内蒙古维拉斯托锌铜多金属矿床深部断层泥特征及其意义

罗松英，曹建劲, 2*，易泽邦，姜 涛，王正阳

1.中山大学地球科学系，广东 广州 510275 2.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东 广州 510275

内蒙古维拉斯托锌铜多金属矿床深部断层泥特征及其意义

罗松英1，曹建劲1, 2*，易泽邦1，姜 涛1，王正阳1

1.中山大学地球科学系，广东 广州 510275 2.广东省地质过程与矿产资源探查重点实验室，广东 广州 510275

在维拉斯托矿区深部矿井的不同中段共采集了六组断层泥样品，采用X射线衍射和近红外光谱现代测试分析技术对样品进行分析测试，旨在探讨断层泥的矿物成分特征及其与成矿作用关系。分析结果表明，(1)断层泥中含有低温蚀变的粘土矿物(如蒙脱石、高岭石、地开石、绿泥石等)和中高温热液蚀变矿物(如石墨、黑云母、叶腊石、重晶石、蛇纹石、透闪石、阳起石等)，同时也含有与成矿作用密切相关的矿物成分(如铜锌氧化物、氯铜钒、蓝铜矿、斑铜矿等)。(2)不同深度的断层泥矿物成分有所不同，地表浅部以浅变质矿物为主，深部以变质程度较深的矿物为主。(3)从断层泥矿物成分、矿物成因及发展演化规律来看，断层泥主要形成于含矿热液活动时期及矿后构造，且后期经历了表生氧化作用。(4)通过分析断层泥蚀变矿物成分及其矿物组合特征可以推测，该矿床形成于中-高温热液环境下，经历了硅化、高岭石化、绿泥石化、萤石化及绢云母化等蚀变过程。因此，通过分析断层泥的矿物成分及其矿物组合特征，不仅对指导找矿有一定的现实意义，同时也可以对矿床成因类型的判断提供重要的参考信息。

维拉斯托矿床； 断层泥； 蚀变矿物； X射线衍射； 近红外光谱

引 言

断层泥是由岩石碎屑、岩粉、粘土矿物和晶屑组成的泥状或致密块状岩石，记录了断裂活动过程的各种信息[1-3]。矿区内的断裂是矿液运移的良好通道，断裂活动产生的断层泥直接保留了与成岩成矿作用相关的各种信息[3-5]。目前在地震和石油地质方面关于断层泥的研究比较多，在金属矿床关于断层泥的研究比较少[3, 6]。内蒙古自治区克什克腾旗维拉斯托锌铜多金属矿区位于克什克腾旗北西巴彦查干苏木境内，属于大中型锌铜多金属矿床，地质认识程度较高，但对矿区的断层泥的研究程度比较低[7-9]。因此，本文对该矿床的深部断层泥做了一定的研究工作，利用X射线衍射(XRD)和近红外光谱(NIR)现代分析测试技术对断层泥物质组成进行分析，旨在探讨断层泥的物质组成、矿物组合特征、矿物成因及其与成矿作用关系。通过分析断层泥的矿物成分及其矿物组合特征，不仅对指导找矿有一定的现实意义，同时也可以对矿床成因类型的判断提供重要的参考信息。

1 研究区域地质背景

维拉斯托锌铜多金属矿为中-高温岩浆热液矿床，主矿体受构造控制，赋存于近东西向的断裂构造中[7]。矿区范围内出露地层单一，仅出露第四系和片麻岩，矿物成分有斜长石、石英、角闪石、黑云母，普遍硅化，局部具绢云母化、绿泥石化[8]。矿体围岩蚀变作用主要发育于赋矿断裂带内及局部断裂带的围岩中，中心部位发育有闪锌矿化、磁黄铁矿化、黄铜矿化、硅化等； 边部主要为高岭土化、绢云母化、萤石化、绿泥石化[9]。

2 实验部分

2.1 样品采集

断层泥样品采自维拉斯托矿床深部断裂的含矿段。采样深度距离地表75～175 m，分别在矿井的第三、四、七中段共采集了6个样品(样品描述见表1)。由于断层泥采于深部矿井，样品密度稍大，部分呈致密粘土状，为了提高分析的准确度，故将断层泥做粉碎处理[10]。处理步骤为首先将样品放60 ℃烘箱(DHG-9123A，HASUC)中烘干，时间设置为24 h，冷却后于室温下用石英研钵研磨； 然后将每个样品分成两份，分别进行X射线衍射(XRD)和近红外光谱分析(NIR)。用于X射线衍射分析的样品过200目筛后进行检测； 用于近红外光谱分析的样品，研碎后不过筛，直接进行检测。

