花崗偉晶巖型稀有金屬礦床蝕變系統(tǒng)與礦物光譜-地球化學(xué)特征耦合性研究
——以川西打槍溝礦區(qū)為例*

蔣航 郭娜 張柯凡 羅海洋

1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,成都 610059 2.數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點實驗室(成都理工大學(xué)),成都 610059

松潘-甘孜域內(nèi)大規(guī)模造山作用,以及周圍各個板塊之間強烈的“雙向擠壓”形成了復(fù)雜的“西康式褶皺”(許志琴等,1992)。川西地區(qū)是我國重要的稀有金屬成礦區(qū)(付小方等,2006),大地構(gòu)造位置處于松潘-甘孜造山帶東南緣,復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造及頻繁的巖漿活動為稀有金屬礦床的富集提供了有利條件。近些年來,域內(nèi)不斷取得找礦突破,包括甲基卡、可爾因、李家溝、容許卡、打槍溝、黨壩等(王登紅等,2005; 李建康等,2006; 費光春等,2015,2020; 詹勝強等,2016; 殷聃,2017; 馬圣鈔等,2019)。

近些年來,紅外光譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于巖漿-熱液型礦床的找礦勘查實踐中,例如IOCG型(Tappertetal.,2013)、斑巖銅礦(Nealetal.,2018; 連長云等,2005a,b; 郭娜等,2018a; Guoetal.,2019; 陳華勇等,2019; 陳康等,2020)、熱液型礦床(郭娜等,2017,2018b,2019; 黃一入等,2017)、VMS型(Duuringetal.,2016)以及稀有金屬礦床等(代晶晶等,2018; 回廣驥等,2021)。短波紅外光譜(1.3～2.5μm)可探測含羥基硅酸鹽(白云母、伊利石、蒙脫石、黑云母等)、硫酸鹽(明礬石、黃鉀鐵礬、含水石膏等)、碳酸巖(方解石、菱鐵礦等)等礦物;熱紅外光譜(8～14μm)可探測Si-O鍵組合的島狀(石榴子石、符山石)、鏈狀(輝石、硅灰石)、架狀(石英、長石)硅酸鹽、硫酸鹽類礦物、碳酸鹽類等礦物。短波紅外與熱紅外聯(lián)合分析技術(shù)可探測巖漿及熱液成礦中心向外的主要礦物類型,全方位剖析早期至晚期形成的礦物組合特征。

川西打槍溝花崗偉晶巖型Li-Be稀有金屬礦床位于松潘-甘孜造山帶東南的雅江殘余盆地,屬于巴顏喀拉-松潘成礦省、南巴彥喀拉-雅江Li-Be-Au-Cu-Pb-Zn-水晶成礦帶(胡軍亮,2020)。區(qū)內(nèi)偉晶巖成礦條件好,是松潘-甘孜鋰成礦帶重要的組成部分。前人研究認為:自結(jié)晶分異期至熱液期,石英、鈉長石、白云母、鋰輝石均有形成,而微斜長石、綠柱石以及石榴子石僅在結(jié)晶分異期形成,電氣石則在結(jié)晶分異期和交代早期形成(胡軍亮,2020)。此外,前人針對礦區(qū)的地質(zhì)特征(殷聃,2017; 易仲康和馬鈺權(quán),2018; 譚洪旗等,2019)、圍巖蝕變特征(譚洪旗等,2022)、年代學(xué)及地球化學(xué)特征(胡軍亮,2020)、Li成礦過程的分餾機制(何成麟等,2020)、礦石中銣元素的賦存狀態(tài)及分布規(guī)律(賴楊和鄧偉,2022)等都開展了相關(guān)研究,但研究區(qū)內(nèi)蝕變礦物組合特征、光譜變化特征、不同偉晶巖的光譜特征、礦化與蝕變礦物之間的耦合機理以及研究區(qū)內(nèi)的稀有金屬光譜勘查模型均未開展詳細的厘定與研究。作者采用短波+熱紅外光譜聯(lián)合技術(shù),結(jié)合巖相學(xué)、礦物地球化學(xué)分析手段,查明了打槍溝礦區(qū)蝕變分帶特征,厘定了白云母作為指針礦物,開展了基于指針礦物的地球化學(xué)特征分析,反演出成礦地質(zhì)環(huán)境,并構(gòu)建了川西九龍打槍溝礦區(qū)的光譜勘查模型。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

