饒崢

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相山礦田鄒家山礦床典型蝕變礦物光譜特征

饒崢

（東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013）

相山礦田是中國迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的鈾礦床，受到裂隙構造控制，礦田內(nèi)圍巖蝕變強烈。主要蝕變類型有水云母化、螢石化和赤鐵礦化。巖石中礦物的反射率隨著波長變化而變化形成反射光譜曲線，而不同蝕變礦物具有不同的反射光譜特征。利用SVC HR-768光譜儀對從相山取得的巖石樣品進行光譜曲線測量，得到主要蝕變礦物在可見光-近紅外波段下的光譜曲線特征，對比分析得出影響蝕變礦物反射率大小的主要因素，并建立相對應的識別光譜模型，為鈾礦的找礦提供一些理論依據(jù)。

鈾礦；蝕變礦物；波譜特征；相山礦田

相山鈾礦田位于相山火山塌陷盆地中的贛杭火山巖型鈾成礦帶內(nèi)，是我國到迄今為止發(fā)現(xiàn)的最大的鈾礦床，其獨特的成礦環(huán)境和成礦機理引起了國內(nèi)外諸多地質(zhì)學家的注意。相山礦田是一個典型的火山—侵入雜巖中的熱液脈型鈾礦床，熱液蝕變帶是相山鈾成礦的必然產(chǎn)物，同時也是相山地區(qū)找礦的主要標志之一。相山礦田圍巖蝕變強烈，早期以赤鐵礦化為主，晚期以水云母、綠泥石和螢石化為主，具有空間疊加多階段作用等特點 (張萬良等，2006；袁迎輝等，2008）。本文通過對相山鈾礦田典型蝕變礦物反射光譜曲線的處理和分析，初步建立相對應的識別模型；對這些蝕變礦物的光譜特征進一步對比和分析，得出熱液蝕變對鈾礦化的主要影響因素，為相山鈾礦田的找礦、礦產(chǎn)預測和評估提供有力證據(jù)。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)現(xiàn)狀

“國土資源大調(diào)查”為遙感地質(zhì)在發(fā)展道路上提供了新的機遇。遙感地質(zhì)在研究和應用方面取得了一些非常有成效的成果，特別是“十五”國土資源大調(diào)查開展以來，遙感技術水平得到了顯著提高，技術實力得到了明顯增強。遙感地質(zhì)不僅在理論研究、技術水平和應用方面都取得了飛速的發(fā)展，而且在地質(zhì)應用層次也得到了極大的提升（王潤生等，2008）。

在技術方面，區(qū)域性地多光譜蝕變信息提取和正射影像圖生成等技術以及在遙感信息化地建設方面都取得明顯的進步，并且都取得了非常顯著的應用成效，技術上已經(jīng)可以初步形成工程化的應用能力，基本趕上目前世界上先進的技術水平。在地質(zhì)應用的研究與高分辨率遙感等技術方面也已經(jīng)逐步展開。

在地質(zhì)應用方面，二十世紀六十年代初才有學者對巖石和礦物的紅外光譜特征進行研究，而后對巖礦光譜曲線特征的研究才開始重視，并且有關科研機構逐漸研發(fā)出了各種測量地物光譜的儀器，開始對大量的地表地物開展光譜圖像測量的工作，獲得了非常多的珍貴的地物光譜數(shù)據(jù)，并為眾多的研究領域提供了研究資料。二十世紀七十年代中期，已經(jīng)開始廣泛的開展了對巖礦在可見光-近紅外波段的光譜曲線測量。

1.2 國外現(xiàn)狀

巖石礦物的反射光譜在上個世紀三十年代，就已經(jīng)有人開始測量了一些典型礦物反射光譜的反射率，并且繪制了相應的反射光譜曲線圖像；二十世紀中期專家學者們才開始把巖礦的光譜特征當做一種物理量來進行研究；上個世紀70年代左右，美國國家航空和航天局開始建立地球資源信息系統(tǒng)，自70年代起，美國就有很多專家學者發(fā)表了許多關于巖礦在近紅外、可見光光譜特征方面的專著，較全面和系統(tǒng)的研究了巖礦的光譜曲線特征；上個世紀末期，美國地質(zhì)調(diào)查局光譜實驗室對各種類型地物的光譜曲線特征進行了較為全面的研究，并且建立了相應的標準光譜數(shù)據(jù)庫。目前為止可供免費下載的有將近800種典型植被和特征礦物反射光譜數(shù)據(jù)，其波譜范圍為200～3 000nm，極大地方便了對蝕變礦物的礦化信息提取和礦物光譜特征的研究工作。