表1 维拉斯托锌铜多金属矿床深部断层泥样品描述

2.2 仪器及参数

X射线衍射分析(XRD)在中山大学化学与化学工程学院进行，仪器型号为RIGAKU D-MAX 2200 VPC(日本)，测试使用铜靶，扫描范围为3°～80°，扫描步宽为0.02°，扫描速度为3°·s-1，管压30 kV，管流30 mA。测试结果数据采用MID Jade 6.0进行物相分析。

近红外光谱分析(NIR)在华南农业大学分析测试中心进行，仪器型号为傅里叶变换近红外光谱仪(VERTEX 70)； 测试使用近红外积分球，测试光谱范围：10 000～4 000 cm-1； 波数精度：优于0.01 cm-1； 扫描次数64； 分辨率：8 cm-1； 测试结果使用origin 8.0软件进行分析。

3 结果与讨论

3.1 X射线衍射分析

6组断层泥样品的XRD分析结果见图1，结合矿区地质背景与PDF标准卡片进行对比，分析结果显示，VLST01样品的主要矿物成分为石英，萤石，铝硅酸钠和重晶石； VLST02样品的主要矿物成分为石英，浊沸石和铜锌硫化物； VLST03样品的主要矿物成分为石墨，高岭石，萤石和斑铜矿； VLST04样品的主要矿物成分为钒酸钠和锂云母； VLST05样品的主要矿物成分为地开石和高岭石； VLST06样品的主要矿物成分为萤石，地开石和氯铜钒。

图1 样品的X射线衍射图谱

3.2 近红外光谱分析

VLST01样品的近红外光谱特征(图2)主要为在5 237 cm-1(1 909 nm)处出现最高吸收峰，4 528 cm-1(2 209 nm) 处出现次高吸收峰，7 113 cm-1(1 406 nm)处出现较高吸收峰，4 802 cm-1(2 083 nm)出现小吸收峰，4 244 cm-1(2 356 nm)和4 198 cm-1(2 382 nm)处出现对称双峰。7 113 cm-1(1 406 nm)和4 528 cm-1(2 209 nm)处出现尖锐的谱带，为Al—OH基团的倍频和合频振动谱带，是多硅白云母特征吸收峰[11]。7 113 cm-1(1 406 nm)，4 528 cm-1(2 209 nm)和4 802 cm-1(2 083 nm)为蛋白石特征吸收峰。4 244 cm-1(2 356 nm)和4 198 cm-1(2 382 nm)双峰为铁绿泥石的特征吸收峰[11]。可以推测该断层泥中含有多硅白云母、蛋白石、铁绿泥石等矿物。

图2 样品VLST01近红外谱图

VLST02样品的近红外光谱特征(图3)主要为5 202 cm-1(1 922 nm)处出现最高吸收峰，7 078 cm-1(1 413 nm)，4 526 cm-1(2 209 nm) 和4 273 cm-1(2 341 nm)处出现次高吸收峰，4 445 cm-1(2 250 nm)和4 092 cm-1(2 444 nm)处出现较小吸收峰，4 731 cm-1(2 114 nm)处出现极小吸收峰。7 078 cm-1(1 413 nm)是—OH的合频与倍频，5 202 cm-1(1 922 nm) 是H2O的振动谱带，4 526 cm-1(2 209 nm)是Al—OH弯曲基谐振动的合频，是蒙脱石特征吸收峰[12]。同时5 202 cm-1(1 922 nm)也是重晶石的特征吸收峰[11]。7 078 cm-1(1 413 nm)和4 273 cm-1(2 341 nm)为—OH伸缩振动与Mg—OH的弯曲振动的合频，是蛇纹石特征吸收峰[12]。可以推测该断层泥中含有蒙脱石、重晶石和蛇纹石等矿物。

