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地質(zhì)勘測研究先進技術(shù)及其應用概述

瀏覽次數(shù)：4614　發(fā)布日期：2018-10-16　來源：本站　僅供參考，謝絕轉(zhuǎn)載，否則責任自負

一、CoreScanner樣芯元素分析與CT技術(shù)

CoreScanner芯體元素分布與密度掃描分析系統(tǒng)由瑞典ITRAX公司研制生產(chǎn)，集成了X-光掃瞄成像技術(shù)（CT）、XRF元素分析技術(shù)及光學掃描成像技術(shù)等，可以對海洋湖沼等沉積樣芯、地球地質(zhì)樣芯等的X-光數(shù)碼成像樣芯密度分布分析和元素濃度分布分析，用于海洋勘測研究、地球地質(zhì)勘測研究、地質(zhì)資源勘測研究、地質(zhì)年輪及環(huán)境氣候年輪分析等領域，高解析度、非接觸和非損傷性掃描分析，可以對大量樣芯及形成幾百萬年的剖面樣芯進行快速分析，是目前世界最先進的海洋湖泊沉積樣芯及地球地質(zhì)樣芯分析系統(tǒng)。其主要功能特點為：

結(jié)合了XRF技術(shù)、X-光密度掃描技術(shù)（CT）及高分辨率彩色掃描成像技術(shù)等國際先進技術(shù)
樣芯數(shù)字化技術(shù)，樣芯數(shù)字化彩色掃描圖像、數(shù)字化密度分布圖像（CT）、數(shù)字化元素濃度分布圖像及磁化率等形成數(shù)字化樣芯，全面反映樣芯理化特性乃至形成歷史等、環(huán)境變遷史、地質(zhì)史等
XRF元素分析技術(shù)（Al-U）直接給出元素實際濃度及樣芯剖面濃度分布，高精確度、高靈敏度（ppm級）、高穩(wěn)定性
檢測分析效率高，10分鐘即可完成100cm樣芯的分析，樣芯裝載后全自動運行
非接觸式掃描分析，不破壞樣芯
可超負荷工作，每年可工作幾千小時

英國海洋沉積樣芯研究機構(gòu)（采集保存了全球各地海洋領域的深海沉積樣芯（截至2009年已采集了1400個不同海洋區(qū)域的沉積樣芯），最深達1249米，用于海洋勘測調(diào)查、油氣資源調(diào)查、海洋資源評估、環(huán)境污染研究、海底纜線等建設及海洋戰(zhàn)略性研究，并與歐盟、北美、日本等合作和信息分享。由澳大利亞、德國、法國、日本、英國、美國等合作實施的“海洋鉆探項目”(Ocean Drilling Program，ODP)于2003年結(jié)束后，又有美國挑頭組成“IODP（Integrated Ocean Drilling Program）項目”繼續(xù)開展該項工作。Itrax CoreScanner為上述項目提供了強大關(guān)鍵的、快速高解析度的研究分析平臺，甚至已發(fā)現(xiàn)從本世紀一直到三疊紀2.27萬年以前的深海樣芯。德國地質(zhì)科學研究中心（German Research Center for Geosciences）利用Itrax CoreScanner對350米長的深海沉積樣芯進行了每秒1mm解析度的掃描分析。

Itrax CoreScanner主要技術(shù)指標：

XRF、X-光數(shù)碼掃描成像、光學成像及磁化率（備選）掃描技術(shù)
XRF技術(shù)可分析包括從Al到U的絕大多數(shù)元素沿芯體的含量分布，多種元素同時檢測，對于絕大部分金屬元素精度可達ppm級；常見的元素濃度分布分析包括Al、Si、S、Cl、K、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Br、Rb、Sr、Zr、Ba和Pb等
系統(tǒng)軟件具備強大的數(shù)據(jù)分析功能，不僅可以分析展示不同元素濃度的分布，還可給出不同元素比率的分布，如Ca/Fe、Si/Ti、Si/Sr、Ca/Sr、Fe/Rb、Cu/Rb、Zr/Rb、Mn/Ti、Ba/Ti、Br/Ti、Br/Cl、Inc/coh等，這些比率分布具有重要的科學意義，如Br/Cl意味著富含有機質(zhì)的沉積層等
X-光數(shù)碼掃描成像技術(shù)，用于芯體層級層積顯微分析和結(jié)構(gòu)顯微分析，分辨率可達20微米
掃描數(shù)碼RGB線陣鏡頭用于樣品表面光學成像，以便選取進一步掃描分析的樣芯范圍，并與X-光密度成像和元素含量進行比較分析
樣芯（或樣芯板片）步進掃描，步進級可以從100微米到厘米級，最大樣芯長度為1.8m
計算機軟件控制，可以無人看守自動掃描分析，可一次掃描分析幾個樣芯（總長度不超過1.8m）
1米長的樣芯按1cm步進掃描分析僅需5分鐘；按200微米的步進級掃描分析約需3個小時
具激光剖面三角測量系統(tǒng)，用于測量芯體表面形狀以控制XRF元素分析儀相對于樣芯表面的位置（保障檢測儀與樣芯表面保持同樣的距離），因而系統(tǒng)不僅可檢測表面平滑的樣芯，也可檢測表面粗糙的樣品