2 研究思路及技術路線

目前為止光學遙感技術一般使用在0.4～2.5 um波段范圍內(nèi)，巖石礦物的標準光譜反射率特征基本都與CO32-、H2O、-OH和Fe3+等一些陽離子或者陰離子基團有關。不同的礦物晶體具有不同物理化學屬性的而導致其吸收特征有所差異，形成特定的礦物光譜，包括陽離子的配位數(shù)目、陰陽離子的化合價、陰陽離子間的距離、鍵的共價程度、主要陽離子的質(zhì)量、晶體對稱的不同等特征。這些離子的特征吸收是巖礦所具有的獨特而較穩(wěn)定的吸收譜帶。而這些吸收譜帶在不同的巖礦中一些波段位置比較穩(wěn)定，且具有比較獨特而且穩(wěn)定的波形，在一定程度上指示著某種巖礦的存在。一般情況下，在可見光或近紅外波段金屬陽離子(如Fe2 +和Fe3 +等)由于電子躍遷都有特征吸收譜帶；陰離子基團(如H2O，CO32-和金屬-OH等)由于彎曲振動的影響在紅外波段產(chǎn)生倍頻或者合頻的光譜曲線特征。

地物的反射光譜圖像特征是遙感技術中用來識別各種類型地物的主要依據(jù)。地物受到一些外界因素的干擾，容易導致其反射光譜曲線特征發(fā)生改變，并使反射光譜曲線表現(xiàn)出同物異譜或者異物同譜等多種現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，為了能夠準確提取指示礦化蝕變的遙感信息，就需要采用一些專業(yè)的方法來剔除干擾信息。對于相山典型蝕變礦物的光譜數(shù)據(jù)處理，采用了重疊波段去除、降噪、均值、歸一化等處理方法，并且嘗試對典型礦物的特征反射光譜曲線進行定性和定量的分析和描述，從而建立鄒家山地區(qū)典型蝕變礦物的識別光譜模型。

3 鄒家山鈾礦床地質(zhì)特征

相山鈾礦田內(nèi)圍巖蝕變發(fā)育強烈。礦床形成前礦化蝕變相對簡單，東部和北部主要為鈉長石化，西部主要為水云母化。而成礦期的礦化蝕變則相對復雜有螢石化、水云母化、赤鐵礦化、綠泥石化、碳酸鹽化等。礦化蝕變明顯受到了構造的控制，出現(xiàn)了分帶的現(xiàn)象。東部、北部的蝕變分帶為:由外向內(nèi)，兩側依次出現(xiàn)綠泥石化-鈉長石化-碳酸鹽化，靠近中心為赤鐵礦化帶；西部蝕變帶外側出現(xiàn)了成礦前期大面積發(fā)育的水云母化，向內(nèi)為成礦早期階段地赤鐵礦化，靠近中心的螢石化和水云母化發(fā)育強烈。有些礦體因為具有多種類型蝕變和多個成礦階段相互疊加的特點，使得礦體中的鈾含量增高而形成富礦。鈾礦化類型在西部為鈾釷混合型，在北部主要為單鈾型。

圖1 鄒家山礦床地質(zhì)簡圖

1.花崗斑巖；2.斷裂；3.礦床；4.推測火山口

鄒家山礦床位于相山盆地的火山-侵入雜巖的西部地區(qū)，地表淺部的巖石基本都為侵出相的碎斑熔巖，深部地段出現(xiàn)基底變質(zhì)巖、流紋英安巖以及介于流紋英安斑巖和碎斑熔巖之間的凝灰質(zhì)碎屑巖透鏡體，而礦化主要產(chǎn)于碎斑熔巖與流紋英安斑巖的蝕變帶中?？氐V因素是斷裂和裂隙構造，即鄒家山-石洞斷裂簡稱皺-石斷裂以及與其相關的一系列張性-張扭性裂隙帶及裂隙群，這些裂隙群和裂隙帶所構成的薄弱帶不僅是地殼深部的巖漿以及含礦熱液上升運移的通道，而且是非常好的容礦空間（章衛(wèi)星等，2014）。

