内蒙古干珠尔善德银铅锌矿床的短波红外光谱研究

刘碧洪，刘 鹤

(1.中铁资源集团有限公司，北京 100039;2.中铁资源地质勘查有限公司，北京 100161)



内蒙古干珠尔善德银铅锌矿床的短波红外光谱研究

刘碧洪1,2，刘 鹤1,2

(1.中铁资源集团有限公司，北京 100039;2.中铁资源地质勘查有限公司，北京 100161)

内蒙古干珠尔善德银铅锌矿床是一处构造裂隙充填型脉状矿床，其围岩蚀变作用强烈，伊利石-绢云母类蚀变矿物广泛发育于围岩中，与银铅锌矿化作用密切相关。对围岩开展短波红外光谱测量，可以计算蒙脱石-伊利石-绢云母类矿物的伊利石结晶度(SWIR-IC)，从而定量地确定该类蚀变作用的强度。该方法有效性试验研究表明，SWIR-IC与(Pb+Zn)%的品位具有很好的正相关关系，即围岩的伊利石-绢云母化蚀变作用越强，铅锌矿化作用也越强。通过对干珠尔善德详查区进一步开展短波红外光谱测量，在地表圈出了5处规模较大的SWIR-IC异常(IC1 ～ IC5)，其中IC1和IC4异常与银铅锌矿化带的位置相一致，IC5则可以作为下一步找矿的靶区。在热液脉状银铅锌矿床的勘查工作中，对围岩开展系统的短波红外光谱测量工作，可以定量地显示伊利石-绢云母化蚀变的强度，指示热液活动中心，从而寻找银铅锌矿体的所在，但需同时确认绢云母是否为热液蚀变成因。

短波红外光谱 围岩蚀变 脉状银铅锌矿床 伊利石结晶度 干珠尔善德 内蒙古

短波红外光谱(Short-Wave Infrared Spectroscopy)分析是一种近年来新兴起的热液矿床围岩蚀变的研究方法。应用短波红外光谱研究热液矿床的围岩蚀变，不仅能够准确、快速地鉴别蚀变矿物的类型，而且能够测得蚀变作用的强度(刘鹤等，2015)。近年来，短波红外光谱分析在国内外许多浅成低温热液型矿床和斑岩型矿床的蚀变作用研究与找矿勘查中得到了较为广泛的应用(Yangetal.，2004，2011；章革等，2005；连长云等，2005；修连存等，2007，2009；赵利青等，2008；曹烨等，2008；徐庆生等，2011；杨永胜等，2015；祁民等，2015)。然而，前人对于热液脉状银铅锌矿床的短波红外光谱研究成果相对较少。本文以近年来于中蒙边境阿巴嘎旗北部新发现的干珠尔善德脉状银铅锌矿床为研究对象，系统地开展了围岩蚀变的短波红外光谱测量，总结了伊利石结晶度与银铅锌矿化作用的关系，指出了短波红外光谱在脉状银铅锌矿床找矿方面的应用。

1 矿床地质特征

干珠尔善德银铅锌矿床大地构造位置位于晚古生代兴蒙造山带东段(聂凤军等，2007)，二连-贺根山断裂带以北(图1a)，成矿区带划分上属于古亚洲洋成矿域与滨太平洋成矿域的叠加区域，二连-东乌旗成矿带中段北部(翟裕生等，1999；徐志刚等，2008)。矿区范围内出露的地层有中下泥盆统泥鳅河组(D1-2n)、下二叠系宝力高庙组一段(P1b1)和第四系更新统玄武岩与全新统(图1b)。其中，中下泥盆统泥鳅河组(D1-2n)为银铅锌矿体的主要围岩之一，主要岩性为变质长石石英砂岩和粉砂质板岩，该组地层被晚石炭世石英正长岩所侵入。下二叠统宝力高庙组一段(P1b1)分布于矿区西北部，岩性为深灰色英安质凝灰岩，以角度不整合覆盖于泥鳅河组之上(图1)。晚石炭世石英正长岩(ξο)大面积分布于矿区中部和东南部，组成干珠尔善德岩体。新鲜的石英正长岩为灰白色，中粒等粒结构，块状构造。石英正长岩也是矿体的围岩之一，矿体附近的石英正长岩发育强烈的伊利石-绢云母化蚀变。

