相山矿田邹家山矿床典型蚀变矿物光谱特征

饶峥



相山矿田邹家山矿床典型蚀变矿物光谱特征

饶峥

（东华理工大学地球科学学院，江西 南昌 330013）

相山矿田是中国迄今为止发现的最大的铀矿床，受到裂隙构造控制，矿田内围岩蚀变强烈。主要蚀变类型有水云母化、萤石化和赤铁矿化。岩石中矿物的反射率随着波长变化而变化形成反射光谱曲线，而不同蚀变矿物具有不同的反射光谱特征。利用SVC HR-768光谱仪对从相山取得的岩石样品进行光谱曲线测量，得到主要蚀变矿物在可见光-近红外波段下的光谱曲线特征，对比分析得出影响蚀变矿物反射率大小的主要因素，并建立相对应的识别光谱模型，为铀矿的找矿提供一些理论依据。

铀矿；蚀变矿物；波谱特征；相山矿田

相山铀矿田位于相山火山塌陷盆地中的赣杭火山岩型铀成矿带内，是我国到迄今为止发现的最大的铀矿床，其独特的成矿环境和成矿机理引起了国内外诸多地质学家的注意。相山矿田是一个典型的火山—侵入杂岩中的热液脉型铀矿床，热液蚀变带是相山铀成矿的必然产物，同时也是相山地区找矿的主要标志之一。相山矿田围岩蚀变强烈，早期以赤铁矿化为主，晚期以水云母、绿泥石和萤石化为主，具有空间叠加多阶段作用等特点 (张万良等，2006；袁迎辉等，2008）。本文通过对相山铀矿田典型蚀变矿物反射光谱曲线的处理和分析，初步建立相对应的识别模型；对这些蚀变矿物的光谱特征进一步对比和分析，得出热液蚀变对铀矿化的主要影响因素，为相山铀矿田的找矿、矿产预测和评估提供有力证据。

1 研究现状

1.1 国内现状

“国土资源大调查”为遥感地质在发展道路上提供了新的机遇。遥感地质在研究和应用方面取得了一些非常有成效的成果，特别是“十五”国土资源大调查开展以来，遥感技术水平得到了显著提高，技术实力得到了明显增强。遥感地质不仅在理论研究、技术水平和应用方面都取得了飞速的发展，而且在地质应用层次也得到了极大的提升（王润生等，2008）。

在技术方面，区域性地多光谱蚀变信息提取和正射影像图生成等技术以及在遥感信息化地建设方面都取得明显的进步，并且都取得了非常显著的应用成效，技术上已经可以初步形成工程化的应用能力，基本赶上目前世界上先进的技术水平。在地质应用的研究与高分辨率遥感等技术方面也已经逐步展开。

在地质应用方面，二十世纪六十年代初才有学者对岩石和矿物的红外光谱特征进行研究，而后对岩矿光谱曲线特征的研究才开始重视，并且有关科研机构逐渐研发出了各种测量地物光谱的仪器，开始对大量的地表地物开展光谱图像测量的工作，获得了非常多的珍贵的地物光谱数据，并为众多的研究领域提供了研究资料。二十世纪七十年代中期，已经开始广泛的开展了对岩矿在可见光-近红外波段的光谱曲线测量。

1.2 国外现状

岩石矿物的反射光谱在上个世纪三十年代，就已经有人开始测量了一些典型矿物反射光谱的反射率，并且绘制了相应的反射光谱曲线图像；二十世纪中期专家学者们才开始把岩矿的光谱特征当做一种物理量来进行研究；上个世纪70年代左右，美国国家航空和航天局开始建立地球资源信息系统，自70年代起，美国就有很多专家学者发表了许多关于岩矿在近红外、可见光光谱特征方面的专著，较全面和系统的研究了岩矿的光谱曲线特征；上个世纪末期，美国地质调查局光谱实验室对各种类型地物的光谱曲线特征进行了较为全面的研究，并且建立了相应的标准光谱数据库。目前为止可供免费下载的有将近800种典型植被和特征矿物反射光谱数据，其波谱范围为200～3 000nm，极大地方便了对蚀变矿物的矿化信息提取和矿物光谱特征的研究工作。