礦體形態(tài)多為脈狀、透鏡狀，成帶、成群出現(xiàn)，且礦帶的走向受到不同方向的裂隙構造共同控制，現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的工業(yè)礦體接近500個，礦體中只有兩個儲量>100t，其他多為中、小型。單條礦體且礦體礦化垂直深度大于700m的一般規(guī)模比較小，而由多條礦體以近乎平行排列方式所共同組成的礦帶一般都可以向下延伸幾百米。礦體產(chǎn)狀接近平行，不同的礦化帶之間的富集情況不同，且礦化帶的富集地段在各個高程上自北東向到西南向具都有明顯側伏現(xiàn)象。礦物中除了有鈾礦物，還有許多釷礦物出現(xiàn)，礦石礦物主要為鈦鈾礦、瀝青鈾礦、含釷瀝青鈾礦、鈾石、鈾釷石和方釷石等，其中以鈦鈾礦和瀝青鈾礦為主，呈脈狀、細脈狀、網(wǎng)脈狀、球粒狀，有時為浸染狀。脈石礦物主要為螢石、石英、方解石、綠泥石、水云母等；伴生地金屬礦物包括赤鐵礦、黃鐵礦、輝鉬礦等（姚宏鑫等，2013）。

4 光譜曲線特征

1）水云母化：蝕變巖石中的水云母化呈淺黃綠色，呈斑點狀及少量脈狀分布，將獲取的水云母單礦物光譜數(shù)據(jù)輸入SVC HR-768系統(tǒng)，經(jīng)過降噪、求平均值和歸一化等預處理得到反射光譜曲線如圖2。從圖2可見水云母蝕變巖石的光譜曲線中①1 390~1 420nm、②1 830~1 960nm、③2 150~2 200nm、 ④2 300~2 400nm、⑤2 400~2 480nm等5個吸收谷。

1 390~1 420nm波段處的吸收谷深、窄，主要是水云母化的礦物中存在的結構水引起的光譜吸收； 1 830~1 960nm波段處的吸收谷寬緩、深度淺，是水云母化的礦物中存在的層間水所引起的光譜吸收； 2 150~2 200nm波段處的吸收谷規(guī)模較小，呈坎狀，但穩(wěn)定出現(xiàn)；2 300~2 400nm波段處的吸收谷規(guī)模較大，在所有吸收谷中最為明顯，且深度達15nm以上，最大寬度達到70nm，形狀呈“V”字型，右肩比左肩略高；2 150~2 200nm和2 300~2 400nm兩波段位置的吸收谷都是由Al-OH 基本彎曲振動和OH-的基本伸縮振動的共同作用所引起的。Al3+離子代替Si原子存在于硅氧四面體中，或者充填OH-和活性氧共同組成的八面體空隙中。

圖2 水云母化光譜曲線

圖3 螢石化光譜曲線

還有一點，經(jīng)過了均值、均一化等處理后的光譜曲線（圖2）在2 450nm附近同樣也存在有吸收谷，由于2 400 ~2 500nm波段原始光譜曲線的噪聲太大，且該波段光譜曲線又存在明顯的水汽吸收.因此，圖2曲線上2 450nm附近的吸收谷是否能夠反映水云母化礦物本身的吸收特征還有待進一步研究來確定。經(jīng)過對上述吸收谷成因的逐一分析，所測樣品在 2 150~2 200nm、2 300~2 400nm和2 400~2 480nm波段位置的吸收谷組合穩(wěn)定出現(xiàn)，這與OH-基本伸縮振動和 Mg-OH 、Al-OH 等離子基團的基本彎曲振動有關。這3個波段吸收谷的組合，以及在350~1300nm波段光譜曲線反射率特征及固有的形態(tài)特征，連同與其相對應的光譜曲線吸收特征參數(shù)，共同組成了相山地區(qū)蝕變帶水云母化的光譜特征。其中，2 150~2 200nm位置具有明顯的診斷性吸收峰，應該屬于水云母化礦物最主要診斷性光譜特征。1 390~1 420nm和1 830~1 960nm兩波段位置的吸收谷正好位于大氣水的吸收帶附近，所以不能作為水云母化礦物的診斷性光譜特征。而670nm、880nm和960nm位置的吸收谷是水云母中Fe3+以類質(zhì)同象形式存在所引起的，對水云母化礦物光譜特征具輔助性診斷作用（何建國等，2008）。

