基于短波红外光谱技术在浅成低温热液型矿床中的成矿指示研究

李先初，张怀东，华彬，张振，卢亮

（1.安徽省地质矿产勘查局313地质队，安徽六安 237010；2.铜陵市博益矿业工程技术咨询有限公司，安徽铜陵 244000）

0 引言

晓天-磨子潭盆地，是安徽省金（银）矿产的重要产区和成矿远景区之一，该区已发现一批金（银）、铜、铅、锌等矿床（点）。前人已对该区金矿开展一定的研究，认为该区的隆兴、东溪和南关岭金矿主要与火山、次火山热液密切相关，具有浅成低温热液金矿的典型特征［1-4］，深部存在寻找隐伏斑岩型矿床的潜力［5］。浅成低温热液矿床与斑岩矿床通常属于一个完整的岩浆热液成矿系统，通过近地表一系列的热液蚀变指示深部及周边的潜在矿床［6-7］。

近年来，短波红外光谱技术广泛应用于隐伏斑岩-浅成低温热液矿床勘查，可有效鉴定含羟基、硫酸盐和碳酸盐等低温热液蚀变矿物，并利用矿物发射光谱特征变化，定位热液中心［8-9］，为揭示研究区可能存在的蚀变空间分布、矿化中心特征提供依据。

在前人研究的基础上，本文通过野外地质调查，并借助短波红外光谱技术手段，对晓天-磨子潭盆地浅成低温热液型金矿床蚀变类型、组合等进行较为详细的研究。通过鉴别研究区蚀变矿物分布组合特征以及伊利石反射光谱特征，为晓天-磨子潭盆地深部寻找斑岩型成矿中心提供指示依据。

1 区域地质概况

晓天-磨子潭火山岩盆地位于秦岭-大别造山带北侧的北淮阳成矿带东段。北淮阳成矿带沿大别造山带边缘展布，为华北板块与扬子陆块碰撞产生。普遍认为，其南北分别以桐柏-桐城断裂（晓天-磨子潭断裂）和明港-六安断裂作为边界，西邻南阳盆地，东止于郯庐断裂，整体呈长条状沿北西-南东向展布（图1）。

图1 北淮阳构造带东段地质矿产简图（据313队修改）Figure 1.Sketch of geology and mineral resources in the eastern section of the North Huaiyang Tectonic Belt（modified after No.313 Unit）

北淮阳成矿带以发育北西向和北东向断裂为主（图1），是区内重要的控岩、控矿构造，金矿点多产于该两组断裂构造交会处。区域内中生代岩浆活动强烈，分为两个构造层，基底为上太古界—下元古界和下古生界变质岩，盖层为中生代火山岩［1］。霍山-晓天盆地为一北西向展布的继承式断陷盆地，东西两侧分别出露中生代凌家冲和查湾杂岩体，大体构成盆地东西边界。该盆地为区内重要的岩金矿产区。

2 研究区地质特征

2.1 地层

研究区位于磨子潭-晓天火山岩盆地内，出露地层主要为上侏罗统-下白垩统毛坦厂组，盆地底部为庐镇关岩群小溪河岩组。南部见少量新太古界大别山群。毛坦厂组由一套钙碱性安山质岩石组成，夹有透镜状沉积薄层，岩性主要有安山质火山角砾岩、安山质凝灰岩、安山质角砾凝灰岩、安山岩等。小溪河岩组岩性有黑云钾长（二长）片麻岩、斜长角闪岩等。

2.2 构造

断裂构造在该区发育，磨子潭-晓天深断裂从研究区南缘穿过，形成一系列次生构造。根据断裂与矿化的时间关系，可以划分为成矿前断裂、成矿期断裂和成矿后断裂。

成矿前断裂主要为北西向断裂、层间断裂和北东向断裂。北西向断裂是区内主要控矿构造，一系列近乎平行分布的断裂呈斜列式排列，走向为300°～315°，见断层角砾岩，总体倾向北东，倾角较陡，局部近直立，其中常见石英脉硅化脉充填，断层性质为张性。层间构造规模较大，产状平缓，常见石英脉充填。北东向断裂普遍分布构造角砾岩、碎裂岩，见强烈的硅化、碳酸盐化、绿泥石化等蚀变。北东向断裂带内见石英大脉、硅化脉呈串珠状分布。