图1 干珠尔善德矿区地质图

矿区内的主要断裂构造有北东东向的区域性干珠尔善德断层F1、北西向断层(F2～F12)和北北东向的断层(F13～F14)以及近南北向的张性裂隙带(Z1～Z4)，其中近南北向的张性裂隙带是本区银铅锌矿体的控矿构造。这4条张裂带的长度约500～750m，宽度变化在2～20m之间，走向总体近南北向，近似呈右行雁行排列，倾向向西，倾角约70°，局部常常弯曲多变。每条张裂带均是由数条张裂脉组成的脉群，张裂脉内充填有含方铅矿、闪锌矿、黄铁矿等金属矿物的石英-硫化物脉，从而组成了矿区的脉状银铅锌矿体。矿床的成因类型为构造裂隙充填型热液脉状矿床。

干珠尔善德矿区共圈定了20条工业矿体，全为隐伏矿体，矿体呈不规则脉状、透镜体状、细脉状、网脉状、似层状、角砾状等，单条矿体厚度从1m到10余米不等。各矿体总体上近似平行，走向以近南北向为主，倾向均向西，倾角较陡，多数在60°～75°之间(图2a和图2b)。矿体围岩主要为强烈蚀变的泥鳅河组变质砂岩和石英正长岩。组成矿体的主要矿石矿物有闪锌矿、黄铁矿、毒砂、方铅矿、黄铜矿、辉银矿等，近地表氧化部分的矿石中还有褐铁矿、针铁矿等。脉石矿物包括石英、长石、绢云母、伊利石、方解石、绿泥石、萤石等。矿石结构包括不等粒结构、碎裂结构、交代结构、包含结构等；矿石构造为块状构造、稠密浸染状构造、斑点状构造、细脉状构造、角砾状构造以及浸染状构造。

干珠尔善德银铅锌矿床的围岩蚀变作用十分强烈，且蚀变作用的范围和强度与银铅锌矿体密切相关。矿区可见围岩蚀变类型包括硅化、绢云母化、伊利石化、蒙脱石化、黄铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化、萤石化等。其中，发育最普遍的、与银铅锌矿化关系最为密切的蚀变作用为硅化、绢云母化、伊利石化和黄铁矿化，这些蚀变作用常常共生而组成黄铁-绢英岩化(Quartz-Sericite-Pyrite alteration，简写作“QSP”)，主要表现为：①围岩中石英含量明显增加，石英以细脉状穿插于围岩中或弥散地结晶于围岩中，交代了原岩中的长石类矿物；②伊利石-绢云母多呈细粒状透入性地分布于围岩中，少数呈细脉状穿插于围岩中，颗粒较为细小，绢云母颗粒常常形成于长石类矿物的表面，或将整个长石矿物蚀变为绢云母，而绢云母的集合体仍然保留了长石矿物的晶形；③黄铁矿以细粒状存在于石英细脉中，或呈浸染状、细粒集合体状分布于围岩中。④黄铁-绢英岩化组合以银铅锌矿体为中心，向两侧强度逐渐减弱，这一点在短波红外光谱研究过程中也得到了证实。

2 短波红外光谱研究

2.1 短波红外光谱测量简介

短波红外光谱(Short-Wave Infrared，简写作SWIR)测量指的是检测岩石中的矿物在1300 nm到2500 nm的波长范围内的反射率(reflectance)(Scottetal.，1997；Thompsonetal.，1999；Yangetal.，2000，2001)。不同类型的矿物由于具有不同的分子结构，其反射率光谱曲线在短波红外波段范围内具有不同的“吸收”特征，从而在不同的波长位置形成波谷(国外学者称为“Peak”)(图3)。例如，分子结构中含Al-OH、Fe-OH和Mg-OH等羟基结构的矿物，其短波红外光谱分别在2200 nm、2250 nm和2350 nm附近形成波谷(Herrmannetal.，2001)。因此，应用短波红外光谱分析能够快速准确地鉴别诸如白云母、伊利石、蒙脱石、高岭石、明矾石、绿泥石、绿帘石等多种蚀变矿物。此外，短波红外光谱能够通过波谷位置的变化定性地测出某些类质同象矿物的化学成分，还可以根据某一波长位置波谷深度的变化定量地测出矿物的含量和结晶度(刘鹤等，2015)。目前，许多矿物已经有标准短波红外光谱库供研究者查询(Clarketal.，1990；Groveetal.，1992)。

