王书豪，申俊峰，彭自栋，徐立为，牛 刚，刘海明，李金春，杜佰松，刘家军

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国科学院 地质与地球物理研究所，北京 100029；3.北京金有地质勘查有限责任公司，北京 100011；4.甘肃鼎丰矿业有限责任公司，甘肃 兰州 730000；5.拉瓦尔大学 地质与地质工程系，魁北克 拉瓦尔 G1V0A6；6.合作合力矿业有限公司，甘肃 合作 747000)

0 引 言

近年来，短波红外光谱技术(short-wave infrared spectroscopy，SWIR)被广泛应用于蚀变矿物研究领域。前人研究[1]表明，波长在780～2 500 nm之间的近红外光可以被甲基、甲氧基、羧基、羟基、巯基和氨基等官能团选择性吸收。根据上述原理发展而来的短波红外光谱技术可有效快捷地识别热液蚀变中常见的含羟基矿物等，半定量地计算蚀变矿物的相对含量，从而圈定热液蚀变带或矿化带，判断成矿作用规模和强度[2-6]。

在中国短波红外光谱技术起步较晚，连长云和章革等学者最早将其应用于云南普朗斑岩铜矿、西藏驱龙铜矿和新疆土屋斑岩铜矿等，利用短波红外光谱技术进行蚀变矿物填图，从而建立矿床蚀变分带模型，取得了良好的效果[7-9]。此后，一些学者又将短波红外光谱技术应用于金矿床的找矿勘查中，并取得了一定的成果[10-13]。

岗岔—克莫金矿是近几年在西秦岭北缘发现的具有浅成低温热液型矿床特征的金矿床[14]。该矿床目前分属两个矿权区，其中北部的岗岔金矿区勘查程度较高，现已探明金资源储量19 t；南部的地瑞冈矿区克莫矿段目前尚未圈定储量。以往工作[15-18]表明，岗岔金矿区和地瑞冈矿区克莫矿段可能均属于同一斑岩成矿系统，深部找矿潜力仍较大。

在斑岩成矿系统中，常采用蚀变分带方法来定位热液活动中心，并据此指导勘查工作[19-21]。但是在岗岔—克莫矿区内发育的蚀变类型多为绢英岩化、黏土化等，常规手段较难分辨具体矿物种类，很难快速准确地确定蚀变矿物组合并划分蚀变分带。因此，本文利用短波红外光谱矿物分析技术对岗岔—克莫金矿区的蚀变特征进行研究，分析蚀变与金矿化的关系，厘清蚀变矿物分带及其矿物组合，并据此定位矿区内的热液活动中心或矿化中心，为下一步的找矿勘查工作提供依据。

1 矿区地质概况

岗岔—克莫金矿位于西秦岭北缘夏河—合作矿集区内，在行政区划上属甘肃省合作市辖区。岗岔—克莫金矿区内的地层出露相对比较单一，出露地层主要有三叠系隆务河群(T1L)、二叠系大关山组(P1d)以及新近系甘肃群(N)和第四系冲洪积物(Q)(图1)。三叠系隆务河群(T1L)是研究区内的主要出露地层，也是主要的赋矿地层。其岩性主要为凝灰岩、变质凝灰岩、安山岩、角砾岩和集块岩等，岩石比较破碎，常发育赤铁矿化、褐铁矿化。二叠系大关山组(P1d)岩性主要为蚀变凝灰岩、凝灰质砂岩、炭质板岩和粉砂质板岩。新近系甘肃群(N)零星出露于研究区内，第四系冲洪积物(Q)分布于洼地和河谷地带。

图1 岗岔—克莫矿区地质简图

德乌鲁岩体为矿区内最主要的岩体，岩性以花岗闪长岩为主。德乌鲁岩体与金矿体关系密切，矿区内已发现的5条主要金矿脉位于该岩体的东侧。前人[22]研究表明，德乌鲁岩体中花岗闪长岩形成于(242±2)Ma。

矿区内断裂构造非常发育且控矿作用明显，矿区目前已圈定的主要矿体均受到北北西向和近北东向断裂构造的控制。矿区内蚀变发育比较普遍，不同程度地发育了黄铁矿化、褐铁矿化、毒砂化、绢云母化、硅化、黏土化和绿泥石化等蚀变类型。

