西藏玉龙斑岩铜矿床绢云母族蚀变矿物短波红外光谱特征及对勘查的指示意义

田成华，杨立强*，和文言，张少颖，刘申态，吴 才

（1.中国地质大学地质过程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083；2.西藏玉龙铜业股份有限公司，西藏 昌都 854000）

0 引言

对蚀变矿物的矿物类型、组合与时空分布特征开展系统研究，有益于解释矿床蚀变分带结构、深化对矿床成因的认识，提高矿床勘查的效率（Yanget al.，2016；刘向东等，2019；Deng et al.，2020）。然而，对于那些蚀变高度叠加或强烈地表风化作用导致蚀变分带特征杂乱的斑岩矿床，传统的勘查方法如岩相学观察、电子探针及X 射线衍射光谱分析等，往往成本高耗时长且效率较低（陈华勇等，2019；田丰等，2019）。

短波红外光谱技术（SWIR）以其易携带、快速分析及极低成本等独特优势在矿床勘查中发挥着重要作用（唐楠等，2021）。通过对比热液蚀变矿物光谱学特征参数空间上的变化规律，可以反演蚀变强度、热液流体演化及特征蚀变矿物形成的物理化学条件，从而建立有效的勘查模型（Granham et al.，2018；Neal et al.，2018）。以绢云母族和绿泥石族等含羟基蚀变矿物为代表的SWIR光谱学参数的空间变化可用于确定矿化中心，已被广泛应用于蚀变分带特征杂乱的斑岩型矿床（Harraden et al.，2013；唐楠等，2015；郭娜等，2018；任欢等，2020）。

玉龙铜矿是三江成矿带内最大的斑岩铜矿床之一。前人对其矿床地质（Hou et al.，2004）、斑岩体成因（Jiang et al.，2006）、矿化蚀变特征（Hou et al.，2003；Sun et al.，2020）、岩浆-热液体系（Chang et al.，2018）等方面开展了详细的相关研究。然而，由于该矿床受强烈的物理风化与蚀变高度叠加的影响，代表热液较低温度的绢云母与晚期黏土蚀变矿物强烈叠加到早期钾硅酸盐化蚀变带内，模糊了蚀变分带特征及其与矿化之间的关系，导致难以定位有利的矿化部位。为此，在对玉龙铜矿典型钻孔详细的蚀变-矿化编录的基础上，本文通过短波红外光谱确定了绢云母族蚀变矿物空间分布特征规律及其光谱参数变化，探讨了其与铜矿化之间的相关性，并建立了绢云母短波红外光谱找矿标志。

1 区域地质概况

玉龙铜矿位于特提斯-喜马拉雅构造带的东缘，处于三江成矿带中北段金沙江深断裂和澜沧江深断裂之间，是新生代金沙江-哀牢山成矿带的组成部分（图1a；邓军等，2020）。三江成矿带所处的羌塘地体受班公湖-怒江与金沙江缝合带约束，与扬子板块的义敦岛弧带及澜沧江结合带具有共同的古生代褶皱变质基底（唐仁鲤和罗怀松，1995）。玉龙矿带内多发育褶皱、断裂，其NNW向的断裂及走滑拉分盆地控制矿带的展布，车所走滑断裂与妥坝-芒康断裂分别位于其东西两侧（图1b）。矿带经历了加里东期、华力西期、印支期、燕山期和喜马拉雅期等多期浅成—超浅成中酸性侵入岩的岩浆活动，对玉龙斑岩铜钼矿带具有重要成矿意义。矿带发育有玉龙、马拉松多、多霞松多、扎那尕和莽总等一系列斑岩矿床，Cu 资源量超过1000 万吨（Hou et al.，2003）。

图1 金沙江-哀牢山成矿带区域构造和矿床分布（a；He et al.，2017）及玉龙斑岩铜钼矿带地质略图（b；据唐仁鲤和罗怀松，1995）Fig.1 （a）Regional structure and deposit distribution of Jinshajiang-Ailaoshan metallogenic belt（a；He et al.，2017）and geological outline of Yulong porphyry copper-molybdenum ore belt（b；modified from Tang et al.，1995）

