王書豪，申俊峰，彭自棟，徐立為，牛 剛，劉海明，李金春，杜佰松，劉家軍

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.中國科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；3.北京金有地質(zhì)勘查有限責(zé)任公司，北京 100011；4.甘肅鼎豐礦業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000；5.拉瓦爾大學(xué) 地質(zhì)與地質(zhì)工程系，魁北克 拉瓦爾 G1V0A6；6.合作合力礦業(yè)有限公司，甘肅 合作 747000)

0 引 言

近年來，短波紅外光譜技術(shù)(short-wave infrared spectroscopy，SWIR)被廣泛應(yīng)用于蝕變礦物研究領(lǐng)域。前人研究[1]表明，波長在780～2 500 nm之間的近紅外光可以被甲基、甲氧基、羧基、羥基、巰基和氨基等官能團(tuán)選擇性吸收。根據(jù)上述原理發(fā)展而來的短波紅外光譜技術(shù)可有效快捷地識別熱液蝕變中常見的含羥基礦物等，半定量地計算蝕變礦物的相對含量，從而圈定熱液蝕變帶或礦化帶，判斷成礦作用規(guī)模和強(qiáng)度[2-6]。

在中國短波紅外光譜技術(shù)起步較晚，連長云和章革等學(xué)者最早將其應(yīng)用于云南普朗斑巖銅礦、西藏驅(qū)龍銅礦和新疆土屋斑巖銅礦等，利用短波紅外光譜技術(shù)進(jìn)行蝕變礦物填圖，從而建立礦床蝕變分帶模型，取得了良好的效果[7-9]。此后，一些學(xué)者又將短波紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于金礦床的找礦勘查中，并取得了一定的成果[10-13]。

崗岔—克莫金礦是近幾年在西秦嶺北緣發(fā)現(xiàn)的具有淺成低溫?zé)嵋盒偷V床特征的金礦床[14]。該礦床目前分屬兩個礦權(quán)區(qū)，其中北部的崗岔金礦區(qū)勘查程度較高，現(xiàn)已探明金資源儲量19 t；南部的地瑞岡礦區(qū)克莫礦段目前尚未圈定儲量。以往工作[15-18]表明，崗岔金礦區(qū)和地瑞岡礦區(qū)克莫礦段可能均屬于同一斑巖成礦系統(tǒng)，深部找礦潛力仍較大。

在斑巖成礦系統(tǒng)中，常采用蝕變分帶方法來定位熱液活動中心，并據(jù)此指導(dǎo)勘查工作[19-21]。但是在崗岔—克莫礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的蝕變類型多為絹英巖化、黏土化等，常規(guī)手段較難分辨具體礦物種類，很難快速準(zhǔn)確地確定蝕變礦物組合并劃分蝕變分帶。因此，本文利用短波紅外光譜礦物分析技術(shù)對崗岔—克莫金礦區(qū)的蝕變特征進(jìn)行研究，分析蝕變與金礦化的關(guān)系，厘清蝕變礦物分帶及其礦物組合，并據(jù)此定位礦區(qū)內(nèi)的熱液活動中心或礦化中心，為下一步的找礦勘查工作提供依據(jù)。

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

崗岔—克莫金礦位于西秦嶺北緣夏河—合作礦集區(qū)內(nèi)，在行政區(qū)劃上屬甘肅省合作市轄區(qū)。崗岔—克莫金礦區(qū)內(nèi)的地層出露相對比較單一，出露地層主要有三疊系隆務(wù)河群(T1L)、二疊系大關(guān)山組(P1d)以及新近系甘肅群(N)和第四系沖洪積物(Q)(圖1)。三疊系隆務(wù)河群(T1L)是研究區(qū)內(nèi)的主要出露地層，也是主要的賦礦地層。其巖性主要為凝灰?guī)r、變質(zhì)凝灰?guī)r、安山巖、角礫巖和集塊巖等，巖石比較破碎，常發(fā)育赤鐵礦化、褐鐵礦化。二疊系大關(guān)山組(P1d)巖性主要為蝕變凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、炭質(zhì)板巖和粉砂質(zhì)板巖。新近系甘肅群(N)零星出露于研究區(qū)內(nèi)，第四系沖洪積物(Q)分布于洼地和河谷地帶。

