-
围岩蚀变是热液矿床直接的找矿标志，短波红外、热红外光谱技术能有效探测和识别围岩蚀变类型，因此可广泛应用于热液矿床的找矿勘查。短波红外光谱（SWIR）技术可应用于与热液蚀变有关矿床的矿物学、蚀变地质填图研究（Clark et al.，1990；Yang Kai et al.，2011; Doublier et al.，2012；Zaini et al.，2016；Guo Na et al.，2019），能快速识别二八面体硅酸盐矿物（高岭石、白云母、铝蒙脱石）（赵利青等，2008; Doublier et al.，2010; 郭娜等，2018a），三八面体片状硅酸盐矿物（绿泥石、黑云母）（Abweny et al.，2016; Govil，2017），碳酸盐矿物（方解石、菱铁矿）（Hunt et al.，1974; Crowley，1986），和石膏、明矾石等硫酸盐矿物（Lypaczewski and Rivard，2018; 郭娜等，2018b）。热红外光谱（TIR）则可快速区分长石、石英，以及石榴子石-辉石等矽卡岩矿物（Hamilton and Christensen，2000； Cudahy et al.，2001；Schodlok et al.，2016; Hecker et al.，2019；黄一入，2021）。
-
新巴尔虎右旗达斯呼都格（简称达斯）矿区位于内蒙古呼伦贝尔市满洲里市呼伦镇。域内岩浆活动强烈，火山岩、潜火山岩发育，NE向主干断裂与NW向次生断裂构成了主体构造格架，控制着域内火山机构与侵入岩的分布形态。主、次断裂交汇处热液活动频繁，对成矿有利。区域内已发现乌奴格吐山大型斑岩铜钼矿床（简称乌山矿床）、甲乌拉大型潜火山热液脉状铜锌铅银金矿床（简称甲乌拉矿床）、查干布拉根大型潜火山热液脉状银铅锌金矿床（简称查干布矿床）等（解成波等，2001；陈志广等，2008；杨梅，2017；曹艳华等，2020）。达斯矿区距离乌山的直线距离仅21 km，野外调查发现域内大量玉髓，且在矿区向西13 km处发现大量明矾石及铁锰质物质。区内分布大型、小型矿床（点）较多，集中分布于哈尼沟成矿亚带和木哈尔成矿亚带（图1a），矿体分布方向明显受到NE向构造控矿作用。
-
研究区内侵入岩发育，已发现的矿体主要位于正长斑岩的岩体接触带，区内斜长石化、绢云母化和泥化发育。在钻孔ZK803中及其附近有大量黑色电气石出露，硅化强烈。前期针对内蒙古达斯矿区开展地质岩性调查、地球物理磁测和土壤地球化学特征等研究（李兵院等，2021），本次工作主要采用（短波+热红外）光谱勘查技术，结合矿物地球化学和显微镜下鉴定，以期通过蚀变矿物组合及其空间分布变化特征，厘定矿体与典型蚀变矿物的空间变化规律，探讨以指针矿物为标识的成矿物理化学条件，确定找矿方向，为研究区外围或深部找矿勘查指明方向。
-
1 研究区地质概况
-
研究区大地构造位置处于得尔布干深大断裂西侧（图1a），属中生代大兴安岭-燕山火山岩带中部（祁民等，2017）。主要出露前寒武纪基底、寒武纪—前中生代陆相火山、沉积盖层岩系和中新生代陆相火山-碎屑岩系。区域上兴凯运动奠定了NE向褶皱和断裂为主的基底构造格局，同时发育NW向、NNW向次级断裂。区内岩浆活动强烈，发育兴凯期、海西期、燕山期的中酸性侵入岩，奥陶纪、泥盆纪、石炭纪和中生代多期潜火山喷发等岩浆活动，火山岩以陆相火山岩为主。
-
矿区出露地层简单，以中侏罗统塔木兰沟组（J2tm）玄武岩、满克头鄂博组粗安玢岩（J3mk）、第四系全新统（Qh）松散堆积物为主（图1b）。研究区位于巴灵高吉日格-乌兰诺尔断裂的北东侧，矿区次级构造以近NS向断裂（F1、F4）为主，椭圆形潜火山岩体和火山机构分布于SN向次级构造中。岩浆活动形成以正长斑岩为中心的环状（F14、F15、F7、F3、F9、F10）、放射状断裂构造（F11、F12、F2、F5、F6）。岩浆岩以燕山期潜火山岩和喷出岩为主，其中燕山晚期以浅成侵入岩为主，岩石类型复杂，与成矿关系密切（李兵院等，2021）。围岩蚀变主要有硅化、电气石化、铁锰碳酸盐化、绿帘石化、绿泥石化、碳酸盐化、高岭土化、绢英岩化等。
-
矿区主要产出铅矿体，采用铅边界品位0.3%，最低工业品位0.7%的指标进行矿体圈定，共发现脉状铅矿体19条，主要产于勘查区东部的隐爆角砾岩筒中，分布于4~10号勘探线，深度为650 m标高以浅，赋矿围岩为隐爆角砾岩，矿体规模小、品位低（李兵院等，2021）。
-
2 样品采集与光谱测量
-
本次红外光谱调查主要针对矿区钻孔和地表岩石样品开展热红外+短波红外光谱测量，以2 m采样间距采集22个钻孔ZK1209、ZK0002、ZK0004、ZK0301、ZK0401、ZK0803、ZK0804、ZK0805、ZK0806、ZK1001、ZK1202、ZK1602、ZK2001、ZK2802、ZK3201、ZK0003、ZK0005、ZK0801、ZK0807、ZK1201、ZK1204、ZK1207的岩芯样品光谱数据，对总计6520件岩芯样品进行了短波红外光谱测量；以100 m间距采集地表岩石样品1971件，并开展了短波红外+热红外光谱测量。
-
短波红外光谱测量采用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1300~2500 nm）和美国ASD便携式光谱分析仪（测量光谱范围为350~2500 nm）共同完成；热红外光谱测量采用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2500~15500 nm）完成。
-
波谱分析分别采用了澳大利亚TSG软件和Origin统计分析软件。其中矿物的自动识别在软件TSG中完成，典型矿物的波谱曲线识峰以及增强处理在Origin中完成；混合矿物波谱的解析采用最小二乘法解混完成；综合信息GIS叠加分析采用ARCGIS 10.5完成。
