一、LIBS技術(shù)原理及其在礦物勘探中的適用性

1.原理簡(jiǎn)述

LIBS技術(shù)基于高能量激光脈沖聚焦于樣品表面，使樣品瞬間氣化、電離形成等離子體。在這個(gè)過程中，等離子體中的原子和離子會(huì)發(fā)射出具有特定波長(zhǎng)的特征光譜線。例如，當(dāng)激光脈沖作用于含有鐵元素的礦石時(shí)，鐵原子會(huì)在等離子體中被激發(fā)，發(fā)射出如371.99nm、373.49nm等特定波長(zhǎng)的光譜線，這些光譜線就如同元素的“指紋”，通過檢測(cè)和分析這些光譜線，就能確定樣品中所含的元素種類及其含量。

與傳統(tǒng)的礦物勘探分析方法相比，LIBS具有顯著的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)方法如化學(xué)分析法往往需要對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理，包括研磨、溶解、分離等多個(gè)步驟，且分析過程耗時(shí)較長(zhǎng)。而LIBS則無需繁瑣的樣品預(yù)處理，可直接對(duì)固體樣品進(jìn)行分析，無論是礦石塊體還是粉末樣品都能適用。這使得LIBS在野外現(xiàn)場(chǎng)勘探中能夠快速獲取礦物信息，大大提高了勘探效率。

2.元素檢測(cè)范圍與靈敏度

LIBS能夠檢測(cè)多種元素，涵蓋了大多數(shù)常見的金屬和非金屬元素。在礦物勘探中，它可以檢測(cè)到從常量元素如硅、鋁、鐵、鈣等，到微量元素如鋰、鈹、鈮、鉭等。其檢測(cè)靈敏度較高，對(duì)于一些含量較低的元素也能準(zhǔn)確檢測(cè)。例如，在某些稀有金屬礦的勘探中，LIBS可以檢測(cè)到百萬分之一甚至更低含量的稀有金屬元素，這有助于發(fā)現(xiàn)潛在的高價(jià)值礦脈，為勘探工作提供更全面、精確的元素信息。

二、LIBS儀器在野外環(huán)境中的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

1.便攜性與堅(jiān)固性

專為野外現(xiàn)場(chǎng)勘探設(shè)計(jì)的LIBS儀器通常具有良好的便攜性。它們體積小巧、重量較輕，方便地質(zhì)勘探人員攜帶到偏遠(yuǎn)的山區(qū)、沙漠等野外作業(yè)地點(diǎn)。例如，一些便攜式LIBS儀器重量可控制在10-20公斤左右，甚至更輕，可以輕松裝在背包或小型運(yùn)輸工具中。同時(shí)，這些儀器的外殼采用堅(jiān)固耐用的材料制作，能夠抵御野外惡劣的環(huán)境條件，如風(fēng)沙、雨水、震動(dòng)等。在崎嶇的山路運(yùn)輸過程中或在多風(fēng)沙的戈壁灘使用時(shí)，儀器依然能夠正常工作，保證勘探工作的順利進(jìn)行。

2.快速分析與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理

LIBS儀器在野外現(xiàn)場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速分析。從激光脈沖發(fā)射到獲取光譜數(shù)據(jù)并完成初步分析，整個(gè)過程可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成，通常只需幾秒到幾分鐘。這使得地質(zhì)勘探人員可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的樣品進(jìn)行檢測(cè)。例如，在一個(gè)野外礦點(diǎn)，勘探人員一天內(nèi)可以使用LIBS儀器分析上百個(gè)樣品，快速篩選出可能有價(jià)值的礦石區(qū)域。而且，現(xiàn)代的LIBS儀器大多配備了先進(jìn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理軟件，能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和存儲(chǔ)，生成直觀的分析報(bào)告，如元素含量列表、光譜圖等，方便勘探人員及時(shí)了解樣品的元素組成情況，并根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果調(diào)整勘探策略。

三、LIBS在野外現(xiàn)場(chǎng)礦物勘探中的實(shí)際應(yīng)用案例與效果

1.金屬礦勘探實(shí)例

在銅礦勘探中，某地質(zhì)勘探隊(duì)使用LIBS儀器對(duì)某山區(qū)的巖石樣本進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)分析。通過對(duì)大量巖石樣本的快速檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)了一些具有較高銅含量特征光譜信號(hào)的樣本區(qū)域。進(jìn)一步的詳細(xì)勘探和分析證實(shí)，這些區(qū)域存在著具有一定規(guī)模的銅礦脈。與傳統(tǒng)的勘探方法相比，LIBS技術(shù)大大縮短了勘探周期，原本需要數(shù)月的初步勘探工作，使用LIBS后在幾周內(nèi)就完成了關(guān)鍵區(qū)域的篩選和初步評(píng)估，為后續(xù)的深入勘探和開采工作節(jié)省了大量的時(shí)間和成本。

2.稀有金屬礦勘探成效

在稀土金屬礦的勘探中，LIBS也發(fā)揮了重要作用。由于稀土元素的特殊性質(zhì)和重要價(jià)值，其勘探工作要求較高的檢測(cè)精度和靈敏度。LIBS儀器憑借其對(duì)微量元素的準(zhǔn)確檢測(cè)能力，在某地區(qū)的野外勘探中成功檢測(cè)到了低含量的稀土元素富集區(qū)域。通過對(duì)這些區(qū)域的追蹤和研究，發(fā)現(xiàn)了新的稀土金屬礦源，為國(guó)家的稀土資源儲(chǔ)備和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力的支持。同時(shí)，LIBS在勘探過程中對(duì)環(huán)境的影響較小，符合現(xiàn)代綠色勘探的要求，減少了對(duì)野外生態(tài)環(huán)境的破壞。

LIBS激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)以其獨(dú)特的原理、在野外環(huán)境中的良好適應(yīng)性以及顯著的應(yīng)用效果，正在逐步革新野外現(xiàn)場(chǎng)礦物勘探工作。它為地質(zhì)勘探人員提供了一種快速、準(zhǔn)確、高效且環(huán)保的礦物勘探手段，有望在未來的礦產(chǎn)資源開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，推動(dòng)全球礦業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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審核編輯 黃宇