内蒙古卡休他他铁矿断层泥近红外光谱学特征及意义

戴冬乐，曹建劲

中山大学地球科学系，广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东 广州 510275

内蒙古卡休他他铁矿断层泥近红外光谱学特征及意义

戴冬乐，曹建劲*

中山大学地球科学系，广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东 广州 510275

内蒙古卡休他他铁矿是一个矽卡岩型磁铁矿床，矿区内有多组成矿后期发育的断层。本研究采用近红外光谱(NIR)分析技术对矿区内地下，地表断层泥以及地表土壤进行分析，通过矿物特征峰鉴定发现地下断层泥主要成分为镁铁质矿物，地表断层泥成分为硅铝质矿物，而地表土壤成分则两者兼有之。三组样品的成分分析结果都与采样地的地质背景一致。研究表明，鉴于矿化区内断层泥的主要成分为断层活动形成的粘土及其他早期成矿期的蚀变矿物，近红外光谱分析技术十分适用于此类样品，利用近红外光谱分析，一方面可鉴定断层泥中粘土矿物，进一步推测粘土的蚀变原岩成分。另一方面有也可鉴别成矿期蚀变矿物的种类，从而对热液矿床的研究提供有用的信息。

铁矿；断层泥；近红外光谱；蚀变矿物

引 言

本文的研究区位于内蒙古阿拉善右旗卡休他他铁矿区。该矿为矽卡岩型磁铁矿。断层泥样品主要采集自矿区内成矿期后发生的断层中。如前所述，本次研究的断层泥样品的主要成分为粘土类矿物和成矿期产生的蚀变矿物，另外还有部分原岩风化产物(高岭石等)。通过近红外光谱分析，通过蚀变矿物的特征吸收峰识别断层泥中的矿物组成，从而达到获取断层发育情况、蚀变(或风化)原岩组成以及矿化阶段热液蚀变信息的目的。

1 实验部分

1. 1 样品制备

共采集了6个样品：其中3个地下断层泥样品，采集于成矿期后形成的断层，该断层切割了铁矿体，样品采集的深度约为地下300米。2个地表断层泥样品采集于露天矿坑中非矿化的花岗岩基岩层中，同样采集于成矿期后形成的断层中。地表断层泥采集的位置大致在地下断层泥采集位置的垂直上方。另外我们在相同区域的地表覆盖层采集了一份土壤(砂)样品。因为卡休他他铁矿位于内蒙古巴丹吉林沙漠西南缘，矿区大部分地区实际上为沙漠覆盖，我们在砂层采集了一份砂的样品，用于与断层泥样品做对比研究。

断层泥样品均是挖去表面与空气接触的部分，采集较深部的新鲜样品。土壤样品采集于地表以下50 cm的深度。样品保存在用超纯水洗过的干净塑料瓶中。样品采回后在45 ℃烘箱中烘干48 h，冷却后取出分装，编号待用。

1.2 仪器

近红外光谱分析在华南农业大学测试分析中心完成。数据由傅里叶变换近红外光谱仪采集获得，仪器为德国Bruker的Vertex 70型号的红外光谱仪。光谱范围：15 000～4 000和4 000～400 cm-1；分辨率：优于0.5 cm-1；波数精度：优于0.01 cm-1；透光率精度：优于0.1%T。光谱测试数据使用Omnic软件处理。

2 结果与讨论

2.1 谱图分析

6份样品的分析结果见图1。通常对于矿物样品，吸收峰有三类，分别为结晶水峰，吸附水峰以及金属元素羟基(—OH)峰，结晶水峰通常出现在1 400 nm波长附近，为羟基的一级倍频，吸附水峰通常出现在1 920 nm波长附近，为水的伸缩-弯曲振动合频[9]。Al—OH特征峰一般出现在2 170～2 210 nm波长区间，Fe—OH特征峰出现在2 210～2 300 nm波长区间，Mg—OH特征峰出现在2 300～2 400 nm波长区间，CO2+特征峰出现在1 850～2 200和2 300～2 350 nm波长区间，Si—OH特征峰出现在2 240～2 250 nm波长区间[10]。六份样品从总体上来看均出现明显的结晶水峰与吸附水峰，吸附水峰均成尖峰形态。除样品DB01，DS01的结晶水峰呈尖峰形态，其他样品的结晶水峰均较吸附水峰宽，或出现肩峰。DS01的结晶水峰强度明显较其他样品大。

