花岗伟晶岩型稀有金属矿床蚀变系统与矿物光谱-地球化学特征耦合性研究——以川西打枪沟矿区为例*

蒋航 郭娜 张柯凡 罗海洋

1.成都理工大学地球科学学院,成都 610059 2.数学地质四川省重点实验室(成都理工大学),成都 610059

松潘-甘孜域内大规模造山作用,以及周围各个板块之间强烈的“双向挤压”形成了复杂的“西康式褶皱”(许志琴等,1992)。川西地区是我国重要的稀有金属成矿区(付小方等,2006),大地构造位置处于松潘-甘孜造山带东南缘,复杂的地质构造及频繁的岩浆活动为稀有金属矿床的富集提供了有利条件。近些年来,域内不断取得找矿突破,包括甲基卡、可尔因、李家沟、容许卡、打枪沟、党坝等(王登红等,2005; 李建康等,2006; 费光春等,2015,2020; 詹胜强等,2016; 殷聃,2017; 马圣钞等,2019)。

近些年来,红外光谱技术广泛应用于岩浆-热液型矿床的找矿勘查实践中,例如IOCG型(Tappertetal.,2013)、斑岩铜矿(Nealetal.,2018; 连长云等,2005a,b; 郭娜等,2018a; Guoetal.,2019; 陈华勇等,2019; 陈康等,2020)、热液型矿床(郭娜等,2017,2018b,2019; 黄一入等,2017)、VMS型(Duuringetal.,2016)以及稀有金属矿床等(代晶晶等,2018; 回广骥等,2021)。短波红外光谱(1.3～2.5μm)可探测含羟基硅酸盐(白云母、伊利石、蒙脱石、黑云母等)、硫酸盐(明矾石、黄钾铁矾、含水石膏等)、碳酸岩(方解石、菱铁矿等)等矿物;热红外光谱(8～14μm)可探测Si-O键组合的岛状(石榴子石、符山石)、链状(辉石、硅灰石)、架状(石英、长石)硅酸盐、硫酸盐类矿物、碳酸盐类等矿物。短波红外与热红外联合分析技术可探测岩浆及热液成矿中心向外的主要矿物类型,全方位剖析早期至晚期形成的矿物组合特征。

川西打枪沟花岗伟晶岩型Li-Be稀有金属矿床位于松潘-甘孜造山带东南的雅江残余盆地,属于巴颜喀拉-松潘成矿省、南巴彦喀拉-雅江Li-Be-Au-Cu-Pb-Zn-水晶成矿带(胡军亮,2020)。区内伟晶岩成矿条件好,是松潘-甘孜锂成矿带重要的组成部分。前人研究认为:自结晶分异期至热液期,石英、钠长石、白云母、锂辉石均有形成,而微斜长石、绿柱石以及石榴子石仅在结晶分异期形成,电气石则在结晶分异期和交代早期形成(胡军亮,2020)。此外,前人针对矿区的地质特征(殷聃,2017; 易仲康和马钰权,2018; 谭洪旗等,2019)、围岩蚀变特征(谭洪旗等,2022)、年代学及地球化学特征(胡军亮,2020)、Li成矿过程的分馏机制(何成麟等,2020)、矿石中铷元素的赋存状态及分布规律(赖杨和邓伟,2022)等都开展了相关研究,但研究区内蚀变矿物组合特征、光谱变化特征、不同伟晶岩的光谱特征、矿化与蚀变矿物之间的耦合机理以及研究区内的稀有金属光谱勘查模型均未开展详细的厘定与研究。作者采用短波+热红外光谱联合技术,结合岩相学、矿物地球化学分析手段,查明了打枪沟矿区蚀变分带特征,厘定了白云母作为指针矿物,开展了基于指针矿物的地球化学特征分析,反演出成矿地质环境,并构建了川西九龙打枪沟矿区的光谱勘查模型。