图3 部分典型蚀变矿物的短波红外光谱曲线特征(据刘鹤等，2015)

2.2 伊利石结晶度

伊利石-绢云母类矿物是干珠尔善德矿床最普遍的蚀变矿物，是黄铁-绢英岩化蚀变的重要组成部分，与银铅锌矿化作用关系密切。部分学者的研究表明，在热液矿床系统中，随着温度的增加，热液蚀变作用的加强，蒙脱石会发生伊利石化作用(Illitization)从而向伊利石转变，而伊利石则可以发生绢云母化作用(Sericitization)向绢云母转变(Pollastro，1993；Eberletal.，1993；Koothetal.，2014)。从分子结构上看，蒙脱石-伊利石-绢云母类矿物的分子中都含有Al-OH官能团和H2O(表 1)，它们的短波红外反射光谱曲线都在1910nm附近和2200nm附近具有明显的波谷(图4a)，其中，1910 nm处的波谷代表分子中H2O的相对含量，而2200 nm处的波谷代表分子中Al-OH的相对含量(Herrmannetal.，2001)。如图4a所示，从蒙脱石到伊利石再到绢云母，2200nm附近的波谷深度逐渐变深，1910nm附近的波谷深度逐渐变浅。当2200nm和1910 nm两处的波谷深度介于标准的绢云母和蒙脱石之间时，样品中可能同时含有绢云母、伊利石和蒙脱石以及伊/蒙混层矿物(Ducartetal.，2006；Tangetal.，2012)。

正是由于蒙脱石-伊利石-绢云母的短波红外光谱曲线具有明显的递变特征，使得通过短波红外光谱测量在野外工作中快速测得样品的绢云母化蚀变强度成为可能。基于上述理论，Changetal.(2011)、杨志明等(2012)和刘鹤等(2015)通过计算绢云母-伊利石-蒙脱石类矿物的短波红外光谱在2200 nm和1910 nm两处的波谷深度的比值来获得样品的“伊利石结晶度(Illite Crystallization，SWIR-IC)”(图4B)，并指出SWIR-IC的值越大，代表被测样品的蚀变程度越强。本文沿用伊利石结晶度(SWIR-IC)的概念，以此作为指标反映围岩伊利石-绢云母化蚀变作用的强度。

2.3 采样与数据处理

鉴于伊利石-绢云母化蚀变与干珠尔善德矿床的银铅锌矿化作用密切相关，为了更准确地查明伊利石-绢云母化在矿区的分布范围和强弱变化规律，从定性到定量地分析蚀变与矿化作用的关系，并为下一步勘查工作提供指导，在干珠尔善德矿区开展了围岩蚀变的短波红外光谱测量工作。使用的仪器为南京地质调查中心研制的BJKF-III，该仪器正逐渐被国内各地勘单位和矿业公司所采用，并取得了一定的研究成果(徐庆生等，2011)。取样要求和仪器操作方法参见修连存等(2009)和刘鹤等(2015)。

为了确定围岩的SWIR-IC与银铅锌矿化作用的关系，本次研究首先挑选了ZK2407和ZK3004两个钻孔开展短波红外光谱测量的方法有效性试验。对钻孔ZK2407从381.15m至411.90m之间采取了14件矿化程度不同的样品，对钻孔ZK3004从169.5m至217.2m之间采取9件矿化程度不同的样品，将样品逐个置于BJKF-III上进行短波红外光谱测试，计算样品的SWIR-IC，并与样品的(Pb+Zn)%品位进行对比(Ag的品位与Pb、Zn元素在不同数量级，故而不参与计算)。

