近红外光谱技术与地球化学方法在广西大瑶山多金属矿产勘查中的应用

张 生，黄志强，韦银科，何卫军，高振锐

(广西壮族自治区遥感中心，广西 南宁 530023)

0 引言

前人对广西大瑶山地区开展过不同程度的地质找矿研究，如物化探找矿[1-5]，矿床地质[6-14]、遥感地质[15]和近红外光谱技术找矿[16]等研究工作。在广西大规模地质找矿战略行动计划项目中，在大瑶山古龙地区首次采用高精度光谱测量仪(美国进口ASD，光谱范围350～3500 nN)，系统开展高精度近红外光谱土壤测量，取得大量的寒武纪地层、加里东期岩体、燕山期岩体、断裂构造蚀变带、矿化蚀变带、岩体与围岩接触带等分布区土壤中的矿物(如含高岭石矿物、含绿泥石矿物、含Al—OH矿物、含三价铁矿物等)近红外光谱波谱曲线及数量值，丰富了地质矿产信息提取内容。

1 地质概况

工作区大地构造位于南华活动带桂中—桂东褶断带大瑶山隆起与华夏褶皱系信都褶皱带接合部位，研究区内岩浆岩较发育，主要有早志留世石英花岗闪长岩(S1γδo)、晚奥陶世石英闪长岩(O3δo)等。研究区地层出露主要为寒武系小内冲组不等粒杂砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩，黄洞口组一、二、三段次深海类复理石砂泥岩，局部夹灰岩(图1)。

图1 大瑶山研究区地质图

根据已有矿区地质资料，矿区断裂构造主要有3条：栗木—马江区域性大断裂社垌段(尾端)、宝山—龙塘断层、社垌断层。工作区位于广西大瑶山金多金属矿成矿带南段，该成矿带是广西重要的金(银)多金属成矿区带之一。矿床、矿点众多，有33处，其中钨钼矿床1处，铅锌矿床(点)5处，金多金属矿点4处，铅矿点1处，银矿床1处，钼矿点1处，钼矿点1处，金矿床(点)20处。近年来又陆续发现较多铅锌银矿床、铜钼多金属矿床等，如大黎铜钼矿床、社垌钨钼多金属矿床等[11-12]。

据陈懋弘等[13]瑶山地区多期次花岗质岩浆活动与成矿系列，包括工作区在内的大瑶山地区主要成矿系列如下：加里东期斑岩-矽卡岩-石英脉型钨钼铜矿成矿系列、燕山早期斑岩型铜钼(金)成矿系列、燕山晚期斑岩型-破碎带蚀变岩型钼金银铜铅锌成矿系列。矿床组合类型主要有斑岩型金铜钼矿床、矽卡岩型钨钼矿床、破碎带蚀变岩型金银铅锌矿床及石英脉型金银铅锌矿床4种矿床类型[11-13]。

2 土壤近红光谱与地球化学特征

2.1 样品采集与研究方法

2.1.1 样品采集

研究区布置在苍梧县岭脚镇流山、藤县古龙镇寺婆、苍梧县京南镇城垌究区地段，主要为岩体的外接触带、区域性大断裂的两侧、含矿断裂带。剖面线大体垂直含矿断裂带、矿化体走向。线距100～200 m，采样点距20～40 m。样品采自B层，采样深度20～30 cm，采样物质为黏土、软泥、粉砂等，样品原始重量400～500 g。样品从野外取回来后及时晒干、烘干，用木棒敲碎，过20目筛，包装好，核对无误后送化验室。流山研究区采样274件土壤样品，寺婆研究区采样195件土壤样品与城垌研究区采样280件土壤样品开展Au、Ag等8元素化探分析与近红外光谱分析，土壤近红外光谱剖面采样线见图1。

