基于短波紅外光譜技術在淺成低溫熱液型礦床中的成礦指示研究

李先初，張懷東，華彬，張振，盧亮

（1.安徽省地質礦產勘查局313地質隊，安徽六安 237010；2.銅陵市博益礦業工程技術咨詢有限公司，安徽銅陵 244000）

0 引言

曉天-磨子潭盆地，是安徽省金（銀）礦產的重要產區和成礦遠景區之一，該區已發現一批金（銀）、銅、鉛、鋅等礦床（點）。前人已對該區金礦開展一定的研究，認為該區的隆興、東溪和南關嶺金礦主要與火山、次火山熱液密切相關，具有淺成低溫熱液金礦的典型特征［1-4］，深部存在尋找隱伏斑巖型礦床的潛力［5］。淺成低溫熱液礦床與斑巖礦床通常屬于一個完整的巖漿熱液成礦系統，通過近地表一系列的熱液蝕變指示深部及周邊的潛在礦床［6-7］。

近年來，短波紅外光譜技術廣泛應用于隱伏斑巖-淺成低溫熱液礦床勘查，可有效鑒定含羥基、硫酸鹽和碳酸鹽等低溫熱液蝕變礦物，并利用礦物發射光譜特征變化，定位熱液中心［8-9］，為揭示研究區可能存在的蝕變空間分布、礦化中心特征提供依據。

在前人研究的基礎上，本文通過野外地質調查，并借助短波紅外光譜技術手段，對曉天-磨子潭盆地淺成低溫熱液型金礦床蝕變類型、組合等進行較為詳細的研究。通過鑒別研究區蝕變礦物分布組合特征以及伊利石反射光譜特征，為曉天-磨子潭盆地深部尋找斑巖型成礦中心提供指示依據。

1 區域地質概況

曉天-磨子潭火山巖盆地位于秦嶺-大別造山帶北側的北淮陽成礦帶東段。北淮陽成礦帶沿大別造山帶邊緣展布，為華北板塊與揚子陸塊碰撞產生。普遍認為，其南北分別以桐柏-桐城斷裂（曉天-磨子潭斷裂）和明港-六安斷裂作為邊界，西鄰南陽盆地，東止于郯廬斷裂，整體呈長條狀沿北西-南東向展布（圖1）。

圖1 北淮陽構造帶東段地質礦產簡圖（據313隊修改）Figure 1.Sketch of geology and mineral resources in the eastern section of the North Huaiyang Tectonic Belt（modified after No.313 Unit）

北淮陽成礦帶以發育北西向和北東向斷裂為主（圖1），是區內重要的控巖、控礦構造，金礦點多產于該兩組斷裂構造交會處。區域內中生代巖漿活動強烈，分為兩個構造層，基底為上太古界—下元古界和下古生界變質巖，蓋層為中生代火山巖［1］?；羯?曉天盆地為一北西向展布的繼承式斷陷盆地，東西兩側分別出露中生代凌家沖和查灣雜巖體，大體構成盆地東西邊界。該盆地為區內重要的巖金礦產區。

2 研究區地質特征

2.1 地層

研究區位于磨子潭-曉天火山巖盆地內，出露地層主要為上侏羅統-下白堊統毛坦廠組，盆地底部為廬鎮關巖群小溪河巖組。南部見少量新太古界大別山群。毛坦廠組由一套鈣堿性安山質巖石組成，夾有透鏡狀沉積薄層，巖性主要有安山質火山角礫巖、安山質凝灰巖、安山質角礫凝灰巖、安山巖等。小溪河巖組巖性有黑云鉀長（二長）片麻巖、斜長角閃巖等。

2.2 構造

斷裂構造在該區發育，磨子潭-曉天深斷裂從研究區南緣穿過，形成一系列次生構造。根據斷裂與礦化的時間關系，可以劃分為成礦前斷裂、成礦期斷裂和成礦后斷裂。

成礦前斷裂主要為北西向斷裂、層間斷裂和北東向斷裂。北西向斷裂是區內主要控礦構造，一系列近乎平行分布的斷裂呈斜列式排列，走向為300°～315°，見斷層角礫巖，總體傾向北東，傾角較陡，局部近直立，其中常見石英脈硅化脈充填，斷層性質為張性。層間構造規模較大，產狀平緩，常見石英脈充填。北東向斷裂普遍分布構造角礫巖、碎裂巖，見強烈的硅化、碳酸鹽化、綠泥石化等蝕變。北東向斷裂帶內見石英大脈、硅化脈呈串珠狀分布。