-
结合野外编录，针对典型蚀变矿物所在位置进行标识，磨制成35 mm×25 mm，厚0.03 mm的标准电子探针片。在成都理工大学矿物实验室利用莱卡DM2500P偏光显微镜进行镜下观察。以晶体光学、岩石学为理论基础，确定不同蚀变矿物的颜色、类型、共生矿物等。
-
利用日本岛津公司的EPMA-1600电子探针测试仪器（加速电压15 kV；电流20 nA；束斑直径5 μm；校正ZAF；温度25℃；湿度55%~60%）进行蚀变矿物中元素类型与含量的分析测试，实验在成都地质调查中心实验室和西南石油大学实验室完成。
-
图1 内蒙达斯大地构造位置（a）及矿区地质图（b）（据李兵院等，2021修改）
-
Fig.1 Geotectonics location (a) and mine geological map (b) in Dasi district, Inner Mongolia (modified from Li Bingyuan et al., 2021)
-
1 —第四系；2—凝灰岩；3—粗面岩；4—玄武岩；5—正长斑岩；6—细粒正长岩；7—粗安玢岩；8—隐爆角砾岩带；9—实测断层；10—物探推测断层及编号；11—钻孔及编号；12—呼伦湖地堑；13—断裂；14—大型矿床；15—小型矿床；16—研究区
-
1 —Quaternary; 2—tuff; 3—trachyte; 4—basalt; 5—syenite porphyry; 6—orthoclasite; 7—trachyandesite porphyrite; 8—cryptoexplosive breccia zone; 9—measured fault; 10—geoplhysical speculation fault and its number; 11—drilling hole and its number; 12—hulun Lake graben; 13—fracture; 14—large deposits; 15—small deposits; 16—study area
-
3 结果
-
3.1 蚀变矿物总体分布特征
-
3.1.1 钻孔蚀变矿物分布特征
-
以钻孔ZK0803为例，短波红外测试结果显示：蚀变矿物主要为绢云母、高岭石、蒙脱石、绿泥石、明矾石，存在极少量石膏、黑云母等。矿物组合特征表现为（地表→深部）：高岭石+绢云母+（钠明矾石）→蒙脱石+绢云母→绿泥石+蒙脱石+伊利石→绿泥石+蒙脱石+白云石。浅部（0~300 m）由绢云母与高岭石矿物组成；中部（300~440 m）以蒙脱石和绢云母混合矿物为主；深部（440 m以深）则由绿泥石、蒙脱石、白云石和伊利石组成（图2）。
-
对ZK0803不同深度岩芯样品薄片镜下鉴定发现：① 钻孔浅部发育铁电气石、绢云母和高岭石（地下300 m以浅），其中钾长石（图3a，d，f）和高岭石仅在钻孔浅部出现（图3b）；② 绢云母中Al3+替代了Fe3+，而多余的Fe3+与熔体中富含B的挥发组分形成了长柱状黑色铁电气石（图3c~e）；③ 钻孔深部形成绿泥石、绿帘石及蒙脱石（图3g~l），伴生斜长石、片状白云母等，表现为岩体附近绿泥石化的蚀变矿物组合分布特征。
-
图2 内蒙古达斯矿区钻孔ZK0803蚀变矿物总体识别与矿物组合分布图
-
Fig.2 Alteration minerals combination and distribution showed in core ZK0803 of Dasi deposit, Inner Mongolia
-
3.1.2 地表岩石样品蚀变矿物分布特征
-
地表岩石样品短波红外光谱测量发现，主要蚀变矿物有绢云母、高岭石和蒙脱石，含有少量电气石（图4a）；地表岩石样品热红外光谱测量发现，主要为石英、钠长石、微斜长石和奥长石等矿物，还含有少量拉长石、钾长石、中长石等（图4b）。
-
根据图4a可知：① 研究区北部以高岭石为主，南部以蒙脱石为主；② 泥化蚀变矿物组合及空间分布特征总体沿NE—SW向，与区域主体构造走向一致；③ 蚀变矿物组合由北至南总体表现为：高岭石→绢云母+伊利石→绢云母+蒙脱石+高岭石；④ 南、北部整体发育中度泥化蚀变，中部逐渐过渡为绢云母化，显示研究区中部为蚀变内带。图4b反映出：① 火山岩中钠长石和微斜长石广泛分布，具有典型碱性花岗岩特征；② 拉长石沿NW—SE向展布，与区内次级构造的走向一致；③ 微斜长石发育为热液蚀变过程钾化所致，同时钠长石是碱性花岗岩的造岩矿物。
-
3.2 主要蚀变矿物光谱及其地球化学特征
-
3.2.1 白（绢）云母
-
白（绢）云母是一种常见的层状硅酸盐矿物，具细鳞片状结构，晶体结构由两层硅氧四面体和一层铝氧八面体构成（李胜荣，2018），化学通式为AB2[C4O10]（OH）2。其中A代表充填云母结构层之间12次配位位置的大半径阳离子，例如K+、Na+、Ca2+、H3O+、Ba2+等；B代表充填云母结构层内八面体空隙的阳离子，一般包括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。在2200 nm处Al-OH基团对电磁波的吸收特性可作为特征光谱对白（绢）云母矿物识别。
-
以钻孔ZK0803-84样品为例，短波红外光谱测量的波谱曲线与光谱库中白（绢）云母进行全波形匹配后，均方根误差（RMSE）为0.00687，波谱曲线在波长2202 nm处表现出显著的吸收特征峰值（图5a）。虽然短波红外光谱无法区分白云母与绢云母（细粒白云母），但在正交偏光和单偏光显微镜下发现样品中不但含有高温片状白云母，也具有中低温蚀变后的细粒绢云母，同时伴有斜长石和石英矿物（图5b、c）。说明早期高温气成-热液交代部分长石形成白云母，且与石英共伴生；后期流体温度降低，中低温热液交代长石形成绢云母，因此镜下看到长石、石英、白云母、绢云母共存的现象，2202 nm的波长吸收特征主要反映了中低温特征下的绢云母蚀变矿物。
