戴冬樂，曹建勁

中山大學地球科學系，廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275

內(nèi)蒙古卡休他他鐵礦斷層泥近紅外光譜學特征及意義

戴冬樂，曹建勁*

中山大學地球科學系，廣東省地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源探查重點實驗室，廣東 廣州 510275

內(nèi)蒙古卡休他他鐵礦是一個矽卡巖型磁鐵礦床，礦區(qū)內(nèi)有多組成礦后期發(fā)育的斷層。本研究采用近紅外光譜(NIR)分析技術對礦區(qū)內(nèi)地下，地表斷層泥以及地表土壤進行分析，通過礦物特征峰鑒定發(fā)現(xiàn)地下斷層泥主要成分為鎂鐵質(zhì)礦物，地表斷層泥成分為硅鋁質(zhì)礦物，而地表土壤成分則兩者兼有之。三組樣品的成分分析結(jié)果都與采樣地的地質(zhì)背景一致。研究表明，鑒于礦化區(qū)內(nèi)斷層泥的主要成分為斷層活動形成的粘土及其他早期成礦期的蝕變礦物，近紅外光譜分析技術十分適用于此類樣品，利用近紅外光譜分析，一方面可鑒定斷層泥中粘土礦物，進一步推測粘土的蝕變原巖成分。另一方面有也可鑒別成礦期蝕變礦物的種類，從而對熱液礦床的研究提供有用的信息。

鐵礦；斷層泥；近紅外光譜；蝕變礦物

引 言

本文的研究區(qū)位于內(nèi)蒙古阿拉善右旗卡休他他鐵礦區(qū)。該礦為矽卡巖型磁鐵礦。斷層泥樣品主要采集自礦區(qū)內(nèi)成礦期后發(fā)生的斷層中。如前所述，本次研究的斷層泥樣品的主要成分為粘土類礦物和成礦期產(chǎn)生的蝕變礦物，另外還有部分原巖風化產(chǎn)物(高嶺石等)。通過近紅外光譜分析，通過蝕變礦物的特征吸收峰識別斷層泥中的礦物組成，從而達到獲取斷層發(fā)育情況、蝕變(或風化)原巖組成以及礦化階段熱液蝕變信息的目的。

1 實驗部分

1. 1 樣品制備

共采集了6個樣品：其中3個地下斷層泥樣品，采集于成礦期后形成的斷層，該斷層切割了鐵礦體，樣品采集的深度約為地下300米。2個地表斷層泥樣品采集于露天礦坑中非礦化的花崗巖基巖層中，同樣采集于成礦期后形成的斷層中。地表斷層泥采集的位置大致在地下斷層泥采集位置的垂直上方。另外我們在相同區(qū)域的地表覆蓋層采集了一份土壤(砂)樣品。因為卡休他他鐵礦位于內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠西南緣，礦區(qū)大部分地區(qū)實際上為沙漠覆蓋，我們在砂層采集了一份砂的樣品，用于與斷層泥樣品做對比研究。

斷層泥樣品均是挖去表面與空氣接觸的部分，采集較深部的新鮮樣品。土壤樣品采集于地表以下50 cm的深度。樣品保存在用超純水洗過的干凈塑料瓶中。樣品采回后在45 ℃烘箱中烘干48 h，冷卻后取出分裝，編號待用。

1.2 儀器

近紅外光譜分析在華南農(nóng)業(yè)大學測試分析中心完成。數(shù)據(jù)由傅里葉變換近紅外光譜儀采集獲得，儀器為德國Bruker的Vertex 70型號的紅外光譜儀。光譜范圍：15 000～4 000和4 000～400 cm-1；分辨率：優(yōu)于0.5 cm-1；波數(shù)精度：優(yōu)于0.01 cm-1；透光率精度：優(yōu)于0.1%T。光譜測試數(shù)據(jù)使用Omnic軟件處理。