2 工作方法

本次工作中使用的测试仪器为便携式短波红外矿物分析仪(BJKF-1型)。研究过程主要包括样品采集、样品测试和数据处理等。

本次工作中共采集用于短波红外光谱研究的样品663件，主要取于钻孔岩心和地表岩石。用于取样的钻孔位置以及地表取样位置如图1所示。其中岩心样品全部从第07勘探线剖面上的ZK07-4、ZK07-6和ZK07-7钻孔岩心中取得，共计317件。根据岩心编录资料，矿体及其周围的取样间距为1～2 m，无矿段的取样间距为5～8 m。

采集地表样品时，首先根据前人对本矿区的研究成果，将矿区内找矿潜力较大的矩形区域圈定出来并重点研究(图1)。地表样品均取自该重点研究区域，共计346件。取样位置呈放射状覆盖该区域。

对样品进行短波红外光谱测试时，为了使测试结果更准确，本次工作中对每件样品均选取3个不同的新鲜面进行扫描，每次扫描时间一般在60 s左右。样品的短波红外光谱数据分析主要采用仪器自带的软件完成，可以实现样品短波红外测试数据的读取、短波红外光谱曲线的显示、短波红外光谱参数的提取等功能。首先利用软件的自动解谱功能，识别和提取样品光谱中所包含的蚀变矿物种类、相对含量及特征吸收峰强度、位移等信息，然后通过人工方法将样品光谱曲线与矿物标准光谱曲线反复对比，最终确定各样品的矿物特征信息。

3 短波红外光谱测试结果

3.1 蚀变矿物种类

矿区内短波红外分析结果表明，在钻孔岩心样品中共识别出14种蚀变矿物，分别是白云母、伊利石、地开石、高岭石、蒙脱石、石英、锂云母、方解石、金云母、绿泥石、绿帘石、滑石、坡缕石和石膏(图2(a))。选取出现频数超过50的白云母、伊利石、地开石、高岭石、蒙脱石和石英等6种矿物进行重点分析。地表样品中共识别出17种蚀变矿物(图2(b))，分别为白云母、伊利石、绿泥石、蒙脱石、绿帘石、高岭石、地开石、阳起石、滑石、白云石、方解石、石膏、蛋白石、叶蜡石、蛇纹石、明矾石和坡缕石。选取出现频数大于50的白云母、伊利石、蒙脱石、绿泥石、绿帘石和高岭石，重点分析其空间分布规律。

图2 研究区蚀变矿物频数统计图

主要蚀变矿物短波红外光谱曲线如图3所示。白云母短波红外光谱曲线最明显的特征是位于2 200 nm附近的Al—OH吸收峰。同时随着白云母中Al含量的减少，Al—OH的特征吸收峰位置会向长波方向发生漂移。绢云母即细小鳞片状的白云母，结合镜下鉴定结果，判断短波红外光谱仪识别出的白云母即为绢云母。伊利石短波红外光谱的典型特征是位于2 200 nm附近的Al—OH吸收峰，同时在1 410～1 440 nm和1 905 nm附近分别出现羟基与水的合成吸收峰和吸附水的吸收峰。高岭石短波红外光谱曲线的特征为在2 210 nm附近出现Al—OH吸收峰，在2 320～2 380 nm附近会出现明显的“三阶梯峰”，同时在1 410～1 440 nm附近和1 910 nm附近出现羟基与水的合成吸收峰和吸附水的吸收峰[23]。蒙脱石的短波红外光谱曲线在2 135 nm附近会出现明显的Al—OH特征吸收峰，另外会在1 423 nm附近和1 915 nm附近出现羟基与水的合成吸收峰和吸附水峰。地开石的短波红外光谱曲线中最为明显的特征是在1 400 nm和2 190 nm附近出现双峰，其中位于1 400 nm附近的双峰间距是区分地开石与高岭石的主要依据，地开石的双峰间距为25～35 nm，而高岭石的双峰间距则小于15 nm[24]。绿泥石短波红外光谱特征为位于2 250～2 260 nm附近和2 340～2 350 nm附近的Fe—OH和Mg—OH的吸收峰，同时又因镁离子与铁离子相互取代的程度，Fe—OH和Mg—OH特征吸收峰均会发生吸收强度和位置的差异[25]。另外，绿泥石的短波红外光谱曲线在1 410 nm附近会出现羟基与水的合成吸收峰，在1 910 nm和2 000 nm附近会出现H2O吸收峰。绿帘石的短波红外光谱曲线与绿泥石几乎相同，可依据1 540 nm处是否出现特征吸收峰将二者区分开。