打槍溝偉晶巖型鋰鈹?shù)V床位于我國三個硬巖型鋰礦帶之一的川西鋰礦帶(李建康等,2014),地處揚子陸塊以西,羌塘-昌都陸塊以東的雅江被動陸緣中央褶皺-推覆帶,被甘孜-理塘蛇綠巖混雜帶和鮮水河韌性平移剪切帶夾持于松潘-甘孜造山帶南緣(圖1b)。礦區(qū)位于九龍復(fù)向斜南段,區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育,以褶皺構(gòu)造為主;出露地層以三疊系上統(tǒng)新都橋組(T3xd)為主,主要為灰-深灰及灰黑色含粉砂質(zhì)板巖、含碳質(zhì)絹云板巖;區(qū)內(nèi)巖漿活動強烈,礦區(qū)外圍北部發(fā)育有印支晚期羊房溝石英正長巖(ξ52)體,該巖體南緣可見石英閃長巖(δo52),為北西-南東向展布,呈巖株產(chǎn)出(圖1c),二者呈漸變過渡關(guān)系(殷聃,2017)。由于受到區(qū)域變質(zhì)作用加之接觸變質(zhì)作用,巖漿巖周圍形成了復(fù)雜的巖石組合,包括黑云母石英片巖、石英黑云母片巖、綠泥石化石英片巖、角閃石英片巖等(胡軍亮,2020)。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)簡圖及鉆孔分布

礦區(qū)偉晶巖脈多數(shù)分布于石英閃長巖(δo52)中,少數(shù)分布于三疊系新都橋組(T3xd)地層中,脈體產(chǎn)出方向受褶皺構(gòu)造控制,平均長度為100～300m。分布于石英閃長巖(δo52)中的偉晶巖脈整體走向為北東-南西向,脈體之間接近平行成群產(chǎn)出,礦化以鈹?shù)V化為主。分布于新都橋組中的偉晶巖脈走向除Ⅰ號脈體外均位為北西-南東向,礦化以鋰礦化為主。區(qū)內(nèi)礦石礦物以鋰輝石、綠柱石和鋰云母為主;脈石礦物主要為石英、長石、白云母、電氣石、蛇紋石等(殷聃,2017)。圍巖蝕變主要表現(xiàn)為:電氣石化、白云母化、鈉長石化、鋰云母化、硅化、云英巖化、碳酸鹽化、綠泥石化和褐鐵礦化等(譚洪旗等,2022)。

礦區(qū)鋰鈹?shù)V產(chǎn)于上三疊系新都橋組(T3xd)片巖節(jié)理內(nèi)及燕山期期石英閃長巖(δo52)內(nèi),受花崗偉晶巖脈控制,產(chǎn)狀與偉晶巖脈基本一致,礦體形態(tài)呈脈狀、似層狀,少數(shù)為透鏡狀。Ⅰ號Li-Be礦體(圖2)與Ⅲ號Li礦體產(chǎn)出于新都橋組地層的偉晶巖脈體中,礦體總體走向為NW-SE東向;Ⅱ號Be礦體產(chǎn)出于石英閃長巖中的偉晶巖脈,礦體整體走向為NE-SW向。區(qū)內(nèi)共圈定Li-Be共生礦體1條,Li礦體5條,Be礦體8條,礦體圍巖主要為含炭質(zhì)黑云母石英千枚狀片巖、石英閃長巖、鈉長石-鋰輝石偉晶巖、鈉長石偉晶巖、及變質(zhì)石英砂巖。前期研究認為:鈉長石偉晶巖以及鈉長石-鋰輝石偉晶巖為主要含礦偉晶巖(胡軍亮,2020)。

圖2 礦體三維模型與地質(zhì)簡圖中的Ⅰ號礦體對比

2 樣品采集與測試

本次研究對ZK0501、ZK0502、ZK0706-1、ZK0906、ZK1101、ZK1106、ZK1305、ZK1306、ZK3704、ZK3509、ZK3716、ZK3512、ZK3703等13個鉆孔進行了巖心樣品采集,所采集樣品巖性包括鋰輝石鈉長偉晶巖、花崗偉晶巖、綠柱石花崗偉晶巖、綠柱石-鋰輝石鈉長花崗偉晶巖、石英閃長巖、二云母花崗巖、板巖等。同時采用高光譜遙感技術(shù),通過我國GF-5B衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展了研究區(qū)及外圍的偉晶巖填圖,并基于像元進行了典型礦物的波譜特征反演。