2 矿床地质

2.1 矿区地质特征

玉龙铜矿床是目前青藏高原东部昌都-思茅地体中最大的后碰撞斑岩矿床（图1b；Hou et al.，2003；Liang et al.，2009），已探明650 万吨铜（0.62%）和41 万吨钼（0.042%）资源量（玉龙矿区铜矿勘探报告，2009①）。矿床以始新世复式斑岩体为中心，呈岩株状侵位于恒星错-甘龙拉背斜轴部的由三叠纪海相碎屑岩和碳酸盐岩层序组成的上三叠统地层中（图2a）。该复式岩体以二长花岗斑岩（MGP）为主，钻孔中可见与二长花岗斑岩呈侵入接触的花岗斑岩（GP）及矿床西部发育的钠长斑岩脉（AP）（孙茂妤等，2015）。三类斑岩体具有相似的斑晶矿物组合（石英、钾长石、斜长石和黑云母），但其丰度和大小各不相同：在MGP、GP和AP中，斑晶分别占比为40% ～50%、20% ～30%和15% ～20%（Chang et al.，2017）。

图2 玉龙斑岩铜矿床地质简图（a；修改自玉龙矿区铜矿勘探报告，2009①）和10号勘探线剖面（b）Fig.2 Geological sketch of Yulong mining area（a；modified from Yulong Copper Exploration Report，2009①）and section of 10 exploration line in the Yulong porphyry copper deposit

2.2 蚀变矿化特征

矿区地表发育大面积的黏土化蚀变，新鲜斑岩体出露较少，同时受玉龙复式斑岩体侵位的影响，地层多蚀变为褐铁矿化角岩和含孔雀石化大理岩（图3a）。矿区地表及浅部可见孔雀石化、褐铁矿化等氧化矿石，孔雀石呈皮壳状和薄膜状分布在岩石表面及裂隙部位，褐铁矿多呈疏松块状（图3b-c），同时浅表发育铜硫化物矿石，矿石中可见辉铜矿、斑铜矿及黄铁矿（图3d），在岩体外围的矽卡岩矿石中磁铁矿较为发育（图3e）。

图3 玉龙铜矿露天采场全景和代表性矿石Fig. 3 Panorama open-pitand representative ores of Yulong copper deposit

矿区矿化类型包括产于玉龙斑岩体内的铜钼矿化及围绕斑岩体地层中的角岩型矿化及岩体外围的矽卡岩矿化，主要以斑岩体铜钼矿化为主，其金属矿物主要有黄铁矿、辉钼矿、黄铜矿等。黄铁矿多呈浸染状分布与岩石裂隙中，辉钼矿呈粒状集合体分布在岩石裂隙，与石英细脉共生，手标本下可见黄铜矿呈脉状与方解石共生（图4a-c）。镜下可见不规则粒状黄铁矿被闪锌矿所交代，蓝辉铜矿沿黄铜矿裂隙及边缘进行交代，黄铜矿表面粗糙且裂隙发育，与板片状辉钼矿共生（图4g-i）。

图4 玉龙斑岩铜矿床典型蚀变与矿化的镜下特征Fig.4 Microscopic characteristics of typical alteration and mineralization in Yulong porphyry copper deposit

矿区蚀变强烈，从岩体中心向外围依次发育有钾化蚀变带、钾硅酸盐化蚀变带（钾化与黑云母化）、绢英岩化蚀变带及后期岩体上部发育的一些黏土化带。钾硅酸盐化蚀变带靠近岩体中心，可见钾长石斑晶与石英以及与黑云母矿物共生组合，其中钾长石斑晶颗粒较大，斜长石可见钾长石加大边，同时基质及斜长石颗粒具有显著的绢云母化，叠加钾化蚀变，并伴随石英脉及金属硫化物分布，标本下可见浑圆状石英，可能代表流体出溶的结果（图3d-f）。镜下可见的绢云母蚀变可分为两种，一种是基质中呈放射鳞片状的绢云母集合体，与金属硫化物（黄铁矿）共生。另一种是长石斑晶发育的绢云母化，斑晶颗粒的内部及遍布均可见绢云母化，且长石表面黏古化强烈，依稀可见其环带（图4jk）。可见黑云母发生绿泥石化，这与区域上微弱的青磐岩化特征吻合（图4l）。

