近紅外光譜技術(shù)與地球化學(xué)方法在廣西大瑤山多金屬礦產(chǎn)勘查中的應(yīng)用

張 生，黃志強(qiáng)，韋銀科，何衛(wèi)軍，高振銳

(廣西壯族自治區(qū)遙感中心，廣西 南寧 530023)

0 引言

前人對廣西大瑤山地區(qū)開展過不同程度的地質(zhì)找礦研究，如物化探找礦[1-5]，礦床地質(zhì)[6-14]、遙感地質(zhì)[15]和近紅外光譜技術(shù)找礦[16]等研究工作。在廣西大規(guī)模地質(zhì)找礦戰(zhàn)略行動計劃項目中，在大瑤山古龍地區(qū)首次采用高精度光譜測量儀(美國進(jìn)口ASD，光譜范圍350～3500 nN)，系統(tǒng)開展高精度近紅外光譜土壤測量，取得大量的寒武紀(jì)地層、加里東期巖體、燕山期巖體、斷裂構(gòu)造蝕變帶、礦化蝕變帶、巖體與圍巖接觸帶等分布區(qū)土壤中的礦物(如含高嶺石礦物、含綠泥石礦物、含Al—OH礦物、含三價鐵礦物等)近紅外光譜波譜曲線及數(shù)量值，豐富了地質(zhì)礦產(chǎn)信息提取內(nèi)容。

1 地質(zhì)概況

工作區(qū)大地構(gòu)造位于南華活動帶桂中—桂東褶斷帶大瑤山隆起與華夏褶皺系信都褶皺帶接合部位，研究區(qū)內(nèi)巖漿巖較發(fā)育，主要有早志留世石英花崗閃長巖(S1γδo)、晚奧陶世石英閃長巖(O3δo)等。研究區(qū)地層出露主要為寒武系小內(nèi)沖組不等粒雜砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，黃洞口組一、二、三段次深海類復(fù)理石砂泥巖，局部夾灰?guī)r(圖1)。

圖1 大瑤山研究區(qū)地質(zhì)圖

根據(jù)已有礦區(qū)地質(zhì)資料，礦區(qū)斷裂構(gòu)造主要有3條：栗木—馬江區(qū)域性大斷裂社垌段(尾端)、寶山—龍?zhí)翑鄬印⑸幺頂鄬?。工作區(qū)位于廣西大瑤山金多金屬礦成礦帶南段，該成礦帶是廣西重要的金(銀)多金屬成礦區(qū)帶之一。礦床、礦點眾多，有33處，其中鎢鉬礦床1處，鉛鋅礦床(點)5處，金多金屬礦點4處，鉛礦點1處，銀礦床1處，鉬礦點1處，鉬礦點1處，金礦床(點)20處。近年來又陸續(xù)發(fā)現(xiàn)較多鉛鋅銀礦床、銅鉬多金屬礦床等，如大黎銅鉬礦床、社垌鎢鉬多金屬礦床等[11-12]。

據(jù)陳懋弘等[13]瑤山地區(qū)多期次花崗質(zhì)巖漿活動與成礦系列，包括工作區(qū)在內(nèi)的大瑤山地區(qū)主要成礦系列如下：加里東期斑巖-矽卡巖-石英脈型鎢鉬銅礦成礦系列、燕山早期斑巖型銅鉬(金)成礦系列、燕山晚期斑巖型-破碎帶蝕變巖型鉬金銀銅鉛鋅成礦系列。礦床組合類型主要有斑巖型金銅鉬礦床、矽卡巖型鎢鉬礦床、破碎帶蝕變巖型金銀鉛鋅礦床及石英脈型金銀鉛鋅礦床4種礦床類型[11-13]。