2.1.2 研究方法

样品加工严格按Q=Kd2(Q为样品最低可靠质量，K为样品特性确定的缩分系数，d样品中最大颗粒直径)公式制备样，根据规范要求，矿石的缩分系数K值取0.6。样品加工损失率≤5%，缩分误差≤3%。样品加工全部达到粒径1～0.83 mm(16～20目)后，缩分为正、副样两部分，进一步磨细至正样规定粒度0.097 mm(160目)、最小质量50 g送化验室。副样保存最小质量：矿样200 g。土壤近红外光谱分析样由广西遥感中心测试，其余为广西地质矿产测试研究中心测试。

分析元素Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Mo等中的8种元素。化学分析质量检查样：内部检查样品从基本分析副样中按矿石类型、品级抽取，编密码送原基本分析实验室进行。内检样品的数量分别为基本分析和组合分析样品数的10%；内检样品合格率≥95%。

高精度近红外矿物分析仪(型号：TerraSpec4 Hi-Res，波段范围为近红外—中红外的350～2500 nm，美国ASD公司制造)，是自带光源接触式矿物测定，通过现场和取样分析，对颗粒细小的黏土矿物的识别非常有效。光谱分析专家软件TSG进行数据分析和反演。将实测岩石或土壤波谱曲线导入到光谱分析专家(TSG)，系统自动检测每个样品的特征吸收峰位置，通过TSA模块与系统自带的标准波谱数据对比，通过波形匹配算法，系统初步判定岩石或土壤样品主要矿物成分、矿物组合。分析含Al—OH、Al—OH峰位移、含(Al—OH)+(Fe—OH)、含Mg—OH、含吸附水含量、含Fe3+矿物、含高岭石、含[(Al—OH)+(Fe—OH)]/H2O组合、含吸附水矿物峰位移、含—OH矿物总量吸收强度等。符合《岩矿波谱测试技术规程》(DD2014-13)要求。

2.2 分析结果

2.2.1 大瑶山岭脚镇流山研究区

1)研究区土壤近红光谱特征。流山研究区土壤近红外光谱剖面测量成果表明土壤近红外光谱剖面参数；土壤中高岭石含量、含Al—OH矿物总量及其半高宽、含三价铁矿物总量、含—OH矿物总量、含Mg—OH矿物总量及蚀变矿物总量(峰强比)6种代表性特征光谱参数反演图高低值区分布情况，不但能较好地反演工作区地表岩体(脉)及断裂出露情况，还能为深部寻找隐伏岩体或矿体提供有用信息。

2)研究区土壤地球化学特征。研究区异常元素组分较复杂，含中高温—中低温热液成矿元素及成矿指示元素，组合高值异常区可分为低温(Au、Ag、As异常)和中高温(Cu、Pb、Zn异常)热液成矿元素组合。Au、Ag、As综合异常圈位于西面工作区面积最大的岩体及其东侧延伸至NE向断裂与NW向断裂交汇处，该异常高值区规模较大，工作区中北部有两处Au、Ag、As异常高值区(Au、Ag、As元素综合异常与Au、Ag、As、Cu、Pb、Mo元素综合异常)呈不规则椭圆形分布，异常圈集中，该异常推测为成矿热液形成的金属矿异常所致，具有一定找矿前景；最后一个Au、As、Ag、Zn、Pb综合异常圈位于工作区南面。工作Cu、Pb、Zn元素综合异常圈均分布于工作区4个岩体内及其周边，以西面工作区面积最大的岩体及其东侧延伸至NE向断裂与NW向断裂交汇处发育的Cu、Pb、Zn、W、M最具找矿潜力。总的来看，区内异常区常以岩体及其围岩接触带断裂交汇处最为明显，高值区规模较大[12-13]。

2.2.2 大瑶山古龙镇寺婆研究区

1)研究区土壤近红光谱。寺婆研究区土壤近红外光谱剖面测量成果表明，工作区内含铁氧化物含量(波段范围350～570 nm)、含—OH矿物半高宽及含—OH矿物峰位移等3种特征光谱参数反演出的低值区，是成矿有利部位；含吸附水矿物峰位移、含吸附水矿物半高宽、吸附水在1923 nm吸收峰及(Al—OH)/H2O峰强比等4种特征光谱参数反演出的高低值过渡区与寺婆含矿断裂主要金属矿化地段相一致，这几种光谱参数反演结果有效地指导了工作区找矿工作。