-
3.2.2 电气石
-
电气石，Na（Mg，Fe，Mn，Li，Al）3Al6（Si6O18）（BO3）3（OH，F）4，是地壳中重要的含硼矿物之一。研究区8号勘探线浅地表及地下300 m以浅分布大量黑色电气石（图3a~f），电子探针矿物的主量元素分析结果表明（表1）：钻孔ZK0803不同深度电气石的主量元素Na、Mg、Ca、Si、Mn含量从浅部至深部逐渐降低，Ti含量显著升高，F含量极低。
-
图3 内蒙古达斯矿区钻孔ZK0803不同深度样品镜下照片
-
Fig.3 Pictures of the samples in the different depth of core ZK0803 observed by microscope in Dasi deposit, Inner Mongolia
-
（a）—108 m单偏光照片；（b）—214 m单偏光照片；（c）—288 m单偏光照片；（d）—108 m正交偏光照片；（e）—214 m正交偏光照片；（f）—288 m正交偏光照片；（g）—438 m单偏光照片；（h）—470 m单偏光照片；（i）—532 m单偏光照片；（j）—438 m正交偏光照片；（k）—470 m正交偏光照片；（l）—108 m正交偏光照片；Qtz—石英；Pl—斜长石；Ms—白云母；Ser—绢云母；Kfs—钾长石；Tur—电气石；Kln—高岭石；Bt—黑云母；Chl—绿泥石；Ep—绿帘石；Mn—蒙脱石
-
（a）—108 m single polarized photo; (b) —214 m single polarized photo; (c) —288 m single polarized photo; (d) —108 m orthogonal polarized photo; (e) —214 m orthogonal polarized photo; (f) —288 m orthogonal polarized photo; (g) —438 m single polarized photo; (h) —470 m single polarized photo; (i) —532 m single polarized photo; (j) —438 m orthogonal polarized photo; (k) —470 m orthogonal polarized photo; (l) —108 m orthogonal polarized photo; Qtz—quartz; Pl—plagioclase; Ms—muscovite; Ser—sericite; Kfs—potash feldspar; Tur—tourmaline; Kln—kaolinite; Bt—biotite; Chl—chlorite; Ep—epidote; Mn—montmorillonite
-
图4 内蒙古达斯矿区地表岩石样品蚀变矿物短波红外光谱识别结果分布图（a）和热红外光谱识别结果分布图（b）
-
Fig.4 The distribution of minerals measured by SWIR (a) and TIR (b) technique in Dasi deposit, Inner Mongolia
-
图5 内蒙古达斯矿区样品ZK0804-84短波红外波谱（a）、正交偏光（b）和单偏光（c）镜下照片
-
Fig.5 The SWIR spectrum (a) and pictures derived from orthogonal polariscope (b) and single polariscope (c) of ZK0804-84 in Dasi deposit, Inner Mongolia
-
Ms—白云母；Ser—绢云母；Qtz—石英；Pl—斜长石
-
Ms—muscovite; Ser—sericite; Qtz—quartz; Pl—plagioclase
-
利用电子探针结果计算电气石晶体化学式：XY3Z6[T6O18][BO3]3V3W（其中，X=Na，Ca，K，空位；Y=Mg，Fe2+，Fe3+，Al，Li，Mn，Cr，V，Ni；Z=Al，Mg，V，Cr，Fe3+；T=Si，Al，B；V=OH，O；W=OH，O，F），根据31个阴离子（O，OH，F）进行计算，并假设单位晶胞中B原子数为3，OH+F=4 apfu（每个分子中原子数目），T+Z+Y=15，Li=15-（Si，Al，Mg，Fe，Mn，Zn，Ti的摩尔数），计算结果见表2。Y位置主要为Mg-Fe2+的特征判断，钻孔中样品为黑电气石-镁电气石系列； X位置主要为Na的特征，判断样品为碱基电气石； W位置主要为OH的特征，判断样品为羟基电气石。
-
电气石一般具有两个明显的吸收峰，分别位于2200 nm和2370 nm附近，在2240~2250 nm有一个次级吸收峰，另外在1430 nm和1570 nm附近的两个吸收峰可作为特征光谱来识别电气石类型。野外调查中发现8号勘探线地表分布大量黑色电气石（图6a），短波红外光谱测量和混合矿物线性拟合显示：矿物组成为绢云母（49%）、电气石（16%）（RMSE=0.00793），另外还有少量闪石及硫酸盐矿物（图6b）。结合钻孔ZK0801-24浅地表样品的镜下鉴定（图6c），发现两类电气石一类具有简单环带结构，另一类不具明显环带。因此，对两类电气石的不同位置开展电子探针分析，结果显示（表3）：① 不具有环带结构的电气石含F，而具有简单环带构造的电气石不含F；② 电气石内部富Mg贫Fe，而外部则富Fe贫Mg。
-
注：*表示预测可能存在的元素。
-
图6 内蒙古达斯矿区电气石手标本（a），光谱曲线（b）及钻孔ZK0801-24矿物探针点位标示（c）图