我们对靠近地表岩体出露中心位置的8、9、10号勘探线的ZK0812、ZK0908 和ZK1005 三个钻孔进行了详细的编录工作，并将柱状图与其Cu 矿化品位相对应（图5）。ZK1005 主要岩性以二长花岗斑岩及角岩为主，蚀变类型有钾长石化、黑云母化、绢英岩化，浅部粘土化蚀变强烈。浅部次生富集作用明显，Cu品位较高。150 ～300 m 角岩发育且其矿化相对较好，150 m 处Cu 品位异常高值，此处发育绢云母蚀变与硅化蚀变叠加。该钻孔二长花岗斑岩钾硅酸盐化与绢云母化发育部位矿化较好，角岩矿化相对较弱。ZK0908 岩性主要为二长花岗斑岩，该钻孔绢英岩化与黑云母化较发育，也可见少部分绿泥石化。在300 ～400 m 矿化现象较好，此处发育较好的黑云母化和绢英岩化，绢云母矿物在此段分布较多。ZK0812 中主要以二长花岗斑岩为主，深部可见花岗斑岩分布，其周围发育硅化及晚期的绢英岩化，但花岗斑岩矿化不明显，在钾化与绢英岩化叠加部位矿化相对较好，但钻孔整体的矿化现象不明显。通过蚀变强度及矿化的对比分析，发现绢英岩化、深部黑云母化蚀变与矿化关系密切，且矿化集中在浅部，400 m以下矿化较弱。但是仅从肉眼无法很好识别并区分蚀变类型，为了更好地将蚀变与矿化对应，我们对岩心样品进行了短波红外测试。

图5 玉龙铜矿钻孔柱状图、蚀变类型与Cu品位变化Fig.5 Histogram of drill hole，alteration type and Cu grade spatial variation of Yulong copper deposit

3 样品采集及测试方法

本次测试的玉龙斑岩铜矿床三个钻孔的岩芯样共270 余个，获得了560 条光谱数据。其中ZK0812 为42 个采样点，共获得231 条光谱曲线。ZK0908 为25 个采样点，共127 条光谱曲线。ZK1005 为32 个采样点共200 条光谱曲线。本次使用TerraSpec Halo便携式近红外矿物分析仪对钻孔样品进行测试，测试前需要对样品进行切面、剖光、清洗、晾晒等处理，仪器使用时将Spectralon 白色参比盘放于仪器光谱采集窗上进行校准，测试时选取样品中较为平滑的面置于采集窗进行光谱采集，为了减少测试误差，要避开硫化物、石英脉及一些包体等（刘鹤等，2015；田丰等，2019），每个样品点至少测试四次，每次光谱采集时间约为10 ～15 s。

短波红外测试光谱数据结果主要是依靠The Spectral Geologist Version 8（TSG 8）软件进行相关解译与处理，TSG 是澳大利亚联邦科学与工业研究组（CSIRO）研发的光谱软件，便于地质工作者分析样品光谱数据并确定矿物种类。TSG在运用数学拟合解译时也会存在误差，如绿泥石有时会被识别为绿帘石，黑云母被识别成角闪石等，具有非常相似的成分和晶格结构的矿物从而会产生相似的光谱，从而不易被区分，需要进行人工解译检查核对。伊利石和绢云母（白云母）光谱特征也极为相似，但在某些情况下，可以通过吸收特征的位置、深度或形状的微妙变化及结合电子探针来区分（Thompson et al.，1999；Harraden et al.，2013；Wang et al.，2021）。本文将伊利石和绢云母（白云母）归为一类解译分析，统称为绢云母族矿物。

TSG光谱局部的吸收特征参数主要有光谱吸收位置（absorption position）、吸收深度（absorption depth）、吸收宽度（absorption width）等（杨国防，2012；赵利青等，2008）。吸收位置是反射率最低的位置，对应矿物中基团的光谱吸收峰。绢云母矿物在光谱测试中受三个基团（-OH、H2O、Al-OH）的影响，分别在1400 nm、1900 nm、2200 nm 附近出现特征吸收峰。同时吸收深度表示在标准化反射光谱中吸收峰所对应的深度，通过绢云母族矿物2200 nm处吸收深度（Dep2200）与1900 nm 处吸收深度（Dep1900）之比可以计算出其结晶度（IC）值（杨志明等，2012）。

