基于紅外光譜技術研究云南普朗斑巖銅礦的蝕變和礦化特征

郭東旭， 劉曉， 張海蘭， 張志國

(自然資源實物地質資料中心， 河北 三河 065201)

斑巖銅礦提供了全球約75%的銅、約50%的鉬，具有重要的經濟價值，一直以來倍受工業界和地質學家的關注[1-3]。傳統典型的斑巖銅礦勘查方法是，根據地表出露的蝕變礦化分帶，結合經典面狀蝕變分帶模型，推測礦化中心位置，進而通過地球物理、地球化學、地質鉆探等勘探技術加以綜合評估和驗證[4]。然而，斑巖型礦床具有蝕變礦物高度疊加和蝕變分帶界線不明顯以及細粒蝕變礦物多、黏土蝕變礦物多等特點[3-5]，不利于蝕變礦物的識別和勘探信息的解讀。因此，如何高效縮小勘查區域，確定蝕變和礦化中心，顯得十分迫切。

近年來，紅外光譜作為一種綠色、快速、無損、精確探測礦物的技術手段而受到越來越廣泛的關注。按照波長不同，紅外光譜包括可見光-近紅外(380～1100nm)、短波紅外(1100～2500nm)、熱紅外(6000～14500nm)等[6-7]。在國外，紅外光譜技術被廣泛應用于IOCG礦床[8]、斑巖型銅礦[9]、VMS型礦床[10]等礦床類型的理論研究和找礦勘探。在中國，短波紅外光譜被廣泛應用于斑巖型銅礦[11-16]、中低溫熱液礦床[17-20]、稀有金屬礦床[21]等礦床類型的研究，高效識別出蝕變礦物與蝕變分帶，分析成礦環境，不斷推動對熱液中心的認識和勘查模型的建立，促進找礦勘查技術的進步和發展。熱紅外光譜應用于矽卡巖型、偉晶巖型[22-24]等礦床類型的研究，快速識別出常見的造巖礦物(長石、石英、輝石、石榴子石、橄欖石等)，彌補了短波紅外技術對石榴子石、輝石等矽卡巖礦物，石英、長石等造巖礦物及黑云母、角閃石等暗色礦物探測效果不理想的缺陷[7]。綜合應用短波紅外和熱紅外光譜技術，可以發揮更大的優勢。

普朗斑巖型銅礦位于中國西南“三江”構造巖漿成礦帶，產生于義敦島弧南段的中甸火山-巖漿弧之中，是國內發現的印支期重要的斑巖型銅礦床[25]。前人對普朗斑巖銅礦深入開展了成巖成礦時代[26]、成礦流體演化[27-28]、巖石地球化學特征[29]、礦物學特征[30-32]、礦床成因[33-36]等研究，并利用紅外光譜方法對普朗斑巖銅礦地表蝕變礦物進行了識別和礦區表面填圖[12,25]。最新的研究表明，普朗礦區發育著鉀硅酸鹽化、綠簾石-綠泥石化、綠泥石-伊利石化、石英-伊利石化和泥化5種蝕變類型[35]。該礦區綠簾石-綠泥石化在礦床外圍和中心均有發育，且強烈疊加在礦床中心的鉀硅酸鹽化之上。對于蝕變礦物高度疊加和蝕變分帶界線不明顯的普朗礦床，運用紅外光譜技術研究鉆孔巖心的蝕變與礦化之間的關系，可以顯著提高勘查效率。普朗斑巖型銅礦南礦區鉆孔ZK1801，涵蓋了普朗銅礦大部分蝕變類型，礦化效果好，為鉆孔紅外光譜測試工作和蝕變礦物光譜識別提供了較大的研究潛力。本文基于普朗礦床鉆孔ZK1801的巖心，開展紅外光譜掃描測試和分析工作，結合巖心編錄情況，精準識別出該鉆孔礦物組合及蝕變分帶，探究蝕變礦物組合與礦化之間的關系，以及蝕變礦物光譜特征對找礦勘查的指示意義，為普朗礦床的進一步找礦勘探提供依據。