2 研究思路及技术路线

目前为止光学遥感技术一般使用在0.4～2.5 um波段范围内，岩石矿物的标准光谱反射率特征基本都与CO32-、H2O、-OH和Fe3+等一些阳离子或者阴离子基团有关。不同的矿物晶体具有不同物理化学属性的而导致其吸收特征有所差异，形成特定的矿物光谱，包括阳离子的配位数目、阴阳离子的化合价、阴阳离子间的距离、键的共价程度、主要阳离子的质量、晶体对称的不同等特征。这些离子的特征吸收是岩矿所具有的独特而较稳定的吸收谱带。而这些吸收谱带在不同的岩矿中一些波段位置比较稳定，且具有比较独特而且稳定的波形，在一定程度上指示着某种岩矿的存在。一般情况下，在可见光或近红外波段金属阳离子(如Fe2 +和Fe3 +等)由于电子跃迁都有特征吸收谱带；阴离子基团(如H2O，CO32-和金属-OH等)由于弯曲振动的影响在红外波段产生倍频或者合频的光谱曲线特征。

地物的反射光谱图像特征是遥感技术中用来识别各种类型地物的主要依据。地物受到一些外界因素的干扰，容易导致其反射光谱曲线特征发生改变，并使反射光谱曲线表现出同物异谱或者异物同谱等多种现象出现。因此，为了能够准确提取指示矿化蚀变的遥感信息，就需要采用一些专业的方法来剔除干扰信息。对于相山典型蚀变矿物的光谱数据处理，采用了重叠波段去除、降噪、均值、归一化等处理方法，并且尝试对典型矿物的特征反射光谱曲线进行定性和定量的分析和描述，从而建立邹家山地区典型蚀变矿物的识别光谱模型。

3 邹家山铀矿床地质特征

相山铀矿田内围岩蚀变发育强烈。矿床形成前矿化蚀变相对简单，东部和北部主要为钠长石化，西部主要为水云母化。而成矿期的矿化蚀变则相对复杂有萤石化、水云母化、赤铁矿化、绿泥石化、碳酸盐化等。矿化蚀变明显受到了构造的控制，出现了分带的现象。东部、北部的蚀变分带为:由外向内，两侧依次出现绿泥石化-钠长石化-碳酸盐化，靠近中心为赤铁矿化带；西部蚀变带外侧出现了成矿前期大面积发育的水云母化，向内为成矿早期阶段地赤铁矿化，靠近中心的萤石化和水云母化发育强烈。有些矿体因为具有多种类型蚀变和多个成矿阶段相互叠加的特点，使得矿体中的铀含量增高而形成富矿。铀矿化类型在西部为铀钍混合型，在北部主要为单铀型。

图1 邹家山矿床地质简图

1.花岗斑岩；2.断裂；3.矿床；4.推测火山口

邹家山矿床位于相山盆地的火山-侵入杂岩的西部地区，地表浅部的岩石基本都为侵出相的碎斑熔岩，深部地段出现基底变质岩、流纹英安岩以及介于流纹英安斑岩和碎斑熔岩之间的凝灰质碎屑岩透镜体，而矿化主要产于碎斑熔岩与流纹英安斑岩的蚀变带中。控矿因素是断裂和裂隙构造，即邹家山-石洞断裂简称皱-石断裂以及与其相关的一系列张性-张扭性裂隙带及裂隙群，这些裂隙群和裂隙带所构成的薄弱带不仅是地壳深部的岩浆以及含矿热液上升运移的通道，而且是非常好的容矿空间（章卫星等，2014）。

矿体形态多为脉状、透镜状，成带、成群出现，且矿带的走向受到不同方向的裂隙构造共同控制，现今已经发现的工业矿体接近500个，矿体中只有两个储量>100t，其他多为中、小型。单条矿体且矿体矿化垂直深度大于700m的一般规模比较小，而由多条矿体以近乎平行排列方式所共同组成的矿带一般都可以向下延伸几百米。矿体产状接近平行，不同的矿化带之间的富集情况不同，且矿化带的富集地段在各个高程上自北东向到西南向具都有明显侧伏现象。矿物中除了有铀矿物，还有许多钍矿物出现，矿石矿物主要为钛铀矿、沥青铀矿、含钍沥青铀矿、铀石、铀钍石和方钍石等，其中以钛铀矿和沥青铀矿为主，呈脉状、细脉状、网脉状、球粒状，有时为浸染状。脉石矿物主要为萤石、石英、方解石、绿泥石、水云母等；伴生地金属矿物包括赤铁矿、黄铁矿、辉钼矿等（姚宏鑫等，2013）。

