基于短波红外光谱技术的蚀变...建上杭县紫金山金铜矿床为例_赖晓丹.pdf

矿床地质MINERAL DEPOSITS2023年2月February，2023第 42 卷第 1 期42（1）：5565赖晓丹等：基于短波红外光谱技术的蚀变矿物大数据定量预测方法探索*本文得到国家重大科学仪器开发专项“岩心光谱扫描仪立体填图矿产勘查应用研究”(编号：2012YQ05025007)资助第一作者简介赖晓丹，女，1989 年生，地质工程师，主要从事找矿矿物学、原生晕地球化学、蚀变矿物地球化学勘查研究。Email：收稿日期2021-10-29；改回日期2022-10-30。赵海杰编辑。文章编号：0258-7106（2023）01-0055-11Doi:10.16111/j.0258-7106.2023.01.004基于短波红外光谱技术的蚀变矿物大数据定量预测方法探索以福建上杭县紫金山金铜矿床为例*赖晓丹1,2，张锦章1，李晶3，杨凯4，祁进平1，蒋姣姣1（1 紫金矿业集团股份有限公司，福建 龙岩364200；2 中国地质大学（北京），北京100083；3 澳大利亚 X 光管有限公司，珀斯6102；4 南京优译谱技术有限公司，江苏 南京210016）摘要福建上杭县紫金山矿田是中国发现并保存较完整的浅成热液-斑岩铜金多金属成矿系统。紫金山超大型高硫型金铜矿是该矿田的核心组成部分，通过十多年基于短波红外光谱技术的勘查找矿应用示范，累积形成覆盖整个矿田的百万级短波红外光谱大数据库。文中通过对紫金山金铜矿床明矾石、叶腊石、高岭石类和云母族矿物的短波红外光谱数据的进行模拟计算，其结果与实际测得矿物全定量分析结果具备良好的相关性，能实现光谱的传统定性解译有效转化为定量解译，进而构建典型蚀变矿物的三维模型，实现与查明了厘米级精度的矿物三维空间分布规律，对紫金山金铜矿床的深部找矿预测具有重大指导意义。关键词地质学；短波红外；大数据；定量预测；紫金山；金铜矿中图分类号：P618.41；P618.51文献标志码：AQuantitative prediction of big data of altered minerals based on short-waveinfrared spectroscopy:A case study of Zijinshan gold-copper deposit,Shanghang County,Fujian ProvinceLAI XiaoDan1,2,ZHANG JinZhang1,LI Jing3,YANG Kai4,QI JinPing1and JIANG JiaoJiao1(1 Zijin Mining Group Co.Ltd.,Longyan 364200,Fujian,China;2 China University of Geosciences,Beijing,100083,China;3Australian X-ray Tube PTY Ltd.,Perth 6102,Australian;4 Nanjing Youyipu Technology Co.Ltd.,Nanjing 210016,Jiangsu,China)AbstractZijinshan orefield in Shanghang,Fujian Province,is a super-large epithermal-porphyry Cu-Au polymetallicmetallogenic system with good preservation discovered in China.Zijinshan super-large high-sulfur gold-copperdeposit is the core part of the Zijinshan orefield.Through more than ten years of demonstration of exploration andprospecting based on short-wave infrared spectroscopy technology,a database containing massive amounts ofshort-wave infrared spectra data covering the whole orefield was built.In this article the typical altered mineralsof alunite,pyrophyllite,kaolinite and sericite group in Zijinshan gold-copper deposit were calculated by usingquantitative method simulation,and it showed a good correlation between its results and actual measured mineralquantitative analysis results.It can effectively transform the traditional qualitative interpretation into quantitativeinterpretation of spectra,and then construct a three-dimensional model of typical altered minerals,and clarify and56矿床地质2023 年准确识别具有成矿指示意义的蚀变矿物，对矿产勘查过程中的岩芯地质编录和地质填图工作至关重要。