郭 娜, 王馨晨

1. 成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院, 四川 成都 610059

2. 數(shù)學(xué)地質(zhì)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(成都理工大學(xué)), 四川 成都 610059

3. 蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué)信息工程學(xué)院, 甘肅 蘭州 730020

引 言

礦物的診斷光譜源于晶體中電子躍遷或原子基團(tuán)的振動(dòng)過(guò)程, 譜帶位置和波形是識(shí)別和區(qū)分蝕變礦物類別的主要標(biāo)志[1]。 Al—OH基團(tuán)的診斷光譜吸收特征位于2 200 nm附近[2]。 以2 200 nm波長(zhǎng)為中心, 20 nm為半徑的遷移范圍內(nèi)涉及的礦物主要包括白(絹)云母、 高嶺石、 蒙脫石、 伊利石、 明礬石、 埃洛石、 黃玉、 電氣石等(圖1)。

圖1 2 200 nm附近具有吸收峰的主要礦物光譜曲線(據(jù)澳大利亞CSIRO地學(xué)光譜識(shí)別軟件TSG光譜庫(kù)修改)

2 200 nm附近的光譜參數(shù)變化對(duì)火山、 熱液型礦床類型識(shí)別及成礦預(yù)測(cè)具有十分重要的意義。 例如波長(zhǎng)位置可指示距離熱源中心的遠(yuǎn)近[3], 吸收深度可指示礦體的貧富差異, 波形可指示不同的礦物組合[4]; 找礦勘查中, 利用其光譜吸收峰值的移動(dòng)可反演流體運(yùn)移軌跡[5]、 礦化中心[6]等。 地質(zhì)勘查中認(rèn)為2 200 nm短波紅外光譜吸收特征極為重要, 但相關(guān)研究?jī)H限于波長(zhǎng)變化的研究[7-8], 其他光譜參量幾乎未涉及。 本研究針對(duì)地質(zhì)學(xué)中十分重要的Al—OH基團(tuán)2 200 nm處的電磁波振動(dòng)特征開(kāi)展形態(tài)學(xué)分析, 對(duì)其反映的礦物、 礦床學(xué)指示性進(jìn)行深入探討, 厘定該振動(dòng)基團(tuán)不同光譜參數(shù)對(duì)斑巖系統(tǒng)礦床找礦勘查的重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品

樣品分別取自西藏的甲瑪斑巖-矽卡巖銅多金屬礦床、 斯弄多低硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床和多龍鐵格隆南斑巖-高硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床的鉆孔中(表1), 三個(gè)礦床中蝕變礦物類型及組合分帶特征與經(jīng)典勘查模型一致。 樣品兼顧了斑巖系統(tǒng)各類型礦床的成礦特點(diǎn)和蝕變組合變化規(guī)律, 分別選擇距離熱源不同遠(yuǎn)近、 不同深度進(jìn)行隨機(jī)取樣, 保證了樣品具有不同蝕變分帶的代表性。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品基本情況表

1.2 儀器與測(cè)量

采用美國(guó)ASD便攜式光譜測(cè)量?jī)x, 波長(zhǎng)范圍從350～2 500 nm。 700 nm附近光譜分辨率可達(dá)到3 nm; 1 400和2 100 nm附近的光譜分辨率為6 nm。 巖石掃面過(guò)程中速度可達(dá)100 ms, 從可見(jiàn)光到短波紅外區(qū)間的巖石光譜曲線, 波長(zhǎng)準(zhǔn)確性可達(dá)到0.5 nm。

光譜測(cè)量選擇在沒(méi)有外界光源干擾的暗室里操作, 采用鹵素仿太陽(yáng)光源進(jìn)行唯一光照, 以保證特征波譜的準(zhǔn)確性。 測(cè)量時(shí), 對(duì)每一件樣品進(jìn)行清洗、 曬干, 避免因其他物質(zhì)對(duì)光譜反射-吸收特征的干擾。

1.3 方法

利用Origin軟件對(duì)測(cè)量波譜分別求取平均值, 以平均波譜曲線反映不同類型礦床中的典型蝕變礦物組合特征; 采用二階導(dǎo)數(shù)增強(qiáng)平均波譜曲線, 以獲取2 200 nm附近準(zhǔn)確的光譜參數(shù): 吸收位置、 波長(zhǎng)、 吸收峰移動(dòng)位移、 對(duì)稱度、 光譜吸收寬度(FWHM)、 吸收指數(shù)等。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同礦床類型波譜特征

