基于偏光顯微鏡礦物顆粒種類及含量的鑒定問題簡述

（山東理工大學，山東 淄博 255000）

歷年來地質工作者在地質工作中對巖石的鑒別僅僅依靠肉眼觀察，隨著偏光顯微鏡的借助，鏡下鑒定在一定程度上提高了礦物顆粒類型識別的精度，但是主要還是依靠肉眼觀察，百分含量估算也是依靠經驗，其結果不具有說服力，如何達到實現準確判斷礦物種類、精確測定百分含量的目的，與此同時減少鑒定過程中的人工干預，降低對鑒定人員的要求，極大提高巖石薄片鑒定工作的效率和精度成了現在礦物相關行業需要解決的熱點問題之一。

1 礦物鑒定的發展現狀

現階段地質行業巖礦石的鑒定主要分為兩種情況：一是野外手標本的肉眼鑒定；二是在實驗室中制作巖石薄片在偏光顯微鏡下進行鑒定。手標本的肉眼鑒定是為了分辨出巖石種類達到劃分地層方便野外地質信息研究的目的，其過程中礦物種類的鑒定可以粗略的分辨出來，但是各種礦物的含量只能根據地質工作者的經驗來判斷，這樣就導致礦物含量的確定準確水平受人為因素制約；后者是通過制作巖石薄片并在儀器的幫助下，提高礦物種類的鑒定可靠性和準確性，但是也無法有效地解決各種礦物含量的估算問題。在礦物鑒定過程中，不僅不同工作者對同一礦物的鑒定結果不同，而且不同環境或不同時間下基于同一工作對一組的礦物鑒定也會有所不同。出現上述問題的根本原因是現存方法對巖礦石的鑒定只能進行定性分析而不能進行定量分析。也就是說地質工作中只能根據各種礦物對應的性質不同，總結不同礦物之間的區別，而對于各類礦物的含量確定，由于自然地質作用下形成的巖石中的礦物形狀以及粒度多有不同，并且礦物多為共生、伴生關系，且礦物結構多為包含結構、文象結構以及嵌生結構，再加上蝕變影響等因素導致無法找到有效的方法準確地計算礦物的體積或面積，因為此類研究只能通過人眼估算，所以目前應嘗試通過使用電子設備對礦物含量進行更準確的分析。

2 國內外礦物分析方法的發展狀況

用偏光顯微鏡進行巖石薄片鑒定研究的技術和方法，是科研和生產中最基本、最有效、最迅速、最廉價的方法之一，特別在巖石形態和組構研究方面是其他方法無所取代的。早期的巖礦鑒定報告只有文字描述沒有顯微鏡下圖片，隨著顯微鏡技術的更新換代，利用三目攝像可以獲得影像，但是對于國內外技術人員的做法也只是通過肉眼來鑒別巖石薄片中各種礦物的種類，所以通過智能圖像采集軟件鑒別礦物種類，也成為了當前國內外技術人員最熱衷的技術需求。20世紀中期，各行業領域人才開始了借助儀器，而地質專業借助更多的是地理信息系統軟件，例如ArcGIS、MapGIS等。現就建立于這兩款軟件的礦物顆粒圖像處理分析進行如下簡述。

3 利用ArcGIS和MapGIS軟件對數據進行分析

（1）基本原理。利用偏光顯微鏡對巖石薄片進行拍照采集，得到的圖像用ArcGIS或者MapGIS都可以提取三個色度圖層（紅Red、綠Green、藍Blue），圖像中每個像素都具有RGB屬性。分別使用紅、綠、藍作為坐標軸，可以建立RGB三維圖像空間坐標系。

對某塊巖石樣品的圖像進行肉眼鑒定，通過人工指定標準礦物在RGB空間中的位置，將每個像素都劃分為某種礦物類別，通過統計分析，可以獲得某種類型礦物在巖石中的百分含量。通過進一步處理，數據成圖輸出并進行巖石輔助定名。

（2）基本操作。①顯微鏡下間隔固定角度進行拍照。選定巖石薄片標本的研究范圍，即視域范圍。在顯微鏡下使用高清數碼相機間隔固定角度（如5°）進行照片拍攝。將得到的照片按照統一的命名標準進行保存，照片名稱包含樣品編號、正交偏光信息、旋轉角度等信息。②照片預處理及疊加處理。將所得的照片圖像按照巖石薄片旋轉的反方向進行旋轉，消除薄片旋轉造成的礦物顆粒的位移。將處理后的照片疊加顯示，裁剪無效區域，保留中部圓形區域進行下一步分析。③逐象元進行統計分析。提取每個象元在不同旋轉角度的亮度，以巖石薄片旋轉角度為橫軸，象元亮度為縱軸繪制亮度曲線。對該曲線進行統計分析，計算極大值、極小值、平均值、極差、平方差等參數。根據這些參數提取單偏光下的多色性吸收性，正交偏光下的最高干涉色等級，消光類型，消光角等參數。④象元分類及結果統計。在ArcGIS軟件中打開數據圖像，圖像中的每一個像元都擁有不同的RGB值，同一礦物顆粒的RGB值相似。在ArcGIS中通過影像分類中的ISO聚類非監督分類對礦物圖像進行分析，將輸入的波段分成合適的幾類，具體根據圖像里大概含有幾類礦物。將分析好的柵格數據轉換成矢量數據，在數據管理工具箱里找到制圖綜合工具集下的消除面部分（Eliminate Polygon Part），將分出來礦物中的雜質顏色改成與之鄰近的礦物顏色。然后將黑色區域（加拿大樹膠以及裂縫部分）刪除，最后將礦物進行定名。對判定結果進行檢核，并存放在數據庫中。對象元分類結果進行統計，生成礦物顆粒分類結果及百分含量報告。

（3）應用。①野外取樣，室內磨片，鏡下進行照片采集，采用上述方法對巖石中礦物含量進行估算，擁有一定的數據支持，更具可靠性。②采用儀器對野外采集的照片進行處理，具有一定的精確性，對巖石的定名有關鍵的指導作用，以進一步接近實驗室精準定名。③除地質行業之外的其他跟巖石礦物有直接或間接關系的機構單位的研究與處理有一定的輔助作用。

4 研究中易出現的問題

由于設備的精度不同，顯示的亮度也就不同，在采集照片過程中，存在一定的誤差，影響后期的數據分析，同時，礦物并非理想化，礦物的蝕變以及其共伴生關系等對礦物鑒定會產生極大的影響，這就要求研究者們把蝕變、切片方向等因素加入到考慮范圍內。目前礦物顆粒的含量估算已經取得一定的成果，但在對礦物進行種類分析方面還處于一個瓶頸期，相信在不久的將來在眾多研究者的努力下可以達到預期目標。

5 結論

隨著國家經濟與技術的快速發展與進步，我國在地質勘查、開采資源等方面取得極大的進步，針對巖石礦物顆粒鑒別與礦物含量估算，不同的研究者經驗不同因此對于相同巖石礦物的種類和含量會得到不一樣的結果，進而導致對同一個巖石會得出不同的名稱。此文即筆者就上述相關問題進行簡單論述以供地質工作者在后續工作和研究中作參考。