2 土壤近紅光譜與地球化學(xué)特征

2.1 樣品采集與研究方法

2.1.1 樣品采集

研究區(qū)布置在蒼梧縣嶺腳鎮(zhèn)流山、藤縣古龍鎮(zhèn)寺婆、蒼梧縣京南鎮(zhèn)城垌究區(qū)地段，主要為巖體的外接觸帶、區(qū)域性大斷裂的兩側(cè)、含礦斷裂帶。剖面線大體垂直含礦斷裂帶、礦化體走向。線距100～200 m，采樣點距20～40 m。樣品采自B層，采樣深度20～30 cm，采樣物質(zhì)為黏土、軟泥、粉砂等，樣品原始重量400～500 g。樣品從野外取回來后及時曬干、烘干，用木棒敲碎，過20目篩，包裝好，核對無誤后送化驗室。流山研究區(qū)采樣274件土壤樣品，寺婆研究區(qū)采樣195件土壤樣品與城垌研究區(qū)采樣280件土壤樣品開展Au、Ag等8元素化探分析與近紅外光譜分析，土壤近紅外光譜剖面采樣線見圖1。

2.1.2 研究方法

樣品加工嚴(yán)格按Q=Kd2(Q為樣品最低可靠質(zhì)量，K為樣品特性確定的縮分系數(shù)，d樣品中最大顆粒直徑)公式制備樣，根據(jù)規(guī)范要求，礦石的縮分系數(shù)K值取0.6。樣品加工損失率≤5%，縮分誤差≤3%。樣品加工全部達(dá)到粒徑1～0.83 mm(16～20目)后，縮分為正、副樣兩部分，進(jìn)一步磨細(xì)至正樣規(guī)定粒度0.097 mm(160目)、最小質(zhì)量50 g送化驗室。副樣保存最小質(zhì)量：礦樣200 g。土壤近紅外光譜分析樣由廣西遙感中心測試，其余為廣西地質(zhì)礦產(chǎn)測試研究中心測試。

分析元素Au、Ag、As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、W、Mo等中的8種元素?；瘜W(xué)分析質(zhì)量檢查樣：內(nèi)部檢查樣品從基本分析副樣中按礦石類型、品級抽取，編密碼送原基本分析實驗室進(jìn)行。內(nèi)檢樣品的數(shù)量分別為基本分析和組合分析樣品數(shù)的10%；內(nèi)檢樣品合格率≥95%。

高精度近紅外礦物分析儀(型號：TerraSpec4 Hi-Res，波段范圍為近紅外—中紅外的350～2500 nm，美國ASD公司制造)，是自帶光源接觸式礦物測定，通過現(xiàn)場和取樣分析，對顆粒細(xì)小的黏土礦物的識別非常有效。光譜分析專家軟件TSG進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和反演。將實測巖石或土壤波譜曲線導(dǎo)入到光譜分析專家(TSG)，系統(tǒng)自動檢測每個樣品的特征吸收峰位置，通過TSA模塊與系統(tǒng)自帶的標(biāo)準(zhǔn)波譜數(shù)據(jù)對比，通過波形匹配算法，系統(tǒng)初步判定巖石或土壤樣品主要礦物成分、礦物組合。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F(xiàn)e3+礦物、含高嶺石、含[(Al—OH)+(Fe—OH)]/H2O組合、含吸附水礦物峰位移、含—OH礦物總量吸收強(qiáng)度等。符合《巖礦波譜測試技術(shù)規(guī)程》(DD2014-13)要求。

2.2 分析結(jié)果

2.2.1 大瑤山嶺腳鎮(zhèn)流山研究區(qū)

1)研究區(qū)土壤近紅光譜特征。流山研究區(qū)土壤近紅外光譜剖面測量成果表明土壤近紅外光譜剖面參數(shù)；土壤中高嶺石含量、含Al—OH礦物總量及其半高寬、含三價鐵礦物總量、含—OH礦物總量、含Mg—OH礦物總量及蝕變礦物總量(峰強(qiáng)比)6種代表性特征光譜參數(shù)反演圖高低值區(qū)分布情況，不但能較好地反演工作區(qū)地表巖體(脈)及斷裂出露情況，還能為深部尋找隱伏巖體或礦體提供有用信息。