1 地質概況

云南省普朗銅礦位于三江—特提斯成礦帶西南、義敦弧的南部。區域主要出露三疊系和第四系地層[37]。普朗銅礦分為三個礦區：南普朗、東普朗和北普朗。其中南普朗礦區最大，包括430.5Mt(平均品位0.52%)礦石儲量，約占整個普朗礦區銅礦儲量的96%[35]。普朗礦區主要的侵入巖體包括細粒石英閃長巖、粗粒石英閃長巖、石英二長斑巖、石英閃長玢巖等，普朗銅礦體主要位于石英二長斑巖中，少量位于粗粒石英閃長巖中，石英閃長玢巖中也有極少量的分布。普朗礦區巖體發生礦化，南礦區礦體中心形成由細脈浸染狀礦化組成的筒狀礦體。成礦元素以銅為主，伴有金、銀、鉬、鈀、硫等多種有益組分。經地表工程及鉆孔控制，共圈出2個礦化體、5個工業礦體。在南普朗礦區的18號勘探線剖面上主要有KT1和KT2等礦體。

圍巖蝕變是斑巖型礦床的一個重要特征，蝕變面積大小，直接與礦床規模有關。普朗銅礦是較典型的大型斑巖銅礦，受構造、侵入巖、圍巖巖性、熱液蝕變等多方面因素的綜合控制。礦體產于 NW 向深大斷裂和 NE 向小斷裂交匯部位。微裂隙的發育直接影響蝕變及礦化的強弱。普朗礦區從巖體中心向邊部依次發育的鉀硅酸鹽化、綠簾石-綠泥石化、綠泥石-伊利石化、石英-伊利石化和泥化5種蝕變類型[35]中，后期的蝕變疊加在前期的蝕變之上，尤其是綠簾石-綠泥石化疊加在鉀硅酸鹽化之上。蝕變礦物主要有石英、鉀長石、絹云母、綠泥石、綠簾石、高嶺石、蒙脫石、伊利石等[25](圖1)。

Bt—黑云母； Ccp—黃銅礦； Chl-綠泥石； Ep—綠簾石； Or—鉀長石； Pl—斜長石； Py—黃鐵礦； Qtz—石英。a、c、e、g—正交偏光顯微鏡下照片； b、d、f、h—反射光顯微照片。圖1 普朗斑巖銅礦鉆孔ZK1801蝕變礦物組合Fig.1 Altered minerals assemblages of the drill ZK1801 in Pulang porphyry copper deposit, Yunnan Province

2 實驗部分

2.1 樣品采集

普朗銅礦區位于云南省香格里拉縣縣城向北70km的格咱鄉大山深處，巖心主要存放于格咱鄉項目基地。自然資源實物地質資料中心(以下簡稱“實物中心”)采集人員和項目組負責人在野外查看了巖心，并通過查閱相關資料，一致認為鉆孔ZK1801巖心(進尺456.62m)不僅見礦效果較好，而且鉆遇了相關圍巖和普朗銅礦大部分蝕變類型，具有典型性和代表性，保存價值較高，因此被選入實物中心保管。

巖心從云南運到實物中心的同時，也收集了《普朗銅礦區ZK1801原始編錄資料》、《區域成礦地質背景》(普朗銅礦)、18號勘探線剖面圖等基礎地質資料，包括紙質版和電子版資料，并開展了對巖心清潔整理等巖心管理的相關工作，為后期開展普朗銅礦地質和礦床相關研究提供了方便。