图3 主要蚀变矿物短波红外光谱图

3.2 钻孔中主要蚀变矿物空间分布

根据ZK07-4、ZK07-6和ZK07-7中岩心样品的短波红外光谱测试结果的分析统计，绘制主要蚀变矿物相对含量等值线图，并结合第ZK-07勘探线剖面图，研究蚀变矿物分布特征及其与金矿体的空间关系结果如图4所示。

图4 ZK-07勘探线剖面主要蚀变矿物相对含量等值线图

白云母在钻孔中广泛发育，金矿体附近白云母的相对含量明显较高，而无矿区域白云母的相对含量较低，其相对含量高值区与金矿体在空间上能够很好地对应。伊利石在钻孔中的发育同样比较普遍，但伊利石分布范围相比白云母更为集中，且与金矿体的空间对应程度更精确，伊利石的相对含量高值区几乎都出现在矿体附近。石英在钻孔中的空间分布十分集中，主要出现在矿体区域，少量出现在近地表区域。地开石、蒙脱石在钻孔中相对含量较低，一般在距矿体较远的区域内零星分布，高岭石则集中分布于近地表区域。

根据上述分析，总结得出以上6种蚀变矿物在钻孔中的空间分布规律：白云母、伊利石和石英主要在矿体附近发育，而地开石、高岭石和蒙脱石一般发育在距矿体较远的区域。这表明绢英岩化作为主要的近矿蚀变类型，对本矿区的勘查工作具有一定的指示意义。

3.3 地表主要蚀变矿物空间分布

根据地表样品短波红外分析结果，并结合重点研究区的地质简图，分析总结地表6种蚀变矿物的空间分布规律，进而得出矿区内蚀变矿物组合及蚀变分带，如图5所示。

图5 重点研究区地表蚀变矿物空间分布图

重点研究区域内白云母发育十分普遍，其相对含量高值区主要集中于下家门沟口附近，尤其是东、西两侧(图5(a))。伊利石在重点研究区域内普遍发育，在空间分布上相对比较分散，下家门沟口附近区域伊利石相对含量较高(图5(b))。蒙脱石空间分布较为分散，零散地分布于整个重点研究区域内。但是各样品中蒙脱石的相对含量普遍不高，一般小于30%，只有在下家门沟口南侧的一个东西向条带区域内相对含量稍高，可以达到40%以上(图5(c))。

高岭石在空间分布上主要集中于下家门沟口南侧的狭长东西向条带区域内，而在此区域之外的样品则几乎不能识别出高岭石(图5(d))。绿泥石的分布比较广泛，但主要广泛分布在外围区域，而几乎没有出现在下家门沟口附近区域的样品中(图5(e))。绿帘石在空间上集中分布于主要研究区域西南部的外围区域，但与绿泥石相比，绿帘石的分布范围更为集中且与下家门沟口的距离更近(图5(f))。

3.4 蚀变带划分

根据上文分析结果，在各个钻孔样品中，将作为近矿蚀变矿物的白云母、伊利石、石英的相对含量加和，并以此为参数，以50%为界限，进行蚀变分带的划分，如图6所示。矿区内近矿蚀变带为绢英岩化带，蚀变矿物以伊利石、白云母和次生石英为主。外围则发育泥化带，蚀变矿物主要是蒙脱石、地开石、高岭石。

图6 ZK-07勘探线剖面蚀变分带图

地表蚀变矿物的空间分布特点以下家门沟口为中心向外逐渐变化。白云母和伊利石主要分布在下家门沟口附近，距下家门沟口稍远的区域则出现了蒙脱石和高岭石，而绿泥石和绿帘石则主要分布于外围区域。

基于以上分析，将分布区域相近的蚀变矿物的相对含量两两相加，并以50%为界限，将各样品中的主要蚀变矿物组合标注在重点研究区域地质简图上，可以明显地总结得出本区内的蚀变分带情况，如图7所示。以下家门沟口为中心，向外依次发育绢英岩化带、过渡带和青磐岩化带。绢英岩化带蚀变矿物以白云母和伊利石为主；青磐岩化带蚀变矿物以绿泥石和绿帘石为主。过渡带中除具有绢英岩化和青磐岩化的蚀变矿物之外，还出现了蒙脱石和高岭石等泥化蚀变矿物。

图7 重点研究区地表蚀变矿物组合分带图

综合以上分析结果，并结合偏光显微镜下鉴定分析，最终确定岗岔—克莫矿区蚀变分带如下：(1)绢英岩化带。蚀变矿物主要为白云母、伊利石和次生石英，多发育在矿体及其附近，在地表则主要分布于蚀变的中心区域。(2)泥化带。蚀变矿物以高岭石、蒙脱石和地开石为代表，此外还有部分其他蚀变矿物，主要发育在绢英岩化区域的外侧、距矿体较远的区域内，在地表则分布于中心蚀变带向外过渡的区域里。(3)青磐岩化带。蚀变矿物主要为绿泥石和绿帘石，广泛发育在远离蚀变中心的外围区域内。