2.1 短波-熱紅外光譜測量

本次研究共采集13個鉆孔的巖心樣品453件,獲得可見光-短波紅外波譜數(shù)據(jù)549條,熱紅外波譜數(shù)據(jù)1152條。

短波紅外光譜測量采用了中國中地儀器有限公司生產(chǎn)的便攜式近紅外礦物分析儀BJKF-3(測量光譜范圍為1300～2500nm),通過儀器自帶的內(nèi)部仿太陽光源在室內(nèi)進行樣品的測量,這避免了大氣輻射及天氣變化的影響;同時,利用美國ASD便攜式光譜儀測量不同類型偉晶巖樣品(測量光譜范圍為350～2500nm),并與BJKF-3測量樣品做波譜特征對比分析,以求數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,測量時采用外部仿太陽光源在暗室中進行測量。

熱紅外光譜測量采用了美國安捷倫儀器有限公司生產(chǎn)的便攜式傅里葉變換紅外光譜分析儀Agilent Technologies 4300 Handheld FTIR(測量光譜范圍為 2500～15500nm)。

測量前,對每個樣品進行清洗和曬干,避免因存在其他物質(zhì)對短波與熱紅外光譜吸收-反射、發(fā)射波譜特性造成干擾;測量中,選取巖石的新鮮面作為測點,保證接觸面光滑、平整,避免因角度及粗糙度帶來的測量誤差。另外,在保證數(shù)據(jù)正常獲取的前提下,為使蝕變礦物不被遺漏,在測點周圍2cm范圍內(nèi)再測量2～3個點,通過計算光譜平均值,獲取最終混合礦物的波譜曲線。

測量數(shù)據(jù)采用澳大利亞CSIRO研發(fā)的光譜地質(zhì)軟件(the spectral geology,簡稱TSG)進行分析,通過.txt文件導(dǎo)入,并由軟件自動完成礦物類型的總體識別;利用Origin軟件完成典型蝕變礦物波譜參數(shù)的提取和波譜-礦物地球化學(xué)特征的相關(guān)性分析;利用Leapfrog進行三維空間建模與分析;利用ARCGIS進行數(shù)據(jù)插值及相關(guān)空間分析。

2.2 顯微鏡觀察與礦物地球化學(xué)分析

經(jīng)系統(tǒng)的巖性編錄和詳細的手標(biāo)本和顯微鏡下觀察,選取樣品磨制成35mm×25mm,厚0.03mm標(biāo)準(zhǔn)的電子探針片,利用萊卡DM2500P偏光顯微鏡進行鏡下觀察和拍照記錄。運用晶體光學(xué)、巖石學(xué)內(nèi)容,確定特征礦物的顏色、類型、共生礦物及分布規(guī)律。

在顯微鏡下用黑筆標(biāo)記選好分析部位,分析時可以準(zhǔn)確、快速地找到需要析的位置。用JEOJEE-420鍍碳儀將探針片鍍碳,使探針片具導(dǎo)電性。利用測試儀器為EPMA-1600電子探針(日本島津公司),儀器測試條件為:加速電壓15kV;電流20nA;束斑直徑5μm;校正ZAF;溫度25℃,濕度55%～60%。分析方法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15617—2002《硅酸鹽礦物的電子探針定量分析方法》,分析指針礦物元素及離子替代反應(yīng)。實驗由廣州拓巖檢測技術(shù)有限公司完成。

2.3 高光譜遙感圖像處理

選取的高光譜遙感影像GF-5B系我國高分系列衛(wèi)星產(chǎn)品,由中國國家航天局(CNSA)2021年發(fā)射,涵蓋可見光、近紅外、短波紅外譜段。圖像獲取時間為2023年4月27日。

數(shù)據(jù)處理采用ENVI軟件,利用Flaash大氣校正模型對圖像進行了輻射校正,通過地面實測控制點進行了幾何校正。以研究區(qū)及外圍實際采集的不同類型偉晶巖巖石樣品波譜為庫,采用波譜匹配的方法實現(xiàn)了偉晶巖填圖;基于典型礦物特征譜段,選取2200nm附近波段并提取相應(yīng)像元樣本點的波譜參數(shù),利用Krigging插值方法實現(xiàn)波譜參數(shù)的特征反演。

