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王乐等-EG:伊利石短波红外光谱在勘探中的应用——以争光中硫型浅成低温Au-Zn矿为例
2021-03-12 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  过去20年来,可见光、近红外和短波红外光谱(VNIR-SWIR)逐渐被广泛应用于矿产勘查,主要是利用野外便携式光谱仪刻画斑岩、浅成低温热液、VMS(火山岩含矿的块状硫化物矿床)等一系列热液矿床的蚀变特征。该类分析可以识别对红外线敏感的矿物从而准确划分蚀变带、通过识别指针矿物帮助预测靶区、查明品位控制因素和解决其它与采矿相关的实际问题。该技术的最大优点在于快速(一个样品只需几秒到十几秒)且无损,非常适合野外分析大量钻孔岩芯样品。矿物的短波红外(SWIR)光谱的多种吸收特征属性均可被定量测量,比如吸收特征的波长位置、吸收深度和宽度等。这些参数及参数的比值可以用于估计矿物化学组成和粘土级别(也称成熟度)。比如,白色云母(包括白云母、钠云母、多硅白云母、水白云母、伊利石)的化学组成可通过Al-OH键的吸收峰位(wAlOH)来进行估计,而绿泥石的组分可以通过Fe-OHMg-OH键的吸收峰位进行估计。此外,这些吸收峰的深度比值可有效用于确定白色云母类矿物和绿泥石的成熟度。 

  除了可以估计白色云母的矿物组成,在一些研究中还有学者发现wAlOH与温度和/或矿化之间存在负相关或正相关关系,而有的学者在一些矿区并未找到二者明确的相关性。由于wAlOH与矿化的经验关系并不总是成立,也就是说,在一个矿区适用的规律在另一个矿区并不一定适用,因而wAlOH值能否指示矿化方向就显得扑朔迷离。白色云母类矿物另一个重要的光谱参数——伊利石光谱成熟度(illite spectral maturityISM=Al-OH吸收深度/H2O的吸收深度,有文献中也称SWIR-ICIC=illite crystallinity,伊利石结晶度)也被广泛用于矿产勘探。一般高的ISM值对应较高的古热液温度。然而,对于ISM的影响因素,目前还未有专门研究。 

  针对上述问题,中科院地质与地球物理研究所矿产资源研究院重点实验室博士后王乐与加拿大地调局Jeanne B. Percival博士、渥太华大学的Jeffrey W. HedenquistKeiko Hattori教授和合作导师秦克章研究员,对我国大兴安岭北段的争光中硫型浅成低温热液Au-Zn矿区(图1)的261块手标本样品和19件粉末样品开展了VNIR-SWIR分析与X射线粉晶衍射(XRD)分析,部分样品进行了电子探针(EPMA)分析,主要目的在于(1)检查不同自动识别软件与人工识别矿物的一致性;(2)以XRD识别结果为参照评估光谱矿物识别的准确性;(3)确定影响伊利石wAlOH的因素,探讨如何才能将wAlOH有效用于矿产勘查;(4)查明其他蚀变矿物、岩石状态(固结或粉末)、脉系、色率等因素对伊利石光谱成熟度ISM值的影响;(5)利用wAlOHISM值推断争光的古热液-矿化中心。 

1 黑龙江争光矿区地质图。图中显示了三个矿带(IIIIV)的空间分布与采样点位置(空心红圈)

  取得主要认识和结论如下: 

  1SWIR自动矿物蚀变软件(包括仪器自带或者TSG)识别出来的矿物并不总是准确的,因此用户应对自动矿物识别结果进行人工校对(对照测得未知光谱和系统或软件内标准矿物光谱逐个进行检查核对,特别是对多种蚀变矿物混合样品需仔细甄别); 

  2Al-OH吸收峰位直接受伊利石中Fe/(Fe+Mg)含量影响,间接受温度、原岩组分、流体组分及岩石渗透率等影响,利用其指示矿化时应尽量保证同一矿区、同一围岩组成及相近的渗透率; 

  3ISM值会受到其他含水矿物(图2)、岩石粒度(图3)、石英-硫化物脉、吸收强度等的影响,最佳测试对象是没有脉系的、以均匀弥散状伊利石化为主导的浅色强蚀变样品; 

  4)争光伊利石的wAlOHISM值的空间变化指示争光Au-Zn矿区存在两个古高温热液上涌中心,分别位于I号和IV号矿带。 

2 争光含伊利石样品与伊利石主导样品的wAlOH值条形图(A)ISM值条形图(B)。图例中的其他矿物包括蒙脱石、绿泥石、绿帘石、碳酸盐矿物和黄钾铁矾等,这些矿物均可影响ISM值。伊利石主导样品(橙色虚线和数字)与含其他蚀变矿物的样品(灰绿色虚线与数字)的wAlOHISM的平均值均已在图中标出

3 固体岩石与不同粒度粉末样品SWIR光谱吸收特征对比。光谱曲线旁不同颜色的数字以及插入的手标本样品中内黄色数字代表了对应ISM值。Hull Quotient为利用TSG软件去掉原始光谱吸收背景值之后的光谱(可凸显不同化学键的吸收峰),可以理解为“去皮结果”。黄色圆直径为1.25 cm 

  该项研究的科学与勘探意义在于: 

  1)提出wAlOH吸收峰位寻找热液矿化中心具有“局域性”,应该“因地制宜” 

  2)首次系统研究了其他含水矿物、岩石粒度、石英-硫化物脉、吸收强度等因素对伊利石光谱成熟度ISM的影响; 

  3)为获取高质量ISM值提供了可行的解决方案。 

研究成果发表于国际矿床学权威期刊Economic Geology(王乐*, Percival J B, Hedenquist J W, Hattori K, 秦克章. Alteration mineralogy of the Zhengguang epithermal Au-Zn deposit, Northeast China: Interpretation of shortwave infrared analyses during mineral exploration and Assessment. Economic Geology, 2021, 116 (2): 389–406. DOI: 10.5382/econgeo.4792)。该项工作受国家重点科技研发计划深地项目-北方东部复合造山成矿 (2017YFC0601305),加拿大自然科学与工程研究委员会Discovery Grant和中国科学院大学博士生联合培养项目资助。
 
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