广东大宝山多金属矿床断层剖面矿物X射线衍射和近红外光谱分析及其意义

王国强， 曹建劲*， 邓永康， 刘 翔

1. 中山大学地球科学与工程学院， 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 3. 广东省地球动力作用与地质灾害重点实验室， 广东 广州 510275 4. 南方海洋科学与工程广东省实验室， 广东 珠海 519082

引 言

大宝山多金属矿床位于粤北成矿带中心， 为典型的热液成因的金属硫化物矿床， 其具有经济价值的成矿元素包括铜、 铁、 铅、 锌、 钨、 钼等[1-3]。 矿区内与成矿密切相关的岩浆岩有次英安斑岩和花岗闪长斑岩[4-5]； 主要的含矿地层为晚古生界的砂岩、 页岩和灰岩等[3，6]。 矿区内发育多种与成矿作用相关的蚀变类型。 构造断层普遍发育为蚀变和矿化热液提供运移的通道， 也可在成矿后进行改造。 通过研究断层剖面相关的断层泥、 裂隙填充的含矿脉体和蚀变围岩中的矿物组成， 有利于分析蚀变作用、 矿化作用和构造作用三者的关系， 指导矿床学研究。 新型学科如纳米科学和光谱学在地质学中的应用， 往往能优化和补充许多传统地质对矿物研究的不足[7]。 而近红外光谱分析(NIR)作为一种矿物光谱学研究的新型方法对层状硅酸盐、 碳酸盐和硫酸盐等蚀变矿物的研究有着简捷、 快速的优势[8-10]。 将近红外光谱分析(NIR)与X射线衍射(XRD)相结合用以提高矿物识别的准确率， 进而获取到更为丰富可靠的地质信息。

1 实验部分

1.1 样品采集

样品采集于矿区采矿场的637平台、 793平台和817平台的三个断层剖面(图1)， 包括断层泥和蚀变围岩、 含矿脉体共8个样品， 样品信息如表1。 岩石样品先粉碎后过200目筛， 在50 ℃烘箱内烘干24 h。 冷却后密封保存， 待实验测试。

图1 采样位置图片

表1 样品信息

1.2 测试方法

XRD测试在中山大学实验教学中心进行， 仪器型号TD-3500型XRD衍射仪， 测试使用铜靶， 管压和管流： 30 kV/20 mA； 步宽： 0.02； 扫描范围： 10°～80°。 MID Jade 6.5软件进行图谱物相分析。 NIR测试在华南农业大学测试中心进行， 仪器为VERTEX70红外光谱仪， 波长范围： 780～2 500 nm， 分辨率： 8 cm-1， 波数精度优于0.01 cm-1， 扫描次数： 64次。

2 结果与讨论

2.1 XRD图谱分析

结合矿区地质背景， 对比PDF卡片， 对所有样品的XRD图谱进行了分析(图2)。

637平台样品中， 含矿脉体(02-1)和蚀变围岩(02-3)样品均含有石英、 白云母、 方解石、 透闪石等矿物， 而含矿脉体样品含有多种金属硫化物矿物， 包括黄铁矿和黄铜矿等。 而断层泥(02-2)样品除包含上述两种样品的矿物外还有铜矾、 黑铜矿等金属氧化物。

图2 X射线衍射分析实验结果

793平台样品中， 含矿脉体(08-2)和蚀变围岩(08-3)的矿物组成与637平台基本一致。 相区别的是793平台样品中含有更多的石榴石等矽卡岩矿物。 断层泥样品中除了继承以上岩石样品中的矿物成分， 还存在氧化矿物水蓝铜矾， 以及粘土矿物伊利石和蒙脱石等。

817平台样品中， 蚀变围岩(09-1)主要有石英、 阳起石、 锰铝绿泥石、 伊利石、 蒙脱石、 钾铁矾等。 相比637， 793两个平台， 817平台中围岩次生风化程度高， 本身就含有氧化物矿物和粘土矿物， 而断层泥样品(09-2)则基本继承了蚀变围岩的矿物。