圖1 崗岔—克莫礦區(qū)地質(zhì)簡圖

德烏魯巖體為礦區(qū)內(nèi)最主要的巖體，巖性以花崗閃長巖為主。德烏魯巖體與金礦體關(guān)系密切，礦區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的5條主要金礦脈位于該巖體的東側(cè)。前人[22]研究表明，德烏魯巖體中花崗閃長巖形成于(242±2)Ma。

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造非常發(fā)育且控礦作用明顯，礦區(qū)目前已圈定的主要礦體均受到北北西向和近北東向斷裂構(gòu)造的控制。礦區(qū)內(nèi)蝕變發(fā)育比較普遍，不同程度地發(fā)育了黃鐵礦化、褐鐵礦化、毒砂化、絹云母化、硅化、黏土化和綠泥石化等蝕變類型。

2 工作方法

本次工作中使用的測試儀器為便攜式短波紅外礦物分析儀(BJKF-1型)。研究過程主要包括樣品采集、樣品測試和數(shù)據(jù)處理等。

本次工作中共采集用于短波紅外光譜研究的樣品663件，主要取于鉆孔巖心和地表巖石。用于取樣的鉆孔位置以及地表取樣位置如圖1所示。其中巖心樣品全部從第07勘探線剖面上的ZK07-4、ZK07-6和ZK07-7鉆孔巖心中取得，共計317件。根據(jù)巖心編錄資料，礦體及其周圍的取樣間距為1～2 m，無礦段的取樣間距為5～8 m。

采集地表樣品時，首先根據(jù)前人對本礦區(qū)的研究成果，將礦區(qū)內(nèi)找礦潛力較大的矩形區(qū)域圈定出來并重點研究(圖1)。地表樣品均取自該重點研究區(qū)域，共計346件。取樣位置呈放射狀覆蓋該區(qū)域。

對樣品進(jìn)行短波紅外光譜測試時，為了使測試結(jié)果更準(zhǔn)確，本次工作中對每件樣品均選取3個不同的新鮮面進(jìn)行掃描，每次掃描時間一般在60 s左右。樣品的短波紅外光譜數(shù)據(jù)分析主要采用儀器自帶的軟件完成，可以實現(xiàn)樣品短波紅外測試數(shù)據(jù)的讀取、短波紅外光譜曲線的顯示、短波紅外光譜參數(shù)的提取等功能。首先利用軟件的自動解譜功能，識別和提取樣品光譜中所包含的蝕變礦物種類、相對含量及特征吸收峰強(qiáng)度、位移等信息，然后通過人工方法將樣品光譜曲線與礦物標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線反復(fù)對比，最終確定各樣品的礦物特征信息。

3 短波紅外光譜測試結(jié)果

3.1 蝕變礦物種類

礦區(qū)內(nèi)短波紅外分析結(jié)果表明，在鉆孔巖心樣品中共識別出14種蝕變礦物，分別是白云母、伊利石、地開石、高嶺石、蒙脫石、石英、鋰云母、方解石、金云母、綠泥石、綠簾石、滑石、坡縷石和石膏(圖2(a))。選取出現(xiàn)頻數(shù)超過50的白云母、伊利石、地開石、高嶺石、蒙脫石和石英等6種礦物進(jìn)行重點分析。地表樣品中共識別出17種蝕變礦物(圖2(b))，分別為白云母、伊利石、綠泥石、蒙脫石、綠簾石、高嶺石、地開石、陽起石、滑石、白云石、方解石、石膏、蛋白石、葉蠟石、蛇紋石、明礬石和坡縷石。選取出現(xiàn)頻數(shù)大于50的白云母、伊利石、蒙脫石、綠泥石、綠簾石和高嶺石，重點分析其空間分布規(guī)律。