4 SWIR测试结果分析

4.1 蚀变矿物组合特征

本次测试识别的矿物包括高岭石、蒙脱石、绢云母、多硅白云母、绿泥石及少数碳酸盐、硫酸盐类等。其中高岭石为矿区内最为发育的黏土类硅酸盐矿物，是晚期低温黏土化的蚀变产物，主要与绢云母伴生出现。绢云母矿物（绢云母、多硅白云母）＋高岭石是最为普遍的蚀变矿物组合，其次为高岭石＋蒙脱石＋绢云母，金云母＋绿泥石＋绢云母、角闪石＋绿泥石等形式的矿物组合形式（图6）。其中ZK0812 与ZK0908 两个钻孔几乎均以高岭石＋绢云母及高岭石＋蒙脱石＋绢云母组合为主，ZK1005 中出现金云母、绿泥石及角闪石等矿物组合，与钻孔角岩出露部位相对应。谱解译结果显示高岭石类粘土矿物广泛出现于钻孔中，并且普遍以高岭石＋绢云母矿物组合出现，是贯穿性蚀变矿物。由于玉龙矿区内高岭石的光谱特征无明显变化规律，所以本文选用绢云母矿物作为特征矿物进行分析。

图6 钻孔主要蚀变类型及其矿物组合特征Fig.6 The alteration types and mineral assemblages of drill hole in Yulong deposit

4.2 绢云母族矿物空间分布及光谱特征参数规律

前人对绢云母SWIR研究显示不同成分绢云母族矿物Al-OH吸收峰值（Pos2200）不同，钠云母（富钠富铝）Pos2200 值接近2190 nm，绢云母（富铝富钾）Pos2200 值在2200 nm 附近，多硅白云母（富镁富铁贫铝）Pos2200 值通常大于2210 nm（Duke，1994）。本文通过SWIR 识别出的绢云母族矿物主要事绢云母与多硅白云母，而极少见钠云母的出现。ZK0812 在浅部较发育多硅白云母，200 m 附近以绢云母为主。ZK0908 普遍为绢云母矿物，该钻孔无多硅白云母出现；ZK1005 深部发育多硅白云母，浅部较少，主要以绢云母为主。根据绢云母族矿物在钻孔中的空间分布特征为：ZK0812 中以绢云母、多硅白云母为主，ZK0908 和ZK1005 钻孔中以绢云母分布为主。相比较于三个钻孔的地表位置ZK0812 则更靠近于岩体出露的中心位置（图7）。

图7 典型钻孔的绢云母族矿物空间分布规律Fig.7 Spatial distribution of sericite minerals in typical drill hole

绢云母族矿物Al-OH 吸收峰值位于2205 ～2209 nm，主要集中于2206 ～2208 nm（图8a）。TSG软件所识别出多硅白云母Pos2200 值的范围多在2207 ～2208 nm。绢云母族结晶度值（IC）范围为0～3，主要集中在0.5 ～2.5。且绢云母矿物Al-OH吸收波峰值与IC 值随深度的增加而呈现增大的趋势，其Pos2200 值浅部集中在2206 ～2207 nm之间，大于300 m 区域绢云母矿物Pos2200 值多分布在2207 nm以上（图8a）。绢云母矿物IC 值与深度的线性关系较好，较高的IC 值（＞1.5）基本出现在300 ～500 m的区域，浅部区域的绢云母IC 值较小（图8b）。

图8 绢云母矿物Al-OH吸收波峰-深度（a）及绢云母矿物结晶度-深度（b）关系图Fig.8 The relationship graph of sericite group minerals Al-OH absorption wavelength-depth（a）and sericite group minerals crystallinity-depth（b）