1 研究区地质概况

打枪沟伟晶岩型锂铍矿床位于我国三个硬岩型锂矿带之一的川西锂矿带(李建康等,2014),地处扬子陆块以西,羌塘-昌都陆块以东的雅江被动陆缘中央褶皱-推覆带,被甘孜-理塘蛇绿岩混杂带和鲜水河韧性平移剪切带夹持于松潘-甘孜造山带南缘(图1b)。矿区位于九龙复向斜南段,区内断裂构造不发育,以褶皱构造为主;出露地层以三叠系上统新都桥组(T3xd)为主,主要为灰-深灰及灰黑色含粉砂质板岩、含碳质绢云板岩;区内岩浆活动强烈,矿区外围北部发育有印支晚期羊房沟石英正长岩(ξ52)体,该岩体南缘可见石英闪长岩(δo52),为北西-南东向展布,呈岩株产出(图1c),二者呈渐变过渡关系(殷聃,2017)。由于受到区域变质作用加之接触变质作用,岩浆岩周围形成了复杂的岩石组合,包括黑云母石英片岩、石英黑云母片岩、绿泥石化石英片岩、角闪石英片岩等(胡军亮,2020)。

图1 矿区地质简图及钻孔分布

矿区伟晶岩脉多数分布于石英闪长岩(δo52)中,少数分布于三叠系新都桥组(T3xd)地层中,脉体产出方向受褶皱构造控制,平均长度为100～300m。分布于石英闪长岩(δo52)中的伟晶岩脉整体走向为北东-南西向,脉体之间接近平行成群产出,矿化以铍矿化为主。分布于新都桥组中的伟晶岩脉走向除Ⅰ号脉体外均位为北西-南东向,矿化以锂矿化为主。区内矿石矿物以锂辉石、绿柱石和锂云母为主;脉石矿物主要为石英、长石、白云母、电气石、蛇纹石等(殷聃,2017)。围岩蚀变主要表现为:电气石化、白云母化、钠长石化、锂云母化、硅化、云英岩化、碳酸盐化、绿泥石化和褐铁矿化等(谭洪旗等,2022)。

矿区锂铍矿产于上三叠系新都桥组(T3xd)片岩节理内及燕山期期石英闪长岩(δo52)内,受花岗伟晶岩脉控制,产状与伟晶岩脉基本一致,矿体形态呈脉状、似层状,少数为透镜状。Ⅰ号Li-Be矿体(图2)与Ⅲ号Li矿体产出于新都桥组地层的伟晶岩脉体中,矿体总体走向为NW-SE东向;Ⅱ号Be矿体产出于石英闪长岩中的伟晶岩脉,矿体整体走向为NE-SW向。区内共圈定Li-Be共生矿体1条,Li矿体5条,Be矿体8条,矿体围岩主要为含炭质黑云母石英千枚状片岩、石英闪长岩、钠长石-锂辉石伟晶岩、钠长石伟晶岩、及变质石英砂岩。前期研究认为:钠长石伟晶岩以及钠长石-锂辉石伟晶岩为主要含矿伟晶岩(胡军亮,2020)。

图2 矿体三维模型与地质简图中的Ⅰ号矿体对比

2 样品采集与测试

本次研究对ZK0501、ZK0502、ZK0706-1、ZK0906、ZK1101、ZK1106、ZK1305、ZK1306、ZK3704、ZK3509、ZK3716、ZK3512、ZK3703等13个钻孔进行了岩心样品采集,所采集样品岩性包括锂辉石钠长伟晶岩、花岗伟晶岩、绿柱石花岗伟晶岩、绿柱石-锂辉石钠长花岗伟晶岩、石英闪长岩、二云母花岗岩、板岩等。同时采用高光谱遥感技术,通过我国GF-5B卫星数据开展了研究区及外围的伟晶岩填图,并基于像元进行了典型矿物的波谱特征反演。