图1 地下、地表断层泥及土壤样品的近红外光谱谱图

样品DX01，DX02和DX03为地下断层泥样品。DX01在7 027.68 cm-1(1 422 nm)，5 228.33 cm-1(1 912 nm)，4 362.41cm-1(2 292 nm)位置有三处较强峰，在4 519.65 cm-1(2 212 nm)，4 443.01cm-1(2 250 nm)位置有两处弱峰。其中2 292 nm处的特征吸收峰处于Fe—OH与Mg—OH波段过渡处，该样品中应存在镁铁质矿物，根据峰位判断，应为透闪石，阳起石等矿物，且因为Fe离子在矿物中类质同象替代Mg离子，使得特征吸收峰少量向短波方向漂移[10]。2 212和2 250 nm 为Si—OH特征峰，且峰较弱，说明样品中应含有少量的石英或蛋白石。DX02在7 110.61 cm-1(1 406 nm)，5 237.98 cm-1(1 909 nm)，4 447.27 cm-1(2 248 nm)，4 264.05 cm-1(2 345 nm)以及4 042.27 cm-1(2 473 nm)有吸收峰。其中2 248 nm和2345 nm为典型的镁绿泥石特征吸收峰[11]，说明该样品中有绿泥石存在。2 473 nm处有一弱吸收峰为滑石的特征峰，样品应还含有少量的滑石。DX03在7 183.90 cm-1(1 392 nm)，7 079.76 cm-1(1 412 nm)，5 236.05 cm-1(1 909 nm)，4 318.05 cm-1(2 315 nm)，4 179.19 cm-1(2 392 nm)和4 055.77 cm-1(2 465 nm)有吸收峰。其中2 315，2 392和2 465 nm处都是滑石的特征吸收峰[12]，说明该样品中有滑石存在。

样品DB01与DB02为地表断层泥样品，DB01在7 066.26 cm-1(1 415 nm)，5 151.19 cm-1(1 941 nm)，4 528.27cm-1(2 208 nm)，4 100.12 cm-1(2 438 nm)，4 721.12cm-1(2 118 nm)和4 632.41 cm-1(2 158 nm)处有吸收峰。2 208 nm波长处的吸收峰为Al—OH基团特征吸收峰，加上2 438 nm波长处较强吸收峰，基本可以确定样品中有伊利石存在[10, 13]。2 118和2 158 nm处有两个弱峰，从位置上来看，接近高岭石的的特征峰，但由于含量很少以及样品成分复杂，高岭石在1 400和2 160 nm附近的特征双峰可能与其他矿物峰重叠，并没有显现出来，由于地表断层泥样品采集地层为花岗岩风化壳，我们可以合理推测样品中含有少量的由长石风化产生的高岭石。DB02在7 060.47 cm-1(1 416 nm)，5 234.12 cm-1(1 910 nm)，4 327.69 cm-1(2 310 nm)，4 184.98 cm-1(2 389 nm)有吸收峰。除了结晶水和吸附水，另外的吸收峰均在2 300～2 400 nm，即Mg—OH矿物的特征吸收峰范围。2 310和2 389 nm为沸石的特征峰[10]。该样品中应含有沸石矿物。

样品DS01为地表土壤样品。在7 066.26 cm-1(1 415 nm)，5 218.69 cm-1(1 916 nm)，4 528.27 cm-1(2 208 nm)，4 254.41 cm-1(2 350 nm)，4 445.23 cm-1(2 250 nm)，4 728.84cm-1(2 114 nm)和4 088.55 cm-1(2 445 nm)有吸收峰，2 250峰和2 208 nm峰重叠覆盖，呈肩峰形态。其中2 208 nm为Al—OH特征峰，表示样品中有蒙脱石，伊利石等黏土矿物。2 350和2 250 nm位置的吸收峰应为绿泥石的特征吸收峰，因Fe离子对Mg离子的替代，峰位稍向短波方向漂移[11]。

2.2 断层泥矿物来源与意义

从谱图分析结果来看，地下断层泥的矿物成分主要有镁铁质矽卡岩矿物，绿泥石，滑石以及石英，蛋白石等。地表断层泥的矿物成分主要是伊利石，沸石以及高岭石等。而地表土壤样品中主要含有蒙脱石，伊利石以及绿泥石等矿物。

该分析结果与三个采样点的地质情况是一致的，本文的研究区为内蒙古卡休他他铁矿，地下断层泥采样位置为断层切过矿化区的位置，卡休他他铁矿为矽卡岩型磁铁矿床，铁矿体产出受辉长岩与震旦系千枚岩接触带附近的矽卡岩控制。矿化区岩石主要为富镁铁的辉长岩，矽卡岩，矽卡岩化辉长岩组成。我们所采的断层泥样品也呈现出暗绿色的色调。地下断层泥样品中出现的镁铁质蚀变矿物特征峰代表了样品中可能存在的阳起石，透闪石等一类矽卡岩矿物，而滑石和绿泥石都为常见的由富镁矿物如角闪石，透闪石，辉石等矿物蚀变形成的矿物。地表断层泥的采样点位于覆盖层下的花岗岩风化层内，由于断层泥中矿物通常经历了蚀变过程，且地表断层通常是风化较强烈的区域，因此样品的主要成分应是花岗岩的一些风化产物或是残留原岩碎屑。伊利石和高岭石通常由白云母，钾长石这类花岗岩主要矿物风化(或者是经水岩反应蚀变)而来，很好的反映了样品的原岩矿物组成。沸石是一种铝硅酸盐，也是常存在于花岗岩中的矿物。

