、XSB-6。其中 XSB-1至 XSB-4 为土状铝土矿(铝土岩)样品，较疏松，有碎屑；XSB-5 至 XSB-6 为致密块状铝土岩矿样品，硬度比前者高，结构为块状。铝土矿在工业生产过程中，将矿石粉碎至40.8mm 不同粒径的颗粒后进行球磨处理，得到粒径 0.074mm 的矿粉，再次进行选择性磨矿-粗细粒分选等工艺，最终得到具有工业价值的精矿粉38。第2期高齐云，等：颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响第43卷235以上过程中，铝土矿的生产工艺粒径主要位于20.010mm 之间39。结合前人研究23-26，28，颗粒度等级从粗颗粒到细颗粒，由于矿石颗粒大于5mm 时，会出现阴影从而影响光谱测试的结果24，因此，本文研究设计的颗粒等级为 9 个：23mm，12mm，0.601mm，0.300.60mm，0.200.30mm，0.08 0.20mm，0.065 0.08mm，0.04 0.065mm，0.04mm。以上 9 个颗粒度等级控制在矿石工业生产粉碎的粒径范围内，便于更好地识别颗粒度对铝土矿(铝土岩)的影响。按照以上设计制备不同粒径的粉末样品，将破碎好的样品放置在玛瑙研磨机上磨制粉末，再倒入筛网上筛出不同粒径的粉末，分别得到 9 个颗粒等级的铝土矿(铝土岩)粉末样品。从图 2 可以看出，粉末样品从左往右随着颗粒度的减小，样品的颜色由灰黑色逐渐变为灰白色。此外，作为对比，块状样品选择表面没有风化物的平整面，清洁后晾干备用。二叠系中统茅口组二叠系中统栖霞组二叠系中统梁山组石炭系下统摆佐组石炭系下统九架炉组寒武系中上统娄山关组断层银厂坡矿段采样点00.51.0kmN图1小山坝铝土矿区地质简图与样品采样点(根据陈群等37改编)Fig.1GeologicaldiagramandsamplingpointsofXiaoshanbabauxiteminingarea(ModifiedfromChen,etal37).23mm0.04mmXSB6XSB5XSB4XSB3XSB2XSB12cm图2不同颗粒度铝土矿(铝土岩)的粉状样品Fig.2Powdersamplesofbauxite(bauxite-bearingrock)withdifferentgrainsizes.第2期岩矿测试http：/2024年2361.2样品光谱测试本研究用于测试铝土矿(铝土岩)样品的可见光-近红外反射光谱曲线的仪器为 ASDFieldSpec-4 便携式地物光谱仪(美国)，波段范围为 3502500nm，通道数为 2151，在 3501000nm 波段的光谱分辨率为 3nm，在 10002500nm 波段的光谱分辨率为10nm。该仪器具有精度高、速度快、不污染样品、操作简单等优点。为确保测试环境的稳定性，样品测试选择在自行搭建的暗室(图 3)进行。采用ASD卤素灯(人工光源)作为室内唯一光源，用于模拟自然界中的太阳光线照射铝土矿(铝土岩)样品。根据仪器暗室测试标准，测试前，仪器需预热 30min，将探头(裸光纤)和光源固定在三脚架上，探头垂直架设，距离样品10cm，光源照射方向与水平方向的夹角为 45且距离样品 65cm，其次将已定标的灰板作为背景进行定标，获取标准参考白板。测试过程中，将粉末样品倒入直径为 6cm 的黑色小圆盘中并放置在黑色背景桌上，其与白板的几何位置要一致，且每隔 15min 进行白板定标一次。同时，为确保测试环境与操作步骤的可行性，在正式测试之前均进行单矿物与岩石的测试。为减少样品表面形态和随机误差的影响，每件样品测量 3 次，取平均值得到最终的光谱值。卤素灯铝土矿(铝土岩)样品粉末视域光纤探头(裸光纤)光纤网线计算机地物光谱仪10cm2545图3铝土矿(铝土岩)反射光谱测试原理示意图Fig.3Schematic diagram of reflection spectrum testingprincipleforbauxite(bauxite-bearingrock).1.3X 射线荧光光谱分析将每件铝土矿(铝土岩)样品研磨至 200 目，采用 ARLPerformX4200 型 X 射线荧光光谱仪(美国ThermoFisher 公司)测定铝土矿(铝土岩)样品中的主量元素含量。仪器工作条件为：Rh 靶，电压 60kV，电流 140mA，50 管，端窗型 X 射线管，超薄 Be 窗，高频固态高压发生器，自动双进样系统，64 位样品位。