2.1 短波-热红外光谱测量

本次研究共采集13个钻孔的岩心样品453件,获得可见光-短波红外波谱数据549条,热红外波谱数据1152条。

短波红外光谱测量采用了中国中地仪器有限公司生产的便携式近红外矿物分析仪BJKF-3(测量光谱范围为1300～2500nm),通过仪器自带的内部仿太阳光源在室内进行样品的测量,这避免了大气辐射及天气变化的影响;同时,利用美国ASD便携式光谱仪测量不同类型伟晶岩样品(测量光谱范围为350～2500nm),并与BJKF-3测量样品做波谱特征对比分析,以求数据的准确性,测量时采用外部仿太阳光源在暗室中进行测量。

热红外光谱测量采用了美国安捷伦仪器有限公司生产的便携式傅里叶变换红外光谱分析仪Agilent Technologies 4300 Handheld FTIR(测量光谱范围为 2500～15500nm)。

测量前,对每个样品进行清洗和晒干,避免因存在其他物质对短波与热红外光谱吸收-反射、发射波谱特性造成干扰;测量中,选取岩石的新鲜面作为测点,保证接触面光滑、平整,避免因角度及粗糙度带来的测量误差。另外,在保证数据正常获取的前提下,为使蚀变矿物不被遗漏,在测点周围2cm范围内再测量2～3个点,通过计算光谱平均值,获取最终混合矿物的波谱曲线。

测量数据采用澳大利亚CSIRO研发的光谱地质软件(the spectral geology,简称TSG)进行分析,通过.txt文件导入,并由软件自动完成矿物类型的总体识别;利用Origin软件完成典型蚀变矿物波谱参数的提取和波谱-矿物地球化学特征的相关性分析;利用Leapfrog进行三维空间建模与分析;利用ARCGIS进行数据插值及相关空间分析。

2.2 显微镜观察与矿物地球化学分析

经系统的岩性编录和详细的手标本和显微镜下观察,选取样品磨制成35mm×25mm,厚0.03mm标准的电子探针片,利用莱卡DM2500P偏光显微镜进行镜下观察和拍照记录。运用晶体光学、岩石学内容,确定特征矿物的颜色、类型、共生矿物及分布规律。

在显微镜下用黑笔标记选好分析部位,分析时可以准确、快速地找到需要析的位置。用JEOJEE-420镀碳仪将探针片镀碳,使探针片具导电性。利用测试仪器为EPMA-1600电子探针(日本岛津公司),仪器测试条件为:加速电压15kV;电流20nA;束斑直径5μm;校正ZAF;温度25℃,湿度55%～60%。分析方法依据国家标准GB/T15617—2002《硅酸盐矿物的电子探针定量分析方法》,分析指针矿物元素及离子替代反应。实验由广州拓岩检测技术有限公司完成。

2.3 高光谱遥感图像处理

选取的高光谱遥感影像GF-5B系我国高分系列卫星产品,由中国国家航天局(CNSA)2021年发射,涵盖可见光、近红外、短波红外谱段。图像获取时间为2023年4月27日。

数据处理采用ENVI软件,利用Flaash大气校正模型对图像进行了辐射校正,通过地面实测控制点进行了几何校正。以研究区及外围实际采集的不同类型伟晶岩岩石样品波谱为库,采用波谱匹配的方法实现了伟晶岩填图;基于典型矿物特征谱段,选取2200nm附近波段并提取相应像元样本点的波谱参数,利用Krigging插值方法实现波谱参数的特征反演。