2.2 樣品測試

使用HyLogger型巖心紅外光譜掃描儀(以下簡稱“HyLogger”)對普朗礦床鉆孔ZK1801進行全孔光譜數據采集。HyLogger是澳大利亞聯邦科工組織(CSIRO)研發和設計、FLSmidth公司負責加工和生產的一種巖心紅外光譜數據測量系統。該系統利用數字線掃描相機、ASD光譜儀、熱紅外光譜儀、激光表面測度儀四個傳感器，模擬太陽光源和熱紅外光源照射巖心，使用光譜儀傳感器探頭逐點同步獲取巖心(或切片、粉末等樣品)相同位置的圖像和紅外光譜反射率數據(包括波長為380～2500nm的可見光-近紅外和短波紅外波段，波長為6000～14500nm的熱紅外波段)。在巖心紅外光譜數據采集之前，對巖心進行整理，保證巖心清潔、干燥、無遮擋物。巖心掃描間隔為5cm，可見光-近紅外掃描波段范圍為350～1100nm，分辨率為3nm；短波紅外掃描波段范圍為1100～2500nm，分辨率為10nm；熱紅外波譜范圍為6000～14500nm，分辨率為18～150nm。

2.3 數據解譯

數據采集完成后，將原始圖像和光譜數據導入專業的地質光譜解譯軟件TSG(全稱“The Spectral Geologist”，翻譯為“光譜地質專家”，該軟件集合了各種地質光譜數據的分析算法及澳大利亞CSIRO專門測試的一套礦物光譜數據庫[13])，開展光譜數據的處理和解譯工作。剔除巖心箱、木頭牌、標識牌等非巖礦信息的光譜數據，實現光譜數據的完整、連續、干凈，并重新進行鉆孔巖心的深度校準。在TSG軟件中對光譜數據進行解譯，結合野外地質和鉆孔ZK1801巖心的實際情況，獲取蝕變礦物的種類、相對含量、礦物組合、礦物光譜曲線、Al—OH波長等相關信息。

3 結果與討論

3.1 蝕變礦物光譜特征

3.1.1綠泥石

短波紅外波段，富Fe綠泥石特征吸收峰位置在2260nm和2350nm，富Mg綠泥石特征吸收峰位置在2250nm、2330～2340nm。因為綠泥石八面體晶格中的Fe和Mg離子的類質同象替代，導致綠泥石特征吸收峰的位置發生變化。一般情況下，富Fe綠泥石吸收峰位置在2260～2265nm，富Mg綠泥石吸收峰位置在2255～2260nm[3]。綠泥石的次一級結晶水吸收峰位置在1910nm、2000nm[38]。在鉆孔ZK1801中，綠泥石廣泛分布于整個鉆孔，尤其是在綠簾石-綠泥石化帶和綠泥石-伊利石化帶中，綠泥石含量更高。ZK1801中典型的綠泥石短波紅外光譜曲線2250～2265nm波段的吸收峰為2256nm，因此，鉆孔ZK1801中的綠泥石主要富鎂(圖2a)。

3.1.2綠簾石

綠簾石通常與綠泥石相伴生，主要位于綠簾石-綠泥石化帶中，在短波紅外光譜曲線圖中，綠簾石光譜與綠泥石很相似，雖然二者在2000～2500nm波譜區間特征相同，但綠簾石在1550nm、1830nm存在明顯次級吸收，從而區別于綠泥石[38]。鉆孔ZK1801中典型的綠簾石短波紅外光譜曲線明顯的次級吸收峰在1550nm、1830nm(圖2b)。

3.1.3伊利石

伊利石，K2-xAl4( Si6+xAl2-x)O20(OH)4，是一種富K的2∶1 型層間缺失的二八面體硅酸鹽云母類黏土礦物，伊利石的診斷吸收峰位于1408nm、2200nm、2348nm 和2442nm，同時具有一個較寬的雙吸收峰位于2100nm 附近。其光譜形態與白云母極為相似，僅在1910nm 和1460nm處，關于水的吸收深度要大于白云母。富Fe 伊利石在2240nm 具有特征吸收；混合了蒙脫石的伊利石在1455nm 具有反射特征，在1910nm 具強水分吸收[19]。在鉆孔ZK1801中，伊利石主要分布在90～170m深度范圍內。從伊利石的光譜曲線吸收特征來看，鉆孔中的伊利石大部分通過交代絹(白)云母形成(圖2c)。