1.4X 射线粉晶衍射分析将每件铝土矿(铝土岩)样品研磨至 200 目，采用 SmartLab粉末 X 射线粉晶衍射仪(日本电子株式会社公司)对铝土矿(铝土岩)样品进行矿物成分分析。仪器工作条件为：Cu 靶，电压 40kV，步进扫描，工作电流 200mA，计数时间 3s/步，扫描范围 590，测试室温 26，湿度 11%。在 MDIJade6 软件中进行物相匹配与对比分析。2结果与讨论2.1颗粒度对铝土矿(铝土岩)反射光谱影响的共有特征颗粒度对同一套地层的铝土矿(铝土岩)样品的影响非常明显，颗粒度对不同铝土矿(铝土岩)样品的光谱特征具有一些共性。从图 4 可知，相同颗粒度不同铝土矿(铝土岩)的反射光谱曲线存在差异。在可见光波段的反射率相对于近红外波段的差异较小，一般不超过 3%，但在 1400nm 波长后，差异逐渐明显，且随着波长的增加差异愈发明显。其中，样品XSB-5、XSB-6 的反射率最高，样品 XSB-1 至 XSB-4的反射率较低。样品 XSB-5、XSB-6 的光谱反射率曲线与其他样品有所区别，可以作为铝土矿识别的一个参考。颗粒度对铝土矿(铝土岩)样品的光谱特征影响规律主要表现在近红外波段的反射光谱曲线的斜率。如图 4 所示，4 个大于 0.2mm 的颗粒度等级中，6 件铝土矿(铝土岩)样品在10001340nm 波段的反射光谱曲线近似直线并平行分布，所有曲线的斜率先是逐渐增大，再趋于平缓，最后逐渐变小；在颗粒度小于 0.2mm 的 4 个颗粒度等级中，可见光波段的斜率较大。不同铝土矿(铝土岩)的反射光谱曲线斜率具有差异性，样品 XSB-1 至 XSB-4 的反射光谱斜率相比 XSB-5、XSB-6 要高。如图 4 所示，所有铝土矿(铝土岩)样品的反射光谱曲线的反射率随颗粒度的变化而变化。在0.063mm 颗粒度范围内，样品 XSB-1 的光谱反射率明显比其他样品高，XSB-5、XSB-6 呈现逐渐上升的趋势，XSB-2 至 XSB-4 的光谱反射率趋于稳定；在 0.040.60mm 颗粒度范围内，样品 XSB-6 的光谱反射率明显比其他样品高，且呈快速上升的趋势，其次是 XSB-5。整体上，样品 XSB-1 至 XSB-4 的光谱特征基本一致，反射率的变化较稳定，可归为一类；XSB-5、XSB-6 可 为 一 类，其 中 样 品 XSB-2、第2期高齐云，等：颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响第43卷237XSB-3 的光谱反射率曲线呈现出交错出现的趋势。其次，样品 XSB-5、XSB-6 的光谱反射率随着颗粒度的降低而逐渐升高，且 XSB-6 的反射率变化幅度比XSB-5 大。为进一步比较颗粒度与光谱反射率的关系，如图 5 所示，1400nm 波长处的不同颗粒度光谱反射率的变化显示，所有样品的反射率随颗粒度的减小而增大，样品 XSB-1 至 XSB-4 的反射率变化幅度整体上较为稳定，XSB-5 至 XSB-6 的反射率变化增幅较大，XSB-6 在 0.080.30mm 颗粒度范围内的反射率增幅最高为 5.41%。2.2颗粒度对铝土矿(铝土岩)反射光谱影响的差异性图 6 为 6 件铝土矿(铝土岩)样品在 9 个颗粒度等级和块状条件下的反射光谱测试结果。从图中可知，不同颗粒度对采集的铝土矿(铝土岩)样品的反射光谱曲线具有一些差异性，反射光谱曲线随颗粒度不同呈现规律性变化，主要如下。1614121086420500Rflectivetv(%)100015002000250023mm1614121086420500100015002000250012mm16141210864250010001500200025000.601mm18161412108642500Rflectivetv(%)10001500200025000.300.60mm18202216141210864250010001500200025000.200.30mm24211815129650010001500200025000.080.20mm18202224261614121086500Rflectivetv(%)10001500Wavelength(nm)200025000.0650.08mm2024281612850010001500Wavelength(nm)200025000.040.065mm21242730151812950010001500Wavelength(nm)200025000.04mmXSB1XSB2XSB3XSB4XSB5XSB6图4相同颗粒度下不同铝土矿(铝土岩)样品的反射光谱曲线Fig.4Reflectionspectralcurvesofdifferenttypesofbauxite(bauxite-bearingrock)sampleswithsameparticlesize.242220181614反射率(%)颗粒度(nm)121086423mm12mm0.601mm0.300.60mm0.200.30mm0.080.20mm0.0650.08mm0.040.065mm0.04mmXSB1XSB2XSB3XSB4XSB5XSB6图5颗粒度对铝土矿(铝土岩)在 