3 结果

3.1 钻孔蚀变矿物类型识别与空间分布

通过短波红外光谱测量,研究区13个钻孔中识别出白云母、黑云母、高岭石、绿泥石、角闪石、蒙脱石等矿物(表1)。通过热红外光谱测量则识别出石英、钠长石、微斜长石、绿泥石、蛇纹石、角闪石等矿物。其中矿区北部(铍矿化)3个钻孔ZK3716、ZK3512、ZK3509的蚀变矿物总体上表现为:白云母+角闪石+绿泥石+钠长石+石英+微斜长石的组合特征,矿区中部钻孔(铍矿化)ZK3704、ZK3703的蚀变矿物总体表现为:白云母+钠长石+石英+角闪石+微斜长石的组合特征;矿区南部钻孔(锂-铍矿化)中的ZK0501、ZK0502、ZK1101、ZK1106、ZK0906、ZK0706-1、ZK1305、ZK1306的蚀变矿物组合特征主要表现出:白云母+钠长石+蛇纹石+石英+角闪石+微斜长石的组合特征。综合来看,矿区整体蚀变矿物组合变化特征为(由北至南):白云母+钠长石+石英+角闪石+绿泥石+微斜长石→白云母+钠长石+石英+角闪石+微斜长石→白云母+钠长石+蛇纹石+石英+角闪石。其中微斜长石和绿泥石由北至南逐渐减少,蛇纹石逐渐增多(表1)。

表1 矿区钻孔主要蚀变矿物类型

3.1.1 钻孔ZK0501蚀变矿物组合分布特征

以研究区南部钻孔ZK0501为例,蚀变矿物组合由浅部至深部依次表现为:白云母+钠长石+石英→白云母+角闪石+石英→白云母+钠长石+石英→石英+蛇纹石+角闪石,其中矿体赋存于白云母+钠长石蚀变带,且集中于地表至地下40m深度(图3)。

图3 研究区钻孔红外光谱识别结果与矿体品位图(矿体品位数据据张博等,2019(1)张博,谢万洪,李俊,张伟,殷聃,徐浩,杨川,陈玉,成欣怡.2019.四川省九龙县打枪沟矿区锂铍矿详查报告)

对比短波与热红外光谱填图结果可以看出:(1)短波红外光谱技术识别出的矿物类型单一,仅识别出白云母,但该矿物的空间分布与矿体赋存位置完全吻合(图3a);热红外光谱技术识别出的矿物类型较多,但钠长石与成矿关系更为密切(图3b)。因此认为热红外光谱技术更适用于岩浆成矿系统的矿物识别;(2)矿化类型主要为Li矿化,Be矿化较差且品位相对较低,进一步说明Li矿化与白云母-钠长石矿物组合关系密切;(3)流体活动强烈,硅化较强(石英含量高),说明Li矿化发生于一定强硅化条件下;(4)花岗伟晶岩中的辉石类矿物转变为蛇纹石后,矿体尖灭;(5)从蚀变矿物组合序列来看,钻孔顶部存在一定程度的剥蚀。

3.1.2 钻孔ZK3512蚀变矿物组合分布特征

以研究区北部钻孔ZK3512为例,识别出矿物类型主要为白云母、角闪石、黑云母、钠长石、微斜长石和石英等。地表至深部矿物组合为:白云母+钠长石+石英+(绿泥石)→白云母+钠长石+微斜长石+石英+(黑云母)→白云母+钠长石+石英+黑云母(图3d,e)。

对比短波与热红外光谱填图结果可以看出:(1)大量分布的角闪石、黑云母等暗色矿物说明Be矿体处于更靠近岩浆热源中心的位置(图3d);(2)Be矿体与白云母-钠长石-微斜长石蚀变组合关系密切(图3f);(3)矿体与蚀变组合均有继续向深部延伸的趋势。

研究认为:(1)区内Li矿体赋存于白云母-钠长石蚀变带中,Be矿体赋存于白云母-钠长石-微斜长石蚀变带中,二者均与白云母+钠长石关系密切;(2)Be矿体更靠近岩浆热源中心,可能形成的深度较大;Li矿体则相对远离热源,形成较浅。因此,Be矿体形成阶段应该早于Li矿体;(3)矿区存在一定程度的剥蚀,钻孔ZK3512显示Be矿体仍有向下延伸的趋势。