图3 样品VLST02近红外谱图

VLST03样品的近红外光谱特征(图4)为5 233 cm-1(1 911 nm)处出现最高吸收峰，7 068 cm-1(1 413 nm)处出现次高吸收峰，4 529 cm-1(2 208 nm)处出现较高吸收峰，4 803 cm-1(2 082 nm)，4 587 cm-1(2 180 nm)，4 348 cm-1(2 300 nm)和4 197 cm-1(2 388 nm)处出现小的吸收峰，5 584 cm-1(1 791 nm)处出现极小吸收峰。7 068 cm-1(1 413 nm)，4 348 cm-1(2 300 nm)和4 197 cm-1(2 388 nm) 为阳起石的特征峰[13]； 4 529 cm-1(2 208 nm)，4 803 cm-1(2 082 nm)，4 587 cm-1(2 180 nm)和4 348 cm-1(2 300 nm)为叶腊石的特征峰，由于叶腊石形成于高温环境，因此在谱图上可以看到7 068 cm-1(1 413 nm)和4 587 cm-1(2 180 nm)附近都有尖的吸收峰[11]。可以推测该断层泥样品主要含有阳起石和叶腊石。

图4 样品VLST03近红外谱图

VLST04样品的近红外光谱特征(图5)为5 241 cm-1(1 908 nm)处出现最高吸收峰，7 069 cm-1(1 415 nm)处出现较宽的次高吸收峰，7 181 cm-1(1 393 nm)和4 323 cm-1(2 313 nm)处出现较高吸收峰，5 612 cm-1(1 782 nm)和4 182 cm-1(2 391 nm)处出现极小吸收峰。4 323 cm-1(2 313 nm)和4 182 cm-1(2 391 nm)为Mg—OH和—OH的合频和倍频，黑云母和金云母均有同样的两个谱带，区别在于黑云母这两个谱带大小不一，且在1 400 nm处谱带很弱； 而金云母这两个谱带强度基本一致，在1 400 nm附近有尖锐的单一谱带。故从光谱特征可以识别为黑云母[11, 13]。推测该断层泥主要含有黑云母。

图5 样品VLST04近红外谱图

VLST05样品的近红外光谱特征(图6)为7 241 cm-1(1 381 nm)和7 070 cm-1(1 414 nm)处出现最高尖锐的特征双峰，4 588 cm-1(2 180 nm)和4 530 cm-1(2 207 nm)处出现次高、尖锐的特征双峰。5 194 cm-1(1 925 nm)处出现较高吸收峰，4 430 cm-1(2 258 nm)，4 346 cm-1(2 301 nm)，4 248 cm-1(2 354 om)，4 199 cm-1(2 382 nm)和4 097 cm-1(2 441 nm)处出现弱吸收峰。地开石的特征光谱特征为1 400 nm附近处，2 180和2 200 nm处出现对称双峰，而高岭石在1 400和2 200 nm附近只有一个特征峰，故推测该样品含有结晶程度较高的地开石，而不是高岭石[11, 13]。8 031 cm-1(1 245 nm)，7 356 cm-1(1 359 nm)，4 588 cm-1(2 180 nm)，4 530 cm-1(2 207 nm)，4 248 cm-1(2 354 nm)和4 097 cm-1(2 441 nm)为Al—OH弯曲谐振动的合频，是锂云母的特征吸收峰[13]。同时4 530 cm-1(2 207 nm)，4 248 cm-1(2 354 nm)和4 097 cm-1(2 441 nm)也是白云母的特征吸收峰。4 430 cm-1(2 258 nm)和4 248 cm-1(2 354 nm)为Mg—OH和—OH振动的合频谱带，是绿泥石的特征峰。4 530 cm-1(2 207 nm)，4 430 cm-1(2 258 nm)，4 248 cm-1(2 354 nm)和4 097 cm-1(2 441 nm)是蓝铜矿的特征峰[11, 13]。可以推测该断层泥样品主要含有地开石、锂云母、白云母、绿泥石和蓝铜矿等矿物。

图6 样品VLST05近红外谱图

VLST06样品的近红外光谱特征(图7)在7 070 cm-1(1 415 nm)出现最高峰，5 236 cm-1(1 910 nm)，4 587 cm-1(2 180 nm)和4 530 cm-1(2 208 nm)出现次高峰，7 240 cm-1(1 381 nm)处出现较高峰，4 342 cm-1(2 303 nm)，4 248 cm-1(2 354 nm)，4 199 cm-1(2 382 nm)，4 097 cm-1(2 440 nm) 和4 021 cm-1(2 487 nm)处出现小的吸收峰。7 240 cm-1(1 381 nm)，4 530 cm-1(2 208 nm)，4 248 cm-1(2 354 nm)和4 199 cm-1(2 382 nm)为Al—OH和Mg—OH弯曲振动的合频，是金云母的特征峰值[12]。7 240 cm-1(1 381 nm)和4 199 cm-1(2 382 nm)为白云母OH的振动和Mg—OH的弯曲振动的合频； 4 530 cm-1(2 208 nm)，4 248 cm-1(2 354 nm)，4 097 cm-1(2 440 nm)和4 021 cm-1(2 487 nm)为锂云母的Al—OH的合频和OH的伸缩振动[12]。7 240 cm-1(1 381 nm)，7 070 cm-1(1 415 nm)，4 733 cm-1(2 113 nm)，4 342 cm-1(2 303 nm)和4 198 cm-1(2 382 nm)尖锐的谱带是透闪石的主要光谱特征[11]。可以推测该断层泥主要含有金云母、白云母、锂云母和透闪石等矿物。