-
Fig.6 The tourmaline hand specimen (a) , spectral curve (b) and EPMA measured points (c) in core ZK0801-24 of Dasi deposit, Inner Mongolia
-
注：“-”代表测试数据低于仪器检出限。
-
3.3 蚀变矿物组合与蚀变填图
-
对研究区08号勘探线剖面（EW向）开展基于短波红外技术的蚀变矿物填图（图7），结果显示：① 铅矿体主要位于距离地表300 m以浅的深度范畴，总体走向为NE-SW，矿体呈细脉状，品位较低。其中浅部矿体位于绢云母+高岭石+（钠明矾石+黄玉）蚀变带，深部矿体位于断层接触带；② 从矿体分布的形态来看，构造控制了矿体的形成，矿体分布在F8断裂带；③ 从矿化中心向外，依次形成了绢云母化→绢云母+高岭石→绢云母+蒙脱石→蒙脱石+绿泥石的蚀变分带。
-
4 讨论
-
4.1 矿物Al-OH基团光谱特征变化的勘查指示意义
-
4.1.1 吸收深度变化对矿物类型的区分
-
研究区富含Al-OH的蚀变矿物主要为绢云母和高岭石两种，Al-OH基团在2200 nm附近的光谱识别结果可能为二者的混合物。基于两种矿物中Al-OH基团数量的差异性，采用光谱吸收深度能够较为明确的区分二者。
-
提取光谱样品在2200 nm附近的吸收深度，与Pb品位开展相关性分析（图8）。显示： ① 2200 nm附近吸收深度与Pb品位变化呈正相关关系。设y为Pb品位，x为绢云母在2200 nm附近的吸收深度，经拟合后y=0.1217x（R2=0.9178），表明绢云母光谱吸收深度与Pb矿石品位有一定的对应关系；② 绢云母的光谱吸收深度＜10%，而高岭石的光谱吸收深度＞10%。因此，可将10%的光谱吸收深度作为绢云母与高岭石矿物类型的区分阈值。
-
4.1.2 绢云母波长变化对流体活动的指示
-
研究区地表与钻孔样品的光谱测量结果显示：矿体与绢云母族矿物的关系密切。研究表明，绢云母矿物的Tschermak反应SiⅣ[Mg，Fe2+]Ⅵ—AlⅣ，且AlⅥ能够通过2200 nm附近的Al-OH波长漂移变化反映出来，短波红外光谱是获取绢云母矿物固溶体结构变化的一种快速技术（Thompson et al.，1999）。
-
长波绢云母可指示深部热源的位置，短波绢云母可反映深部岩浆热液与外部大气降水的混合作用Guo Na et al.（2019），通过长波和短波绢云母的空间分布可确定外部冷水的活动轨迹（郭娜等，2022），绢云母波长还能反映流体pH值的变化（Halley，2015）及固溶体结构中离子的替换（Wang Rui et al.，2017）。因此，提取不同勘探剖面的钻孔样品在2200 nm附近的吸收峰波长值，经克里金（Krigging）插值分析后显示：① 研究区长波白（绢）云母在EW向（8号勘探线）剖面中未出现向深部延伸的趋势，难于确定深部热源位置；短波白（绢）云母在钻孔ZK807西侧形成聚集，且由地表向深部呈现垂向聚集、向外扩散的变化趋势，具有一定程度大气降水加入的特征（图9a）。正是由于浅部大气降水与深部岩浆热液的流体混合，才致使成矿温度、压力骤降，进而导致隐爆作用的产生；而大气降水的参与也使得流体pH值升高并偏于中性。② 长波绢云母集中分布于钻孔ZK803与ZK401之间，并呈现出由深部至浅部垂向上逐渐减少的变化趋势（图9b），表明热源中心位于钻孔ZK0803~ZK0401之间，热源深度600 m左右，热液流体沿钻孔ZK0401一带向上运移。因此，矿体也集中分布于8 号至12号勘探线之间，以钻孔ZK0803为矿化中心。
-
图7 内蒙古达斯矿区8号勘探线蚀变填图
-
Fig.7 The alteration minerals mapping concerning No.8 prospecting line in Dasi deposit, Inner Mongolia
-
图8 内蒙古达斯矿区2200 nm光谱吸收深度与Pb品位相关性分析图
-
Fig.8 The correlation analysis between 2200 nm spectral absorption depth and Pb grade in Dasi deposit, Inner Mongolia
-
4.1.3 绢云母Al-OH基团综合光谱信息与外围成矿潜力分析
-
综上所述，研究区绢云母的光谱吸收深度能定量化表达Pb品位变化，波长位置的漂移又与流体活动关系密切。因此，基于波谱样本中绢云母在2200 nm附近的波长及吸收深度两个参数，分别进行Krigging插值并栅格化，完成栅格数据重分类。采用GIS叠加分析执行逻辑叠加运算，以n倍标准差（nδ）为阈值对叠加后的数据进行潜力级别划分。
-
通过波长变化与矿体埋深的关系、吸收深度与矿体品位之间的相关性分析，将成矿潜力的重要程度分为三级：值域范围为4δ~5δ之间为一级异常区，成矿潜力最好；5δ~6δ为二级异常区，成矿潜力次之；6δ~7δ与3δ~4δ值域范围作为三级异常区；其它值域范围则认为无找矿潜力（图10）。结果表明：① 异常分布面积最大的区域目前已被勘探工程所控制，但外围仍具有一定找矿潜力。其中外围Ⅰ号异常区分布面积最大，Ⅱ号异常区位于Ⅰ号的北部，二者总体呈现近NS向展布；Ⅲ号异常区呈环状分布，推测与北部小侵入岩体相关；Ⅳ号异常区总体受NE-SW向构造控制；② Ⅰ号异常区域内的地表可见硅帽、隐爆角砾岩及凝灰岩分布（图1b），项目组在本次研究成果的基础上，在Ⅰ号异常区开展了物探和土壤地球化学勘查，证实该异常的存在；③Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号异常区分布的面积较小，XRF测试结果显示出明显的Pb异常，矿物的光谱识别结果为高岭石及少量明矾石，因此认为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号异常区可能存在铅矿化体。