成矿期断裂规模较小，表现为早期形成的矿石矿物破碎，被后期生成的矿石矿物沿裂隙充填，形成矿石的角砾状构造，或含金石英脉间围岩破碎，并被后期热液交代蚀变。

成矿后断裂以南北向为主，次为近东西向，常错断地层及含金石英脉带，断层性质以扭性为主，次为张性及张扭性。

2.3 岩浆岩

磨子潭-晓天盆地中，岩浆岩以中性喷出岩为主，次为侵入岩，均为燕山晚期产物。喷出岩在区内广泛分布，为金矿体的直接围岩，主要岩石类型为安山岩、安山质角砾凝灰岩、安山质角砾熔岩、安山质凝灰岩、安山质火山角砾岩、粗面岩、粗面质凝灰岩等，其中以安山岩和安山质火山碎屑岩为主。侵入岩主要以岩脉形式产出，岩性有闪长玢岩、正长斑岩等。

2.4 矿化与蚀变特征

金矿体产于含金石英脉内，分布受破碎带控制。矿体形态多呈脉状、少量透镜状，沿矿体走向及倾向均出现膨大缩小、分支复合、尖灭再现等现象。金矿体多赋存在脉石矿物晶隙中或微裂隙中，部分金矿物包裹在石英或黄铁矿中，少量赋存在黄铁矿与脉石英间及黄铁矿裂隙中。银金矿粒度较细，大部分为细粒金（0.01～0.037 mm），占72.5%；次为中粒金（0.037～0.074 mm）和微粒金（＞0.01 mm），分别占15%和12.5%；少量中粒金和粗粒金，偶见巨粒金（0.3～1.35 mm）。

金属矿物以银金矿为主，次为自然金、自然银，少量褐铁矿、黄铁矿、赤铁矿、黄铜矿、磁铁矿、方铅矿、闪锌矿等，偶见斑铜矿、蓝铜矿等。金属矿物含量不足1%。脉石矿物主要有石英、方解石、玉髓等，次为长石、黑云母、角闪石、绿泥石，偶见微量锆石、榍石、重晶石、磷灰石、雄黄、雌黄、辰砂等非金属矿物。矿石结构为碎裂结构、镶嵌结构、粒状结构、交代残余结构，矿石构造为块状构造、带状构造、梳状构造、胶结状构造、蜂窝状构造、网脉状构造。

原岩以安山质火山碎屑岩为主，具有不同类型的蚀变矿化，部分岩石保留原有的结构构造特征（图2a）；少量岩石发育黄铁矿化、黄铜矿化，见白色碳酸盐-硫化物脉穿切已蚀变的原岩（图2b）；蚀变较强的原岩整体以浅色为主，长石斑晶被完全交代，原岩结构构造遭到破坏，斑晶和基质无明显界限（图2c、2d）。

图2 南关岭金矿地表蚀变样品特征Figure 2.Characteristics of surface alteration samples from the Nanguanling gold deposit

3 样品采集和分析测试

短波红外光谱技术通过快速鉴定岩石中含羟基、硫酸盐及碳酸盐等热液蚀变矿物类型及组合，以及系统测试特殊矿物反射光谱变化特征，可指示热液矿化中心，在矿产勘查中具有广阔前景。本次样品采集布置于P3、P4 路线，对研究区出露的新鲜地表基岩进行系统采样，共采集样品43组（图3）。

图3 南关岭金矿地质简图及P3、P4路线采样位置Figure 3.Geological characteristics of the Nanguanling gold deposit and sampling locations along routes P3 and P4

本次测试所使用的仪器为BJKF-Ⅳ型便携式近红外矿物分析仪（PNIRS），波长范围为1 300～2 500 nm，光谱分辨率为7～10 nm，光谱取样间距为2nm，测量速度为10 s～6 min。测试工作在合肥工业大学资源与环境工程学院完成。测量工作首先进行本底测量，测量标样，数据拟合进行系统误差校正，然后对所采样品进行测量。测量结果解译软件为便携式近红光谱快速测定系统MSAV3.6软件。

4 分析测试结果

前人研究认为伊利石结晶度（IC 值）和伊利石2 200 nm峰位（Pos2 200）在斑岩矿区存在明显的变化性规律，可作为找矿勘查指标，可快速直接定位热液/矿化中心［8］。其中IC值即为伊利石2 200 nm（Dep2 200）吸收深度与伊利石1 900 nm（Dep1 900）吸收深度的比值（IC=Dep2 200/Dep1 900）。具体表现为IC 值从矿化中心到外围呈现明显的降低趋势，与形成温度呈正相关关系［10-11］：温度高时，IC 值较大；温度降低，IC值会变小。

在短波红外光谱曲线中，1 900 nm 峰位代表了水的吸收峰，该峰处的吸收强度表明了样品中水含量的相对高低：吸收越强，样品中含水量越多，形成时水的参与越多。在对样品进行短波红外光谱分析时，样品始终保持干燥状态，避免了人为因素导致1 900 nm 峰吸收增强的影响。