圖2 研究區(qū)蝕變礦物頻數(shù)統(tǒng)計圖

主要蝕變礦物短波紅外光譜曲線如圖3所示。白云母短波紅外光譜曲線最明顯的特征是位于2 200 nm附近的Al—OH吸收峰。同時隨著白云母中Al含量的減少，Al—OH的特征吸收峰位置會向長波方向發(fā)生漂移。絹云母即細(xì)小鱗片狀的白云母，結(jié)合鏡下鑒定結(jié)果，判斷短波紅外光譜儀識別出的白云母即為絹云母。伊利石短波紅外光譜的典型特征是位于2 200 nm附近的Al—OH吸收峰，同時在1 410～1 440 nm和1 905 nm附近分別出現(xiàn)羥基與水的合成吸收峰和吸附水的吸收峰。高嶺石短波紅外光譜曲線的特征為在2 210 nm附近出現(xiàn)Al—OH吸收峰，在2 320～2 380 nm附近會出現(xiàn)明顯的“三階梯峰”，同時在1 410～1 440 nm附近和1 910 nm附近出現(xiàn)羥基與水的合成吸收峰和吸附水的吸收峰[23]。蒙脫石的短波紅外光譜曲線在2 135 nm附近會出現(xiàn)明顯的Al—OH特征吸收峰，另外會在1 423 nm附近和1 915 nm附近出現(xiàn)羥基與水的合成吸收峰和吸附水峰。地開石的短波紅外光譜曲線中最為明顯的特征是在1 400 nm和2 190 nm附近出現(xiàn)雙峰，其中位于1 400 nm附近的雙峰間距是區(qū)分地開石與高嶺石的主要依據(jù)，地開石的雙峰間距為25～35 nm，而高嶺石的雙峰間距則小于15 nm[24]。綠泥石短波紅外光譜特征為位于2 250～2 260 nm附近和2 340～2 350 nm附近的Fe—OH和Mg—OH的吸收峰，同時又因鎂離子與鐵離子相互取代的程度，F(xiàn)e—OH和Mg—OH特征吸收峰均會發(fā)生吸收強(qiáng)度和位置的差異[25]。另外，綠泥石的短波紅外光譜曲線在1 410 nm附近會出現(xiàn)羥基與水的合成吸收峰，在1 910 nm和2 000 nm附近會出現(xiàn)H2O吸收峰。綠簾石的短波紅外光譜曲線與綠泥石幾乎相同，可依據(jù)1 540 nm處是否出現(xiàn)特征吸收峰將二者區(qū)分開。

圖3 主要蝕變礦物短波紅外光譜圖

3.2 鉆孔中主要蝕變礦物空間分布

根據(jù)ZK07-4、ZK07-6和ZK07-7中巖心樣品的短波紅外光譜測試結(jié)果的分析統(tǒng)計，繪制主要蝕變礦物相對含量等值線圖，并結(jié)合第ZK-07勘探線剖面圖，研究蝕變礦物分布特征及其與金礦體的空間關(guān)系結(jié)果如圖4所示。

圖4 ZK-07勘探線剖面主要蝕變礦物相對含量等值線圖

白云母在鉆孔中廣泛發(fā)育，金礦體附近白云母的相對含量明顯較高，而無礦區(qū)域白云母的相對含量較低，其相對含量高值區(qū)與金礦體在空間上能夠很好地對應(yīng)。伊利石在鉆孔中的發(fā)育同樣比較普遍，但伊利石分布范圍相比白云母更為集中，且與金礦體的空間對應(yīng)程度更精確，伊利石的相對含量高值區(qū)幾乎都出現(xiàn)在礦體附近。石英在鉆孔中的空間分布十分集中，主要出現(xiàn)在礦體區(qū)域，少量出現(xiàn)在近地表區(qū)域。地開石、蒙脫石在鉆孔中相對含量較低，一般在距礦體較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)零星分布，高嶺石則集中分布于近地表區(qū)域。

根據(jù)上述分析，總結(jié)得出以上6種蝕變礦物在鉆孔中的空間分布規(guī)律：白云母、伊利石和石英主要在礦體附近發(fā)育，而地開石、高嶺石和蒙脫石一般發(fā)育在距礦體較遠(yuǎn)的區(qū)域。這表明絹英巖化作為主要的近礦蝕變類型，對本礦區(qū)的勘查工作具有一定的指示意義。

3.3 地表主要蝕變礦物空間分布

根據(jù)地表樣品短波紅外分析結(jié)果，并結(jié)合重點研究區(qū)的地質(zhì)簡圖，分析總結(jié)地表6種蝕變礦物的空間分布規(guī)律，進(jìn)而得出礦區(qū)內(nèi)蝕變礦物組合及蝕變分帶，如圖5所示。

圖5 重點研究區(qū)地表蝕變礦物空間分布圖

重點研究區(qū)域內(nèi)白云母發(fā)育十分普遍，其相對含量高值區(qū)主要集中于下家門溝口附近，尤其是東、西兩側(cè)(圖5(a))。伊利石在重點研究區(qū)域內(nèi)普遍發(fā)育，在空間分布上相對比較分散，下家門溝口附近區(qū)域伊利石相對含量較高(圖5(b))。蒙脫石空間分布較為分散，零散地分布于整個重點研究區(qū)域內(nèi)。但是各樣品中蒙脫石的相對含量普遍不高，一般小于30%，只有在下家門溝口南側(cè)的一個東西向條帶區(qū)域內(nèi)相對含量稍高，可以達(dá)到40%以上(圖5(c))。