1400nm 波长处反射率变化的影响Fig.5The influence of particle size on the variation ofreflectivity of bauxite(bauxite-bearing rock)at awavelengthof1400nm.第2期岩矿测试http：/2024年238从图 6 可知，铝土矿(铝土岩)样品的反射光谱曲线受到颗粒度的显著影响，当样品粒径变小时，其反射光谱的反射率就会变大，二者之间存在着一种负相关性。所有样品都采自同一套地层剖面，颜色主要为灰白色，因此反射率比较高。6 件铝土矿(铝土岩)块状样品的光谱反射率在整个波段最高超过14%，粒状样品最高超过 28%。不同颗粒度铝土矿(铝土岩)样品的可见光-近红外反射光谱形态基本相似，即在可见光波段(3501000nm)的反射率都较高，基本在 6.8%28%范围内，且反射率会随着波长的增大而增大；在近红外波段(10012500nm)，随着波长的逐渐增加，其反射率从 28.1%1.4%逐渐变低，总体上呈现降低的趋势。颗粒度对反射光谱的影响变得更为显著。在图 6 中 ad 的3501000nm 波段内，随着波长的增加以及颗粒度的减小，光谱反射率也随之增大，颗22(a)XSB1201816141210864500100015002000250022(b)XSB2201816141210862450010001500200025000.04mm0.040.065mm0.0650.08mm0.080.20mm0.200.30mm0.300.60mm0.601mm12mm23mm块Rflectivety(%)Rflectivety(%)24(c)XSB32016128450010001500200025000.04mm0.040.065mm0.0650.08mm0.080.20mm0.200.30mm0.300.60mm0.601mm12mm23mm块25(d)XSB420151054500100015002000250024(e)XSB520161284050010001500Wavelenghth(nm)200025002530(f)XSB62015105050010001500Wavelenghth(nm)20002500Rflectivety(%)0.04mm0.040.065mm0.0650.08mm0.080.20mm0.200.30mm0.300.60mm0.601mm12mm23mm块图6不同颗粒度铝土矿(铝土岩)反射光谱曲线Fig.6Reflectionspectralcurvesofbauxite(bauxite-bearingrock)withdifferentparticlesizes.第2期高齐云，等：颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响第43卷239粒度愈小斜率愈大，呈负相关关系，说明当粒度越小时，颗粒间的相互作用越大。10001500nm 波段的反射光谱曲线大致平行，如图 6a 反射率的变化幅度较小，最大变化值在 1.4%左右，受颗粒度的影响较小；如图 6 中 bd 反射率的变化幅度较大，最大变化值在 4.8%左右，受颗粒度的影响较大，且 1100nm波长处的波谷特征随着颗粒度的增大逐渐减弱，以及 1400nm 波长的波谷特征也非常显著。在 15002500nm 波段，在 1800nm、1900nm、2200nm 波长处的波谷特征有明显的特点，并且在波段范围内，光谱反射率有明显的下降趋势，该段反射光谱曲线受颗粒度的影响最为突出。如图 6 中 e、f 在 350800nm波段，光谱反射率随着波长的增加而逐渐增加，变化幅度最大在 4.3%左右，受颗粒度的影响较大。