4 光谱曲线特征

1）水云母化：蚀变岩石中的水云母化呈浅黄绿色，呈斑点状及少量脉状分布，将获取的水云母单矿物光谱数据输入SVC HR-768系统，经过降噪、求平均值和归一化等预处理得到反射光谱曲线如图2。从图2可见水云母蚀变岩石的光谱曲线中①1 390~1 420nm、②1 830~1 960nm、③2 150~2 200nm、 ④2 300~2 400nm、⑤2 400~2 480nm等5个吸收谷。

1 390~1 420nm波段处的吸收谷深、窄，主要是水云母化的矿物中存在的结构水引起的光谱吸收； 1 830~1 960nm波段处的吸收谷宽缓、深度浅，是水云母化的矿物中存在的层间水所引起的光谱吸收； 2 150~2 200nm波段处的吸收谷规模较小，呈坎状，但稳定出现；2 300~2 400nm波段处的吸收谷规模较大，在所有吸收谷中最为明显，且深度达15nm以上，最大宽度达到70nm，形状呈“V”字型，右肩比左肩略高；2 150~2 200nm和2 300~2 400nm两波段位置的吸收谷都是由Al-OH 基本弯曲振动和OH-的基本伸缩振动的共同作用所引起的。Al3+离子代替Si原子存在于硅氧四面体中，或者充填OH-和活性氧共同组成的八面体空隙中。

图2 水云母化光谱曲线

图3 萤石化光谱曲线

还有一点，经过了均值、均一化等处理后的光谱曲线（图2）在2 450nm附近同样也存在有吸收谷，由于2 400 ~2 500nm波段原始光谱曲线的噪声太大，且该波段光谱曲线又存在明显的水汽吸收.因此，图2曲线上2 450nm附近的吸收谷是否能够反映水云母化矿物本身的吸收特征还有待进一步研究来确定。经过对上述吸收谷成因的逐一分析，所测样品在 2 150~2 200nm、2 300~2 400nm和2 400~2 480nm波段位置的吸收谷组合稳定出现，这与OH-基本伸缩振动和 Mg-OH 、Al-OH 等离子基团的基本弯曲振动有关。这3个波段吸收谷的组合，以及在350~1300nm波段光谱曲线反射率特征及固有的形态特征，连同与其相对应的光谱曲线吸收特征参数，共同组成了相山地区蚀变带水云母化的光谱特征。其中，2 150~2 200nm位置具有明显的诊断性吸收峰，应该属于水云母化矿物最主要诊断性光谱特征。1 390~1 420nm和1 830~1 960nm两波段位置的吸收谷正好位于大气水的吸收带附近，所以不能作为水云母化矿物的诊断性光谱特征。而670nm、880nm和960nm位置的吸收谷是水云母中Fe3+以类质同象形式存在所引起的，对水云母化矿物光谱特征具辅助性诊断作用（何建国等，2008）。

2）萤石化：标本为碎斑熔岩，岩石总体呈灰黑色，萤石呈紫黑色条带状赋存于岩石标本中，岩石中可见少量赤铁矿化和水云母化，标本的光谱数据经过处理后可得到图3的光谱图像。

光谱曲线在波长在400~470nm内，主要呈线性上升趋势，波长位置位于650nm附近有个明显的吸收谷，吸收谷的深度比较浅但吸收的宽度比较大，是典型的萤石化吸收特征，在960nm左右亦可见Fe3+的吸收特征。1 500nm的位置有个强烈的吸收波谷，表明-OH 振动强烈，其吸收深度、宽度、面积都较大，蚀变程度很大。曲线在1 900～2 400nm波段范围内存在的两个明显的吸收光谱带依旧在2 200nm附近以及2 350nm 附近，符合Al-OH 基团和CO32-离子的吸收特征。