二、XRF Scanner樣芯元素掃描分析技術(shù)

XRF Scanner樣芯元素掃描分析系統(tǒng)是由瑞典ITRAX公司在CoreScanner的基礎上研制生產(chǎn)，主要用于巖礦樣芯及沉積樣芯元素快速精確高靈敏度掃描分析，分SC單樣芯掃描分析系統(tǒng)（每次裝載一個樣芯）和MC多樣芯（每次可裝載多個樣芯進行分析）掃描分析系統(tǒng)兩個版本。其主要技術(shù)特點為

可對樣芯一次性掃描分析從Na到U的所有元素及REE（稀土元素）濃度及分布
Polyflat™X-光聚集技術(shù)，非接觸性元素掃描分析，Micro X-光束對每個點精確掃描分析并可進行平均，如沿樣芯每厘米的平均濃度或整個樣芯的平均濃度
高通量樣芯元素掃描分析，1m長樣芯多元素同步分析只需100秒，單位時間提供最高質(zhì)量的元素分析數(shù)據(jù)
一次即可持續(xù)掃描完畢，無需停頓
可以給出高濃度常量元素到痕量元素的濃度及分布（每個掃描分析點及平均濃度）
可分析元素相位分布及相關(guān)關(guān)系
具RGB高分辨率彩色鏡頭及LED光源，具樣品條碼掃描器
高精確度、高穩(wěn)定性、高靈敏度

通常情況下，頁巖具有豐富的地質(zhì)化學組成和痕量金屬元素，可以反映其沉積環(huán)境、起源、成巖作用等。ITRAX實驗室應客戶需求利用XRF Scanner,以每點（point）每秒1cm的步進速度，對波羅的海Oland島的頁巖進行了掃描分析，分析記錄了2400個點的元素數(shù)據(jù)（每個點代表頁巖樣芯剖面1cm的測量數(shù)據(jù)），發(fā)現(xiàn)有30多種元素，包括一些主要元素如Al、Si、K、Ca、Ti、Fe，微量元素如P、Cl、S、Mn、Rb、Sr，及痕量元素V、Cr、Ni、Cu、Zn、As、Br、Y、Zr、Mo、Nb、Ba、Pb、Th、U。結(jié)果表明，頁巖樣芯富含典型的粘土元素如Al、K、Ti和Rb，同時TOC（有機碳）代理元素如V、Ni、Mo及U也很典型。這意味著成巖作用在水底部缺氧、富含硫化物。

另一個案例為來自澳大利亞塔斯馬尼亞州的富于稀土元素的巖礦樣芯，XRF Scanner不僅給出了樣芯各種元素的濃度，還可以顯示樣芯剖面各種元素的濃度分布，而且通過元素濃度相關(guān)分析，可以識別鑒定礦相（Mineral phases），如本樣芯Y（釔）與所有其它記錄到的稀土元素（如Nb、Ce、Pr、Nd、Dy）存在高度相關(guān)關(guān)系，這意味著XRF譜線中所有稀土元素都屬同一礦相。

主要技術(shù)指標：

XRF：135eV分辨率，非接觸性掃描
X-光管：50瓦銠陽極X-光管，預期壽命50000小時
掃描步進：標準1mm-10mm，可客戶定制0.1mm步進（更高空間分辨率）
MC版最多可一次性裝載分析8個樣芯
樣芯長度：標準1m、直徑12cm，可根據(jù)客戶需求延長樣芯長度或直徑（至15cm）
可選配紫外光用于UV熒光成像
大小規(guī)格：
- MC版：190L x 120W x 165H，重量500Kg
- SC版：190L x 700W x 165H，重量420Kg

三、SciTrace LIBS元素分析系統(tǒng)

SciTrace LIBS元素分析系統(tǒng)由歐洲工程技術(shù)中心（CEITEC）研制生產(chǎn)，用于巖礦、材料、塑料、土壤及植物等的元素分析和元素分布2D成像，可廣泛應用于地質(zhì)科學、材料科學、土壤科學、生物科學、環(huán)境科學、考古學、生物醫(yī)學等領域樣品分析。系統(tǒng)由脈沖激光、光譜儀、檢測器、樣品激光作用室（interaction chamber）、控制系統(tǒng)、光機結(jié)構(gòu)等組成，采用模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同的需求應用靈活組合，具備強大的擴展性能。