2）螢石化：標本為碎斑熔巖，巖石總體呈灰黑色，螢石呈紫黑色條帶狀賦存于巖石標本中，巖石中可見少量赤鐵礦化和水云母化，標本的光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后可得到圖3的光譜圖像。

光譜曲線在波長在400~470nm內(nèi)，主要呈線性上升趨勢，波長位置位于650nm附近有個明顯的吸收谷，吸收谷的深度比較淺但吸收的寬度比較大，是典型的螢石化吸收特征，在960nm左右亦可見Fe3+的吸收特征。1 500nm的位置有個強烈的吸收波谷，表明-OH 振動強烈，其吸收深度、寬度、面積都較大，蝕變程度很大。曲線在1 900～2 400nm波段范圍內(nèi)存在的兩個明顯的吸收光譜帶依舊在2 200nm附近以及2 350nm 附近，符合Al-OH 基團和CO32-離子的吸收特征。

3）赤鐵礦化：赤鐵礦化簡稱紅化，標本為碎斑熔巖，顏色為黃綠色，赤鐵礦化特征明顯，其中可見少量螢石化和水云母化。標本光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，生成圖4的圖像。

曲線在可見光波段基本呈線性上升趨勢，在400~500nm之間有著正的吸收邊，指示有Fe3+的存在，抑制了巖礦的反射，波長位置960nm附近時，有一系列的波動，產(chǎn)生了明顯吸收谷，吸收谷的深度不大，但是吸收谷寬度比較大，吸收谷面積也較大，這說明了紅化的存在，且較為強烈，同時該樣品在1 200~ 1 700nm、1 900~2 270nm波長位置也出現(xiàn)了吸收寬度比較大并且吸收深度都比較大的吸收波谷，具備- OH、Al-OH 等陰離子基團振動的特征。

圖4 赤鐵礦化光譜曲線

圖5 圍巖光譜曲線

圖6 三種蝕變礦物對比光譜曲線

4）圍巖：賦礦圍巖為碎斑熔巖，顏色為灰白色，塊狀構造，斑狀結構，基質(zhì)為碎斑熔巖，標本光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，可以得到圖5。

如圖5，圖像中有3個明顯的反射峰，波長位置分別為660nm、1 900nm、2 100nm左右，在2 270nm和2 400nm具有一個很小的反射峰，在350~600nm波段內(nèi)，反射率基本呈線性上升趨勢，隨后在可見光波段內(nèi)斜率基本為負值，圖中還有3個較為明顯的吸收谷，分別在1 400nm、1 900nm、2 200nm波段附近，總的說來反射率在15%～45%，初步斷定是由于標本巖石發(fā)生了程度較強的水云母化，使得巖石內(nèi)部水的含量有所增加所造成的，另外標本巖石的顏色比較淺，在1 400nm、1900nm、2200nm左右波段位子都有明顯的吸收谷，并且吸收谷寬度和吸收谷的深度都相對較大，2200nm附近的Al-OH的吸收谷非常明顯，可以斷定巖石發(fā)生水云母化的程度比較深，在900nm附近波長位置可見到由鐵離子造成的弱譜帶特征，有這個鐵離子造成的弱譜帶可以判斷Fe3+含量的高低。

5 對比分析

將水云母化、螢石化、赤鐵礦化3組數(shù)據(jù)導入軟件得到圖6。這3個樣品巖性相同，其結構和雜質(zhì)成分基本相同，但蝕變類型和蝕變強度有明顯的區(qū)別。赤鐵礦化樣品為強赤鐵礦化弱螢石化若水云母化，螢石樣品為強螢石化弱赤鐵礦化落水云母化，水云母化樣品為強水云母化弱紅化弱螢石化。