土壤样品的成分较为复杂，卡休他他铁矿地处中国内蒙古巴丹吉林沙漠的西南缘，矿区大部分被第四季风成砂覆盖，风成砂为风搬运堆积，本身并不反映其下覆基岩的性质。然而，中国西部沙漠干旱区域物理风化作用强烈，基岩风化也较为强烈，加之沙漠区由热不平衡驱动的气流垂直运动较为强烈，且砂层的透气性以及孔隙度较大，砂层下岩体的风化产物也会进入到砂层中，所以砂层中的物质成分来源较为复杂。我们的土壤样品正是在地下断层泥采样位置的垂直上方，采集于砂层中，样品近红外分析出现了蒙脱石，伊利石以及绿泥石等矿物的特征峰。从蒙脱石等黏土矿物来看，其主要来自硅铝质原岩的风化，这可能来自砂层本身，也可能来自其下覆基岩的风化产物。而绿泥石的来源则较为复杂，沙漠砂中可含有绿泥石，但含量很少，该样品近红外光谱图中出现绿泥石强吸收特征峰，应主要与采样点的地质情况有关，在土壤样品采样点，砂层下覆地层为震旦系千枚岩，而绿泥石为千枚岩的主要矿物之一。来自下覆地层的绿泥石容易通过大气与岩石圈气体相互作用以及地下上升气流的搬运作用混入砂层中[14-15]。

对比三组样品，容易发现地下断层泥中的矿物成分主要是含Mg和Fe阳离子的矿物，他们都是由镁铁质矿物如辉石，角闪石，黑云母等经交代，蚀变等作用形成。地表断层泥中则主要是由硅铝质矿物经风化蚀变而来的伊利石，高岭石，沸石等铝硅酸盐矿物。近红外分析准确反映了不同断层泥样品的物质组成以及原岩组成。同时也反映了两组样品各自具有单一的物质来源。而土壤样品的分析结果则显示了沙漠砂中物质成分具有明显的多来源。

3 结 论

近红外光谱分析可以有效的识别断层泥样品以及土壤样品中的粘土矿物及其他蚀变矿物，经济且快速的获得断层泥成分，并且通过其成分推测蚀变原岩的类型。本研究中通过特征峰识别出的各组断层泥样品中的蚀变矿物很好的反映了原岩的特征。断层泥的主要成份是粘土矿物，基岩风化物中也含有大量的粘土矿物，而近红外光谱特别适用于鉴别粘土等蚀变矿物，所以近红外分析技术在断层泥与风化物成分快速分析上能得到很好的应用。热液矿床在发育过程中会产生大量的蚀变矿物，对切过矿体或者是矿化带的断层中断层泥做近红外分析，也可以鉴别蚀变矿物的种类，从而了解热液矿床的一些矿化信息。这对于矿床学以及矿床勘探有着积极的意义。

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*Corresponding author

(Received Sep. 5, 2015; accepted Dec. 22, 2015)

The NIR Spectral Characteristics and Meaning of Fault Gouge from Kaxiutata Iron Deposit, Inner Mongolia

DAI Dong-le, CAO Jian-jin*

School of Earth Science, Sun Yat-sen University, Key Lab of Geological Process and Mineral Resources Expedition of Guangdong Province, Guangzhou 510275, China

Kaxiutata iron deposit is a skarn type magnetite deposit located in Inner Mongolia, China. There are many faults developed after metallogenic period. In this study, NIR analysis method is adopted to identify the mineral composition of subsurface and surface fault gouge from mining area. Through the characteristic peaks, it is was identified that there are mainly mafic mineral in the subsurface fault gouge and salic minerals in the surface fault gouge, the sand sample for comparison contain both two types of minerals. The result of analysis of all three sets of sample is in accordance with the geological background of the sampling spot. According to this research, due to the main composition of the fault gouge in the mineralization area are clay formed due to the faulting movement and altered minerals formed in early metallogenic period. NIR analysis technology is suitable for this type of sample, to use this technology, we can identify the clay mineral in the fault gouge, and further speculate the composition of protolith of clay，we can also indentify the altered minerals formed in metallogenic period, and provide useful information for study of hydrothermal deposit.

Iron deposit; Fault gouge; Near Infrared spectrum; Altered minerals

2015-09-05，

2015-12-22

国家自然科学基金重点项目(41030425)资助

戴冬乐，1983年生，中山大学地球科学与地质工程学院博士研究生 e-mail：daidongl@mail2.sysu.edu.cn *通讯联系人 e-mail：eescjj@mail.sysu.edu.cn

O657.3

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)10-3144-04