5 讨论

5.1 绢云母光谱特征参数的影响因素

前人研究认为绢云母结晶度值（IC）对流体温度有直接的反映，高温条件下，绢云母矿物接近理想的配比成分，随着温度的降低，水会吸附在绢云母分子层间，绢云母矿物在1900 nm 产生较强的吸收峰，从而使其结晶度值降低，绢云母的IC 值降低（杨志明等，2012）。绢云母矿物Pos2200 值的大小受绢云母分子中八面体AlⅥ的含量的影响，温度越高，AlⅥ含量越高，绢云母矿物Pos2200 值就越小。因此在温度较高时绢云母矿物Pos2200 值较小。上图中绢云母IC值随深度的加深而增大，指示深部的温度较高，而绢云母矿物Pos2200 值随钻孔深度的加深也呈现出增大的趋势及钻孔深部出现多硅白云母，这一现象仅用温度因素来对其进行解释是不吻合的。然而影响绢云母矿物Pos2200 值并非温度这一个因素，有前人研究认为热液流体的pH 也是制约Pos2200 值另外一个因素。在斑岩体系中，岩浆流体在向上运移过程中会伴随着歧化反应的进行，温度逐渐降低，流体的酸性增强，在流体运移通道浅部，多形成富Al 绢云母矿物，其Pos2200 值较低。其在横向上，越靠近流体运移通道，酸性增强，形成绢云母矿物Pos2200 值也会越小（Halley et. al.，2015）。而若是以流体PH 对其影响为主导则可以解释本文绢云母矿物在空间上的分布特征：在靠近玉龙斑岩体的深部区域，流体的温度高且为中-弱酸性，此时容易形成Pos2200 值较大的多硅白云母，随着流体的向浅部运移，其温度不断下降且流体酸性不断变强，此时则形成Pos2200 值较小的富铝绢云母。本次所测整体绢云母Pos2200 值也相对较大（接近2210 nm），说明其形成于较深的环境。同时钻孔勘探可能已接近斑岩体的中心位置，且钻孔深度最深控制在500 m 左右，黏土化矿物（高岭石）普遍发育，说明玉龙铜矿床已遭受了较为严重的剥蚀，其斑岩体侵位中心埋藏浅已接近地表，所以矿床整体经受了强烈的地表物理风化作用，晚期的黏土化蚀变遍布整个矿区。同时ZK0812 中也出现多硅白云母，在相比较于其他两个钻孔ZK0812更靠近于岩体出露的中心位置，也说明了该钻孔靠近岩体中心位置，表现为绢云母Pos2200 值越大；其浅部出现多硅白云母可能是花岗斑岩枝穿插二长花岗斑岩所致，可能指示花岗斑岩的侵位中心。

玉龙斑岩铜矿床含矿斑岩（二长花岗斑岩）及其内部的花岗斑岩发育强烈的蚀变，钻孔岩芯样中观察到的蚀变主要为钾硅酸盐化、绢英岩化、黏土化及浅部次生氧化，含矿斑岩青磐岩化不发育。在短波红外光谱测试中主要识别的矿物为高岭石类和绢云母类矿物，且二者伴生出现，仅在1005 钻孔中识别出少量绿泥石与角闪石、金云母组合。相较于其他两个钻孔1005 钻孔更偏向矿床西侧，ZK0812 与ZK0908 短波红外测试均无发现绿泥石矿物，或许在靠近东侧对称位置会发现绿泥石矿物，较早期的青磐岩化蚀变的大部分缺失也说明了矿床被剥蚀严重。由于此次取样位置范围较为局限，测试所获的蚀变矿物组合没有明显的变化，对于进一步划分玉龙矿床蚀变分带还需要进行后期的研究工作。