如圖6所示350~1700nm波段范圍內(nèi)赤鐵礦化曲線最高，螢石化曲線其次其次，水云母化曲線最低，因此可以判斷在600~1700nm波段范圍內(nèi)對巖石礦物的反射率值影響最大是紅化，1 700~2 500nm波段范圍水云母化曲線反射率值最低，而且在1900nm和2200nm附近出現(xiàn)兩個吸收谷，為水云母的影響結果。由此可見，影響巖礦反射率的主要因素是蝕變類型，在相同的外界條件下蝕變類型不同其反射率程度也不同（李滿根等，2013）。

3條曲線在350~600nm波段范圍內(nèi)具有較強螢石化的反射率最低，而且螢石化越強反射率越低，而赤鐵礦化較強的反射率最高，表現(xiàn)為紅化越高反射率值越大，由此可見反射率值的高地可能由顏色和螢石化共同影響，赤鐵礦化程度與反射率值呈正相關，赤鐵礦化越強烈，顏色則越深，反射率值越大；螢石化越強烈，鈾的含量則越高，反射率值反而越低，由此可見顏色對反射率的影響程度略大于蝕變類型對反射率的影響。

6 結論

蝕變礦物類型不同其反射光譜特征也不同，這些反射光譜特征可以為礦床找礦提供新的理論依據(jù)，對遙感地質(zhì)找礦工作具有非常重要的指導意義。本文主要是對相山鈾礦田鄒家山礦床的3種典型蝕變礦物進行光譜實測，并且進行圖像處理，獲得了3種蝕變礦物的光譜曲線特征。通過對這些典型蝕變礦物光譜特征曲線和反射率特征的分析和探討，得出以下結論：

1）水云母化蝕變礦物在1 390~1 420nm處的吸收谷深、窄，主要是水云母化礦物中存在的結構水引起的光譜吸收；1 830~1 960nm處的吸收谷寬緩、深度淺，是水云母化礦物中存在的層間水引起的光譜吸收；2 150~2 200nm和2 300~2 400nm兩波段位子的吸收谷均是由Al-OH 基本彎曲振動和OH-的基本伸縮振動的合頻引起的。

2）蝕變類型與反射率大小之間存在一定關系：水云母化程度越高反射率值越低，赤鐵礦化程度越高反射率值越高，可見顏色對反射率的影響程度略大于蝕變對反射率的影響，螢石化越強，鈾含量則越高，反射率值越低。

3）3種蝕變礦物光譜曲線在350~600nm波段范圍內(nèi)基本呈線性上升趨勢，曲線波動不大，受螢石化作用的影響明顯，在600~1 700nm波段范圍內(nèi)受赤鐵礦化的作用明顯，在1 700~2 500nm波段范圍內(nèi)受水云母化的作用明顯。

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Spectrogram of Main Altered Minerals of the Zoujiashan Uranium Deposit in the Xiangshan Ore Field

RAO Zheng

(College of Earth Science, East China University of Technology, Nanchang 330013)

The Xiangshan ore field is the largest one in China so far. It is controlled by structure. Strong wallrock alterations such as hydromicazation, fluoritization and hematitization are well developed in the Zoujiashan uranium deposit. Reflectance of minerals changes with wavelength and different altered minerals differ in reflectance spectrum. Spectrum curves of main altered minerals under visible light to near infrared band are obtained by SVC HR-768 spectrometer. This study deals with main factors to have an influence on reflectance of altered minerals in the Zoujiashan uranium deposit and establishes corresponding spectrum models which provide theoretic basis for searching for uranium deposit.

uranium deposit; altered mineral; spectrogram; Zoujiashan; Xiangshan orefield

2017-03-31

國防科技工業(yè)局項目（科工二司〔2014〕1587號）

饒崢（1992- ），男，江西南昌人，研究生，研究方向：礦物學

P619.14

A

1006-0995（2017）04-0604-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2017.04.017