在8001690nm 波段，反射光谱曲线大致表现为平行状态分布，变化幅度在 10.2mm 颗粒度之间最大，说明受颗粒度的影响较为显著；995nm 波长处波峰特征与 960nm、1240nm、1400nm、1660nm 波长处波谷特征比较显著。在 16902500nm 波段，随着波长的增加，该段的反射光谱曲线整体上呈现逐渐降低的趋势，且变化幅度先大后小，在 22302500nm 波段最为明显；其次，1915nm、2200nm 波长处波谷特征与 2235nm波长处波峰特征尤为显著。块状铝土矿(铝土岩)样品的反射光谱曲线与其他颗粒度曲线形态基本一致，其差异主要体现在反射率的大小，即图 6 中 a、e 与 f 的块状反射率大于颗粒度 0.6mm 的样品，图 6 中 b 和 d 的块状反射率小于颗粒度 3mm 的样品。2.3可见光-近红外光谱区分铝土矿与铝土岩的机制分析为分析图 4 中不同铝土矿(铝土岩)样品的组成成分可能对反射光谱产生影响，因此采用 XRF 方法获取其主要元素含量(表 1)，在此基础上分析反射光谱特征与物质成分机制的关系。根据各样品中主量元素含量，将含铝岩系中 Al2O340%、Al/Si2.6 的样品划分为铝土矿，其余称为铝土岩40，成为划分矿与非矿的重要依据。其中样品 XSB-1 至 XSB-4属于铝土矿，自然类型为土状；XSB-5、XSB-6 属于致密状铝土岩。从表 1 中的 SiO2和 Al2O3含量以及 Al/Si 比值来看，样品 XSB-1至XSB-4 的品位较高，符合铝土矿质量指标41。通过进一步对各铝土矿(铝土岩)样品的矿物组成进行 XRD 分析，如图 7 所示，铝土矿和铝土岩的XRD 分析结果差异显著，土状铝土矿样品(XSB-1至 XSB-4)的主要矿物成分是一水硬铝石 AlO(OH)，铝土岩样品(XSB-5 和 XSB-6)的主要矿物成分是高岭石 Al2Si2O5(OH)4。从图 4 可知，土状铝土矿样品(XSB-1 至 XSB-4)的反射光谱特征基本一致，整体的反射光谱的变化起伏较小，波谷特征较弱，反射光谱的吸收波段主要集中在 9601000nm、11001150nm、1380 1440nm、1800 1850nm、1870 1930nm、21102200nm、22502295nm 波段。此外，土状铝土矿样品在 1400nm 和 1800nm 波长产生的吸收带特征主要是由于一水硬铝石 OH 引起的振动，这也表1X 射线荧光光谱分析小山坝铝土矿(铝土岩)主量元素含量测定结果Table1MajorelementcontentofXiaoshanbabauxite(bauxite-bearingrock)determinedbyXRF.主量元素各样品主量元素含量(%)XSB-1XSB-2XSB-3XSB-4XSB-5XSB-6SiO24.489.789.594.3241.6843.65Al2O375.6269.2271.0476.5539.9638.38Fe2O30.760.870.760.730.690.61MgO0.250.520.560.260.980.70CaO0.200.150.130.110.170.17Na2O0.050.070.050.040.100.05K2O0.581.461.380.590.490.61MnO0.0080.0070.0090.0080.0060.006P2O50.4520.3150.1880.1410.0590.056TiO23.3054.1312.6343.1412.2591.883S0.0340.0420.0060.0620.0020.182LOI(烧失量)14.1413.0413.2214.1013.2913.30合计99.8899.6199.55100.0599.6999.59Al/Si 比值16.887.087.4117.720.960.88第2期岩矿测试http：/2024年240与图7 的XRD 分析结果相同。致密状铝土岩(XSB-5、XSB-6)的反射光谱曲线整体上呈现有规律的变化趋势，当颗粒度减小时，光谱反射率随之变大。在12602500nm 波段，其光谱反射率呈现逐步下降的趋势，在 13801420nm、19001920nm 和 21402240nm波段附近出现较强的吸收带。在 13801420nm 波段，1400nm 波长处为特征光谱，因 OH 倍频和合频所致；在 19001920nm 波段，1900nm 波长处 为 特 征 光 谱，因 H2O 的 振 动 谱 带 所 致；在21402240nm 波段，2160nm 和 2200nm 波长处为特征光谱，因 Al-OH 基团拉伸和弯曲振动的合频所致，2160nm 和 2200nm 波长处呈现双吸收峰，且前者弱后者强14，42-44，这与图 7 的 XRD 分析结果一致，因此致密状铝土岩反射光谱不同于土状铝土矿。