5.2 矿床勘查与找矿方向

目前广泛分布于斑岩矿床中的绢云母族蚀变矿物（钠云母、绢云母、多硅白云母）结晶度值和特征吸收峰值可作为寻找矿床蚀变矿化中心与有利成矿部位的有效标志（Yang et al.，2005；杨志明等，2012；许超等，2017；刘新星等，2021）。例如杨志明等（2012）通过计算伊利石的特征光谱参数总结出其在矿区内的变化规律：伊利石结晶度与温度呈正相关关系，在靠近矿化中心处伊利石结晶度值较高，远离矿化中心处IC 值逐渐降低。任欢等（2020）发现接近含矿热液中心绢云母具有较短Al-OH吸收波长。同时在不同矿床中靠近矿化中心绢云母族矿物2200 nm 吸收峰值并不是只呈现出上述一种变化规律：许超等（2017）在福建紫金山矿床中通过短波红外光谱（SWIR）研究发现，从矿化中心到外围，伊利石结晶度值（IC）和伊利石2200 nm 吸收峰位值Pos2200 均有明显地从高值到低值的变化趋势；Laakso等（2016）在研究加拿大Izok Lake 矿床时得出靠近矿体的Pos2200 值较高，而远离矿体的Pos2200 值变低。可见，对于不同矿床绢云母矿物的特征参数表现出不一致的规律。本次的短波红外光谱测试中也选取了绢云母族矿物为主要研究分析的蚀变矿物，研究发现钻孔控制部位已接近深部岩体侵位中心（400 ～500 m），剖面上越靠近岩体中心的位置绢云母族矿物表现较大的绢云母Al-OH吸收波长（＞2207 nm）与较高的绢云母IC 值（＞2.0）。且靠近岩体中心位置多分布多硅白云母，由岩体中心外围绢云母含量增加，多伴随高品位矿化，剖面东西两侧较于中间区域矿化发育（图9），说明此时矿体可能已到达深部斑岩体附近区域。

图9 玉龙铜矿09勘探线剖面的绢云母族矿物与矿化关系（剖面数据来源于昌佳，2019，zk0908是本文测试的结果）Fig.9 Relationship between sericite group minerals and mineralization in the 09 exploration line profile of the Yulong copper deposit

绢云母族蚀变矿物纵向的空间分布及特征参数规律显示：越靠近深部岩体中心部位多硅白云母越发育，且绢云母矿物IC值与Pos2200 值也呈现增大的趋势，在靠近岩体中心外围矿体，绢云母族矿物Pos2200 值相对较小（2206 ～2207 nm）、IC 值相对较低（1.0 ～2.0）。利用绢云母矿物短波红外光谱特征在纵向上对紧贴岩体外围发育的矿体进行定位及约束，为了更高效的勘查工作，后期可继续补充一些短波红外光谱相关工作，将横向与纵向上短波红外光谱特征结合，将斑岩体外围矿体区域更好进行限定，同时建立系统SWIR 勘查模型指导找矿工作。

6 结论

（1）绢云母矿物Pos2200 值在靠近岩体中心主要受成矿流体pH 影响，岩浆流体在向上运移过程中会伴随着歧化反应的进行，流体的pH下降，温度也逐渐降低，弱酸性条件下利于多硅白云母的形成，此时绢云母族矿物具有较长的Al-OH 吸收波长。IC 值通常与温度呈正比例关系，在高IC 值位置其温度也较高。绢云母蚀变矿物高Pos2200 值与高IC值区域表明该位置流体的pH 较大，温度较高，指示该区域靠近深部斑岩体中心位置。

（2）玉龙铜矿的绢云母族矿物SWIR 研究结果显示：钻孔控制已接近岩体侵位中心部位，靠近岩体侵位中心绢云母族矿物具有较大的Pos2200 值（＞2207 nm）与IC 值（＞2.0），并伴随多硅白云母的发育，由侵位中心向外绢云母逐渐增多，且铜矿化紧贴岩体发育，富铜矿体（＞0.6 wt%）与绢云母在空间上紧密伴生。因此，绢云母族矿物高Pos2200 值（＞2207 nm）和高IC 值（＞2.0）以及多硅白云母的出现可作为紧贴斑岩体外围矿体产出的底界线，相对于岩体中心较低的绢云母族矿物Pos2200 值（2206 ～2207 nm）和较低的IC 值（1.0 ～2.0）可作为深部富铜矿体出现的标志。

致谢：野外工作得到了高雪博士后、张瑞锐博士与张宏睿硕士的协助，室内分析测试中得到了吴松讲师和赵博硕士的帮助，也感谢各审稿专家提出的宝贵修改建议，在此表示衷心的感谢！

注释：

①西藏玉龙铜业股份有限公司，2009. 西藏自治区江达县玉龙矿区铜矿勘探报告［R］