3.3 不同位置的断层泥分析

根据XRD和NIR分析测试结果，结合矿区地质背景推测，第三中段断层泥矿物成分主要为石英、蛋白石、多硅白云母、萤石、浊沸石、重晶石、蒙脱石、铁绿泥石、蛇纹石、铜锌硫化物等。出现的矿物组合为浊沸石+绿泥石+石英，一般代表了变质作用的开始，反映了埋藏变质环境； 蛇纹石的生成与中温热液交代作用有关； 重晶石是中温环境下的产物； 蒙脱石和绿泥石为低温下的蚀变产物[13]； 铜锌硫化物的出现，说明了该中段断层泥含矿，可以作为找矿标志。这些矿物组合特征反映了该中段断层泥主要为中温热液蚀变产物，同时也含有断层挤压破碎产生的低级变质的粘土矿物，其大致经历了硅化、萤石化、绿泥石化等蚀变过程。

图7 样品VLST06近红外谱图

第四中段断层泥矿物成分主要为石墨、白云母、黑云母、锂云母、萤石、绿泥石、高龄石、地开石、阳起石、叶腊石、钒酸钠、蓝铜矿和斑铜矿。石墨、黑云母、叶腊石的生成与高温热液作用有关； 阳起石在中温环境下形成； 高岭石、绿泥石为低温热液下形成的粘土矿物； 地开石与高岭石成分相同，但结构不同，是同质异构，结晶有序度比高岭石高，是热液蚀变产物[11, 13]； 蓝铜矿、斑铜矿形成于矿床氧化带，常作为铜矿的找矿标志矿物。这些矿物组合特征反映了该中段断层泥主要为中高温热液蚀变产物，且含有与成矿密切相关的物质成分，可以作为找矿标志； 反映了该区域大致经历了绢云母化、萤石化、绿泥石化、高岭土化等蚀变过程，蓝铜矿和斑铜矿的出现，说明了后期经历了表生氧化作用。

第七中段断层泥矿物成分主要为萤石、白云母、金云母、锂云母、地开石、透闪石和氯铜钒。透闪石产生于中温环境下，是角闪石的变种； 氯铜钒为次生矿物，常形成于铜矿床氧化带，与蓝铜矿、孔雀石等伴生； 金云母主要产生于接触变质带中，形成于中-高温环境下[11]。这些矿物组合特征反映了该中段断层泥主要中高温热液蚀变产物，其经历了萤石化、绢云母化等蚀变过程。

通过对比可以得知，第三中段与第四、七中段断层泥矿物成分上有所差别，反映了地表浅部以低变质矿物为主，深部以变质程度较深的矿物为主。如第三中段中浊沸石+绿泥石+石英的浊沸石相矿物组合，反映了变质作用的开始； 第四、七中段中透闪石、阳起石的出现，反映了变质程度的加深。第四中段和第七中段的断层泥的矿物成分大致相同，是中高温热液环境下的蚀变产物。该矿床大致经历了硅化、高岭石化、绿泥石化、萤石化、绢云母化等蚀变过程。这与前人研究结果相一致。前人研究结果认为，维拉斯托矿床成因类型为中-高温岩浆热液型矿床，具有浅源相中高温蚀变矿物组合特征，围岩接触带有硅化、高岭石化、绿泥石化、萤石化及绢云母化等热液蚀变产物[7-9]。矿区内的断裂为成矿提供了良好的矿液运移通道，而断层泥作为断裂产生过程中的特有产物，直接保留了成岩成矿的相关信息。铜锌硫化物、蓝铜矿、斑铜矿、氯铜钒等矿物的出现，为找矿提供良好的指示信息； 各种蚀变矿物组合特征很好地反映了该矿床的形成环境。因此，通过分析断层泥的矿物成分及其矿物组合特征，不仅可以作为找矿标志，同时也可以对矿床成因类型的判断提供重要的参考信息。