此外，颗粒度对铝土矿(铝土岩)反射光谱的影响，还因为颗粒度的变化影响光子的散射与吸收强度，即颗粒度越小，颗粒内部的光学路径越短，光子被吸收的强度越小，表面反射率则升高45，颗粒度越大则反之。因此，根据本文针对贵州省修文县小山坝喀斯特型铝土矿的可见光-近红外光谱研究结果，可采用小颗粒度的粉末样品在 1800nm、1900nm、2160nm 和2200nm 波长处的特征光谱进行铝土矿和铝土岩的区分。3结论颗粒度作为影响岩矿光谱特征的最重要的因素之一，本文利用便携式地物光谱仪对铝土矿(铝土岩)进行可见光-近红外反射光谱测试，探讨铝土矿与铝 土 岩 的 差 异 性。研 究 表 明：随 着 颗 粒 度 从0.04mm 增加到 3mm，铝土矿和铝土岩的反射率均逐渐减小，且铝土矿特征波谷的整体吸收强度相对稳定，而铝土岩特征波谷的吸收强度呈逐渐增大的趋势。由于两类岩(矿)石矿物组成的不同，其光谱特征差异显著，其中土状铝土矿的反射光谱特征主要与一水硬铝石一致，在 1400nm 和 1800nm 波长处有明显的波谷特征，由 OH 振动谱带所致；致密状铝土岩的反射光谱特征主要与高岭石一致，在 1400nm、1900nm、2160 和 2200nm 波长处有显著的波谷特征，分别由 OH 倍频合频、H2O 的振动谱带以及 Al-OH基团拉伸和弯曲振动的合频所致，且在 21602200nm 波段呈双吸收峰特征，其中可采用小颗粒度的粉末样品在 1800nm、1900nm、2160nm 和 2200nm波长处的特征光谱进行铝土矿和铝土岩的区分。因此，地物光谱可以作为识别矿与非矿的重要依据。本文对露天矿床的喀斯特型铝土矿反射光谱特征进行了分析与总结，认为反射光谱特征可在野外勘查中快速识别铝土矿与铝土岩，为智能矿山建设以及找矿提供基础参考数据。今后研究可以考虑针对更多不同类型铝土矿与反射光谱特征之间的关系以及其他影响光谱特征变化的因素，开展进一步的工作。致谢致谢：感谢中国科学院地球化学研究所肖加飞研究员和贵州师范大学地理与环境科学学院周明忠教授在铝土矿(铝土岩)样品野外采集过程中给予的帮助与指导；感谢审稿专家提供的建设性意见。102030402()506070衍射强度(a.u.)致密状铝土岩XSB6致密状铝土岩XSB5土状铝土矿XSB4土状铝土矿XSB3土状铝土矿XSB2土状铝土矿XSB1PDF#291488(高岭石)PDF#750639(一水硬铝石)图7不同铝土矿(铝土岩)样品的 XRD 分析谱图Fig.7X-raydiffractionanalysisspectraofdifferenttypesofbauxite(bauxite-bearingrock)samples.第2期高齐云，等：颗粒度对喀斯特型铝土矿可见光-近红外光谱特征的影响第43卷241Effect of Granularity on the Characteristic Visible-Near Infrared Spectra ofKarst-Type BauxiteGAO Qiyun1,2，ZHOU Li1，YI Zebang3，CHEN Zhengshan1*（1.SchoolofGeographyandEnvironmentalScience,GuizhouNormalUniversity,Guiyang550025,China；2.StateKeyLaboratoryIncubationBaseforKarstMountainEcologyEnvironmentofGuizhouProvince,Guiyang550025,China；3.SchoolofEarthSciences,GuilinUniversityofTechnology,Guilin541006,China）HIGHLIGHTS(1)Thereflectivityofbauxite(bauxite-bearingrock)blocksamplesexceeds14%intheentirewavelengthrange,andthehighestreflectivityofgranularsamplesexceeds28%.