-
图9 内蒙古达斯矿区钻孔Al-OH波长变化插值图
-
Fig.9 Interpolation diagram of Al-OH wavelength shifts in cores of Dasi deposit, Inner Mongolia
-
（a）—8号勘探线剖面; （b）—垂直8号勘探线剖面
-
(a) —the No.8 exploration profile; (b) —the profile perpendicular to No.8
-
图10 基于光谱特征变化的内蒙古达斯矿区找矿预测图
-
Fig.10 The prospecting prediction of Dasi deposit, Inner Mongolia based on spectral feature changes
-
4.2 矿床类型的厘定
-
浅成低温热液型矿床按照流体中硫的氧化-还原态与蚀变矿物的组合特征进行划分：高硫化型（酸性硫酸盐型，明矾石-高岭石型）、中硫化型（过渡类型）、低硫化型（冰长石-绢云母型）（Heald et al.，1987; Pirajno et al.，2002）。高硫化浅成低温热液矿床产出的特征矿物组合表现为明矾石、石英、黏土矿物（高岭石、地开石、叶腊石）（Cook et al.，2000）和黄铁矿（唐敏惠等，2011；郭娜等，2018b）。其中，明矾石作为高硫化浅成低温热液矿床中的典型矿物，钠明矾石常形成于靠近矿体的高温蚀变带（Aoki，1991; Aoki et al.，1993; Arribas et al.，1995），而钾明矾石则形成于相对低温环境中（Silberman et al.，1985）；低硫化浅成低温热液矿床的成矿流体以大气降水为主，流体pH值偏中性，蚀变矿物主要有冰长石、伊利石、绢云母、玉髓、方解石及铁锰碳酸盐矿物，矿化以Ag-Au-Pb-Zn为主导（Hedenquist et al.，1994；唐菊兴，2014）；中硫化型的各项特征则介于二者之间，属于一种过渡类型。
-
达斯矿区地质特征与浅成低温热液矿床对比后发现（表4）：① 主要地质特征相似，具有形成浅成低温热液矿床的地质背景、控矿构造及围岩条件；② 矿体类型、成矿流体与低硫化型矿床特征相近，围岩蚀变矿物组合兼顾低硫化和高硫化两种类型矿床的特征，具有中硫化型矿床的地质特征；③ 研究区地表岩石中明矾石的光谱特征表现为靠近矿体高温蚀变带的钠明矾石，绢云母化带主要分布于地表及浅地表，铅矿体也发育在浅表位置，因此推测酸性矿物组成的上部高级泥化带及矿体已大部分被剥蚀殆尽，也有可能目前发现的铅矿化体是岩浆热液远端的产物；④ 成矿流体具有显著的大气降水混合特性，矿体与温-压剧变后的隐爆作用相关；⑤ 钻孔300 m之下是以蒙脱石为主的泥化蚀变矿物，600 m之下是以绿泥石化为主的青磐岩化带，尚未发现深部热源和流体中心。对比研究认为：研究区蚀变矿物组合特征、光谱变化特征以及成矿流体特征介于高、低硫化型之间，具有中硫化浅成低温热液矿床的成矿特征。
-
表4 高硫化、低硫化浅成低温热液矿床与内蒙古达斯矿区特征对比表（据唐敏惠等，2011修改）
-
Table4 Characteristics comparison among high-sulfide, low-sulfide epithermal deposits and Dasi deposit, Inner Mongolia (modified from Tang Minhui et al., 2011)
-
5 结论
-
通过地表岩石、钻孔岩芯的系统采样，利用短波红外、热红外勘查技术，结合矿物地球化学分析，完成研究区精细的蚀变矿物填图，针对与矿化相关的典型蚀变矿物展开矿物光谱-地球化学特征分析，并利用绢云母矿物Al-OH基团在2200 nm附近的吸收特征进行找矿预测。得到以下结论：
-
（1）电气石、明矾石、高岭石和绢云母与成矿关系密切，具有中硫化浅成低温热液矿床蚀变矿物组合特征。目前发现的矿体位于300 m以浅，剥蚀作用较强烈，矿体底板为一套以蒙脱石为主的矿物组合。蚀变分带（由矿化中心向外）为：绢云母化→绢云母+高岭石（+少量明矾石（黄玉）+电气石）→绢云母+蒙脱石→蒙脱石+绿泥石，矿体赋存于绢云母（高岭石）蚀变带内。
-
（2）绢云母矿物Al-OH基团在2200 nm的波长变化能够指示流体运移轨迹与成矿环境的温压变化，吸收深度显示与Pb矿化品位之间的正相关关系，结合GIS空间叠加分析，认为在达斯矿区外围仍具一定找矿潜力。
-
参考文献
-
Abweny M S, van Ruitenbeek F J A, de Smeth B, Woldai T, van der Meer F D, Cudahy T, Zegers T, Blom J K, Thuss B. 2016. Short- wavelength infrared (SWIR) spectroscopy of low-grade metamorphic volcanic rocks of the Pilbara Craton Journal of African Earth Sciences, 117: 124~134.
-
Aoki M, Comsti E C, Lazo F B, Matsuhisa Y. 1993. Advanced argillic alteration and geochemistry of alunite in an evolving hydrothermal system at Baguio, northern Luzon Phillipines. Resource Geology, 43: 155~164.