方法有效性试验完成后，对干珠尔善德详查区进一步开展地表采样和短波红外光谱测量工作。由于本区的露头发育不甚良好，因此，采样点并不能按照固定的网度选取，也无法覆盖全区，只能根据露头的出露情况对局部采样，总体采样密度控制在每100m×100m范围内约5～6个样，共计202个地表露头样。

表1 蒙脱石-伊利石-绢云母的矿物分子化学式Table 1 Chemical formulas of smectite-illite-muscovite

图4 蒙脱石-伊利石-绢云母类矿物的短波红外光谱曲线特征(a)和伊利石结晶度的计算方法(b)(据刘鹤等，2015)

3 讨论

3.1 方法有效性

由图5可以看出，ZK2409和ZK3004两个钻孔的测试结果均反映出SWIR-IC与(Pb+Zn)%的品位具有很好的正相关关系，即围岩的伊利石-绢云母化作用越强，铅锌矿化作用越强；围岩的伊利石-绢云母化作用越弱，相应的铅锌矿化程度也较弱，而蚀变作用的范围(SWIR-IC>0.6%)则比铅锌矿化的范围要大，可以作为一种有效的找矿手段为矿区下一步的勘查工作提供指导。

3.2 伊利石结晶度(SWIR-IC)测量结果

通过对详查区地表采集的202个样品进行短波红外光谱测量，计算每个样品的SWIR-IC的值(图6a)，并绘制平面等值线图(图6b)，从而在详查区内圈出了5处规模较大的SWIR-IC异常(IC1 ～ IC5，图6b)。从图6b可以看出，矿区的4条隐伏矿化带在地表的投影位置刚好对应于两处SWIR-IC的异常(IC1和IC4)，体现了伊利石-绢云母化蚀变作用与银铅锌矿化作用的对应关系。Z4矿化带北段出现的IC5异常可能代表了受深部矿化带影响而形成的伊利石-绢云母化蚀变。然而，并非所有的SWIR-IC异常均与矿化带相对应，如详查区西部的IC2和详查区东北部的IC3，这两处异常规模较大，极值较高，经野外检查后，并未在相应位置发现银铅锌矿化作用。实际上，这两处异常区出露的泥鳅河组变质砂岩中含有较多的变质作用形成的绢云母，从而造成了较高的SWIR-IC值，与含矿热液的活动无关。

3.3 找矿方向

在干珠尔善德矿区，伊利石-绢云母化蚀变分布在银铅锌矿体的周围。由于矿体和矿化带多为脉状或长条状，出露范围有限，而伊利石-绢云母化蚀变则常常呈面状分布，范围较广，更易于发现和识别。因此，在对空白区找矿过程中，伊利石-绢云母化蚀变可以作为重要的找矿标志，有助于进一步缩小找矿目标，寻找银铅锌矿化带和矿体。

本次研究所开展的短波红外光谱测量方法有效性试验结果表明，蚀变-矿化样品的SWIR-IC与(Pb+Zn)%的品位具有很好的正相关关系，即铅锌矿化作用越强，围岩的伊利石-绢云母化蚀变作用也越强(图5)。在干珠尔善德中南部详查区及外围开展的短波红外光谱测量所获得的SWIR-IC等值线平面图中可以看到(图6b)，矿区的4条主矿化带

图5 岩心中伊利石结晶度(SWIR-IC)与(Pb+Zn)%品位的相关性对比图

图6 详查区短波红外光谱测量采样点分布图(a)与伊利石结晶度(SWIR-IC)等值线图(b)

在地表的投影位置刚好对应于两处SWIR-IC的异常(IC1和IC4)，再次体现了伊利石-绢云母化蚀变作用与银铅锌矿化作用的正相关关系，同时也表明在地表开展扫面性短波红外光谱测量可以为下一步找矿工作提供靶区。图5所示的IC5显示了Z4矿化带北端向北仍然发生了伊利石-绢云母化蚀变，故而IC5可能成为下一步找矿的靶区。