成礦期斷裂規模較小，表現為早期形成的礦石礦物破碎，被后期生成的礦石礦物沿裂隙充填，形成礦石的角礫狀構造，或含金石英脈間圍巖破碎，并被后期熱液交代蝕變。

成礦后斷裂以南北向為主，次為近東西向，常錯斷地層及含金石英脈帶，斷層性質以扭性為主，次為張性及張扭性。

2.3 巖漿巖

磨子潭-曉天盆地中，巖漿巖以中性噴出巖為主，次為侵入巖，均為燕山晚期產物。噴出巖在區內廣泛分布，為金礦體的直接圍巖，主要巖石類型為安山巖、安山質角礫凝灰巖、安山質角礫熔巖、安山質凝灰巖、安山質火山角礫巖、粗面巖、粗面質凝灰巖等，其中以安山巖和安山質火山碎屑巖為主。侵入巖主要以巖脈形式產出，巖性有閃長玢巖、正長斑巖等。

2.4 礦化與蝕變特征

金礦體產于含金石英脈內，分布受破碎帶控制。礦體形態多呈脈狀、少量透鏡狀，沿礦體走向及傾向均出現膨大縮小、分支復合、尖滅再現等現象。金礦體多賦存在脈石礦物晶隙中或微裂隙中，部分金礦物包裹在石英或黃鐵礦中，少量賦存在黃鐵礦與脈石英間及黃鐵礦裂隙中。銀金礦粒度較細，大部分為細粒金（0.01～0.037 mm），占72.5%；次為中粒金（0.037～0.074 mm）和微粒金（＞0.01 mm），分別占15%和12.5%；少量中粒金和粗粒金，偶見巨粒金（0.3～1.35 mm）。

金屬礦物以銀金礦為主，次為自然金、自然銀，少量褐鐵礦、黃鐵礦、赤鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等，偶見斑銅礦、藍銅礦等。金屬礦物含量不足1%。脈石礦物主要有石英、方解石、玉髓等，次為長石、黑云母、角閃石、綠泥石，偶見微量鋯石、榍石、重晶石、磷灰石、雄黃、雌黃、辰砂等非金屬礦物。礦石結構為碎裂結構、鑲嵌結構、粒狀結構、交代殘余結構，礦石構造為塊狀構造、帶狀構造、梳狀構造、膠結狀構造、蜂窩狀構造、網脈狀構造。

原巖以安山質火山碎屑巖為主，具有不同類型的蝕變礦化，部分巖石保留原有的結構構造特征（圖2a）；少量巖石發育黃鐵礦化、黃銅礦化，見白色碳酸鹽-硫化物脈穿切已蝕變的原巖（圖2b）；蝕變較強的原巖整體以淺色為主，長石斑晶被完全交代，原巖結構構造遭到破壞，斑晶和基質無明顯界限（圖2c、2d）。

圖2 南關嶺金礦地表蝕變樣品特征Figure 2.Characteristics of surface alteration samples from the Nanguanling gold deposit

3 樣品采集和分析測試

短波紅外光譜技術通過快速鑒定巖石中含羥基、硫酸鹽及碳酸鹽等熱液蝕變礦物類型及組合，以及系統測試特殊礦物反射光譜變化特征，可指示熱液礦化中心，在礦產勘查中具有廣闊前景。本次樣品采集布置于P3、P4 路線，對研究區出露的新鮮地表基巖進行系統采樣，共采集樣品43組（圖3）。

圖3 南關嶺金礦地質簡圖及P3、P4路線采樣位置Figure 3.Geological characteristics of the Nanguanling gold deposit and sampling locations along routes P3 and P4

本次測試所使用的儀器為BJKF-Ⅳ型便攜式近紅外礦物分析儀（PNIRS），波長范圍為1 300～2 500 nm，光譜分辨率為7～10 nm，光譜取樣間距為2nm，測量速度為10 s～6 min。測試工作在合肥工業大學資源與環境工程學院完成。測量工作首先進行本底測量，測量標樣，數據擬合進行系統誤差校正，然后對所采樣品進行測量。測量結果解譯軟件為便攜式近紅光譜快速測定系統MSAV3.6軟件。

4 分析測試結果

前人研究認為伊利石結晶度（IC 值）和伊利石2 200 nm峰位（Pos2 200）在斑巖礦區存在明顯的變化性規律，可作為找礦勘查指標，可快速直接定位熱液/礦化中心［8］。其中IC值即為伊利石2 200 nm（Dep2 200）吸收深度與伊利石1 900 nm（Dep1 900）吸收深度的比值（IC=Dep2 200/Dep1 900）。具體表現為IC 值從礦化中心到外圍呈現明顯的降低趨勢，與形成溫度呈正相關關系［10-11］：溫度高時，IC 值較大；溫度降低，IC值會變小。

在短波紅外光譜曲線中，1 900 nm 峰位代表了水的吸收峰，該峰處的吸收強度表明了樣品中水含量的相對高低：吸收越強，樣品中含水量越多，形成時水的參與越多。在對樣品進行短波紅外光譜分析時，樣品始終保持干燥狀態，避免了人為因素導致1 900 nm 峰吸收增強的影響。