3.2 典型蚀变矿物镜下-波谱特征

3.2.1 白云母

矿区内白云母表现为细小鳞片状特征(图4a,d),与标准波谱库中白云母曲线的波形及吸收-反射特征均比较吻合,在2200nm附近存在显著的Al-OH吸收峰(图4c,f)。显微镜下矿区白云母主要分为两种:原生白云母和次生白云母,其中原生白云母呈自形-半自形,粒径较大,断面清晰,具有明显的解理(图4b);次生白云母则为他形细鳞片状、竹叶状及放射状,粒径较小(图4e)。

图4 研究区钻孔白云母及钠长石特征

3.2.2 钠长石

矿区钠长石在显微镜下呈长柱状、条状特征,晶形极为显著(图4g),正交偏光镜下见一级灰白干涉色,斜消光,双晶和条带状条纹都极其发育(图4h)。在8710nm、9630nm、9920nm附近存在3个连续的辐射峰值,在9060nm、9804nm附近存在2个辐射谷值;Si-O-Si键的吸收特征处于12300nm附近,矿物诊断特征辐射峰值分别位于12715nm、13095nm、13439nm、13840nm附近(图4i)。

3.3 不同伟晶岩波谱特征

采用ASD测量不同伟晶岩样品178件,分不同类型求取平均波谱曲线(图5),发现:(1)所有样品都具有1410nm和1910nm附近的水分子吸收峰,其中锂辉石钠长伟晶岩的水分子吸收深度更大,说明岩石中矿物分子的含水量更多;(2)所有样品都具有2200nm附近的Al-OH矿物吸收特征,但花岗伟晶岩的吸收峰偏向长波2208nm,锂辉石钠长花岗伟晶岩的吸收深度更大;(3)绿柱石花岗伟晶岩和花岗伟晶岩在2250nm附近具有显著吸收峰,而绿柱石-锂辉石钠长花岗伟晶岩与锂辉石钠长花岗伟晶岩均无此吸收特征;(4)花岗伟晶岩在2370nm具有显著的反射特征,其他类型则无此反射值。

图5 打枪沟矿区不同类型伟晶岩实测波谱曲线

3.4 典型蚀变矿物地球化学特征

3.4.1 白云母矿物地球化学特征

采用EPMA测量矿区白云母,结果表明(表2):白云母SiO2含量为45.56%～49.06%,平均值46.76%;Al2O3含量为25.47%～36.31%,平均值32.98%;Na2O含量为0.14%～0.41%,平均值0.22%;K2O含量为10.20%～11.25%,平均值10.95%。以白云母化学成分理论值:SiO245.2%、Al2O338.5%、K2O 11.8%为参考准则,矿区白云母表现出高Si、低Al、K的特点。

表2 钻孔岩芯白云母样品EPMA分析结果(wt%)

3.4.2 钠长石

选取矿区2个钻孔ZK0501、ZK0502共13件样品进行钠长石 EPMA 矿物地球化学元素含量测试与分析,结果表明(表3):钠长石中SiO2含量为67.63%～69.27%,平均值68.32%;Al2O3含量为19.41%～19.87%,平均值19.64%;Na2O含量为11.05%～11.58%,平均值11.34%;K2O含量为0.06%～0.17%,平均值0.1%。根据钠长石化学成分理论值:Na2O 11.8%、Al2O319.4%、SiO268.8%,矿区钠长石表现出高Al、低Na的特征。

表3 钠长石样品EPMA分析结果(wt%)

4 讨论

4.1 基于白云母矿物波谱-地球化学特征的成矿环境反演

4.1.1 白云母矿物阳离子与波谱变化关系

蚀变矿物填图中发现白云母-钠长石组合与Li-Be矿体关系密切(图3)。伟晶岩侵入体中常存在不同矿物组成的分层现象(Hönigetal.,2010),多项研究也表明,白云母矿物对于伟晶岩型稀有金属矿床的勘查预测具有重要指示意义(周起凤等,2013; 田野等,2015)。