高嶺石在空間分布上主要集中于下家門溝口南側(cè)的狹長東西向條帶區(qū)域內(nèi)，而在此區(qū)域之外的樣品則幾乎不能識別出高嶺石(圖5(d))。綠泥石的分布比較廣泛，但主要廣泛分布在外圍區(qū)域，而幾乎沒有出現(xiàn)在下家門溝口附近區(qū)域的樣品中(圖5(e))。綠簾石在空間上集中分布于主要研究區(qū)域西南部的外圍區(qū)域，但與綠泥石相比，綠簾石的分布范圍更為集中且與下家門溝口的距離更近(圖5(f))。

3.4 蝕變帶劃分

根據(jù)上文分析結(jié)果，在各個鉆孔樣品中，將作為近礦蝕變礦物的白云母、伊利石、石英的相對含量加和，并以此為參數(shù)，以50%為界限，進(jìn)行蝕變分帶的劃分，如圖6所示。礦區(qū)內(nèi)近礦蝕變帶為絹英巖化帶，蝕變礦物以伊利石、白云母和次生石英為主。外圍則發(fā)育泥化帶，蝕變礦物主要是蒙脫石、地開石、高嶺石。

圖6 ZK-07勘探線剖面蝕變分帶圖

地表蝕變礦物的空間分布特點以下家門溝口為中心向外逐漸變化。白云母和伊利石主要分布在下家門溝口附近，距下家門溝口稍遠(yuǎn)的區(qū)域則出現(xiàn)了蒙脫石和高嶺石，而綠泥石和綠簾石則主要分布于外圍區(qū)域。

基于以上分析，將分布區(qū)域相近的蝕變礦物的相對含量兩兩相加，并以50%為界限，將各樣品中的主要蝕變礦物組合標(biāo)注在重點研究區(qū)域地質(zhì)簡圖上，可以明顯地總結(jié)得出本區(qū)內(nèi)的蝕變分帶情況，如圖7所示。以下家門溝口為中心，向外依次發(fā)育絹英巖化帶、過渡帶和青磐巖化帶。絹英巖化帶蝕變礦物以白云母和伊利石為主；青磐巖化帶蝕變礦物以綠泥石和綠簾石為主。過渡帶中除具有絹英巖化和青磐巖化的蝕變礦物之外，還出現(xiàn)了蒙脫石和高嶺石等泥化蝕變礦物。

圖7 重點研究區(qū)地表蝕變礦物組合分帶圖

綜合以上分析結(jié)果，并結(jié)合偏光顯微鏡下鑒定分析，最終確定崗岔—克莫礦區(qū)蝕變分帶如下：(1)絹英巖化帶。蝕變礦物主要為白云母、伊利石和次生石英，多發(fā)育在礦體及其附近，在地表則主要分布于蝕變的中心區(qū)域。(2)泥化帶。蝕變礦物以高嶺石、蒙脫石和地開石為代表，此外還有部分其他蝕變礦物，主要發(fā)育在絹英巖化區(qū)域的外側(cè)、距礦體較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)，在地表則分布于中心蝕變帶向外過渡的區(qū)域里。(3)青磐巖化帶。蝕變礦物主要為綠泥石和綠簾石，廣泛發(fā)育在遠(yuǎn)離蝕變中心的外圍區(qū)域內(nèi)。

4 伊利石紅外光譜特征及變化趨勢

根據(jù)上文研究結(jié)果，研究區(qū)內(nèi)伊利石的分布比較廣泛，并與金礦化有著密切的空間關(guān)系。因此，研究伊利石的短波紅外光譜參數(shù)特征將對找礦勘查具有較大的指示意義。

前人研究認(rèn)為，熱液蝕變成因伊利石的結(jié)晶度能夠較好地指示其形成溫度[26]。伊利石結(jié)晶度參數(shù)通常采用X射線粉晶衍射結(jié)果計算得出，稱為XRD-IC值。XRD-IC值較小時，指示伊利石結(jié)晶度較好，表明其形成于相對高溫條件，反之亦然。

