廣東大寶山多金屬礦床斷層剖面礦物X射線衍射和近紅外光譜分析及其意義

王國強(qiáng)， 曹建勁*， 鄧永康， 劉 翔

1. 中山大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院， 廣東 廣州 510275 2. 廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510275 3. 廣東省地球動力作用與地質(zhì)災(zāi)害重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 廣東 廣州 510275 4. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室， 廣東 珠海 519082

引 言

大寶山多金屬礦床位于粵北成礦帶中心， 為典型的熱液成因的金屬硫化物礦床， 其具有經(jīng)濟(jì)價值的成礦元素包括銅、 鐵、 鉛、 鋅、 鎢、 鉬等[1-3]。 礦區(qū)內(nèi)與成礦密切相關(guān)的巖漿巖有次英安斑巖和花崗閃長斑巖[4-5]； 主要的含礦地層為晚古生界的砂巖、 頁巖和灰?guī)r等[3，6]。 礦區(qū)內(nèi)發(fā)育多種與成礦作用相關(guān)的蝕變類型。 構(gòu)造斷層普遍發(fā)育為蝕變和礦化熱液提供運(yùn)移的通道， 也可在成礦后進(jìn)行改造。 通過研究斷層剖面相關(guān)的斷層泥、 裂隙填充的含礦脈體和蝕變圍巖中的礦物組成， 有利于分析蝕變作用、 礦化作用和構(gòu)造作用三者的關(guān)系， 指導(dǎo)礦床學(xué)研究。 新型學(xué)科如納米科學(xué)和光譜學(xué)在地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用， 往往能優(yōu)化和補(bǔ)充許多傳統(tǒng)地質(zhì)對礦物研究的不足[7]。 而近紅外光譜分析(NIR)作為一種礦物光譜學(xué)研究的新型方法對層狀硅酸鹽、 碳酸鹽和硫酸鹽等蝕變礦物的研究有著簡捷、 快速的優(yōu)勢[8-10]。 將近紅外光譜分析(NIR)與X射線衍射(XRD)相結(jié)合用以提高礦物識別的準(zhǔn)確率， 進(jìn)而獲取到更為豐富可靠的地質(zhì)信息。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

樣品采集于礦區(qū)采礦場的637平臺、 793平臺和817平臺的三個斷層剖面(圖1)， 包括斷層泥和蝕變圍巖、 含礦脈體共8個樣品， 樣品信息如表1。 巖石樣品先粉碎后過200目篩， 在50 ℃烘箱內(nèi)烘干24 h。 冷卻后密封保存， 待實(shí)驗(yàn)測試。

圖1 采樣位置圖片

表1 樣品信息

1.2 測試方法

XRD測試在中山大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心進(jìn)行， 儀器型號TD-3500型XRD衍射儀， 測試使用銅靶， 管壓和管流： 30 kV/20 mA； 步寬： 0.02； 掃描范圍： 10°～80°。 MID Jade 6.5軟件進(jìn)行圖譜物相分析。 NIR測試在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)測試中心進(jìn)行， 儀器為VERTEX70紅外光譜儀， 波長范圍： 780～2 500 nm， 分辨率： 8 cm-1， 波數(shù)精度優(yōu)于0.01 cm-1， 掃描次數(shù)： 64次。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD圖譜分析

結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)背景， 對比PDF卡片， 對所有樣品的XRD圖譜進(jìn)行了分析(圖2)。

637平臺樣品中， 含礦脈體(02-1)和蝕變圍巖(02-3)樣品均含有石英、 白云母、 方解石、 透閃石等礦物， 而含礦脈體樣品含有多種金屬硫化物礦物， 包括黃鐵礦和黃銅礦等。 而斷層泥(02-2)樣品除包含上述兩種樣品的礦物外還有銅礬、 黑銅礦等金屬氧化物。

圖2 X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

793平臺樣品中， 含礦脈體(08-2)和蝕變圍巖(08-3)的礦物組成與637平臺基本一致。 相區(qū)別的是793平臺樣品中含有更多的石榴石等矽卡巖礦物。 斷層泥樣品中除了繼承以上巖石樣品中的礦物成分， 還存在氧化礦物水藍(lán)銅礬， 以及粘土礦物伊利石和蒙脫石等。

817平臺樣品中， 蝕變圍巖(09-1)主要有石英、 陽起石、 錳鋁綠泥石、 伊利石、 蒙脫石、 鉀鐵礬等。 相比637， 793兩個平臺， 817平臺中圍巖次生風(fēng)化程度高， 本身就含有氧化物礦物和粘土礦物， 而斷層泥樣品(09-2)則基本繼承了蝕變圍巖的礦物。