-
Masahiro A. 1991. Mineralogical features and genesis of alunite solid solution in high temperature magmatic hydrothermal systems. Journal of the Geological Survey of Japan, 277: 31~32.
-
Arribas A, Cunningham C G, Rytuba J J, Rye R O, Kelly W C, Podwysocki M H, Mckee E H, Tosdal R M. 1995. Geology, geochronology, fluid inclusions and isotope geochemistry of the Rodalquilar gold alunite deposit Spain. Economic Geology, 90: 795~822．
-
Cao Yanhua, Liu Yifei. 2020. Zircon U-Pb age， geochemical characteristics and metallogenic significance of ore-bearing porphyry of the Jiawula Ag-Pb-Zn deposit in Inner Mongolia. Geological Bulletin of China. 39(2~3): 353~363 (in Chinese with English abstract).
-
Chen Zhiguang, Zhang Lianchang, Wan Bo, Zhang Yutao, Wu Huaying. 2008. Geochemistry and geological significances of ore-forming porphyry with low Sr and Yb value in Wunugetushan copper-molybdenum deposit, Inner Mongolia. Acta Petrologica Sinica, 24(1): 115~128 (in Chinese with English abstract).
-
Clark R N, King T V V, Klejwa M, Swayze G A. 1990. High spectral resolution reflectance spectroscopy of minerals. Journal of Geophysical Research, 95(B8): 12653~12680.
-
Cook D R, Simmons S F. 2000. Characterisitcs and genesis of epithermal gold deposits. Reviews in Economic Geology, Gold in 2000, 13: 221~244.
-
Crowley J K. 1986. Visible and near-infrared spectra of carbonate rocks: Reflectance variations related to petrographic texture and impurities. Journal of Geophysical Research Solid Earth, 91(B5): 5001~5012.
-
Cudahy T J, Wilson J, Hewson R, Okada K, Linton P, Harris P, Sears M, Hackwell J A. 2002. Mapping porphyry-skarn alteration at Yerington, Nevada, using airborne hyperspectral VNIR-SWIR-TIR imaging data. IGARSS 2001. Scanning the Present and Resolving the Future. Proceedings. IEEE 2001 International Geoscience and Remote Sensing. IEEE, 2: 631~633.
-
Doublier M P, Roache T, Potel S, Laukamp C. 2012. Short- wavelength infrared spectroscopy of chlorite can be used to determine very low metamorphic grades. European Journal Mineralogy, 24: 891~902.
-
Doublier M P, Roache T, Potel S. 2010. Short-wavelength infrared spectroscopy: A new petrological tool in low-grade to very low-grade pelites. Geology, 38(11): 1031~1034.
-
Govil H. 2015. Prospecting for hydrothermal mineral deposits in the Himalaya using short-wave infrared spectroscopy. Workshop on Hyperspectral Image & Signal Processing: Evolution in Remote Sensing. IEEE.
-
Guo Na, Liu Dong, Tang Juxing, Zheng Long, Huang Yiru, Shi Weixin, Fu Yuan, Tang Nan, Wang Cheng. 2018a. Characteristics of alteration minerals and prospecting model revealed by shortwave infrared technique: Take Sinongduo Ag-Pb-Zn deposit as an example. Mineral Deposits, 37(3): 556~570 (in Chinese with English abstract).
-
Guo Na, Shi Weixing, Huang Yiru, Zheng Long, Tang Nan, Wang Cheng, Fu Yuan. 2018b. Alteration mapping and prospecting model construction in the Tiegelongnan ore deposit of the Duolong ore concentration area, northern Tibet, based on shortwave infrared technique. Geological Bulletin of China, 37(2-3): 446~457 (in Chinese with English abstract).
-
Guo Na, Thomas C, Tang Juxing, Tong Qingxi. 2019. Mapping white mica alteration associated with the Jiama porphyry-skarn Cu deposit, Central Tibet using field SWIR spectrometry. Ore Geology Reviews, 108: 147~157.
-
Guo Na, Wang Xianguang, Hu Zhenghua, Liu Xinxing, Long Tuojiang, Yuan Shan, Lian Dunmei, Wei Dexian. 2022. Spectral introductions of typical minerals during the periods of skarn formation and evolution at Zhuxi tungsten polymetallic deposit in Jiangxi Province. Acta Petrologica Sinica, 38(4): 1219~1236 (in Chinese with English abstract).
-
Halley S, Dilles J H, Tosdal R M. 2015. Footprints: Hydrothermal alteration and geochemical dispersion around porphyry copper deposits. SEG Discovery, (100): 1~17.
-
Hamilton V E, Christensen P R. 2000. Determining the modal mineralogy of mafic and ultramafic igneous rocks using thermal emission spectroscopy. Journal of Geophysical Research Planets, 105(E4): 9717~9733.
-
Heald P, Foley N K, Hayba D O. 1987. Comparative anatomy of volcanic-hosted epithermal deposits: Acid-sulfate and adularia-sericite types. Economic Geology, 82(1): 1~26.
-
Hecker C, van Ruitenbeek F J A, Bakker W H, Fagbohun B J, Riley D, van der Werff H M A, van der Meer F D. 2019. Mapping the wavelength position of mineral features in hyperspectral thermal infrared data. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 79: 133~140.
-
Hedenquist J W, Lowenstern J B. 1994. The role of magmas in the formation of hydrothermal ore deposits. Nature, 370: 519~527.
-
Huang Yiru. 2021. Study on the Thermal Infrared Spectroscopy Characteristics of Skarn Minerals and Its Exploration Model: Taking Jiama Deposit in Tibet as an Example. Doctoral dissertation of Chengdu University of Technology (in Chinese with English abstract).
-
Hunt G R. Salisbury J W. Lenhoff C J. 1974. Visible and near infrared spectra of minerals and rocks: IX. basic and ultrabasic igneous rocks. Modern Geology, 5: 15~22.