4 结 论

(1)XRD和NIR分析结果表明，断层泥中不仅含有低温蚀变矿物(如蒙脱石、高岭石、地开石和绿泥石等)，也含有中温热液蚀变矿物(如重晶石、蛇纹石、透闪石、阳起石、白云母和锂云母等)和高温热液蚀变矿物(如石墨、黑云母、金云母和叶腊石等)，同时还含有与成矿作用密切相关物质成分(如铜锌氧化物、氯铜钒、蓝铜矿和斑铜矿等)。断层泥的矿物成分组合特征表明，内蒙古维拉斯托床形成于中-高温热液环境下，矿区主要经历了硅化、高岭石化、绿泥石化、萤石化及绢云母化等蚀变过程。

(2)对比不同中段断层泥矿物成分特征发现，地表浅部以浅变质矿物为主，深部以变质程度较深的矿物为主。从断层泥矿物成分、矿物成因及发展演化来看，断层泥主要形成于含矿热液活动时期及矿后构造，且后期经历了表生氧化作用。

(3)矿区内的断裂为成矿提供了良好的矿液运移通道，而断层泥作为断裂产生过程中的产物，直接保留了与成岩成矿作用的相关信息。因此，通过分析断层泥的矿物成分及其组合特征，不仅可以作为找矿标志，同时也可以对矿床成因类型的判断提供重要的参考信息。

(4)研究方法综合NIR和XRD的优点，提高了矿物成分鉴定的准确度。尤其是NIR在鉴定蚀变矿物成分中有着经济、快速的特点，在地质领域中的应用将越来越广泛。多种现代测试手段在地质领域中的综合运用也将成为一种趋势。

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(Received Jan.16, 2015; accepted Apr.18, 2015)

*Corresponding author

The Characteristics and Significance of Deep Fault Gouge from the Weilasituo Zinc-Copper Polymetallic Deposit in Inner Mongolia

LUO Song-ying1, CAO Jian-jin1, 2*, YI Ze-bang1, JIANG Tao1, WANG Zheng-yang1

1.Department of Earth Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, 2.Guangdong Key Laboratory of Geological Process and Mineral Resources Exploration, Guangdong 510275, China

The six groups of fault gouge samples were collected in different middle-sections from the underground mine of the Weilasituo zinc-copper polymetallic deposit, Inner Mongolia.The samples were analyzed with X-ray diffraction (XRD) and near infrared spectrum (NIR)to explore the mineral composition features of the fault gouges and their relationship with mineralization.The results are as follows: (1) The fault gouge samples contain the clay minerals which were formed in the low temperature alteration (such as montmorillonite, kaolinite, dickite, chlorite etc.), the alteration minerals in the medium temperature or high temperature hydrothermal environment (such as graphite, black mica, pyrophyllite, barite, serpentine, tremolite, actinolite etc.), and also the mineral compositions which were closely related to mineralization (such as copper-zinc oxide, copper-vanadium-chloride, azurite, bornite etc.).(2) The mineral compositions of the fault gouge from different depth are different.Shallow earth's surface is mainly consisted of the low metamorphic minerals, and deep underground is mainly consisted of the high metamorphic minerals.(3) The mineral composition, mineral genesis and law of development of evolution of fault gouges suggest that, they were formed in the ore and metallogenic tectonic hydrothermal activity period, and had experienced the supergene oxidation later.(4) Through the analysis of the mineral compositions and alteration mineral assemblage characteristics of the fault gouges we can speculate that, the ore deposit was formed in medium-high temperature hydrothermal environment which had experienced the process of silicide, kaolinite, chloritization, hotaru petrochemical and sericitization alteration.Therefore, the analysis of the mineral compositions and mineral assemblage characteristics of the fault gouges,not only have certain practical significance for prospecting, but also can provide important reference information to study the genesis of the deposit.

Weilasituo deposit; Fault gouge; Alteration minerals; X-ray diffraction(XRD); Near infrared spectroscopy (NIR)

2015-01-16，

2015-04-18

国家自然科学基金项目(41030425)资助

罗松英，1985年生，中山大学地球科学与地质工程学院博士研究生 e-mail: luosongying@foxmail.com *通讯联系人 e-mail: eescjj@mail.sysu.edu.cn

P575.4； P614

A

10.3964/j.issn.1000-0593(2016)05-1508-06