2.1.1 多龍鐵格隆南斑巖-高硫化淺成低溫?zé)嵋盒豌~礦床

多龍鐵格隆南是典型的斑巖-高硫化淺成低溫?zé)嵋盒偷V床, 高硫化型礦體賦存于明礬石-地開(kāi)石-高嶺石酸性礦物組合蝕變帶中。 從實(shí)測(cè)樣品的光譜特征來(lái)看[圖2(a)]: (1)鉆孔淺部樣品總體光譜反射率大于深部樣品, 說(shuō)明淺部以淺色礦物(或含水少的礦物)為主, 深部以暗色礦物(或含水較多的礦物)為主; (2)2 200 nm附近吸收特征: 樣品②③④都具有雙峰結(jié)構(gòu), 說(shuō)明其中含有大量高嶺石或地開(kāi)石礦物; 樣品①和⑤都只具有單峰結(jié)構(gòu), 說(shuō)明以絹云母礦物為主。 由于深部鉆孔樣品來(lái)源于花崗閃長(zhǎng)斑巖, 因此巖體中含有更多短波無(wú)法識(shí)別的高溫礦物。 從光譜吸收強(qiáng)度來(lái)看, 樣品⑤吸收強(qiáng)度相對(duì)較弱, 說(shuō)明絹云母含量較少, 這與地質(zhì)事實(shí)是完全吻合的; 樣品③的吸收峰深度變化最為顯著, 說(shuō)明絹云母-地開(kāi)石-高嶺石礦物的含量較其他樣品更高; (3)結(jié)合明礬石的診斷吸收峰1 765和1 475 nm光譜特征來(lái)看, 樣品②和④中還含有明礬石礦物, 說(shuō)明這兩件樣品的空間位置更靠近高硫化礦體蝕變內(nèi)帶的酸性淋濾核; (4)樣品①和③在1 910 nm附近出現(xiàn)吸收峰, 說(shuō)明其中可能含有少量伊利石(或水白云母)。

2.1.2 甲瑪斑巖-矽卡巖型銅多金屬礦床

甲瑪樣品均采自礦體頂部位置的硅化角巖中, 從樣品的實(shí)測(cè)光譜曲線特征來(lái)看[圖2(b)]: (1)所有樣品在2 200 nm處都只具有單峰結(jié)構(gòu), 說(shuō)明主要與絹云母族礦物相關(guān); (2)樣品①②③的譜形極其相似, 除2 200 nm附近吸收峰外, 在1 910 nm附近都產(chǎn)生的強(qiáng)烈的吸收, 說(shuō)明礦物中部分絹云母被交代為伊利石(或水白云母); (3)樣品④在短波紅外區(qū)間的光譜吸收特征極弱, 說(shuō)明樣品中除少量絹云母外, 可能存在大量短波無(wú)法識(shí)別的礦物; (4)樣品⑤則表現(xiàn)為單一性的絹云母礦物。

2.1.3 斯弄多低硫化淺成低溫?zé)嵋盒豌y鉛鋅礦床

斯弄多屬于低硫化淺成低溫?zé)嵋盒偷V床, 礦體賦存位置與絹云母-伊利石-蒙脫石蝕變帶關(guān)系密切。 從樣品的實(shí)測(cè)光譜曲線特征來(lái)看[圖2(c)]: (1)所有樣品在2 200 nm附近都具有單峰結(jié)構(gòu), 且在1 910 nm附近都具有強(qiáng)烈的H2O吸收峰, 說(shuō)明全部與絹云母-伊利石混合礦物相關(guān); (2)由于蒙脫石的診斷光譜并不顯著, 因此無(wú)法通過(guò)波長(zhǎng)位置判斷伊利石-蒙脫石之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系; (3)樣品④在1 400 nm之后反射率出現(xiàn)陡傾斜上升趨勢(shì), 由于BQZK0022鉆孔位于隱爆角礫巖型礦體與熱液型礦體的交叉位置, 因此推測(cè)光譜的陡傾斜上升可能與巖性相關(guān), 也可能受到隱爆作用的影響。