3）赤铁矿化：赤铁矿化简称紅化，标本为碎斑熔岩，颜色为黄绿色，赤铁矿化特征明显，其中可见少量萤石化和水云母化。标本光谱数据经过处理后，生成图4的图像。

曲线在可见光波段基本呈线性上升趋势，在400~500nm之间有着正的吸收边，指示有Fe3+的存在，抑制了岩矿的反射，波长位置960nm附近时，有一系列的波动，产生了明显吸收谷，吸收谷的深度不大，但是吸收谷宽度比较大，吸收谷面积也较大，这说明了红化的存在，且较为强烈，同时该样品在1 200~ 1 700nm、1 900~2 270nm波长位置也出现了吸收宽度比较大并且吸收深度都比较大的吸收波谷，具备- OH、Al-OH 等阴离子基团振动的特征。

图4 赤铁矿化光谱曲线

图5 围岩光谱曲线

图6 三种蚀变矿物对比光谱曲线

4）围岩：赋矿围岩为碎斑熔岩，颜色为灰白色，块状构造，斑状结构，基质为碎斑熔岩，标本光谱数据经过处理后，可以得到图5。

如图5，图像中有3个明显的反射峰，波长位置分别为660nm、1 900nm、2 100nm左右，在2 270nm和2 400nm具有一个很小的反射峰，在350~600nm波段内，反射率基本呈线性上升趋势，随后在可见光波段内斜率基本为负值，图中还有3个较为明显的吸收谷，分别在1 400nm、1 900nm、2 200nm波段附近，总的说来反射率在15%～45%，初步断定是由于标本岩石发生了程度较强的水云母化，使得岩石内部水的含量有所增加所造成的，另外标本岩石的颜色比较浅，在1 400nm、1900nm、2200nm左右波段位子都有明显的吸收谷，并且吸收谷宽度和吸收谷的深度都相对较大，2200nm附近的Al-OH的吸收谷非常明显，可以断定岩石发生水云母化的程度比较深，在900nm附近波长位置可见到由铁离子造成的弱谱带特征，有这个铁离子造成的弱谱带可以判断Fe3+含量的高低。

5 对比分析

将水云母化、萤石化、赤铁矿化3组数据导入软件得到图6。这3个样品岩性相同，其结构和杂质成分基本相同，但蚀变类型和蚀变强度有明显的区别。赤铁矿化样品为强赤铁矿化弱萤石化若水云母化，萤石样品为强萤石化弱赤铁矿化落水云母化，水云母化样品为强水云母化弱红化弱萤石化。

如图6所示350~1700nm波段范围内赤铁矿化曲线最高，萤石化曲线其次其次，水云母化曲线最低，因此可以判断在600~1700nm波段范围内对岩石矿物的反射率值影响最大是紅化，1 700~2 500nm波段范围水云母化曲线反射率值最低，而且在1900nm和2200nm附近出现两个吸收谷，为水云母的影响结果。由此可见，影响岩矿反射率的主要因素是蚀变类型，在相同的外界条件下蚀变类型不同其反射率程度也不同（李满根等，2013）。

3条曲线在350~600nm波段范围内具有较强萤石化的反射率最低，而且萤石化越强反射率越低，而赤铁矿化较强的反射率最高，表现为紅化越高反射率值越大，由此可见反射率值的高地可能由颜色和萤石化共同影响，赤铁矿化程度与反射率值呈正相关，赤铁矿化越强烈，颜色则越深，反射率值越大；萤石化越强烈，铀的含量则越高，反射率值反而越低，由此可见颜色对反射率的影响程度略大于蚀变类型对反射率的影响。

6 结论

蚀变矿物类型不同其反射光谱特征也不同，这些反射光谱特征可以为矿床找矿提供新的理论依据，对遥感地质找矿工作具有非常重要的指导意义。本文主要是对相山铀矿田邹家山矿床的3种典型蚀变矿物进行光谱实测，并且进行图像处理，获得了3种蚀变矿物的光谱曲线特征。通过对这些典型蚀变矿物光谱特征曲线和反射率特征的分析和探讨，得出以下结论：

1）水云母化蚀变矿物在1 390~1 420nm处的吸收谷深、窄，主要是水云母化矿物中存在的结构水引起的光谱吸收；1 830~1 960nm处的吸收谷宽缓、深度浅，是水云母化矿物中存在的层间水引起的光谱吸收；2 150~2 200nm和2 300~2 400nm两波段位子的吸收谷均是由Al-OH 基本弯曲振动和OH-的基本伸缩振动的合频引起的。