-
Li Shengrong. 2018. Crystallography and Mineralogy. Bejing: Geological Publishing House (in Chinese with English abstract).
-
Lypaczewski P, Rivard B. 2018. Estimating the Mg# and AlⅥ content of biotite and chlorite from shortwave infrared reflectance spectroscopy: Predictive equations and recommendations for their use. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 68: 116~126.
-
Nie Fengjun, Jiang Sihong, Zhang Yi, Liu Yan, Hu Peng. 2004. Geological features and origin of porphyry copper deposits in China-Mongolia border region and its nerhboring areas. Mineral Deposits, 23(2): 176~189 (in Chinese with English abstract).
-
Pirajno F, Bagas L. 2002. Gold and silver metallogeny of the South China Fold Belt: A consequence of multiple mineralizing events? Ore Geology Reviews, 20(3-4): 109~126.
-
Qi Min, Guo Jian, Cao Guoxiong, Wen Changgui, Han Xiaobin. 2017. Characteristics of the geophysical fields and prospecting prediction in the Dasihuduge copper mine of Inner Mongolia. Geology and Exploration, 53(6) : 1148~1154 (in Chinese with English abstract).
-
Schodlok M C, Whitbourn L, Huntington J, Mason P, Green A, Berman M, Coward D, Connor P, Wright W, Jolivet M, Martinez R. 2016. HyLogger-3, a visible to shortwave and thermal infrared reflectance spectrometer system for drill core logging: Functional description. Australian Journal of Earth Sciences, 63(8): 929~940.
-
Silberman M L, Berger B R. 1985. Relationship of trace-element pattern to alteration and morphology in epithermal precious metal deposits. Review in Economic Geology, 2: 203~232．
-
Tang Juxing, Song Yang, Wang Qin, Lin Bin. 2014. Epithermal deposit and its indicator. Mineral Deposits, 33(suppl): 33~34 (in Chinese with English abstract).
-
Tang Minhui, Zhou Taofa, Fan Yu, Feng Yuan. 2011. Characteristics of stable isotopes of alunite in high sulfidation epithermal deposit system. Journal of Hefei University of Technology, 34(9): 1402~1406 (in Chinese with English abstract).
-
Thompson A J B, Hauff P L, Robitaille A J. 1999, Alteration mapping in exploration: Application of short-wave infrared (SWIR) spectroscopy: SEG Discovery, (39): 1~27.
-
Wang Rui, Cudahy T, Laukamp C, Walshe J, Bath A, Mei Y, Young C, Roache T, Jenkins A, Roberts M, Barker A, Laird J. 2017. White mica as a hyperspectral tool in exploration the sunrise dam and Kanowna belle gold deposits, Western Australia. Economic Geology, 112 (5): 1153~1176.
-
Wang Zhitian, Pan Longju. 1992. Metallogenic conditions and model of Manzhouli Xinbalhuyouqi metallogenic area in Inner Mongolia. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2(2): 7~14 (in Chinese with English abstract).
-
Xie Chengbo, Liu Ming. 2001. Geological features and genetic type of Chaganbulagen Ag, Pb, Zn (Au) deposit. World Geology, 20(1): 25~29 (in Chinese with English abstract).
-
Yang Kai, Huntington J F, Gemmell J B, Scott K M. 2011. Variations in composition and abundance of white mica in the hydrothermal alteration system at Hellyer, Tasmania, as revealed by infrared reflectance spectroscopy. Journal of Geochemical Exploration, 108(2): 143~156.
-
Yang Mei. 2017. Research on the genesis of Jiawula Cu-Pb-Zn deposit in the western slope of the Great Xing'an range. Mater's thesis of Jilin University, 10~19 (in Chinese with English abstract).
-
Zaini N, van der Meer F, van Ruitenbeek F, de Smeth B, Amri F, Lievens C. 2016. An alternative quality control technique for mineral chemistry analysis of Portland cement-grade limestone using shortwave infrared spectroscopy. Remote Sensing, 8(11): 950.
-
Zhao Liqing, Deng Jun, Yuan Haitao, Li Xiaoying. 2008. Short wavelength infrared spectral analysis of alteration zone in the Taishang gold deposit. Geology and Prospecting, 44 (5): 58~63 (in Chinese with English abstract).
-
曹艳华， 刘翼飞. 2020. 内蒙古甲乌拉银铅锌矿床成矿斑岩体锆石U-Pb年龄、地球化学特征及其成矿意义. 地质通报， 39(S1): 353~364.
-
陈志广， 张连昌， 万博， 张玉涛， 吴华英. 2008. 内蒙古乌奴格吐山斑岩铜钼矿矿床低Sr-Yb型成矿斑岩地球化学特征及地质意义. 岩石学报， 24(1): 115~128.
-
郭娜， 刘栋， 唐菊兴， 郑龙， 黄一入， 史维鑫， 伏媛， 唐楠， 王成. 2018a. 基于短波红外技术的蚀变矿物特征及勘查模型—以斯弄多银铅锌矿床为例， 矿床地质， 37（3）： 556~570.
-
郭娜， 史维鑫， 黄一入， 郑龙， 唐楠， 王成， 伏媛. 2018b. 基于短波红外技术的西藏多龙矿集区铁格隆南矿床荣那矿段及外围蚀变填图-勘查模型构建. 地质通报, 37(2-3): 446~457.
-
郭娜， 王先广， 胡正华， 刘新星， 龙沱江， 袁珊， 连敦梅， 魏德贤. 2022. 赣东北地区矽卡岩典型矿物形成与演化的光谱证据： 以朱溪钨多金属矿为例. 岩石学报, 38(4): 1219~1236.
-
黄一入. 2021. 矽卡岩矿物的热红外光谱特征研究及其勘查模型—以西藏甲玛矿床为例. 成都理工大学博士学位论文.