3 結(jié)果

3.1 鉆孔蝕變礦物類型識別與空間分布

通過短波紅外光譜測量,研究區(qū)13個鉆孔中識別出白云母、黑云母、高嶺石、綠泥石、角閃石、蒙脫石等礦物(表1)。通過熱紅外光譜測量則識別出石英、鈉長石、微斜長石、綠泥石、蛇紋石、角閃石等礦物。其中礦區(qū)北部(鈹?shù)V化)3個鉆孔ZK3716、ZK3512、ZK3509的蝕變礦物總體上表現(xiàn)為:白云母+角閃石+綠泥石+鈉長石+石英+微斜長石的組合特征,礦區(qū)中部鉆孔(鈹?shù)V化)ZK3704、ZK3703的蝕變礦物總體表現(xiàn)為:白云母+鈉長石+石英+角閃石+微斜長石的組合特征;礦區(qū)南部鉆孔(鋰-鈹?shù)V化)中的ZK0501、ZK0502、ZK1101、ZK1106、ZK0906、ZK0706-1、ZK1305、ZK1306的蝕變礦物組合特征主要表現(xiàn)出:白云母+鈉長石+蛇紋石+石英+角閃石+微斜長石的組合特征。綜合來看,礦區(qū)整體蝕變礦物組合變化特征為(由北至南):白云母+鈉長石+石英+角閃石+綠泥石+微斜長石→白云母+鈉長石+石英+角閃石+微斜長石→白云母+鈉長石+蛇紋石+石英+角閃石。其中微斜長石和綠泥石由北至南逐漸減少,蛇紋石逐漸增多(表1)。

表1 礦區(qū)鉆孔主要蝕變礦物類型

3.1.1 鉆孔ZK0501蝕變礦物組合分布特征

以研究區(qū)南部鉆孔ZK0501為例,蝕變礦物組合由淺部至深部依次表現(xiàn)為:白云母+鈉長石+石英→白云母+角閃石+石英→白云母+鈉長石+石英→石英+蛇紋石+角閃石,其中礦體賦存于白云母+鈉長石蝕變帶,且集中于地表至地下40m深度(圖3)。

圖3 研究區(qū)鉆孔紅外光譜識別結(jié)果與礦體品位圖(礦體品位數(shù)據(jù)據(jù)張博等,2019(1)張博,謝萬洪,李俊,張偉,殷聃,徐浩,楊川,陳玉,成欣怡.2019.四川省九龍縣打槍溝礦區(qū)鋰鈹?shù)V詳查報告)

對比短波與熱紅外光譜填圖結(jié)果可以看出:(1)短波紅外光譜技術(shù)識別出的礦物類型單一,僅識別出白云母,但該礦物的空間分布與礦體賦存位置完全吻合(圖3a);熱紅外光譜技術(shù)識別出的礦物類型較多,但鈉長石與成礦關(guān)系更為密切(圖3b)。因此認為熱紅外光譜技術(shù)更適用于巖漿成礦系統(tǒng)的礦物識別;(2)礦化類型主要為Li礦化,Be礦化較差且品位相對較低,進一步說明Li礦化與白云母-鈉長石礦物組合關(guān)系密切;(3)流體活動強烈,硅化較強(石英含量高),說明Li礦化發(fā)生于一定強硅化條件下;(4)花崗偉晶巖中的輝石類礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樯呒y石后,礦體尖滅;(5)從蝕變礦物組合序列來看,鉆孔頂部存在一定程度的剝蝕。

3.1.2 鉆孔ZK3512蝕變礦物組合分布特征

以研究區(qū)北部鉆孔ZK3512為例,識別出礦物類型主要為白云母、角閃石、黑云母、鈉長石、微斜長石和石英等。地表至深部礦物組合為:白云母+鈉長石+石英+(綠泥石)→白云母+鈉長石+微斜長石+石英+(黑云母)→白云母+鈉長石+石英+黑云母(圖3d,e)。

對比短波與熱紅外光譜填圖結(jié)果可以看出:(1)大量分布的角閃石、黑云母等暗色礦物說明Be礦體處于更靠近巖漿熱源中心的位置(圖3d);(2)Be礦體與白云母-鈉長石-微斜長石蝕變組合關(guān)系密切(圖3f);(3)礦體與蝕變組合均有繼續(xù)向深部延伸的趨勢。

研究認為:(1)區(qū)內(nèi)Li礦體賦存于白云母-鈉長石蝕變帶中,Be礦體賦存于白云母-鈉長石-微斜長石蝕變帶中,二者均與白云母+鈉長石關(guān)系密切;(2)Be礦體更靠近巖漿熱源中心,可能形成的深度較大;Li礦體則相對遠離熱源,形成較淺。因此,Be礦體形成階段應(yīng)該早于Li礦體;(3)礦區(qū)存在一定程度的剝蝕,鉆孔ZK3512顯示Be礦體仍有向下延伸的趨勢。

3.2 典型蝕變礦物鏡下-波譜特征

3.2.1 白云母

礦區(qū)內(nèi)白云母表現(xiàn)為細小鱗片狀特征(圖4a,d),與標(biāo)準(zhǔn)波譜庫中白云母曲線的波形及吸收-反射特征均比較吻合,在2200nm附近存在顯著的Al-OH吸收峰(圖4c,f)。顯微鏡下礦區(qū)白云母主要分為兩種:原生白云母和次生白云母,其中原生白云母呈自形-半自形,粒徑較大,斷面清晰,具有明顯的解理(圖4b);次生白云母則為他形細鱗片狀、竹葉狀及放射狀,粒徑較小(圖4e)。