2 結(jié)果與討論

2.1 譜圖分析

6份樣品的分析結(jié)果見圖1。通常對于礦物樣品，吸收峰有三類，分別為結(jié)晶水峰，吸附水峰以及金屬元素羥基(—OH)峰，結(jié)晶水峰通常出現(xiàn)在1 400 nm波長附近，為羥基的一級倍頻，吸附水峰通常出現(xiàn)在1 920 nm波長附近，為水的伸縮-彎曲振動合頻[9]。Al—OH特征峰一般出現(xiàn)在2 170～2 210 nm波長區(qū)間，F(xiàn)e—OH特征峰出現(xiàn)在2 210～2 300 nm波長區(qū)間，Mg—OH特征峰出現(xiàn)在2 300～2 400 nm波長區(qū)間，CO2+特征峰出現(xiàn)在1 850～2 200和2 300～2 350 nm波長區(qū)間，Si—OH特征峰出現(xiàn)在2 240～2 250 nm波長區(qū)間[10]。六份樣品從總體上來看均出現(xiàn)明顯的結(jié)晶水峰與吸附水峰，吸附水峰均成尖峰形態(tài)。除樣品DB01，DS01的結(jié)晶水峰呈尖峰形態(tài)，其他樣品的結(jié)晶水峰均較吸附水峰寬，或出現(xiàn)肩峰。DS01的結(jié)晶水峰強度明顯較其他樣品大。

圖1 地下、地表斷層泥及土壤樣品的近紅外光譜譜圖

樣品DX01，DX02和DX03為地下斷層泥樣品。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)位置有三處較強峰，在4 519.65 cm-1(2 212 nm)，4 443.01cm-1(2 250 nm)位置有兩處弱峰。其中2 292 nm處的特征吸收峰處于Fe—OH與Mg—OH波段過渡處，該樣品中應存在鎂鐵質(zhì)礦物，根據(jù)峰位判斷，應為透閃石，陽起石等礦物，且因為Fe離子在礦物中類質(zhì)同象替代Mg離子，使得特征吸收峰少量向短波方向漂移[10]。2 212和2 250 nm 為Si—OH特征峰，且峰較弱，說明樣品中應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為典型的鎂綠泥石特征吸收峰[11]，說明該樣品中有綠泥石存在。2 473 nm處有一弱吸收峰為滑石的特征峰，樣品應還含有少量的滑石。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處都是滑石的特征吸收峰[12]，說明該樣品中有滑石存在。

樣品DB01與DB02為地表斷層泥樣品，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)處有吸收峰。2 208 nm波長處的吸收峰為Al—OH基團特征吸收峰，加上2 438 nm波長處較強吸收峰，基本可以確定樣品中有伊利石存在[10, 13]。2 118和2 158 nm處有兩個弱峰，從位置上來看，接近高嶺石的的特征峰，但由于含量很少以及樣品成分復雜，高嶺石在1 400和2 160 nm附近的特征雙峰可能與其他礦物峰重疊，并沒有顯現(xiàn)出來，由于地表斷層泥樣品采集地層為花崗巖風化殼，我們可以合理推測樣品中含有少量的由長石風化產(chǎn)生的高嶺石。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。除了結(jié)晶水和吸附水，另外的吸收峰均在2 300～2 400 nm，即Mg—OH礦物的特征吸收峰范圍。2 310和2 389 nm為沸石的特征峰[10]。該樣品中應含有沸石礦物。

樣品DS01為地表土壤樣品。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峰重疊覆蓋，呈肩峰形態(tài)。其中2 208 nm為Al—OH特征峰，表示樣品中有蒙脫石，伊利石等黏土礦物。2 350和2 250 nm位置的吸收峰應為綠泥石的特征吸收峰，因Fe離子對Mg離子的替代，峰位稍向短波方向漂移[11]。

2.2 斷層泥礦物來源與意義

從譜圖分析結(jié)果來看，地下斷層泥的礦物成分主要有鎂鐵質(zhì)矽卡巖礦物，綠泥石，滑石以及石英，蛋白石等。地表斷層泥的礦物成分主要是伊利石，沸石以及高嶺石等。而地表土壤樣品中主要含有蒙脫石，伊利石以及綠泥石等礦物。