-
李兵院， 支立佳， 张西. 2021. 内蒙古新巴尔虎右旗达斯呼都格铜多金属矿普查报告.
-
李胜荣. 2018. 结晶学与矿物学. 北京： 地质出版社.
-
聂凤军, 江思宏, 张义, 刘妍, 胡朋. 2004. 中蒙边境及邻区斑岩型铜矿床地质特征及成因. 矿床地质, 23(2): 176~189.
-
祁民, 郭健, 曹国雄, 温常贵, 韩校斌. 2017. 内蒙古达斯呼都格矿区综合地球物理场特征与找矿预测. 地质与勘探, 53(6): 1148~1154.
-
唐菊兴, 宋扬, 王勤, 林彬. 2014. 浅成低温热液矿床及主要找矿标志. 矿床地质, 33（S1）： 33~34.
-
唐敏惠, 周涛发, 范裕, 袁峰. 2011. 高硫成矿系统中明矾石的稳定同位素特征. 合肥工业大学学报（自然科学版）， 34（9）： 1402~1407.
-
王之田, 潘龙驹. 1992. 内蒙满洲里——新巴尔虎右旗成矿区的成矿条件与模式. 中国有色金属学报, 2(2): 7~14.
-
解成波， 刘明. 2001. 查干布拉根银铅锌（金）矿床地质特征及成因类型. 世界地质, 20(1): 25~29.
-
杨梅. 2017. 大兴安岭西坡甲乌拉铜铅锌矿床成因研究. 吉林大学硕士学位论文.
-
赵利青, 邓军, 原海涛, 李晓英. 2008. 台上金矿床蚀变带短波红外光谱研究. 地质与勘探, 44(5): 58~63.
-
摘要
达斯铅矿床位于中生代大兴安岭燕山期火山岩带中部，是重要的岩浆侵入、火山、潜火山活动带，具有斑岩-浅成低温热液型矿床的找矿潜力。本文基于短波红外+热红外光谱技术，辅以显微镜下鉴定和矿物地球化学分析，通过系统采集达斯矿区地表岩石与钻孔岩芯样品，开展精细蚀变矿物填图，利用绢云母矿物Al-OH基团在2200 nm附近的光谱变化特征，开展勘查区及其外围的找矿预测。结果显示：① 研究区主要矿物为钠长石、微斜长石、石英、绢云母、高岭石、蒙脱石和绿泥石，另含有少量明矾石、电气石、石膏和黑云母等；② 电气石、明矾石、高岭石和绢云母矿物及其组合与成矿关系密切，具有中硫化浅成低温热液型矿床蚀变矿物组合特征；③ 目前已发现的Pb矿（化）体，主要产于300 m以浅，矿体底板为一套蒙脱石+绿泥石为主的蚀变矿物组合。矿体赋存于绢云母（高岭石+少量明矾石+电气石）蚀变带内，蚀变分带特征（矿化体中心向外）表现为：绢云母化→绢云母+高岭石（+少量明矾石+电气石）→绢云母+蒙脱石→蒙脱石+绿泥石；④ 区内长波绢云母指示了深部热源的位置，短波绢云母反映出热液流体与浅部大气降水的混合作用，根据绢云母矿物Al-OH波长插值填图及矿物组合特征变化确定了成矿流体pH值偏中性、温度逐渐降低的变化趋势；⑤ 绢云母矿物在2200 nm附近的光谱吸收深度与Pb品位之间呈正相关关系，10%吸收深度阈值可区分具有相似Al-OH吸收特征的绢云母和高岭石矿物；⑥ 结合GIS空间叠加分析，认为勘查区外围仍具一定找矿潜力。
Abstract
Dasi deposit is located in the middle of the Mesozoic Daxinganling-Yanshan volcanic belt, and it has great prospecting potential for porphyry and epithermal deposits. This area is recognized as an important metallogenic belt, characterized by extensive magmatic, volcanic, and subvolcanic activity. In our study of the Dasi deposit in Inner Mongolia, we utilized SWIR and TIR technology to measure rocks from the surface and cores. With the assistance of mineral geochemical analysis and microscope observation, we successfully completed the alteration mapping and prospecting potential prediction. The results show that: ① The main altered minerals at Dasi deposit include albite, microcline, quartz, sericite, kaolinite, montmorillonite, and chlorite, along with smaller amounts of alunite, tourmaline, gypsum, and biotite. ② The relationship between the identified alteration minerals through SWIR analysis and the Pb orebody shows a close association between mineralization and tourmaline, alunite, kaolinite, and sericite. Dasi deposit exhibits mineral assemblages typical of medium-sulfide epithermal deposits. ③ Pb mineralization dominates the deposits, mainly occurring at shallow depths of around 300 m underground. The exposed surface shows significant denudation, and the bottom plate of the Pb orebody is composed of argillization minerals, predominantly montmorillonite and chlorite. The alteration zoning, progressing from the mineralization center outward, follows the sequence of sericitization→sericite+kaolinite (+alunite+tourmaline)→sericite+montmorillonite→montmorillonite+chlorite. The orebody is located within a sericite (kaolinite) alteration zone. ④ Long-wavelength sericite indicates the presence of deep-seated thermal energy, while short-wavelength white mica reflects a combination of magmatic hydrothermal solutions and external atmospheric precipitation. Wavelength shifts at 2200 nm provide insights into the metallogenic environment, such as pH, temperature, and fluid flow. ⑤ The absorption depth of sericite at 2200 nm demonstrates a positive correlation with Pb grade, as expressed by the equation y(Pbgrade)=0.1217 x(absorption depth)(R2=0.9178). A threshold of 10% absorption depth can differentiate between sericite and kaolinite mineral types. ⑥ Combined with GIS spatial overlay analysis, we determined that the peripheral areas still hold promising prospecting potential.