圖4 研究區(qū)鉆孔白云母及鈉長石特征

3.2.2 鈉長石

礦區(qū)鈉長石在顯微鏡下呈長柱狀、條狀特征,晶形極為顯著(圖4g),正交偏光鏡下見一級灰白干涉色,斜消光,雙晶和條帶狀條紋都極其發(fā)育(圖4h)。在8710nm、9630nm、9920nm附近存在3個連續(xù)的輻射峰值,在9060nm、9804nm附近存在2個輻射谷值;Si-O-Si鍵的吸收特征處于12300nm附近,礦物診斷特征輻射峰值分別位于12715nm、13095nm、13439nm、13840nm附近(圖4i)。

3.3 不同偉晶巖波譜特征

采用ASD測量不同偉晶巖樣品178件,分不同類型求取平均波譜曲線(圖5),發(fā)現(xiàn):(1)所有樣品都具有1410nm和1910nm附近的水分子吸收峰,其中鋰輝石鈉長偉晶巖的水分子吸收深度更大,說明巖石中礦物分子的含水量更多;(2)所有樣品都具有2200nm附近的Al-OH礦物吸收特征,但花崗偉晶巖的吸收峰偏向長波2208nm,鋰輝石鈉長花崗偉晶巖的吸收深度更大;(3)綠柱石花崗偉晶巖和花崗偉晶巖在2250nm附近具有顯著吸收峰,而綠柱石-鋰輝石鈉長花崗偉晶巖與鋰輝石鈉長花崗偉晶巖均無此吸收特征;(4)花崗偉晶巖在2370nm具有顯著的反射特征,其他類型則無此反射值。

圖5 打槍溝礦區(qū)不同類型偉晶巖實測波譜曲線

3.4 典型蝕變礦物地球化學(xué)特征

3.4.1 白云母礦物地球化學(xué)特征

采用EPMA測量礦區(qū)白云母,結(jié)果表明(表2):白云母SiO2含量為45.56%～49.06%,平均值46.76%;Al2O3含量為25.47%～36.31%,平均值32.98%;Na2O含量為0.14%～0.41%,平均值0.22%;K2O含量為10.20%～11.25%,平均值10.95%。以白云母化學(xué)成分理論值:SiO245.2%、Al2O338.5%、K2O 11.8%為參考準(zhǔn)則,礦區(qū)白云母表現(xiàn)出高Si、低Al、K的特點。

表2 鉆孔巖芯白云母樣品EPMA分析結(jié)果(wt%)

3.4.2 鈉長石

選取礦區(qū)2個鉆孔ZK0501、ZK0502共13件樣品進行鈉長石 EPMA 礦物地球化學(xué)元素含量測試與分析,結(jié)果表明(表3):鈉長石中SiO2含量為67.63%～69.27%,平均值68.32%;Al2O3含量為19.41%～19.87%,平均值19.64%;Na2O含量為11.05%～11.58%,平均值11.34%;K2O含量為0.06%～0.17%,平均值0.1%。根據(jù)鈉長石化學(xué)成分理論值:Na2O 11.8%、Al2O319.4%、SiO268.8%,礦區(qū)鈉長石表現(xiàn)出高Al、低Na的特征。

表3 鈉長石樣品EPMA分析結(jié)果(wt%)

4 討論

4.1 基于白云母礦物波譜-地球化學(xué)特征的成礦環(huán)境反演

4.1.1 白云母礦物陽離子與波譜變化關(guān)系

蝕變礦物填圖中發(fā)現(xiàn)白云母-鈉長石組合與Li-Be礦體關(guān)系密切(圖3)。偉晶巖侵入體中常存在不同礦物組成的分層現(xiàn)象(H?nigetal.,2010),多項研究也表明,白云母礦物對于偉晶巖型稀有金屬礦床的勘查預(yù)測具有重要指示意義(周起鳳等,2013; 田野等,2015)。

白云母是一種常見的層狀硅酸鹽礦物,細鱗片狀結(jié)構(gòu),單斜晶體,其晶體結(jié)構(gòu)由兩層硅氧四面體和一層鋁氧八面體構(gòu)成,晶體化學(xué)通式可寫成:AB2[C4O10](OH)2。其中A代表充填在云母結(jié)構(gòu)層中12次配位位置的大半徑陽離子,通常包括K+、Na+、Ca2+、H3O+、Ba2+等;B代表充填在云母結(jié)構(gòu)層中八面體間隙的陽離子,通常包括Al3+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Cr3+、Ti4+、Li+、V5+等;C代表硅氧骨干層四面體位置的陽離子,主要由Si4+、Al3+組成(魯安懷和陳光遠,1995)。