2)研究區(qū)土壤地球化學(xué)特征。研究區(qū)異常元素組分較復(fù)雜，含中高溫—中低溫?zé)嵋撼傻V元素及成礦指示元素，組合高值異常區(qū)可分為低溫(Au、Ag、As異常)和中高溫(Cu、Pb、Zn異常)熱液成礦元素組合。Au、Ag、As綜合異常圈位于西面工作區(qū)面積最大的巖體及其東側(cè)延伸至NE向斷裂與NW向斷裂交匯處，該異常高值區(qū)規(guī)模較大，工作區(qū)中北部有兩處Au、Ag、As異常高值區(qū)(Au、Ag、As元素綜合異常與Au、Ag、As、Cu、Pb、Mo元素綜合異常)呈不規(guī)則橢圓形分布，異常圈集中，該異常推測為成礦熱液形成的金屬礦異常所致，具有一定找礦前景；最后一個Au、As、Ag、Zn、Pb綜合異常圈位于工作區(qū)南面。工作Cu、Pb、Zn元素綜合異常圈均分布于工作區(qū)4個巖體內(nèi)及其周邊，以西面工作區(qū)面積最大的巖體及其東側(cè)延伸至NE向斷裂與NW向斷裂交匯處發(fā)育的Cu、Pb、Zn、W、M最具找礦潛力?？偟膩砜?，區(qū)內(nèi)異常區(qū)常以巖體及其圍巖接觸帶斷裂交匯處最為明顯，高值區(qū)規(guī)模較大[12-13]。

2.2.2 大瑤山古龍鎮(zhèn)寺婆研究區(qū)

1)研究區(qū)土壤近紅光譜。寺婆研究區(qū)土壤近紅外光譜剖面測量成果表明，工作區(qū)內(nèi)含鐵氧化物含量(波段范圍350～570 nm)、含—OH礦物半高寬及含—OH礦物峰位移等3種特征光譜參數(shù)反演出的低值區(qū)，是成礦有利部位；含吸附水礦物峰位移、含吸附水礦物半高寬、吸附水在1923 nm吸收峰及(Al—OH)/H2O峰強(qiáng)比等4種特征光譜參數(shù)反演出的高低值過渡區(qū)與寺婆含礦斷裂主要金屬礦化地段相一致，這幾種光譜參數(shù)反演結(jié)果有效地指導(dǎo)了工作區(qū)找礦工作。

2)研究區(qū)土壤地球化學(xué)。寺婆研究區(qū)土壤化探剖面測量成果表明，工作區(qū)化探高低值異常顯著，單元素及多元素組合在靶區(qū)范圍內(nèi)主要有2處重要的高值區(qū)，而工作區(qū)Au、Ag、As、Cu、Hg、Pb、Sb、Zn等8元素綜合異常圖則反演出4處明顯的組合高值異常區(qū)。主要異常中心位于切穿錯動寺婆含礦斷裂的NNW—NW向斷裂與SN向寺婆斷裂交匯部位—NW向斷裂及與近SN向寺婆含斷裂交匯部位，該異常規(guī)模較大，濃集中心明顯，主要沿近SN向含礦斷裂走向呈長條狀或串珠狀延伸，且單個高異常區(qū)呈長條狀沿含礦斷裂SE向出圖幅區(qū)未閉合，該異常推測為成礦熱液形成的金屬礦異常所致具有一定找礦前景，化探反演結(jié)果與查證結(jié)果一致。

2.2.3 大瑤山京南鎮(zhèn)城垌研究區(qū)

1)研究區(qū)土壤近紅光譜。城垌研究區(qū)土壤化探剖面測量成果表明土壤中含三價鐵礦物總量、含—OH礦物總量波譜低值區(qū)為工作區(qū)成礦有利部位；含—OH礦物半高寬光譜特征表現(xiàn)出在成礦有利部位位于高低值突變區(qū)域，其外圍形成不規(guī)則環(huán)帶低值區(qū)；含—OH礦物峰位移及(Al—OH)/H2O峰強(qiáng)比顯示高低值過渡區(qū)是找礦的有利地段。