白云母是一种常见的层状硅酸盐矿物,细鳞片状结构,单斜晶体,其晶体结构由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体构成,晶体化学通式可写成:AB2[C4O10](OH)2。其中A代表充填在云母结构层中12次配位位置的大半径阳离子,通常包括K+、Na+、Ca2+、H3O+、Ba2+等;B代表充填在云母结构层中八面体间隙的阳离子,通常包括Al3+、Mg2+、Fe3+、Fe2+、Mn2+、Cr3+、Ti4+、Li+、V5+等;C代表硅氧骨干层四面体位置的阳离子,主要由Si4+、Al3+组成(鲁安怀和陈光远,1995)。

以化学计量法为依据,以晶体结构中四面体、八面体位置阳离子数量之和为6的原则展开计算,即AB2[C4O10](OH)2,白云母分子中B+C=6(肖平和刘军,2001),利用矿区南部钻孔ZK0501和ZK0502的电子探针分析结果计算白云母矿物晶体化学式(表4)。

表4 白云母矿物阳离子数及波长特征

对白云母晶体结构中原子数目与2200nm附近电磁波吸收特征的波长变化进行对比分析后发现:波长变化在2190～2200nm之间的白云母矿物,Fe3+数量随着波长增大而增大,说明Li矿形成于相对氧化环境中(图6a);波长变化在2190～2200nm之间的白云母矿物,Si离子数量随波长增大而增大,说明Li矿形成于一定强硅化条件下(图6b)。

图6 白云母矿物化学特征与波长变化关系图

4.1.2 Li-Be矿化与波长的关系

位于矿区南部的钻孔ZK0501和ZK0502主要为Li矿体,位于矿区北部的ZK3512、ZK3509、ZK3716钻孔主要为Be矿体,将上述5个钻孔中的白云母波长与矿化品位进行相关性分析后发现:与Li矿化相关的白云母波长集中分布于2190～2198nm之间(图7a);与Be矿化相关的白云母波长变化范围较大,在2190～2210nm之间,Be矿化品位与白云母波长变化关系相关性不显著,但可看出高品位Be(>0.1%)分布在白云母的长波范围内(图7b)。

图7 钻孔中白云母波长与矿体品位关系(矿体品位数据据张博等,2019)

4.1.3 白云母族矿物不同组分厘定

对白云母矿物中Si与Al离子数目进行投图,结果显示:矿区白云母具有普通白云母→多硅白云母→绿磷石端元转变的趋势(图8a)。采用Clarke (1981)提出的Na/(Na+Ca+K)-(FeT+Mg)/(FeT+Mg+Ti+AlT)图解(图8b),可以看出:区内白云母分别向绿磷石和钠云母方向演化,因此,认为矿区白云母是普通白云母、钠云母和绿磷石的类质同象固溶体。

图8 白云母矿物化学成分图解

4.1.4 原生白云母成矿环境反演

根据打枪沟矿物生成顺序表可以看出(表5),研究区内白云母生成期次自结晶分异期至热液期均有形成,而与稀有金属矿化有关的白云母同样分布于各个期次,其中结晶分异期的白云母与Be矿化相关,各个阶段中的白云母均与锂矿化有关。

表5 打枪沟矿物生成顺序表(据胡军亮,2020)

依据原生白云母Fe/(Fe+Mg)≤0.75、Na≥0.1、Mg≥0.1(孙涛等,2002)的矿物地球化学标准,选取研究区ZK0501-10、ZK0501-31、ZK0501-37.76、ZK0502-4.85、ZK0502-19、ZK0502-48-1、ZK0502-48-2、ZK0502-75中8个原生白云母样品作为研究对象,利用Andersonetal.(1996)提出的基于原生白云母矿物中Si离子数进行压力反演。