以化學(xué)計量法為依據(jù),以晶體結(jié)構(gòu)中四面體、八面體位置陽離子數(shù)量之和為6的原則展開計算,即AB2[C4O10](OH)2,白云母分子中B+C=6(肖平和劉軍,2001),利用礦區(qū)南部鉆孔ZK0501和ZK0502的電子探針分析結(jié)果計算白云母礦物晶體化學(xué)式(表4)。

表4 白云母礦物陽離子數(shù)及波長特征

對白云母晶體結(jié)構(gòu)中原子數(shù)目與2200nm附近電磁波吸收特征的波長變化進行對比分析后發(fā)現(xiàn):波長變化在2190～2200nm之間的白云母礦物,Fe3+數(shù)量隨著波長增大而增大,說明Li礦形成于相對氧化環(huán)境中(圖6a);波長變化在2190～2200nm之間的白云母礦物,Si離子數(shù)量隨波長增大而增大,說明Li礦形成于一定強硅化條件下(圖6b)。

圖6 白云母礦物化學(xué)特征與波長變化關(guān)系圖

4.1.2 Li-Be礦化與波長的關(guān)系

位于礦區(qū)南部的鉆孔ZK0501和ZK0502主要為Li礦體,位于礦區(qū)北部的ZK3512、ZK3509、ZK3716鉆孔主要為Be礦體,將上述5個鉆孔中的白云母波長與礦化品位進行相關(guān)性分析后發(fā)現(xiàn):與Li礦化相關(guān)的白云母波長集中分布于2190～2198nm之間(圖7a);與Be礦化相關(guān)的白云母波長變化范圍較大,在2190～2210nm之間,Be礦化品位與白云母波長變化關(guān)系相關(guān)性不顯著,但可看出高品位Be(>0.1%)分布在白云母的長波范圍內(nèi)(圖7b)。

圖7 鉆孔中白云母波長與礦體品位關(guān)系(礦體品位數(shù)據(jù)據(jù)張博等,2019)

4.1.3 白云母族礦物不同組分厘定

對白云母礦物中Si與Al離子數(shù)目進行投圖,結(jié)果顯示:礦區(qū)白云母具有普通白云母→多硅白云母→綠磷石端元轉(zhuǎn)變的趨勢(圖8a)。采用Clarke (1981)提出的Na/(Na+Ca+K)-(FeT+Mg)/(FeT+Mg+Ti+AlT)圖解(圖8b),可以看出:區(qū)內(nèi)白云母分別向綠磷石和鈉云母方向演化,因此,認為礦區(qū)白云母是普通白云母、鈉云母和綠磷石的類質(zhì)同象固溶體。

圖8 白云母礦物化學(xué)成分圖解

4.1.4 原生白云母成礦環(huán)境反演

根據(jù)打槍溝礦物生成順序表可以看出(表5),研究區(qū)內(nèi)白云母生成期次自結(jié)晶分異期至熱液期均有形成,而與稀有金屬礦化有關(guān)的白云母同樣分布于各個期次,其中結(jié)晶分異期的白云母與Be礦化相關(guān),各個階段中的白云母均與鋰礦化有關(guān)。

表5 打槍溝礦物生成順序表(據(jù)胡軍亮,2020)

依據(jù)原生白云母Fe/(Fe+Mg)≤0.75、Na≥0.1、Mg≥0.1(孫濤等,2002)的礦物地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn),選取研究區(qū)ZK0501-10、ZK0501-31、ZK0501-37.76、ZK0502-4.85、ZK0502-19、ZK0502-48-1、ZK0502-48-2、ZK0502-75中8個原生白云母樣品作為研究對象,利用Andersonetal.(1996)提出的基于原生白云母礦物中Si離子數(shù)進行壓力反演。

P/10 (GPa)=-2.6786Si2+43.975Si+0.01253T(℃)-113.9995

白云母形成于300～550℃(Reyes,1990),偉晶巖中稀有金屬礦化發(fā)生于300～500℃(翟裕生等,2011)。郭娜等(2019)、郭娜和李雪蕊(2023(2)郭娜,李雪蕊.2023.基于礦物地球化學(xué)制約下的低硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床伊利石礦物波譜特征研究.國家自然科學(xué)基金面上項目年度報告)提出白云母2200nm附近波長的位移可指示溫度與pH值變化,長波白云母較短波白云母更靠近熱源中心。波長小于2200nm的白云母形成溫度在217～303℃之間,2200～2206nm之間的白云母溫度在300～400℃之間,大于2206nm的白云母形成溫度可達400℃以上(Guoetal.,2019)。由于不同波長白云母的形成溫度在一定范圍內(nèi),故在選擇計算溫度時取溫度范圍的中值作為計算溫度。因此作者選擇250℃作為短波(小于2200nm)白云母的計算溫度,350℃作為波長2200～2206nm白云母的計算溫度,450℃作為長波白云母(大于2206nm)的計算溫度。形成深度可使用P=ρgH計算,其中ρ=2700kg/m3,g=9.8m/s2。