2.2 NIR圖譜分析

近紅外光譜分析可以將層狀硅酸鹽、 碳酸鹽和硫酸鹽等礦物快速準(zhǔn)確的識別[8-10]。 樣品的NIR圖譜如圖3。 所有樣品在1 400和1 900 nm附近都有代表結(jié)晶水和吸附水的吸收峰[11-12]。

793平臺樣品08-1的圖譜中可以觀察到白云母、 碳酸鹽類礦物的吸收峰， 1 778 nm處為鉀明礬石特征峰[11]。 08-2中可以觀察到白云母類礦物的特征峰， 可能含有白云母、 蒙脫石、 伊利石等礦物。 08-3與08-2基本一致， 另有NH4+的特征峰(2 118 nm)， 指示可能存在水銨長石[16]。

圖3 樣品的近紅外光譜

817平臺樣品中斷層泥樣品09-1圖譜中識別出白云母類礦物、 碳酸鹽和鉀明礬石等礦物。 而在蝕變圍巖樣品09-3中則主要為白云母類礦物、 碳酸鹽和長石類礦物。

2.3 地質(zhì)意義探討

通過對比XRD和NIR圖譜的分析， 并結(jié)合礦區(qū)地質(zhì)背景， 對三個斷層剖面中所識別出的礦物進(jìn)行了總結(jié)。 主要類型包含： (1)黃鐵絹英巖化礦物組合： 石英、 白云母(絹云母為白云母的一種亞類， 根據(jù)野外地質(zhì)觀察該礦區(qū)主要以絹云母形式存在)、 黃鐵礦和黃銅礦等； (2)矽卡巖化礦物組合： 透閃石、 陽起石和石榴石等； (3)青磐巖化礦物組合： 綠泥石、 碳酸鹽和黃鐵礦等； (4)金屬氧化物和硫酸鹽礦物： 黑銅礦、 銅礬、 鉀鐵礬和鉀明礬石等； (5)粘土礦物： 伊利石、 蒙脫石、 高嶺石和滑石等。

其中， 在蝕變圍巖(樣品02-3， 08-3， 09-2)中主要有矽卡巖化礦物、 絹云母化等蝕變礦物， 而方解石、 石英等可能來源于沉積巖原巖(灰?guī)r和砂頁巖)和熱液蝕變包括硅化、 碳酸鹽化作用。 含礦脈體(樣品02-1和08-2)中主要為黃鐵絹英巖化礦物組合、 矽卡巖化礦物組合。 這些蝕變類型與礦化有著密切的聯(lián)系。 斷層剖面的樣品中多種蝕變礦物組合指示多種蝕變類型的疊加。 斷層泥樣品(02-2， 08-1和09-1)中有蝕變圍巖和含礦脈體的礦物成分， 此外， 還有次生過程(氧化和風(fēng)化作用)形成的金屬氧化物、 硫酸鹽礦物和粘土礦物等。

在近紅外光譜圖中， 白云母類礦物(包括白云母、 伊利石等)的結(jié)晶度高反映形成溫度高， 而形成溫度越高表明其距離熱液活動中心越近[17-18]。 據(jù)上所述可知斷層泥中的礦物發(fā)生了不同程度的風(fēng)化作用。 蝕變圍巖中樣品更能反映熱液活動形成的白云母礦物的結(jié)晶度情況。 對三個剖面蝕變圍巖樣品02-3， 08-3， 09-2中的結(jié)晶度參數(shù)(IC=Al-OH(2 200 nm)吸收峰強(qiáng)度/H2O(1 900 nm)吸收峰強(qiáng)度)進(jìn)行了計算[17]。 樣品02-3中IC1=0.078 71/0.037 76≈2.08； 樣品08-3中IC2=0.108 8/0.014 8≈7.35； 樣品09-2中IC3=0.098 6/0.039 1≈2.52。 793平臺樣品08-3的結(jié)晶度明顯高于其他兩個樣品。 進(jìn)而， 可以推測其可能更接近于熱液活動中心。

3 結(jié) 論

(1)通過綜合分析XRD和NIR圖譜， 在三個斷層剖面的斷層泥、 含礦脈體和蝕變圍巖鑒別出了黃鐵絹英巖化礦物組合、 矽卡巖化礦物組合、 青磐巖化礦物組合等。 表明礦區(qū)的巖石經(jīng)歷了多種蝕變作用的疊加作用。

(2)斷層泥樣品中包含蝕變圍巖和含礦脈體的礦物成分， 以及金屬氧化物、 硫酸鹽礦物和粘土礦物等， 指示了斷層作用為巖石的物理和化學(xué)風(fēng)化過程提供了有利條件。

(3)XRD和NIR分析相結(jié)合可以提高蝕變類型的鑒別準(zhǔn)確度， 以及分析礦物結(jié)晶度(白云母類礦物)推測礦區(qū)內(nèi)熱液活動情況， 為礦床學(xué)研究和找礦勘探提供更為豐富的地質(zhì)資料。