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

白云母形成于300～550℃(Reyes,1990),伟晶岩中稀有金属矿化发生于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.基于矿物地球化学制约下的低硫化浅成低温热液矿床伊利石矿物波谱特征研究.国家自然科学基金面上项目年度报告)提出白云母2200nm附近波长的位移可指示温度与pH值变化,长波白云母较短波白云母更靠近热源中心。波长小于2200nm的白云母形成温度在217～303℃之间,2200～2206nm之间的白云母温度在300～400℃之间,大于2206nm的白云母形成温度可达400℃以上(Guoetal.,2019)。由于不同波长白云母的形成温度在一定范围内,故在选择计算温度时取温度范围的中值作为计算温度。因此作者选择250℃作为短波(小于2200nm)白云母的计算温度,350℃作为波长2200～2206nm白云母的计算温度,450℃作为长波白云母(大于2206nm)的计算温度。形成深度可使用P=ρgH计算,其中ρ=2700kg/m3,g=9.8m/s2。

从计算结果可以看出(表6),研究区短波白云母(波长小于2200nm)形成压力在0.03～0.25GPa之间,形成深度为1.3～9.6km;波长在2200～2206nm之间的白云母形成压力在0.16～0.38GPa之间,深度为6.1～14.5km;长波白云母(大于2206nm)形成压力为0.45GPa,形成深度为17.1km。根据矿体品位以及波长变化,由此认为研究区成矿温度为200～500℃之间,压力值在0.03～0.25GPa之间,成矿深度在1.3～14.5km之间。

表6 研究区白云母形成压力、深度计算结果

4.2 基于光谱特征的伟晶岩填图与母岩位置厘定

4.2.1 伟晶岩填图

九龙矿田伟晶岩矿脉包括电气石-微斜长石型、钠长石-微斜长石型、钠长石-石英型和钠长石-锂辉石型(朱志敏等,2015)。Akohetal.(2015)和马圣钞等(2019)等研究认为白云母对Li-Be等稀有金属矿床具有重要指示性,本次研究结果也表明白云母波长变化能够指示温度、压力等成矿环境的变化。因此,基于GF-5B高光谱遥感影像,以区内实测不同伟晶岩光谱作为波谱库(图5),采用波谱匹配的方法对不同类型伟晶岩填图(图9),结果显示:(1)打枪沟矿区内分布的白云母花岗伟晶岩与实际伟晶岩脉位置完全吻合;(2)白云母花岗伟晶岩、绿柱石-锂辉石花岗伟晶岩以及绿柱石花岗伟晶岩在矿区以北集中分布,并沿图像中环形构造(花岗岩体)边界展布;(3)白云母花岗伟晶岩呈现出与已有矿体的高度吻合性,因此认为打枪沟矿区以北找矿潜力巨大。

图9 研究区不同类型伟晶岩填图结果

4.2.2 母岩位置厘定

在GF-5B高光谱影像2190～2210nm波段随机选择350个像元点,提取其波谱曲线,并求取2200nm附近波谱吸收特征,发现仅120个像元点具有显著吸收峰(图10a)。采用Krigging方法对具有2200nm附近Al-OH吸收峰波长进行插值,结果显示(图10c):(1)打枪沟矿区位于短波白云母分布范围,这和前述Li-Be矿体与白云母波长变化关系分析结果完全一致;(2)长波白云母分布位置与桥棚子岩体一致(图10b),这与前人研究结果完全吻合(胡军亮,2020)。

图10 研究区地质简图及Kriging插值结果

4.3 光谱勘查模型构建与找矿潜力分析

4.3.1 光谱勘查模型构建

打枪沟地区岩浆的演化方向自下而上,在构造环境较为稳定的区域由二云母花岗岩浆发生结晶分异形成伟晶岩脉(图11)。伟晶岩演化早期,伟晶岩浆从母岩中析出,开始发生结晶分异作用,并沿构造运移形成无矿化伟晶岩,此时温度较高,2200nm附近的Al-OH吸收峰波长大于2206nm;岩浆结晶分异作用持续发展的过程中,伟晶岩浆与富含稀有金属且具有挥发性组分的流体发生交代作用并初步形成含Be伟晶岩,此时伟晶岩中白云母的Al-OH吸收峰向短波方向移动(2200～2206nm),温度降低,钠长石大量形成;伟晶岩演化中期,结晶分异作用、自交代作用增强,同时也促进了钠长石的交代作用,使钠长石中的Na+被交代出,矿区钠长石表现出低Na的特征,并发生Be-Nb-Ta矿化;伟晶岩演化晚期,由于后期热液流体的参与,温度再次降低,伟晶岩中的白云母波长继续向短波方向移动(小于2200nm),受温度、压力等因素的变化影响,流体中的Li元素在伟晶岩内部沉淀并发生Li-Be-Nb-Ta矿化,形成打枪沟稀有金属矿床。