2)研究区土壤地球化学。寺婆研究区土壤化探剖面测量成果表明，工作区化探高低值异常显著，单元素及多元素组合在靶区范围内主要有2处重要的高值区，而工作区Au、Ag、As、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn等8元素综合异常图则反演出4处明显的组合高值异常区。主要异常中心位于切穿错动寺婆含矿断裂的NNW—NW向断裂与SN向寺婆断裂交汇部位—NW向断裂及与近SN向寺婆含断裂交汇部位，该异常规模较大，浓集中心明显，主要沿近SN向含矿断裂走向呈长条状或串珠状延伸，且单个高异常区呈长条状沿含矿断裂SE向出图幅区未闭合，该异常推测为成矿热液形成的金属矿异常所致具有一定找矿前景，化探反演结果与查证结果一致。

2.2.3 大瑶山京南镇城垌研究区

1)研究区土壤近红光谱。城垌研究区土壤化探剖面测量成果表明土壤中含三价铁矿物总量、含—OH矿物总量波谱低值区为工作区成矿有利部位；含—OH矿物半高宽光谱特征表现出在成矿有利部位位于高低值突变区域，其外围形成不规则环带低值区；含—OH矿物峰位移及(Al—OH)/H2O峰强比显示高低值过渡区是找矿的有利地段。

2)研究区土壤地球化学。研究区化探高低值异常显著，单元素及多元素组合在靶区范围内主要有2处。Au、Ag、As、Sb元素异常与构造及矿体分布实际相吻合，套合性较好，主要分布于寒武系黄洞口组二段顶部与黄洞口组三段接触部位的网脉状分布的含石英脉破碎带中，且延NWW—EW向展布，3处为Cu、Pb、Zn矿化为主的中高温共生(伴生)金属元素组合，在矿区内分布规律较为一致，呈不规则环带状分布于测试区及金矿化区南西部，靠近F2区域大断裂，表现出从F2至外围的中高温热液—低温热液以及元素(Cu、Pb、Zn→Au、Ag)分带特征(图2)。

图2 城垌土壤地球化学综合图

3 金矿找矿模型

综合近红外光谱技术与地球化学方法，大瑶山流山、寺婆、城垌三个研究区的金矿找矿模型见图3。

3.1 大瑶山流山研究区

选取流山研究区近红外光谱5项参数和化探两元素建立该研究区土壤近红外光谱与地球化学方法金银矿找矿模型(图3a)。由图3a得出工作区地质、土壤近红外光谱和化探找矿条件：①地层：工作区寒武系黄洞口组二段(∈h2)与三段(∈h3)接触界线附近为有利成矿部位，Au、As矿化主体发育在∈h2的顶部长石石英砂岩中。对于采样加密区，图3a中∈h2地层含—OH矿物总量及其半高宽整体低于∈h3，指示∈h2地层含结晶水及其他羟基蚀变矿物的含量较低，地层整体的—OH矿物结晶度较好，但受到断裂、矿化的影响，矿物结晶度会出现高低突变区域，铁氧化物含量在地层分界线处明显下降，大部分低值区域位于∈h2顶部；②构造(次级断裂带)：工作区金矿化发育在寒武系黄洞口组二段(∈h2)、三段(∈h3)地层交界附近老硐密集区发育的NNW向及近EW向次级断裂带中，图3a中显示次级含矿断裂均位于土壤中含—OH矿物总量、含三价铁矿物总量(370～560 nm，820～1150 nm)波谱低值区、含—OH矿物半高宽突变区内，Au、As含量剖面显示矿化位置较为精确，但仅对矿化强度最高位置有所反应。③土壤含Al—OH矿物半高宽达到20～21高值，相对应的土壤w(Ag)为40×10-6～50×10-6，指示附近有银矿点存在。