通过干珠尔善德矿床的短波红外光谱研究可以看出，在热液脉状银铅锌矿床勘查工作中，对围岩开展系统的短波红外光谱测量工作，可以定性地准确鉴定蚀变类型，圈定伊利石-绢云母化的范围，并可以根据SWIR-IC的值定量地指示热液活动中心，从而寻找银铅锌矿体的所在。需要提出的是，应用短波红外光谱测得的SWIR-IC指示蚀变作用强度时，必须要考虑原岩的矿物成分，如果原岩中已经含有白云母类/绢云母类矿物，则应首先通过野外观察和认识判断短波红外光谱测得的绢云母是否属于蚀变矿物。如干珠尔善德矿区详查区西部的SWIR-IC异常IC2和东北方向的异常IC3，地表检查过程中未发现银铅锌矿化，仅见到中下泥盆统泥鳅河组变质砂岩地层，该异常是由变质砂岩中含有的白云母所致，而与热液蚀变作用无关。

4 结论

(1)干珠尔善德银铅锌矿床为构造裂隙充填型热液脉状矿床，矿体围岩发育有强烈的伊利石-绢云母化蚀变，与银铅锌矿化作用关系密切。

(2)短波红外光谱测量结果表明，银铅锌矿化作用越强，围岩的伊利石-绢云母化蚀变作用越强伊利石结晶度(SWIR-IC)的值越高，但SWIR-IC的异常也可能由原岩中的白云母类矿物所导致。

(3)在干珠尔善德矿床的勘查工作中，系统开展短波红外光谱测量工作可以圈定伊利石-绢云母化的范围，而后根据SWIR-IC的高低变化，识别含矿热液活动中心，从而寻找银铅锌矿体的所在。

致谢：感谢中铁资源集团华鑫矿业有限责任公司的相关人员对本次研究的支持。

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Short-Wave Infrared Spectroscopy Study on Wall Rock Alteration of the Ganzhuershande Silver-Lead-Zinc Deposit in Inner Mongolia

LIU Bi-hong1,2,LIU He1,2

(1.ChinaRailwayResourcesGroupCo.,Ltd,Beijing100039;2.ChinaRailwayResourcesExplorationCo.,Ltd,Beijing100161)

The Ganzhuershande Ag-Pb-Zn deposit in Inner Mongolia is a structural crack filling vein-type deposit,with intense wall rock alteration.Illite-sericite group minerals developed pervasively in the wall rock,which are closely associated with the Ag-Pb-Zn mineralization.Short-wave infrared spectra tests on wall rock permits to calculate the illite crystallinity (SWIR-IC) of smectite-illite-sericite group minerals,thus further determining the alteration intensity.The results of method validity tests show that SWIR-IC is positively correlated to the grade of (Pb+Zn)%.In other words,the more intense the sericitization developed,the stronger the Pb-Zn mineralization occurred.The short-wave infrared spectra measurement over the Ganzhuershande detailed exploration district has delineated a total of five SWIR-IC anomalies on the surface (IC1 ～ IC5).The IC1 and IC4 are coincident with Ag-Pb-Zn mineralization zones,and the IC5 will be the next exploration target.During the exploration program of hydrothermal vein-type Ag-Pb-Zn deposits,short-wave infrared spectra survey for wall rock can determine the intensity of illite-sericite alteration quantitatively and indicate the center of hydrothermal activity.However,whether the origin of sericite is hydrothermal should be also confirmed.

short-wave infrared spectra,wall rock alteration,vein-type silver-lead-zinc deposit,illite crystallization,Ganzhuershande,Inner Mongolia

2016-04-20；[修改日期]2016-06-20；[责任编辑]郝情情。

中国中铁股份有限公司科技开发重点课题(2014-重点-63)、中铁资源集团有限公司科技开发重大课题(2014-重大-01)资助。

刘碧洪(1984年-)，女，2010年毕业于中国地质大学(北京)，获硕士学位，工程师，长期从事地质矿产勘查工作。E-mail:46632042@qq.com。

P579;P614

A

0495-5331(2016)04-0703-09

Liu Bi-hong，Liu He. Short-wave infrared spectroscopy study on wall rock alteration of the Ganzhuershande silver-lead-zinc deposit in Inner Mongolia[J].Geology and Exploration，2016，52(4):0703-0711.