Pos2 200 代表Al-OH 峰，其实是pH 梯度的反映：峰值越大，酸性越弱。理想情况下，低2 200 nm 对应的应该是更靠近岩体中心（接近流体通道）。但在实际运用时，不能简单地用2 200 nm峰值判断pH环境。

4.1 矿物组成

经过对样品的分析可知，该区的蚀变矿物主要为铁镁绿泥石、云母族矿物（多硅白云母伊利石、白云母伊利石、多硅白云母、白云母）、高岭石、方解石、铁白云石、绿帘石、铁电气石、黝帘石、钠云母伊利石（图4），金属矿物包括黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿、菱镁矿等。

图4 研究区地表样品主要蚀变矿物组成Figure 4.Main composition of altered minerals from the surface samples in the study area

蚀变矿物具有明显的水平分带特征，自北东向南西由云母族矿物（多硅白云母+伊利石+蒙脱石）+高岭石蚀变向绿泥石+白云母+伊利石蚀变转变，其中绿泥石含量逐渐增多，伊利石或白云母逐渐减少（图5）。

4.2 伊利石IC值

1 900 nm 峰位数值大小（Pos1 900）的变化在1 891.31～1 919.16 nm（平均值为1 912.85 nm），1 900 nm 峰位吸收深度（Dep1 900 值）的变化范围是0.028~0.659 nm（平均值为0.148 nm）；2 200 nm 峰位数值大小（Pos2 200）的变化为2 185.59～2 219.88 nm（平均值为2 209.78 nm），2 200 nm 峰位吸收深度（Dep2 200值）的变化范围为0.016～0.423 nm（平均值为0.103）；伊利石的结晶度（IC 值）变化为0.07~3.03（平均值为0.75）。

伊利石IC 值、Dep1 900 nm 和Pos2 200 值具有明显的变化规律，显示伊利石IC 值在P3 路线上自中部向两侧呈现明显由低值向高值变化趋势，在P4 路线上自北东向南西逐渐增加的特征（图6）。Dep1 900 nm值在P3 路线上自中部向两侧逐渐降低，在P4 路线上自北东向南西也呈现逐渐降低的趋势（图7）。Pos2 200 nm在该区没有明显的变化趋势（图8）。

图6 研究区地表样品伊利石IC值在空间上的变化特征Figure 6.Features of spatial variation of IC values of illite from surface samples in the study area

图7 研究区地表样品1 900 nm峰位吸收强度在空间上的变化特征Figure 7.Features of spatial variation of absorption intensity at 1 900 nm peak of surface samples in the study area

图8 研究区地表样品2 200 nm峰位在空间上的变化特征Figure 8.Features of spatial variation of absorption intensity at 2 200 nm peak of surface samples in the study area

4.3 数据解译

研究区地表样品伊利石IC 值在P3、P4 路线上的特征，表明南西地区为高温区或矿化中心，靠近流体通道。Dep1 900 nm 值的空间变化趋势，表明高Dep 1 900 nm 值区矿物在形成时水的参与逐渐增多，或者为近地表低温的环境，与伊利石IC值所指示的该区为低温区特征一致。

综上所述，蚀变分带所代表的西南区为靠近高温区或接近蚀变中心、伊利石IC 值和Dep1 900 nm 所指示的西南区为高温区或矿化中心，西南区更靠近流体通道或矿化中心，为下一步的重点勘查目标。

5 结束语

（1）六安晓天-磨子潭盆地南关岭金矿地表样品普遍发生的蚀变为绿泥石、云母族矿物（多硅白云母伊利石、白云母伊利石、多硅白云母、白云母）、高岭石，少量绿帘石、铁电气石、黝帘石、钠云母伊利石蚀变，金属矿物以黄铁矿、黄铜矿、菱铁矿、菱镁矿为主。

（2）该区蚀变矿物具有明显的水平分带特征，自北东向南西由云母族矿物（多硅白云母+伊利石+蒙脱石）+高岭石蚀变向绿泥石+白云母+伊利石蚀变转变，其中绿泥石含量逐渐增多，伊利石或白云母逐渐减少。

（3）研究区样品中伊利石IC 值、Dep1 900 nm 具有明显的空间变化规律，伊利石IC值自中部向两侧呈现明显由低值向高值变化趋势，Dep1 900 nm 值自中部向两侧逐渐降低，两者的空间变化均表明西南区为高温区或矿化中心，靠近流体通道。

（4）研究区的地层、构造及强烈的火山活动均为成矿提供了有利条件，近地表的围岩蚀变特征表明研究区的西南地区可能存在热液矿化中心，是下一步找矿工作的重点。

致谢：样品测试及数据处理等得到合肥工业大学周涛发、范裕老师，安徽工程大学李旋旋老师帮助，在此一并感谢。