3.2 大瑶山寺婆研究区

在系统总结寺婆研究区开展的土壤化探剖面测

量(1∶1万)及土壤近红外光谱剖面测量(1∶1万)工作成果基础上，选取寺婆研究区近红外光谱和化探指示性参数开展工作区土壤近红光谱与土壤化探成矿指示要素对比模型研究(图3b)。由图3b可见，含—OH矿物半高宽及含吸附水矿物峰位移具有相似的含量曲线特征，断裂构造及地表金、银矿化部位位于含—OH矿物半高宽、含吸附水矿物峰位移及含铁氧化物含量(波段范围350～570 nm)含量曲线高低值过渡区；Ag元素含量、Au-Ag-As-Hg元素组合含量及综合元素含量具有相似的曲线特征，主要含矿断裂及矿化部位位于3种曲线高值区，且处于高值区波峰及波谷过渡区(或突变区)。由此表明，工作区主要断裂构造及地表金、银矿化部位均位于6种成矿指示性要素高低值过渡区(或突变区)。研究区主要矿化部位紧邻一近SN向的溪流，地形落差较大，溪流通过部位，是近红外光谱3种成矿指示性要素含量曲线均显示明显的低值区，而土壤化探3种成矿指示要素含量曲线均显示明显的高值区，推断由于表生风化、搬运、剥蚀淋滤等地质作用，促使溪流周围地层或含矿部位残坡积层土壤中Au、Ag等成矿元素及—OH、Fe等离子或基团不断析出迁移，并在溪沟富集，是造成该现象的重要原因之一。说明工作区地形条件对主要断裂矿化部位元素的迁移具有重要影响。

图3 大瑶山研究区近红外光谱与地球化学方法金矿找矿模型

3.3 大瑶山城垌研究区

选取城垌研究区近红外光谱和化探指示性较好参数建立该研究区土壤近红光谱与土壤化探金矿找矿模型(图3c)。由图3c可见，城垌研究区近红外光谱和化探找矿模型：①地层：工作区寒武系黄洞口组二段(∈h2)与三段(∈h3)接触界线附近为有利成矿部位，金、砷矿化主体发育在∈h2的顶部长石石英砂岩中。对于采样加密区，图3c中∈h2地层含—OH矿物总量及其半高宽整体低于∈h3，指示∈h2地层含结晶水及其他羟基蚀变矿物的含量较低，地层整体的—OH矿物结晶度较好，但受到断裂、矿化的影响，矿物结晶度会出现高低突变区域，铁氧化物含量在地层分界线处明显下降，大部分低值区域位于∈h2顶部；②构造(次级断裂带)：工作区金矿化发育在寒武系黄洞口组二段(∈h2)、三段(∈h3)地层交界附近老硐密集区发育的NNW向及近EW向次级断裂带中，图3c中显示次级含矿断裂均位于土壤中含—OH矿物总量、含三价铁矿物总量(370～560 nm，820～1150 nm)波谱低值区、含—OH矿物半高宽突变区内，Au、As含量剖面显示矿化位置较为精确，但仅对矿化强度最高位置有所反应[14，17]。

4 结论

利用TSG光谱地质专家系统进行研究区土壤中蚀变矿物波谱信息反演结果表明，土壤中高岭石含量、含Al—OH矿物总量、含三价铁矿物总量、含OH+H2O矿物半高宽、含H2O矿物峰位移、含Mg—OH矿物总量等6种代表性特征光谱参数高低值区的分布情况，与工作区地表岩体(脉)及断裂出露情况吻合。为此，根据高低值区的分布情况，研究区查证出花岗斑岩脉(体)4处，新发现高品位的金矿脉3条。同时，土壤近红外光谱剖面测量成果还能为深部寻找隐伏岩体或矿体提供有用找矿信息。本区主要蚀变矿物光谱参数反演出的高值区主要围绕地表已出露的花岗斑岩岩体(脉)呈NE向或略呈环形展布，推测地表岩体深部应连为一体，已岩墙或岩基的形状隐伏于深部，由于本次项目尚未安排钻孔验证工作，有待下一步进行。