伊利石的結(jié)晶度參數(shù)也可以利用短波紅外光譜吸收峰參數(shù)計算得出，簡稱SWIR-IC值。具體來講，伊利石的SWIR-IC值等于其短波紅外光譜中2 200 nm處吸收峰深度與1 900 nm處吸收峰深度之比值。前人[27-28]通過對比研究SWIR-IC值與XRD-IC值，發(fā)現(xiàn)，二者之間存在很好的負(fù)相關(guān)關(guān)系。因此，SWIR-IC值能夠較好地表征伊利石結(jié)晶度的變化趨勢。

利用短波紅外光譜分析軟件自動提取各樣品光譜中相關(guān)吸收峰參數(shù)，計算伊利石SWIR-IC值。鉆孔巖心樣品中伊利石的SWIR-IC值在0～7之間，并因距礦體的遠(yuǎn)近發(fā)生明顯的變化(圖8)。礦體附近區(qū)域的伊利石SWIR-IC值一般大于5.5，明顯高于周圍區(qū)域。而隨著逐漸遠(yuǎn)離礦體，伊利石的SWIR-IC值也隨之降低，非礦體區(qū)域伊利石的SWIR-IC值一般小于2。

圖8 ZK-07勘探線剖面伊利石結(jié)晶度指數(shù)(SWIR-IC)等值線圖

在地表樣品中，同樣計算并分析了伊利石SWIR-IC值的分布情況(圖9)。重點研究區(qū)域內(nèi)地表樣品中伊利石的SWIR-IC值分布于0.12～2.93之間，并主要集中在0.58～1.48之間。下家門溝口附近區(qū)域的伊利石SWIR-IC值多大于1.17，明顯高于其他區(qū)域。這說明，下家門溝口附近區(qū)域的伊利石結(jié)晶溫度較高，據(jù)此可以判斷，熱液互動中心可能位于下家門溝口附近。

圖9 重點研究區(qū)地表伊利石結(jié)晶度指數(shù)SWIR-IC變化趨勢

5 討 論

熱液蝕變分帶是斑巖成礦系統(tǒng)最典型的特征之一，斑巖成礦系統(tǒng)蝕變分帶多以含礦斑巖為中心，由內(nèi)到外依次發(fā)育鉀化帶、絹英巖化帶、泥化帶和青磐巖化帶等。

在崗岔—克莫礦區(qū)內(nèi)，以下家門溝口為中心依次發(fā)育了絹英巖化帶、泥化帶和青磐巖化帶。這一蝕變分帶結(jié)果一方面指示了熱液活動中心很可能位于下家門溝口附近，另一方面由于在地表尚未發(fā)現(xiàn)鉀硅酸鹽化蝕變類型，也證明了礦區(qū)剝蝕深度較小，深部找礦潛力巨大。

通過計算伊利石結(jié)晶度指數(shù)SWIR-IC值并分析其變化趨勢，認(rèn)為伊利石SWIR-IC值能夠有效地反映伊利石的結(jié)晶溫度，從而顯示熱液運(yùn)移軌跡，為金礦化提供指示依據(jù)。地表樣品短波紅外光譜吸收峰參數(shù)的計算結(jié)果顯示，伊利石結(jié)晶度指數(shù)SWIR-IC值以下家門溝口為中心，向外具有明顯降低的趨勢，下家門溝口附近的伊利石具有較高的結(jié)晶溫度，這同樣證明下家門溝口為研究區(qū)的熱液活動中心。

6 結(jié) 論

(1)礦區(qū)內(nèi)發(fā)育的蝕變礦物主要有白云母、伊利石、蒙脫石、高嶺石、地開石、綠泥石、綠簾石和次生石英等。近礦蝕變類型為絹英巖化，其蝕變礦物組合為白云母、伊利石和次生石英。

(2)礦區(qū)內(nèi)蝕變分帶明顯，以下家門溝口為中心向外依次發(fā)育了絹英巖化帶、泥化帶和青磐巖化帶。這一蝕變分帶特征佐證了崗岔—克莫金礦區(qū)斑巖成礦系統(tǒng)的存在，同時也證明了下家門溝口很有可能是礦區(qū)內(nèi)熱液活動中心。

(3)地表巖石的伊利石結(jié)晶度指數(shù)SWIR-IC值以下家門溝口為中心向外具有明顯降低的趨勢，同樣證明了礦區(qū)內(nèi)熱液活動中心位于下家門溝口附近。

以上認(rèn)識表明，下家門溝口具有很大的找礦潛力，建議對該區(qū)域加大勘查力度，優(yōu)先布置工程驗證。