Pos2 200 代表Al-OH 峰，其實是pH 梯度的反映：峰值越大，酸性越弱。理想情況下，低2 200 nm 對應的應該是更靠近巖體中心（接近流體通道）。但在實際運用時，不能簡單地用2 200 nm峰值判斷pH環境。

4.1 礦物組成

經過對樣品的分析可知，該區的蝕變礦物主要為鐵鎂綠泥石、云母族礦物（多硅白云母伊利石、白云母伊利石、多硅白云母、白云母）、高嶺石、方解石、鐵白云石、綠簾石、鐵電氣石、黝簾石、鈉云母伊利石（圖4），金屬礦物包括黃鐵礦、黃銅礦、菱鐵礦、菱鎂礦等。

圖4 研究區地表樣品主要蝕變礦物組成Figure 4.Main composition of altered minerals from the surface samples in the study area

蝕變礦物具有明顯的水平分帶特征，自北東向南西由云母族礦物（多硅白云母+伊利石+蒙脫石）+高嶺石蝕變向綠泥石+白云母+伊利石蝕變轉變，其中綠泥石含量逐漸增多，伊利石或白云母逐漸減少（圖5）。

4.2 伊利石IC值

1 900 nm 峰位數值大?。≒os1 900）的變化在1 891.31～1 919.16 nm（平均值為1 912.85 nm），1 900 nm 峰位吸收深度（Dep1 900 值）的變化范圍是0.028~0.659 nm（平均值為0.148 nm）；2 200 nm 峰位數值大?。≒os2 200）的變化為2 185.59～2 219.88 nm（平均值為2 209.78 nm），2 200 nm 峰位吸收深度（Dep2 200值）的變化范圍為0.016～0.423 nm（平均值為0.103）；伊利石的結晶度（IC 值）變化為0.07~3.03（平均值為0.75）。

伊利石IC 值、Dep1 900 nm 和Pos2 200 值具有明顯的變化規律，顯示伊利石IC 值在P3 路線上自中部向兩側呈現明顯由低值向高值變化趨勢，在P4 路線上自北東向南西逐漸增加的特征（圖6）。Dep1 900 nm值在P3 路線上自中部向兩側逐漸降低，在P4 路線上自北東向南西也呈現逐漸降低的趨勢（圖7）。Pos2 200 nm在該區沒有明顯的變化趨勢（圖8）。

圖6 研究區地表樣品伊利石IC值在空間上的變化特征Figure 6.Features of spatial variation of IC values of illite from surface samples in the study area

圖7 研究區地表樣品1 900 nm峰位吸收強度在空間上的變化特征Figure 7.Features of spatial variation of absorption intensity at 1 900 nm peak of surface samples in the study area

圖8 研究區地表樣品2 200 nm峰位在空間上的變化特征Figure 8.Features of spatial variation of absorption intensity at 2 200 nm peak of surface samples in the study area

4.3 數據解譯

研究區地表樣品伊利石IC 值在P3、P4 路線上的特征，表明南西地區為高溫區或礦化中心，靠近流體通道。Dep1 900 nm 值的空間變化趨勢，表明高Dep 1 900 nm 值區礦物在形成時水的參與逐漸增多，或者為近地表低溫的環境，與伊利石IC值所指示的該區為低溫區特征一致。

綜上所述，蝕變分帶所代表的西南區為靠近高溫區或接近蝕變中心、伊利石IC 值和Dep1 900 nm 所指示的西南區為高溫區或礦化中心，西南區更靠近流體通道或礦化中心，為下一步的重點勘查目標。

5 結束語

（1）六安曉天-磨子潭盆地南關嶺金礦地表樣品普遍發生的蝕變為綠泥石、云母族礦物（多硅白云母伊利石、白云母伊利石、多硅白云母、白云母）、高嶺石，少量綠簾石、鐵電氣石、黝簾石、鈉云母伊利石蝕變，金屬礦物以黃鐵礦、黃銅礦、菱鐵礦、菱鎂礦為主。

（2）該區蝕變礦物具有明顯的水平分帶特征，自北東向南西由云母族礦物（多硅白云母+伊利石+蒙脫石）+高嶺石蝕變向綠泥石+白云母+伊利石蝕變轉變，其中綠泥石含量逐漸增多，伊利石或白云母逐漸減少。

（3）研究區樣品中伊利石IC 值、Dep1 900 nm 具有明顯的空間變化規律，伊利石IC值自中部向兩側呈現明顯由低值向高值變化趨勢，Dep1 900 nm 值自中部向兩側逐漸降低，兩者的空間變化均表明西南區為高溫區或礦化中心，靠近流體通道。

（4）研究區的地層、構造及強烈的火山活動均為成礦提供了有利條件，近地表的圍巖蝕變特征表明研究區的西南地區可能存在熱液礦化中心，是下一步找礦工作的重點。

致謝：樣品測試及數據處理等得到合肥工業大學周濤發、范裕老師，安徽工程大學李旋旋老師幫助，在此一并感謝。