3.1.4高嶺石

高嶺石化學式為Al2Si2O5(OH)4，通常出現在斑巖系統的泥化帶中，屬于低溫黏土礦物。高嶺石的出現，代表了曾經歷酸性流體作用。在短波紅外光譜中，高嶺石在1400nm和2200nm處出現雙吸收峰[17]。在普朗銅礦鉆孔ZK1801中，典型的高嶺石在1400nm附近的雙吸收峰位置在1399nm和1414nm，在2200nm附近的雙吸收峰位置在2164nm和2208nm(圖2d)。該鉆孔中泥化帶發育較弱，僅在少量石英二長斑巖中出現了高嶺石。

3.1.5蒙脫石

蒙脫石在熱液蝕變系統中比較常見，屬于一種低溫、非酸性環境下的蝕變礦物，通常富Fe、Mg，在各種巖石中都可能出現。該礦物在2208nm 附近表現出強烈吸收的特征, 同時在1410nm 和1910nm 附近也具有吸收特征。在鉆孔ZK1801中，典型的蒙脫石吸收峰的波長位置分別在1414nm、1908nm、2210nm(圖2e)。

3.1.6絹(白)云母

絹云母是分子式為(K, Na)2(Al, Fe, Mg)4(Si, Al)8O20(OH)4的層狀硅酸鹽，在定義中屬于細粒白云母。短波紅外光譜無法識別礦物粒徑大小，因此在文中可能出現絹云母和白云母兩個名詞混用的情況。絹云母在鉆孔ZK1801中貫穿在整個鉆孔(圖4)。在短波紅外掃描時，絹云母在1400、1900、2200、2348和2442nm附近出現明顯的吸收峰，在2100nm附近會出現一個微弱的肩峰，以此區別于其他礦物。鉆孔ZK1801中典型的絹云母短波紅外光譜曲線圖中，波長在1412nm、1914nm、2208nm處具有明顯的吸收峰(圖2f)。

圖2 普朗銅礦鉆孔ZK1801中典型礦物光譜特征Fig.2 Spectral characteristics of typical minerals from the drill ZK1801 within Pulang porphyry copper deposit, Yunnan Province

3.1.7石英

石英主要成分為SiO2，在熱紅外波段可以被精準識別，其8625nm和12610nm附近的特征吸收峰非常尖銳，且在7400nm處波形突然抬升，在9400nm波形突然下降[7]。鉆孔ZK1801中典型的石英特征吸收峰在8631nm和12628nm(圖2g)。石英廣泛分布于ZK1801中，一類為巖漿形成過程中的造巖礦物，另一類為鉀硅酸鹽化新形成的蝕變礦物。與巖漿階段形成的石英相比，鉀硅酸鹽化的石英表現為石英變晶的形成、再生長及基質硅化，并伴有石英細脈(含石英金屬硫化物脈)的產生。整個鉆孔的中上部是鉀硅酸鹽化的重要區域。

3.1.8鉀長石

鉀長石主要包括正長石、微斜長石、透長石等礦物。其中，微斜長石的熱紅外波譜特征為在9000nm、9350nm、9600nm波段附近有特征吸收峰[7]。鉀長石是斑巖銅礦蝕變組合中鉀硅酸鹽化的主要礦物成分之一，鉆孔ZK1801中的鉀長石為微斜長石，其典型特征吸收峰位置在9000nm、9370nm、9770nm附近(圖2h)，與石英、黑云母、絹云母等礦物共生。

3.2 蝕變礦物組合

參考材料：云南省地質調查院.普朗銅礦區ZK1801原始編錄資料.2009:29-37。圖3 普朗斑巖銅礦蝕變礦物相對含量、巖性、金屬銅鉬含量分布柱狀圖Fig.3 Column chart of the relative contents of altered minerals, the lithology categories, and the contents of copper and molybdenum in Pulang porphyry copper deposit, Yunnan Province