2.2 波形對(duì)比與分析

計(jì)算三個(gè)礦床的鉆孔巖心波譜平均值后發(fā)現(xiàn)[圖2(d)]: (1)平均波譜保留了主要蝕變礦物的光譜特征, 例如①中在2 200 nm的雙峰結(jié)構(gòu), 以及明礬石的光譜特征; (2)均值后②③的譜形極為相似, 原因是絹云母與伊利石均屬于白云母族礦物, 二者的化學(xué)結(jié)構(gòu)完全相同, 區(qū)別僅存在于水分子的含量方面; (3)水對(duì)光譜具有顯著吸收作用, 受礦物中含水量的差異性影響, 使得低硫化淺成低溫?zé)嵋盒偷V床光譜反射率明顯低于斑巖型。

利用二階導(dǎo)數(shù)增強(qiáng)的方法, 依次提取2 200 nm波長(zhǎng)位置的平均光譜參數(shù)信息(表2), 對(duì)比發(fā)現(xiàn): (1)高硫化淺成低溫?zé)嵋盒汀邘r型→低硫化淺成低溫?zé)嵋盒偷V床, 光譜范圍的閾值最小值繼續(xù)向低值方向移動(dòng), 可辨光譜分辨率為10 nm; (2)低硫化淺成低溫?zé)嵋盒偷V床可利用2 200 nm處吸收深度的負(fù)向高值變化予以特征識(shí)別, 同時(shí)光譜范圍、 光譜對(duì)稱度和光譜吸收指數(shù)表現(xiàn)出的低值也可作為該類型礦床厘定的輔助診斷因子; (3)高硫化淺成低溫?zé)嵋盒秃桶邘r型礦床區(qū)分的主要識(shí)別標(biāo)志為2 200 nm附近的波譜雙峰結(jié)構(gòu), 前者具有雙峰, 后者則不具備; 平均光譜差異性較小, 吸收面積可作為輔助診斷因子。

表2 不同礦床類型2 200 nm光譜參數(shù)信息表

2.3 光譜曲線函數(shù)擬合

采用GaussAmp函數(shù)進(jìn)行平均光譜曲線擬合

y=y0+Ae-(x-xc)2/2w2)

式中,y0為偏移值,xc為峰值中心,w為幅寬,A為峰高。

利用Origin軟件對(duì)不同礦床類型的平均波譜曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合, 雖然GaussAmp函數(shù)對(duì)2 200 nm附近光譜范圍內(nèi)的單峰擬合效果都比較好, 但對(duì)比后發(fā)現(xiàn): 以絹云母族礦物為主的甲瑪和斯弄多礦床, 實(shí)測(cè)光譜與函數(shù)特征吻合度極高(方差接近1); 擬合度相對(duì)較差的是高硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床(方差為0.802 91), 主要偏差出現(xiàn)在光譜閾值的低值處, 作者認(rèn)為是由地開(kāi)石-高嶺石礦物組合的雙峰結(jié)構(gòu)差異造成(表3)。

表3 不同類型礦床擬合曲線與參數(shù)表

3 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)比斑巖系統(tǒng)不同類型礦床的巖心波譜曲線, 發(fā)現(xiàn)光譜區(qū)分敏感度表現(xiàn)為: (1)2 200 nm處基團(tuán)位移的波譜范圍可作為最敏感因素參與斑巖系統(tǒng)礦床類型的區(qū)分, 它可反映不同類型礦床中主要蝕變礦物的晶體結(jié)構(gòu)與離子替代變化, 光譜分辨率為10 nm; (2)高硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床的平均波譜在2 200 nm附近呈雙峰結(jié)構(gòu), 斑巖及低硫化淺成低溫?zé)嵋旱V床則呈單峰結(jié)構(gòu); (3)利用二階導(dǎo)數(shù)增強(qiáng)平均反射波譜后, 低硫化淺成低溫?zé)嵋盒偷V床在2 200 nm附近的光譜吸收深度呈負(fù)值, 且受水分子含量影響表現(xiàn)出光譜對(duì)稱性比較差、 光譜吸收指數(shù)比較低的特點(diǎn); (4)GaussAmp函數(shù)對(duì)于白云母族礦物為主的2 200 nm附近吸收峰擬合效果極佳(R2接近1)。