2)研究區(qū)土壤地球化學(xué)。研究區(qū)化探高低值異常顯著，單元素及多元素組合在靶區(qū)范圍內(nèi)主要有2處。Au、Ag、As、Sb元素異常與構(gòu)造及礦體分布實際相吻合，套合性較好，主要分布于寒武系黃洞口組二段頂部與黃洞口組三段接觸部位的網(wǎng)脈狀分布的含石英脈破碎帶中，且延NWW—EW向展布，3處為Cu、Pb、Zn礦化為主的中高溫共生(伴生)金屬元素組合，在礦區(qū)內(nèi)分布規(guī)律較為一致，呈不規(guī)則環(huán)帶狀分布于測試區(qū)及金礦化區(qū)南西部，靠近F2區(qū)域大斷裂，表現(xiàn)出從F2至外圍的中高溫?zé)嵋骸蜏責(zé)嵋阂约霸?Cu、Pb、Zn→Au、Ag)分帶特征(圖2)。

圖2 城垌土壤地球化學(xué)綜合圖

3 金礦找礦模型

綜合近紅外光譜技術(shù)與地球化學(xué)方法，大瑤山流山、寺婆、城垌三個研究區(qū)的金礦找礦模型見圖3。

3.1 大瑤山流山研究區(qū)

選取流山研究區(qū)近紅外光譜5項參數(shù)和化探兩元素建立該研究區(qū)土壤近紅外光譜與地球化學(xué)方法金銀礦找礦模型(圖3a)。由圖3a得出工作區(qū)地質(zhì)、土壤近紅外光譜和化探找礦條件：①地層：工作區(qū)寒武系黃洞口組二段(∈h2)與三段(∈h3)接觸界線附近為有利成礦部位，Au、As礦化主體發(fā)育在∈h2的頂部長石石英砂巖中。對于采樣加密區(qū)，圖3a中∈h2地層含—OH礦物總量及其半高寬整體低于∈h3，指示∈h2地層含結(jié)晶水及其他羥基蝕變礦物的含量較低，地層整體的—OH礦物結(jié)晶度較好，但受到斷裂、礦化的影響，礦物結(jié)晶度會出現(xiàn)高低突變區(qū)域，鐵氧化物含量在地層分界線處明顯下降，大部分低值區(qū)域位于∈h2頂部；②構(gòu)造(次級斷裂帶)：工作區(qū)金礦化發(fā)育在寒武系黃洞口組二段(∈h2)、三段(∈h3)地層交界附近老硐密集區(qū)發(fā)育的NNW向及近EW向次級斷裂帶中，圖3a中顯示次級含礦斷裂均位于土壤中含—OH礦物總量、含三價鐵礦物總量(370～560 nm，820～1150 nm)波譜低值區(qū)、含—OH礦物半高寬突變區(qū)內(nèi)，Au、As含量剖面顯示礦化位置較為精確，但僅對礦化強(qiáng)度最高位置有所反應(yīng)。③土壤含Al—OH礦物半高寬達(dá)到20～21高值，相對應(yīng)的土壤w(Ag)為40×10-6～50×10-6，指示附近有銀礦點存在。

3.2 大瑤山寺婆研究區(qū)