對稱同心軸狀蝕變是斑巖型銅礦的顯著特征之一，因此，精準地識別斑巖型銅礦床的蝕變類型、蝕變分帶，有利于更好地解讀礦化情況，進而理解整個成礦過程[2]。本文基于對普朗銅礦床18號勘探線的鉆孔ZK1801巖心開展紅外光譜測試工作，根據鉆孔ZK1801獲取的數據顯示，鉆孔由淺入深，蝕變礦物組合依次為：絹云母+伊利石+蒙脫石+高嶺石+綠泥石+綠簾石→石英+鉀長石+絹云母+綠簾石+綠泥石→絹云母+綠簾石+綠泥石+石英→絹云母+綠簾石+綠泥石(圖3)。總體上，頂部以伊利石、蒙脫石、高嶺石、絹云母為主，中部以石英、鉀長石、絹云母、綠泥石、綠簾石為主，底部以絹云母、綠泥石、綠簾石為主。普朗礦床鉆孔ZK1801中主要的巖石類別是石英二長斑巖和石英閃長玢巖的互層，礦體主要賦存于石英二長斑巖中。

分別提取鉆孔ZK1801中的主要蝕變礦物及其賦存巖性進行對比分析，發現：①熱紅外光譜數據顯示，鉀長石和石英在整個鉆孔中的含量較多，該鉆孔鉀硅酸鹽化明顯；②絹云母貫穿整個鉆孔(圖4a)；③自頂部向下20～90m出現大量的綠簾石-綠泥石，之后自140m深度向下，綠泥石和綠簾石普遍存在；④頂部有很少量的伊利石和高嶺石，自頂部向下90 m 后伊利石、蒙脫石增多，形成伊利石+蒙脫石+高嶺石的蝕變礦物組合。

a—絹云母相對含量隨鉆孔深度的變化特征； b—Al—OH波長隨鉆孔深度的變化特征。圖4 普朗斑巖型銅礦鉆孔ZK1801絹云母相對含量及Al—OH波長隨鉆孔深度的變化特征Fig.4 Relative concentrates of sericite and the Al—OH wavelength along to the depth in the drill ZK1801 from Pulang porphyry copper deposit

普朗礦區從巖體中心向邊部依次發育鉀硅酸鹽化、綠簾石-綠泥石化、綠泥石-伊利石化、石英-伊利石化和泥化5種蝕變類型，這幾種類型的蝕變礦物組合被紅外光譜清晰地測試、識別出來。鉆孔ZK1801中，鉀硅酸鹽化帶范圍較大，深度在0～400m基本整體發育，以鉀長石+石英+絹云母+黑云母+斜長石等礦物組合為主要特征(圖3)。硅化表現為石英變晶的形成、再生長及基質硅化，并伴有產生石英細脈(含石英金屬硫化物脈)；鉀化表現為大量鉀長石的生成，自形鉀長石的粒度在50～500μm，與石英共生的鉀長石的粒度<50μm[35]。該鉆孔中鉀硅酸鹽化與礦化關系密切，主要的礦石礦物為黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等(圖2中b、d、f、h)。綠簾石-綠泥石化帶位于自頂部向下20～90m、140～456.61m，表現為出現大量的綠簾石、綠泥石，并且疊加在鉀硅酸鹽化帶之上(圖2中a、c、e、g)，其中綠簾石和綠泥石由鉀長石、斜長石或黑云母蝕變形成(圖2中e，g)。同時，綠簾石、綠泥石與黃銅礦、黃鐵礦、磁黃鐵礦等密切共生，與礦化關系密切(圖2中 a、c、e、g)。綠泥石-伊利石化帶主要位于自頂部向下140～200m位置，疊加在前期形成的蝕變之上，蝕變較弱(圖3)，以伊利石+綠泥石礦物組合為特征。石英-伊利石化帶以石英+伊利石等礦物組合為特征，主要位于自頂部向下140～200m位置，疊加在前期形成的蝕變之上，蝕變較弱。泥化帶主要位于自頂部向下185～200m位置，蝕變較弱(圖3)，疊加在較早期的蝕變組合之上，伊利石、蒙脫石、高嶺石是這個蝕變階段的主要蝕變礦物。