主要技術(shù)特點；

模塊式結(jié)構(gòu)組成，配置高度靈活、系統(tǒng)高度可擴展，擴展升級不必要返廠，在實驗室即可就地升級擴展，甚至客戶自己就可在實驗室進行擴展升級
高端LIBS系統(tǒng)，可適用于環(huán)境監(jiān)測（土壤污染、微粒或沉積分析、突發(fā)事件檢測等）、巖礦分析、塑料等各種材料分析、土壤分析、植物分析、痕跡溯源追蹤分析、法醫(yī)與生物醫(yī)學檢測（牙齒、骨骼、毛發(fā)等）、考古學檢測等各種應用
高端全光譜Echelle光譜儀及iCCD光譜檢測器，高穩(wěn)定性、高精確度、高靈敏度，每次可檢測分析所有波段光譜；如特別需要，可選配Czerny Turner光譜儀及相應iCCD光譜檢測器以進一步達到更低的檢測極限（參見下表，檢測極限很大程度上與樣品本身有關(guān)，如植物中的C、N一般很難達到表中的檢測極限），但這類超高靈敏度檢測系統(tǒng)每次能檢測的波段數(shù)量有限——這意味著每次可分析的元素種類有限
單脈沖或雙脈沖激光技術(shù)
可分析元素周期表中所有元素，檢測極限可達0.1ppm甚至更低（參見上表）；可同時選配Echelle全光譜檢測系統(tǒng)和超高靈敏度Czerny Turner檢測系統(tǒng)（安裝在同一分析室組成雙檢測系統(tǒng)）
高端LIBS樣品激光作用室（LIBS interaction chamber），激光“密封”在室內(nèi)作用于樣品，具備激光過濾器觀察口，確保分析過程的安全；三維樣品自動操作、自動聚焦，可產(chǎn)生不同角度不同側(cè)面格式的2D圖像（2D mapping）；集成有激光聚焦、等離子體輻射采集、CMOS鏡頭、激光濾波器等光學元件；具備各種可擴展端口以便升級擴展各種配件及雙脈沖LIBS、LIBS＋LIFS、拉曼光譜、IR光譜、光致發(fā)光（photoluminescence）等；可模擬不同的大氣條件等；還可選配其它經(jīng)濟型分析室（參見下表）

移動式系統(tǒng)平臺，方便操作、移動等
CEITEC專家團隊提供技術(shù)支持，隨時提供最佳最優(yōu)的LIBS方案，并愿意合作進行應用研究和發(fā)表論文

四、X-Trace LIBS遙測分析系統(tǒng)

X-Trace LIBS元素遙測分析系統(tǒng)由歐洲工程技術(shù)中心（CEITEC）研制生產(chǎn)，用于巖礦、材料、塑料、土壤及植物等的元素分析和元素分布2D成像，可廣泛應用于地質(zhì)科學、材料科學、土壤科學、生物科學、環(huán)境科學、考古學、生物醫(yī)學等領域樣品分析。系統(tǒng)主要由移動平臺（Transport module）、遙測模塊（Stand-off detection module）和手持光纖探頭（Fiber optic module with hand probe）等組成，移動平臺集成有光譜儀、檢測器、控制系統(tǒng)、光機結(jié)構(gòu)等，遙測模塊內(nèi)置脈沖激光發(fā)射器和聚焦系統(tǒng)及等離子體光譜采集系統(tǒng)等。整機采用模塊式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)不同的需求應用靈活組合，具備強大的擴展性能。

主要技術(shù)特點；

Stand-off LIBS 與Remote LIBS專利技術(shù)，原位非接觸測量分析，遙測距離可達20m
模塊式結(jié)構(gòu)組成，配置高度靈活、系統(tǒng)高度可擴展，擴展升級不必要返廠，在實驗室即可就地升級擴展
移動平臺方便操作、移動等
高端LIBS系統(tǒng)，可適用于環(huán)境監(jiān)測（土壤污染、微粒或沉積分析、突發(fā)事件檢測等）、巖礦分析、塑料等各種材料分析、土壤分析、植物分析、痕跡溯源追蹤分析、法醫(yī)與生物醫(yī)學檢測（牙齒、骨骼、毛發(fā)等）、考古學檢測等各種應用
遙測模塊可遠距離（可達20m）原位非接觸激光脈沖聚焦沖蝕遙測，或手持光纖探頭原位激光脈沖聚焦沖蝕測量
高端全光譜Echelle光譜儀及iCCD光譜檢測器，高穩(wěn)定性、高精確度、高靈敏度，每次可檢測分析所有波段光譜；如特別需要，可選配Czerny Turner光譜儀及相應iCCD光譜檢測器以進一步達到更低的檢測極限（參見下表，檢測極限很大程度上與樣品本身有關(guān)，如植物中的C、N一般很難達到表中的檢測極限），但這類超高靈敏度檢測系統(tǒng)每次能檢測的波段數(shù)量有限——這意味著每次可分析的元素種類有限
可分析元素周期表中所有元素，檢測極限可達0.1ppm甚至更低；可選配Echelle全光譜檢測系統(tǒng)或超高靈敏度Czerny Turner檢測系統(tǒng)
CEITEC專家團隊提供技術(shù)支持，隨時提供最佳最優(yōu)的LIBS方案，并愿意合作進行應用研究和發(fā)表論文。