在系統(tǒng)總結(jié)寺婆研究區(qū)開展的土壤化探剖面測

量(1∶1萬)及土壤近紅外光譜剖面測量(1∶1萬)工作成果基礎(chǔ)上，選取寺婆研究區(qū)近紅外光譜和化探指示性參數(shù)開展工作區(qū)土壤近紅光譜與土壤化探成礦指示要素對比模型研究(圖3b)。由圖3b可見，含—OH礦物半高寬及含吸附水礦物峰位移具有相似的含量曲線特征，斷裂構(gòu)造及地表金、銀礦化部位位于含—OH礦物半高寬、含吸附水礦物峰位移及含鐵氧化物含量(波段范圍350～570 nm)含量曲線高低值過渡區(qū)；Ag元素含量、Au-Ag-As-Hg元素組合含量及綜合元素含量具有相似的曲線特征，主要含礦斷裂及礦化部位位于3種曲線高值區(qū)，且處于高值區(qū)波峰及波谷過渡區(qū)(或突變區(qū))。由此表明，工作區(qū)主要斷裂構(gòu)造及地表金、銀礦化部位均位于6種成礦指示性要素高低值過渡區(qū)(或突變區(qū))。研究區(qū)主要礦化部位緊鄰一近SN向的溪流，地形落差較大，溪流通過部位，是近紅外光譜3種成礦指示性要素含量曲線均顯示明顯的低值區(qū)，而土壤化探3種成礦指示要素含量曲線均顯示明顯的高值區(qū)，推斷由于表生風(fēng)化、搬運(yùn)、剝蝕淋濾等地質(zhì)作用，促使溪流周圍地層或含礦部位殘坡積層土壤中Au、Ag等成礦元素及—OH、Fe等離子或基團(tuán)不斷析出遷移，并在溪溝富集，是造成該現(xiàn)象的重要原因之一。說明工作區(qū)地形條件對主要斷裂礦化部位元素的遷移具有重要影響。

圖3 大瑤山研究區(qū)近紅外光譜與地球化學(xué)方法金礦找礦模型

3.3 大瑤山城垌研究區(qū)

選取城垌研究區(qū)近紅外光譜和化探指示性較好參數(shù)建立該研究區(qū)土壤近紅光譜與土壤化探金礦找礦模型(圖3c)。由圖3c可見，城垌研究區(qū)近紅外光譜和化探找礦模型：①地層：工作區(qū)寒武系黃洞口組二段(∈h2)與三段(∈h3)接觸界線附近為有利成礦部位，金、砷礦化主體發(fā)育在∈h2的頂部長石石英砂巖中。對于采樣加密區(qū)，圖3c中∈h2地層含—OH礦物總量及其半高寬整體低于∈h3，指示∈h2地層含結(jié)晶水及其他羥基蝕變礦物的含量較低，地層整體的—OH礦物結(jié)晶度較好，但受到斷裂、礦化的影響，礦物結(jié)晶度會出現(xiàn)高低突變區(qū)域，鐵氧化物含量在地層分界線處明顯下降，大部分低值區(qū)域位于∈h2頂部；②構(gòu)造(次級斷裂帶)：工作區(qū)金礦化發(fā)育在寒武系黃洞口組二段(∈h2)、三段(∈h3)地層交界附近老硐密集區(qū)發(fā)育的NNW向及近EW向次級斷裂帶中，圖3c中顯示次級含礦斷裂均位于土壤中含—OH礦物總量、含三價鐵礦物總量(370～560 nm，820～1150 nm)波譜低值區(qū)、含—OH礦物半高寬突變區(qū)內(nèi)，Au、As含量剖面顯示礦化位置較為精確，但僅對礦化強(qiáng)度最高位置有所反應(yīng)[14，17]。

4 結(jié)論

利用TSG光譜地質(zhì)專家系統(tǒng)進(jìn)行研究區(qū)土壤中蝕變礦物波譜信息反演結(jié)果表明，土壤中高嶺石含量、含Al—OH礦物總量、含三價鐵礦物總量、含OH+H2O礦物半高寬、含H2O礦物峰位移、含Mg—OH礦物總量等6種代表性特征光譜參數(shù)高低值區(qū)的分布情況，與工作區(qū)地表巖體(脈)及斷裂出露情況吻合。為此，根據(jù)高低值區(qū)的分布情況，研究區(qū)查證出花崗斑巖脈(體)4處，新發(fā)現(xiàn)高品位的金礦脈3條。同時，土壤近紅外光譜剖面測量成果還能為深部尋找隱伏巖體或礦體提供有用找礦信息。本區(qū)主要蝕變礦物光譜參數(shù)反演出的高值區(qū)主要圍繞地表已出露的花崗斑巖巖體(脈)呈NE向或略呈環(huán)形展布，推測地表巖體深部應(yīng)連為一體，已巖墻或巖基的形狀隱伏于深部，由于本次項目尚未安排鉆孔驗證工作，有待下一步進(jìn)行。