图11 打枪沟稀有金属矿光谱勘查模型

不同矿化程度的伟晶岩波谱1910nm附近的水吸收峰均十分显著,推测可能受到岩浆结晶分异后期热液流体参与的影响。由于岩浆上移过程中压力降低而导致部分流体析出,伴随岩浆的结晶分异作用,后期热液流体参与到了伟晶岩成矿系统中,因此伟晶岩波谱测量结果表现出了显著的1910nm水吸收峰。

4.3.2 找矿潜力分析

前人研究将打枪沟及外围的伟晶岩脉展布分为了A、B、C三带(殷聃,2017),其中A带伟晶岩主要为微斜长石伟晶岩,该带内的白云母呈大片状集合体。B带伟晶岩主要为微斜长石钠长石伟晶岩(图12c),该带内白云母多为片状集合体或鳞片状(图12a),C带伟晶岩则主要为锂辉石钠长石伟晶岩(图12d),该带内白云母多为细小鳞片状(图12b)。

图12 研究区伟晶岩样品及伟晶岩脉

由于高光谱遥感伟晶岩填图采用了全波谱匹配的方法,光谱库中不同类型伟晶岩波谱全部来源于打枪沟矿区钻孔样品,因此填图结果中的白云母伟晶岩被认为是与Li-Be矿化相关的岩石类型。作者将伟晶岩分带与高光谱遥感填图的白云母伟晶岩进行叠加(图12e)后发现:(1)与矿化相关的白云母伟晶岩,在A带与B带中均未发现,主要集中于C带及C带距离母岩更远的位置。(2)C带中的白云母伟晶岩与1:100000区域地质图中的岩浆岩位置完全吻合;(3)打枪沟Li-Be矿床位于C带,且与白云母伟晶岩填图结果完全吻合;(4)前述分析认为Li-Be矿体形成于岩浆作用后期至岩浆-热液混合期,成矿温度、压力均较低,因此C带及外围填图中发现的大量白云母伟晶岩分布区存在巨大找矿潜力。

5 结论

(1)通过对打枪沟稀有金属矿床中的13个钻孔进行短波-热红外光谱测量,共识别出白云母、钠长石、石英、角闪石、蛇纹石等矿物,蚀变分带特征表现为(浅→深):白云母→白云母+钠长石→白云母+角闪石+黑云母+其他斜长石,其中白云母-钠长石是与稀有金属矿化相关的蚀变带。

(2)研究区短波白云母(波长小于2200nm)形成压力在0.03～0.25GPa之间,形成深度为1.3～9.6km,主要发生Li-Be矿化;波长在2200～2206nm之间的白云母形成压力在0.16～0.38GPa之间,深度为6.1～14.5km,主要发生Be矿化;长波白云母(大于2206nm)形成压力为0.45GPa,形成深度为17.1km,无矿化。成矿环境为温度在200～500℃之间,压力值在0.03～0.25GPa之间,成矿深度在1.3～14.5km之间。

(3)与Li矿化相关的白云母波长均小于2200nm,波长位移10nm,说明Li可能形成于岩浆-热液混合期,且处于相对氧化和强硅化环境下;与Be矿化相关的白云母波长接近2210nm,波长位移20nm,说明Be矿从岩浆分异作用晚期至岩浆-热液混合期均可形成,且距离岩浆热源中心更近。

(4)基于GF-5B高光谱遥感图像的伟晶岩填图结果显示研究区北部外围找矿潜力巨大。