2）蚀变类型与反射率大小之间存在一定关系：水云母化程度越高反射率值越低，赤铁矿化程度越高反射率值越高，可见颜色对反射率的影响程度略大于蚀变对反射率的影响，萤石化越强，铀含量则越高，反射率值越低。

3）3种蚀变矿物光谱曲线在350~600nm波段范围内基本呈线性上升趋势，曲线波动不大，受萤石化作用的影响明显，在600~1 700nm波段范围内受赤铁矿化的作用明显，在1 700~2 500nm波段范围内受水云母化的作用明显。

[1] 张宗贵. 成像光谱岩矿识别方法技术研究和影响因素分析[M]. 北京：地质出版社．2006

[2] 张万良, 张静波, 刘德长, 等. 相山铀矿田蚀变遥感异常及地质意义[J]. 遥感技术与应用. 2006，21（3）

[3] 袁迎辉, 林子瑜. 相山铀矿田地面光谱测量数据处理与分析[J]. 测绘与空间地理信息. 2008，31（3）

[4] 王润生. 遥感地质技术发展的战略思考[J]. 国土资源遥感. 2008，1（75）

[5] 吴志春, 郭福生, 姜勇彪等.相山铀矿田碎斑熔岩岩石光谱与磁化率关系[J]. 光谱学与光谱分析, 2013，33（12）

[6] 吴玉, 周伟明. 江西相山铀矿田围岩蚀变特征及其与铀矿化关系[J]. 矿产普查与勘探, 2012，33

[7] 章卫星, 王志励, 肖志伟, 等. 江西邹家山铀矿床地质特征及找矿方向研究[J]. 长春工程学院学报（自然科学版）.2014，15（1）

[8] 姚宏鑫, 吕古贤, 聂江涛, 等. 江西相山铀矿田邹家山铀矿床蚀变特征及热液来源[J]..现代地质, 2013，27（2）

[9] 何建国, 李建中, 毛玉仙, 等. 花岗岩型铀矿床水云母化的诊断性光谱特征[J]. 铀矿地质. 2008，24（4）

[10] Roger N .Clark ，T rude V. V .king， Matthew Klejw a， Greg g A. Swayze， Norma Vergo .High Spectral Resolution Reflectance Spectroscopy of Minerals [J] .Journal o f Geophysical Research.1990，95 (B8)12263～12680

[11] 孔维豪, 祝民强. SVC HR-768地物光谱仪岩石光谱采集存在的问题与处理[J]. .东华理工大学学报( 自然科学版), 2012，35（2）

[12] Yin Y Q．Zhan J M，Xu D il．Wang J Y．2010．The L—fuzzy hypermodules [J]．Comput．Math App1．59：953—963

[13] 李满根, 方鹏高, 刘寅翔, 等. 相山铀矿田典型蚀变矿物地面光谱特征研究[J]. 东华理工大学学报( 自然科学版), 2013，36（4）

Spectrogram of Main Altered Minerals of the Zoujiashan Uranium Deposit in the Xiangshan Ore Field

RAO Zheng

(College of Earth Science, East China University of Technology, Nanchang 330013)

The Xiangshan ore field is the largest one in China so far. It is controlled by structure. Strong wallrock alterations such as hydromicazation, fluoritization and hematitization are well developed in the Zoujiashan uranium deposit. Reflectance of minerals changes with wavelength and different altered minerals differ in reflectance spectrum. Spectrum curves of main altered minerals under visible light to near infrared band are obtained by SVC HR-768 spectrometer. This study deals with main factors to have an influence on reflectance of altered minerals in the Zoujiashan uranium deposit and establishes corresponding spectrum models which provide theoretic basis for searching for uranium deposit.

uranium deposit; altered mineral; spectrogram; Zoujiashan; Xiangshan orefield

2017-03-31

国防科技工业局项目（科工二司〔2014〕1587号）

饶峥（1992- ），男，江西南昌人，研究生，研究方向：矿物学

P619.14

A

1006-0995（2017）04-0604-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.017