2.2 NIR图谱分析

近红外光谱分析可以将层状硅酸盐、 碳酸盐和硫酸盐等矿物快速准确的识别[8-10]。 样品的NIR图谱如图3。 所有样品在1 400和1 900 nm附近都有代表结晶水和吸附水的吸收峰[11-12]。

793平台样品08-1的图谱中可以观察到白云母、 碳酸盐类矿物的吸收峰， 1 778 nm处为钾明矾石特征峰[11]。 08-2中可以观察到白云母类矿物的特征峰， 可能含有白云母、 蒙脱石、 伊利石等矿物。 08-3与08-2基本一致， 另有NH4+的特征峰(2 118 nm)， 指示可能存在水铵长石[16]。

图3 样品的近红外光谱

817平台样品中断层泥样品09-1图谱中识别出白云母类矿物、 碳酸盐和钾明矾石等矿物。 而在蚀变围岩样品09-3中则主要为白云母类矿物、 碳酸盐和长石类矿物。

2.3 地质意义探讨

通过对比XRD和NIR图谱的分析， 并结合矿区地质背景， 对三个断层剖面中所识别出的矿物进行了总结。 主要类型包含： (1)黄铁绢英岩化矿物组合： 石英、 白云母(绢云母为白云母的一种亚类， 根据野外地质观察该矿区主要以绢云母形式存在)、 黄铁矿和黄铜矿等； (2)矽卡岩化矿物组合： 透闪石、 阳起石和石榴石等； (3)青磐岩化矿物组合： 绿泥石、 碳酸盐和黄铁矿等； (4)金属氧化物和硫酸盐矿物： 黑铜矿、 铜矾、 钾铁矾和钾明矾石等； (5)粘土矿物： 伊利石、 蒙脱石、 高岭石和滑石等。

其中， 在蚀变围岩(样品02-3， 08-3， 09-2)中主要有矽卡岩化矿物、 绢云母化等蚀变矿物， 而方解石、 石英等可能来源于沉积岩原岩(灰岩和砂页岩)和热液蚀变包括硅化、 碳酸盐化作用。 含矿脉体(样品02-1和08-2)中主要为黄铁绢英岩化矿物组合、 矽卡岩化矿物组合。 这些蚀变类型与矿化有着密切的联系。 断层剖面的样品中多种蚀变矿物组合指示多种蚀变类型的叠加。 断层泥样品(02-2， 08-1和09-1)中有蚀变围岩和含矿脉体的矿物成分， 此外， 还有次生过程(氧化和风化作用)形成的金属氧化物、 硫酸盐矿物和粘土矿物等。

在近红外光谱图中， 白云母类矿物(包括白云母、 伊利石等)的结晶度高反映形成温度高， 而形成温度越高表明其距离热液活动中心越近[17-18]。 据上所述可知断层泥中的矿物发生了不同程度的风化作用。 蚀变围岩中样品更能反映热液活动形成的白云母矿物的结晶度情况。 对三个剖面蚀变围岩样品02-3， 08-3， 09-2中的结晶度参数(IC=Al-OH(2 200 nm)吸收峰强度/H2O(1 900 nm)吸收峰强度)进行了计算[17]。 样品02-3中IC1=0.078 71/0.037 76≈2.08； 样品08-3中IC2=0.108 8/0.014 8≈7.35； 样品09-2中IC3=0.098 6/0.039 1≈2.52。 793平台样品08-3的结晶度明显高于其他两个样品。 进而， 可以推测其可能更接近于热液活动中心。

3 结 论

(1)通过综合分析XRD和NIR图谱， 在三个断层剖面的断层泥、 含矿脉体和蚀变围岩鉴别出了黄铁绢英岩化矿物组合、 矽卡岩化矿物组合、 青磐岩化矿物组合等。 表明矿区的岩石经历了多种蚀变作用的叠加作用。

(2)断层泥样品中包含蚀变围岩和含矿脉体的矿物成分， 以及金属氧化物、 硫酸盐矿物和粘土矿物等， 指示了断层作用为岩石的物理和化学风化过程提供了有利条件。

(3)XRD和NIR分析相结合可以提高蚀变类型的鉴别准确度， 以及分析矿物结晶度(白云母类矿物)推测矿区内热液活动情况， 为矿床学研究和找矿勘探提供更为丰富的地质资料。