4 伊利石红外光谱特征及变化趋势

根据上文研究结果，研究区内伊利石的分布比较广泛，并与金矿化有着密切的空间关系。因此，研究伊利石的短波红外光谱参数特征将对找矿勘查具有较大的指示意义。

前人研究认为，热液蚀变成因伊利石的结晶度能够较好地指示其形成温度[26]。伊利石结晶度参数通常采用X射线粉晶衍射结果计算得出，称为XRD-IC值。XRD-IC值较小时，指示伊利石结晶度较好，表明其形成于相对高温条件，反之亦然。

伊利石的结晶度参数也可以利用短波红外光谱吸收峰参数计算得出，简称SWIR-IC值。具体来讲，伊利石的SWIR-IC值等于其短波红外光谱中2 200 nm处吸收峰深度与1 900 nm处吸收峰深度之比值。前人[27-28]通过对比研究SWIR-IC值与XRD-IC值，发现，二者之间存在很好的负相关关系。因此，SWIR-IC值能够较好地表征伊利石结晶度的变化趋势。

利用短波红外光谱分析软件自动提取各样品光谱中相关吸收峰参数，计算伊利石SWIR-IC值。钻孔岩心样品中伊利石的SWIR-IC值在0～7之间，并因距矿体的远近发生明显的变化(图8)。矿体附近区域的伊利石SWIR-IC值一般大于5.5，明显高于周围区域。而随着逐渐远离矿体，伊利石的SWIR-IC值也随之降低，非矿体区域伊利石的SWIR-IC值一般小于2。

图8 ZK-07勘探线剖面伊利石结晶度指数(SWIR-IC)等值线图

在地表样品中，同样计算并分析了伊利石SWIR-IC值的分布情况(图9)。重点研究区域内地表样品中伊利石的SWIR-IC值分布于0.12～2.93之间，并主要集中在0.58～1.48之间。下家门沟口附近区域的伊利石SWIR-IC值多大于1.17，明显高于其他区域。这说明，下家门沟口附近区域的伊利石结晶温度较高，据此可以判断，热液互动中心可能位于下家门沟口附近。

图9 重点研究区地表伊利石结晶度指数SWIR-IC变化趋势

5 讨 论

热液蚀变分带是斑岩成矿系统最典型的特征之一，斑岩成矿系统蚀变分带多以含矿斑岩为中心，由内到外依次发育钾化带、绢英岩化带、泥化带和青磐岩化带等。

在岗岔—克莫矿区内，以下家门沟口为中心依次发育了绢英岩化带、泥化带和青磐岩化带。这一蚀变分带结果一方面指示了热液活动中心很可能位于下家门沟口附近，另一方面由于在地表尚未发现钾硅酸盐化蚀变类型，也证明了矿区剥蚀深度较小，深部找矿潜力巨大。

通过计算伊利石结晶度指数SWIR-IC值并分析其变化趋势，认为伊利石SWIR-IC值能够有效地反映伊利石的结晶温度，从而显示热液运移轨迹，为金矿化提供指示依据。地表样品短波红外光谱吸收峰参数的计算结果显示，伊利石结晶度指数SWIR-IC值以下家门沟口为中心，向外具有明显降低的趋势，下家门沟口附近的伊利石具有较高的结晶温度，这同样证明下家门沟口为研究区的热液活动中心。

6 结 论

(1)矿区内发育的蚀变矿物主要有白云母、伊利石、蒙脱石、高岭石、地开石、绿泥石、绿帘石和次生石英等。近矿蚀变类型为绢英岩化，其蚀变矿物组合为白云母、伊利石和次生石英。

(2)矿区内蚀变分带明显，以下家门沟口为中心向外依次发育了绢英岩化带、泥化带和青磐岩化带。这一蚀变分带特征佐证了岗岔—克莫金矿区斑岩成矿系统的存在，同时也证明了下家门沟口很有可能是矿区内热液活动中心。

(3)地表岩石的伊利石结晶度指数SWIR-IC值以下家门沟口为中心向外具有明显降低的趋势，同样证明了矿区内热液活动中心位于下家门沟口附近。

以上认识表明，下家门沟口具有很大的找矿潜力，建议对该区域加大勘查力度，优先布置工程验证。