從計算結(jié)果可以看出(表6),研究區(qū)短波白云母(波長小于2200nm)形成壓力在0.03～0.25GPa之間,形成深度為1.3～9.6km;波長在2200～2206nm之間的白云母形成壓力在0.16～0.38GPa之間,深度為6.1～14.5km;長波白云母(大于2206nm)形成壓力為0.45GPa,形成深度為17.1km。根據(jù)礦體品位以及波長變化,由此認為研究區(qū)成礦溫度為200～500℃之間,壓力值在0.03～0.25GPa之間,成礦深度在1.3～14.5km之間。

表6 研究區(qū)白云母形成壓力、深度計算結(jié)果

4.2 基于光譜特征的偉晶巖填圖與母巖位置厘定

4.2.1 偉晶巖填圖

九龍礦田偉晶巖礦脈包括電氣石-微斜長石型、鈉長石-微斜長石型、鈉長石-石英型和鈉長石-鋰輝石型(朱志敏等,2015)。Akohetal.(2015)和馬圣鈔等(2019)等研究認為白云母對Li-Be等稀有金屬礦床具有重要指示性,本次研究結(jié)果也表明白云母波長變化能夠指示溫度、壓力等成礦環(huán)境的變化。因此,基于GF-5B高光譜遙感影像,以區(qū)內(nèi)實測不同偉晶巖光譜作為波譜庫(圖5),采用波譜匹配的方法對不同類型偉晶巖填圖(圖9),結(jié)果顯示:(1)打槍溝礦區(qū)內(nèi)分布的白云母花崗偉晶巖與實際偉晶巖脈位置完全吻合;(2)白云母花崗偉晶巖、綠柱石-鋰輝石花崗偉晶巖以及綠柱石花崗偉晶巖在礦區(qū)以北集中分布,并沿圖像中環(huán)形構(gòu)造(花崗巖體)邊界展布;(3)白云母花崗偉晶巖呈現(xiàn)出與已有礦體的高度吻合性,因此認為打槍溝礦區(qū)以北找礦潛力巨大。

圖9 研究區(qū)不同類型偉晶巖填圖結(jié)果

4.2.2 母巖位置厘定

在GF-5B高光譜影像2190～2210nm波段隨機選擇350個像元點,提取其波譜曲線,并求取2200nm附近波譜吸收特征,發(fā)現(xiàn)僅120個像元點具有顯著吸收峰(圖10a)。采用Krigging方法對具有2200nm附近Al-OH吸收峰波長進行插值,結(jié)果顯示(圖10c):(1)打槍溝礦區(qū)位于短波白云母分布范圍,這和前述Li-Be礦體與白云母波長變化關(guān)系分析結(jié)果完全一致;(2)長波白云母分布位置與橋棚子巖體一致(圖10b),這與前人研究結(jié)果完全吻合(胡軍亮,2020)。

圖10 研究區(qū)地質(zhì)簡圖及Kriging插值結(jié)果

4.3 光譜勘查模型構(gòu)建與找礦潛力分析

4.3.1 光譜勘查模型構(gòu)建

打槍溝地區(qū)巖漿的演化方向自下而上,在構(gòu)造環(huán)境較為穩(wěn)定的區(qū)域由二云母花崗巖漿發(fā)生結(jié)晶分異形成偉晶巖脈(圖11)。偉晶巖演化早期,偉晶巖漿從母巖中析出,開始發(fā)生結(jié)晶分異作用,并沿構(gòu)造運移形成無礦化偉晶巖,此時溫度較高,2200nm附近的Al-OH吸收峰波長大于2206nm;巖漿結(jié)晶分異作用持續(xù)發(fā)展的過程中,偉晶巖漿與富含稀有金屬且具有揮發(fā)性組分的流體發(fā)生交代作用并初步形成含Be偉晶巖,此時偉晶巖中白云母的Al-OH吸收峰向短波方向移動(2200～2206nm),溫度降低,鈉長石大量形成;偉晶巖演化中期,結(jié)晶分異作用、自交代作用增強,同時也促進了鈉長石的交代作用,使鈉長石中的Na+被交代出,礦區(qū)鈉長石表現(xiàn)出低Na的特征,并發(fā)生Be-Nb-Ta礦化;偉晶巖演化晚期,由于后期熱液流體的參與,溫度再次降低,偉晶巖中的白云母波長繼續(xù)向短波方向移動(小于2200nm),受溫度、壓力等因素的變化影響,流體中的Li元素在偉晶巖內(nèi)部沉淀并發(fā)生Li-Be-Nb-Ta礦化,形成打槍溝稀有金屬礦床。