五、易科泰SPECIM高光譜成像技術(shù)

Specim高光譜掃描技術(shù)廣泛應用于地質(zhì)科學及礦產(chǎn)資源勘測，成為地質(zhì)礦產(chǎn)高光譜成像分析的領導者。在此主要介紹廣被采用的完整系統(tǒng)SisuSCS、SisuROCK和SisuCHEMA。易科泰生態(tài)技術(shù)公司可以根據(jù)需求制定不同的選配方案。

1、SisuSCS高光譜單樣芯掃描平臺（Situ Single Core Scanner）

SituSCS適于對單個巖礦樣芯或湖泊沉積樣芯進行高光譜掃描成像分析，可選配400-1000nmVNIR傳感器或1000-2500SWIR傳感器，整機重量約重100kg，適合于樣芯量不大的實驗室進行高光譜分析。

SisuSCS高光譜樣芯掃描分析可以快速、無損傷、非接觸、高分辨率獲取巖石樣芯或沉積樣芯的光譜反射特征，可以提供其它樣芯分析技術(shù)所不能提供的物質(zhì)組成與時空分布大數(shù)據(jù)信息。

2、SisuRock高光譜樣芯掃描平臺

SituRock應用于高速大量巖礦樣芯、土壤樣芯等的高光譜掃描分析，每天可自動完成幾百米長度的巖礦樣芯掃描成像分析，可選配970-2500nm SWIR傳感器、400-1000nm VNIR或8-12um熱成像傳感器，整機重量約500kg，樣芯最大可150cm(L) x 65cm(W) x 20cm(H)，重量可達50kg。

A single core image scanned by SisuROCK in the SWIR range (970 to 2500 nm), at 0.2 mm pixel resolution. Scanning speed 20 mm/second

Ore–Waste Discrimination in Epithermal Deposits Using Near-Infrared to Short-Wavelength Infrared (NIR-SWIR) Hyperspectral Imagery, Math Geosci. 2018

3、SisuChema高光譜化學成像分析平臺

SituChema適用于小型如巖礦、晶體、土壤顆粒等樣品的掃描分析，可選配400-1000nm VNIR或900-1700nm NIR或1000-2500nm SWIR傳感器，最大樣品大小為200x300x45mm，可對10mm甚至更小的樣品進行解析度為30微米的掃描成像分析

Consistency of Measurements of Wavelength Position From Hyperspectral Imagery: Use of the Ferric Iron Crystal Field Absorption at 900 nm as an Indicator of Mineralogy. Transactions on Geoscience and remote sensing, 2014

六、UAV遙測技術(shù)——GeoDrone UAV（無人機）遙測平臺

無人機（UAV）作為遙測平臺，最先在軍事領域得到重用，用于信息采集、偵測等。隨著無人機技術(shù)的發(fā)展和普及，及遙測傳感器如CCD彩色成像技術(shù)、多光譜成像技術(shù)、高光譜成像技術(shù)等的發(fā)展，無人機遙測技術(shù)在地球地質(zhì)科學、生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、自然資源管理等的應用已成為繼衛(wèi)星遙測技術(shù)后的重要平臺。GeoDrone UAV遙測平臺由易科泰生態(tài)技術(shù)公司自主研發(fā)集成的UAV地面信息遙測平臺，采用國際先進的光譜成像傳感器技術(shù)，應用于地球地質(zhì)勘測包括地質(zhì)災害監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境調(diào)查監(jiān)測、農(nóng)業(yè)病蟲害及脅迫（如干旱脅迫、熱脅迫等）監(jiān)測評估預警、地理信息系統(tǒng)、野生動物及其棲息地調(diào)查監(jiān)測評估、林業(yè)病蟲害及森林火災調(diào)查監(jiān)測預警、濕地資源調(diào)查評估、自然保護區(qū)管理等。

技術(shù)特點：