在大多數的斑巖銅礦中，礦床熱液蝕變呈同心環狀分帶，中心為鉀硅酸鹽化，向外過渡為泥化等，最外圍為青磐巖化。礦化主要位于中部的鉀硅酸鹽化，青磐巖化帶中幾乎見不到礦化[2]。然而，青磐巖化在普朗礦床的中心部位和邊部都非常發育。鉆孔ZK1801中，自頂部向下20～90m出現大量的綠簾石-綠泥石，之后自140m深度向下，綠泥石和綠簾石廣泛發育，同時該鉆孔的礦化主要位于鉆孔的中上部，與綠簾石-綠泥石礦物組合明顯疊加在一起。最新研究成果表明[35]：受流體性質、流動路徑或圍巖條件發生異常變化的影響，斑巖銅礦系統中綠簾石-綠泥石等蝕變礦物組合所代表的青磐巖化，有時可以位于礦化中心，并與礦石礦物密切共生。因此，根據蝕變礦物組合特征與礦化之間的關系，可以明確普朗礦床與礦化息息相關的蝕變類型為鉀硅酸鹽化和綠簾石-綠泥石化，主要的蝕變礦物組合為:鉀長石+石英+絹云母和綠簾石+綠泥石。

3.3 Al—OH波長對礦化的指示

Al—OH 在短波紅外區間的特征波長位置變化能夠反映成礦環境的變化，同時波峰吸收深度與成礦之間也存在一定關系[14,20,39-40]。通常情況下，Al—OH在2200nm處吸收峰最小值波長位置越高，越接近熱液中心[3]。根據波長-孔深變化散點圖的線性擬合結果，絹云母在2200nm處的波長變化反映出三段明顯的特征：頂部的絹云母波長集中在2210～2205nm之間，到中部波長迅速降低到2205～2199nm的范圍；鉆孔的下部，絹云母的波長維持在2205～2199nm基本保持穩定；鉆孔的底部，絹云母的波長在2202～2198nm之間(圖4b)。絹云母的波長總體呈現出向鉆孔深部逐漸減小的趨勢，長波絹云母(2210～2205nm)表現為吸收峰波長偏大的特征，主要位于斑巖體的鉀硅酸鹽化帶和綠簾石-綠泥石化帶中，與黑云母等礦物伴生；短波絹云母(2202～2198nm)常表現為一種低溫環境下的產物。隨著鉆孔ZK1801深度的增加，絹云母Al—OH波長總體呈現出從2210～2205nm減小到2202～2198nm的趨勢，表明從鉆孔上部到下部，流體的溫度、壓力逐漸降低[8,20]。鉆孔ZK1801礦化區主要位于中上部，與長波絹云母(2210～2205nm)關系密切。因此，長波絹云母(2210～2205nm)可以作為礦床勘查和圈定找礦靶區的礦化信號之一。

4 結論

本文應用短波紅外和熱紅外光譜技術,對普朗礦區鉆孔ZK1801巖心進行礦物識別和蝕變分帶劃分的研究，識別出鉀硅酸鹽化帶、綠簾石-綠泥石化帶、綠泥石-伊利石化帶、石英-伊利石化帶和泥化帶。普朗銅礦整個鉆孔的主要蝕變礦物有石英、鉀長石、絹云母、綠泥石、綠簾石、高嶺石、蒙脫石、伊利石等，鉆孔從淺部到深部蝕變礦物組合表現為：絹云母+伊利石+蒙脫石+高嶺石+綠泥石+綠簾石→石英+鉀長石+絹云母+綠簾石+綠泥石→絹云母+綠簾石+綠泥石+石英→絹云母+綠簾石+綠泥石。

根據礦化特征，表明銅礦體廣泛賦存在鉀硅酸鹽化帶和綠簾石-綠泥石化帶中，與礦化關系密切的蝕變礦物石英+鉀長石+絹云母和綠簾石+綠泥石，可以作為普朗礦床勘查的標型蝕變礦物組合；研究區廣泛發育的絹云母Al—OH波長隨鉆孔深度增加而逐漸從2210～2205nm減小到2202～2198nm，Al—OH波長2210～2205nm(長波絹云母)與礦化關系密切，可以作為普朗礦床勘查的指示信息。