圖11 打槍溝稀有金屬礦光譜勘查模型

不同礦化程度的偉晶巖波譜1910nm附近的水吸收峰均十分顯著,推測可能受到巖漿結(jié)晶分異后期熱液流體參與的影響。由于巖漿上移過程中壓力降低而導(dǎo)致部分流體析出,伴隨巖漿的結(jié)晶分異作用,后期熱液流體參與到了偉晶巖成礦系統(tǒng)中,因此偉晶巖波譜測量結(jié)果表現(xiàn)出了顯著的1910nm水吸收峰。

4.3.2 找礦潛力分析

前人研究將打槍溝及外圍的偉晶巖脈展布分為了A、B、C三帶(殷聃,2017),其中A帶偉晶巖主要為微斜長石偉晶巖,該帶內(nèi)的白云母呈大片狀集合體。B帶偉晶巖主要為微斜長石鈉長石偉晶巖(圖12c),該帶內(nèi)白云母多為片狀集合體或鱗片狀(圖12a),C帶偉晶巖則主要為鋰輝石鈉長石偉晶巖(圖12d),該帶內(nèi)白云母多為細小鱗片狀(圖12b)。

圖12 研究區(qū)偉晶巖樣品及偉晶巖脈

由于高光譜遙感偉晶巖填圖采用了全波譜匹配的方法,光譜庫中不同類型偉晶巖波譜全部來源于打槍溝礦區(qū)鉆孔樣品,因此填圖結(jié)果中的白云母偉晶巖被認為是與Li-Be礦化相關(guān)的巖石類型。作者將偉晶巖分帶與高光譜遙感填圖的白云母偉晶巖進行疊加(圖12e)后發(fā)現(xiàn):(1)與礦化相關(guān)的白云母偉晶巖,在A帶與B帶中均未發(fā)現(xiàn),主要集中于C帶及C帶距離母巖更遠的位置。(2)C帶中的白云母偉晶巖與1:100000區(qū)域地質(zhì)圖中的巖漿巖位置完全吻合;(3)打槍溝Li-Be礦床位于C帶,且與白云母偉晶巖填圖結(jié)果完全吻合;(4)前述分析認為Li-Be礦體形成于巖漿作用后期至巖漿-熱液混合期,成礦溫度、壓力均較低,因此C帶及外圍填圖中發(fā)現(xiàn)的大量白云母偉晶巖分布區(qū)存在巨大找礦潛力。

5 結(jié)論

(1)通過對打槍溝稀有金屬礦床中的13個鉆孔進行短波-熱紅外光譜測量,共識別出白云母、鈉長石、石英、角閃石、蛇紋石等礦物,蝕變分帶特征表現(xiàn)為(淺→深):白云母→白云母+鈉長石→白云母+角閃石+黑云母+其他斜長石,其中白云母-鈉長石是與稀有金屬礦化相關(guān)的蝕變帶。

(2)研究區(qū)短波白云母(波長小于2200nm)形成壓力在0.03～0.25GPa之間,形成深度為1.3～9.6km,主要發(fā)生Li-Be礦化;波長在2200～2206nm之間的白云母形成壓力在0.16～0.38GPa之間,深度為6.1～14.5km,主要發(fā)生Be礦化;長波白云母(大于2206nm)形成壓力為0.45GPa,形成深度為17.1km,無礦化。成礦環(huán)境為溫度在200～500℃之間,壓力值在0.03～0.25GPa之間,成礦深度在1.3～14.5km之間。

(3)與Li礦化相關(guān)的白云母波長均小于2200nm,波長位移10nm,說明Li可能形成于巖漿-熱液混合期,且處于相對氧化和強硅化環(huán)境下;與Be礦化相關(guān)的白云母波長接近2210nm,波長位移20nm,說明Be礦從巖漿分異作用晚期至巖漿-熱液混合期均可形成,且距離巖漿熱源中心更近。

(4)基于GF-5B高光譜遙感圖像的偉晶巖填圖結(jié)果顯示研究區(qū)北部外圍找礦潛力巨大。