該分析結(jié)果與三個采樣點的地質(zhì)情況是一致的，本文的研究區(qū)為內(nèi)蒙古卡休他他鐵礦，地下斷層泥采樣位置為斷層切過礦化區(qū)的位置，卡休他他鐵礦為矽卡巖型磁鐵礦床，鐵礦體產(chǎn)出受輝長巖與震旦系千枚巖接觸帶附近的矽卡巖控制。礦化區(qū)巖石主要為富鎂鐵的輝長巖，矽卡巖，矽卡巖化輝長巖組成。我們所采的斷層泥樣品也呈現(xiàn)出暗綠色的色調(diào)。地下斷層泥樣品中出現(xiàn)的鎂鐵質(zhì)蝕變礦物特征峰代表了樣品中可能存在的陽起石，透閃石等一類矽卡巖礦物，而滑石和綠泥石都為常見的由富鎂礦物如角閃石，透閃石，輝石等礦物蝕變形成的礦物。地表斷層泥的采樣點位于覆蓋層下的花崗巖風化層內(nèi)，由于斷層泥中礦物通常經(jīng)歷了蝕變過程，且地表斷層通常是風化較強烈的區(qū)域，因此樣品的主要成分應是花崗巖的一些風化產(chǎn)物或是殘留原巖碎屑。伊利石和高嶺石通常由白云母，鉀長石這類花崗巖主要礦物風化(或者是經(jīng)水巖反應蝕變)而來，很好的反映了樣品的原巖礦物組成。沸石是一種鋁硅酸鹽，也是常存在于花崗巖中的礦物。

土壤樣品的成分較為復雜，卡休他他鐵礦地處中國內(nèi)蒙古巴丹吉林沙漠的西南緣，礦區(qū)大部分被第四季風成砂覆蓋，風成砂為風搬運堆積，本身并不反映其下覆基巖的性質(zhì)。然而，中國西部沙漠干旱區(qū)域物理風化作用強烈，基巖風化也較為強烈，加之沙漠區(qū)由熱不平衡驅(qū)動的氣流垂直運動較為強烈，且砂層的透氣性以及孔隙度較大，砂層下巖體的風化產(chǎn)物也會進入到砂層中，所以砂層中的物質(zhì)成分來源較為復雜。我們的土壤樣品正是在地下斷層泥采樣位置的垂直上方，采集于砂層中，樣品近紅外分析出現(xiàn)了蒙脫石，伊利石以及綠泥石等礦物的特征峰。從蒙脫石等黏土礦物來看，其主要來自硅鋁質(zhì)原巖的風化，這可能來自砂層本身，也可能來自其下覆基巖的風化產(chǎn)物。而綠泥石的來源則較為復雜，沙漠砂中可含有綠泥石，但含量很少，該樣品近紅外光譜圖中出現(xiàn)綠泥石強吸收特征峰，應主要與采樣點的地質(zhì)情況有關，在土壤樣品采樣點，砂層下覆地層為震旦系千枚巖，而綠泥石為千枚巖的主要礦物之一。來自下覆地層的綠泥石容易通過大氣與巖石圈氣體相互作用以及地下上升氣流的搬運作用混入砂層中[14-15]。

對比三組樣品，容易發(fā)現(xiàn)地下斷層泥中的礦物成分主要是含Mg和Fe陽離子的礦物，他們都是由鎂鐵質(zhì)礦物如輝石，角閃石，黑云母等經(jīng)交代，蝕變等作用形成。地表斷層泥中則主要是由硅鋁質(zhì)礦物經(jīng)風化蝕變而來的伊利石，高嶺石，沸石等鋁硅酸鹽礦物。近紅外分析準確反映了不同斷層泥樣品的物質(zhì)組成以及原巖組成。同時也反映了兩組樣品各自具有單一的物質(zhì)來源。而土壤樣品的分析結(jié)果則顯示了沙漠砂中物質(zhì)成分具有明顯的多來源。

3 結(jié) 論

近紅外光譜分析可以有效的識別斷層泥樣品以及土壤樣品中的粘土礦物及其他蝕變礦物，經(jīng)濟且快速的獲得斷層泥成分，并且通過其成分推測蝕變原巖的類型。本研究中通過特征峰識別出的各組斷層泥樣品中的蝕變礦物很好的反映了原巖的特征。斷層泥的主要成份是粘土礦物，基巖風化物中也含有大量的粘土礦物，而近紅外光譜特別適用于鑒別粘土等蝕變礦物，所以近紅外分析技術在斷層泥與風化物成分快速分析上能得到很好的應用。熱液礦床在發(fā)育過程中會產(chǎn)生大量的蝕變礦物，對切過礦體或者是礦化帶的斷層中斷層泥做近紅外分析，也可以鑒別蝕變礦物的種類，從而了解熱液礦床的一些礦化信息。這對于礦床學以及礦床勘探有著積極的意義。

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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

國家自然科學基金重點項目(41030425)資助

戴冬樂，1983年生，中山大學地球科學與地質(zhì)工程學院博士研究生 e-mail：daidongl@mail2.sysu.edu.cn *通訊聯(lián)系人 e-mail：eescjj@mail.sysu.edu.cn

O657.3

A

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