(2)Astheparticlesizedecreases,thespectralreflectanceofbauxite(bauxite-bearingrock)graduallyincreases,anditsreflectivespectralmorphologyissimilar.(3)Bauxiteandbauxite-bearingrockcanbedistinguishedbycharacteristicspectraofsmallparticlepowdersamplesatwavelengthsof1800nm,1900nm,2160nm,and2200nm.ABSTRACT：Thereflectionspectrumofrocksandmineralsisanimportantreferenceforintelligentperceptiontechnologyandremotesensinginformationrecognitioninintelligentmining.Particlesizeisoneoftheimportantfactorsaffectingthereflectionspectralcharacteristicsofrocksandminerals.Inordertorevealthereflectionspectralcharacteristicsofkarsttypebauxitewithdifferentparticlesizes,theinfluenceofparticlesizeonthevisibleandnear-infraredspectraofkarsttypebauxiteiselucidated.Inthestudy,thevisiblelightnear-infraredreflectancespectraofbauxite(bauxite-bearingrock)sampleswithdifferentparticlesizesweremeasuredusingtheASDFieldSpec-4spectrophotometer.Bauxiteandbauxite-bearingrockcanbedistinguishedbycharacteristicspectraofsmallparticlepowdersamplesatwavelengthsof1800nm,1900nm,2160nm,and2200nm.Theresearchresultsindicatethatastheparticlesizedecreases,thespectralreflectancegraduallyincreases.TheBRIEFREPORTisavailableforthispaperathttp:/ WORDS：bauxite；bauxite-bearing rock；granularity；visible-near infrared spectrum；reflectance spectralcharacteristicsBRIEF REPORTSignificance:Aluminumisoneofthemostwidelyusedmetalsintheworld,andbauxiteisthemainrawmaterialforproducingmetallicaluminum30-31.Theuseofhyperspectralremotesensingforrockandmineralexplorationhasgraduallygainedattentionandbecomeakeyissueintheconstructionofintelligentmines1-2.Studyingthereflectionspectralcharacteristicscanquicklyidentifybauxite,whichisbeneficialforimprovingthereliabilityandprecisionofmineralinformationextraction.ASDFieldSpec-4groundobjectspectrometerisusedtostudythevisiblenear-infraredreflectionspectralcharacteristicsofbauxite(bauxite-bearingrock)samplesunderdifferentparticlesizeconditions.Intheanalysisresults,thespectraldifferencesbet