短波红外（Short Wavelength Infrared，SWIR）光谱技术是近年由高光谱遥感技术发展而来，并逐步成熟的一种应用于光谱矿物光谱测量的遥感技术，能有效识别含羟基矿物（硅酸盐和黏土矿物）、硫酸盐和碳酸盐矿物。短波红外波长范围为 13002500 nm之间，是一种介于近红外光与中红外光之间的电磁波（李晶等，2013；陈华勇等，2019）。短波红外(SWIR)光谱技术从20世纪40年代就开始在美国投入应用，但由于当时各方面条件限制，一直未得到普及和应用于地质领域。自20世纪中叶以来，国外学者陆续开展了一些矿物、岩石的光谱特性研究，至80年代，以航空和航天为载体的遥感技术迅速发展，遥感矿物岩石光谱研究成为热点。自20世纪90年代以来，短波红外光谱技术以其独特的优势，被澳大利亚、美国、加拿大、南非、智利和欧洲等国的许多矿业公司广泛应用在矿产勘查领域（Hauff et al.,1992;Yang et al.,1998;2000;2001;2004;2005;2011;Arneet al.,1999;Thompson et al.,1999;2009;Chang etal.,2011;Doublier et al.,2012;Luke et al.,2018）；该技术不仅可以快速鉴定热液蚀变过程中常见的含羟基矿物、硫酸盐和碳酸盐矿物，进行矿区蚀变矿物填图，还可利用一些典型矿物（族）的反射光谱特征（如 Al-OH（Pos2200）、Fe-OH（Pos2250）、Mg-OH（Pos2335/Pos2340）特定波长吸收峰位）的系统变化，直接定位热液矿化中心；如利用明矾石1480 nm的吸收峰位和Na/(Na+K)比值变化来定位侵入体中心及矿化位置（Chang et al.,2011）、白云母族矿物的Al-OH吸收峰位及结晶度变化亦可指示矿床热液矿化 中 心（Herrmann et al.,2001;Yang et al.,2004;2011;Jones et al.,2005）。与国外相比，短波红外(SWIR)光谱技术在中国矿产勘查领域的应用则起步较晚。自2000年以来，因该技术成本较低、快速便捷、连续性强等特点优势，许多地质工作者将其渐渐应用在新疆、云南、西藏、福建等省的斑岩铜矿或河南、河北、胶东、甘肃、内蒙古等省金矿床的地质找矿勘查工作中，识别出了许多肉眼较难识别与确认的矿物，通过开展系统蚀变矿物填图，建立了矿床蚀变分布规律及其找矿模型，并通过对热液蚀变矿物反射光谱学参数的提取，利用其变化规律开展找矿预测（章革等，2005；连长云等，2005a；2005b；曹烨等，2008；赵利青等，2008；孟恺，2009；徐庆生等，2011；杨志明等，2012；黄海燕等，2013；汪重午等，2014；Qi et al.,2014；Liet al.,2014；彭自栋等，2016；许超等，2017；陈华勇等，2019；孙四权等，2019）。由此可见，短波红外(SWIR)光谱技术在矿产地质勘查中具有较好的应用前景，具有很强的经济性、有效性和实用性。综上，前人的研究资料和认识成果，总体上建立了研究区短波红外光谱数据地质解译与应用研究的框架体系，但针对短波红外光谱技术，到目前为止，从以上相关文献的研究成果表明，国内大多数学者掌握的短波红外光谱数据来源有限，往往仅仅只是某个矿田或某矿床的某些钻孔或一些地表露头数据，并未能形成一个拥有整个矿田或矿床的百万级光谱数据量的大数据库，尚不可称为“短波红外光谱大数据”。1紫金山矿田短波红外找矿应用概况紫金山矿田的地质找矿和方法手段研究，伴随着紫金山金铜矿的开发利用，不断深入；自2009年以来，依托国家重大仪器专项“岩芯光谱扫描仪立体填图矿产勘查应用研究”项目，通过引进中国自主知识产权，基于短波红外光谱技术的岩芯光谱自动扫描仪(CMS350A)、便携式近红外蚀变矿物分析仪(PNIRS BJKF-型)，累计获取了两百多万个短波红外光谱测试分析数据；通过开展的蚀变矿物立体填图（李晶等，2013；祁进平等，2015；蒋姣姣等，2015），在紫金山地区的勘查工作中取得了良好的地质认识成果，如首次在紫金山矿田罗卜岭斑岩型铜钼矿床内发现了与成矿有关的贫铝绢云母的光谱特征参数（铝羟基波长大于2205 nm），有效指示了斑岩型矿化中心，并区分了“矿与非矿”（Qi et al.,2014；黄海燕等，2013），另外在矿田的东南矿段铜钼矿床中也有realize the three-dimensional spatial distribution law of minerals with centimeter-level accuracy,which is of greatsignificance for the deep prospecting prediction in Zijinshan gold-copper deposit.Key words:geology,short-wave infrared spectroscopy,big data,quantitative prediction,Zijinshan gold-copper deposit第 42 卷 第 1 期赖晓丹等：基于短波红外光谱技术的蚀变矿物大数据定量预测方法探索57相应的光谱特征（龚建生，2017），进一步确立了研究区铜钼矿床的绢云母光谱找矿标志；然而值得注意的是，在紫金山矿田的悦洋中-低硫型银多金属矿，却是铝羟基波长小于2205 nm的富铝白云母类与成矿元素Ag、Cu矿化关系密切（罗玉川等，2015）。在紫金山金铜矿床中，根据明矾石1480 nm处特征吸收峰的移动规律（以明矾石1480 nm处特征峰大于1487 nm 的 出 现 比 例 定 义 了 光 谱 特 征 参 数PWF1478，研究发现该参数从东南火山机构中心部位向西北角砾岩带外侧，整体上，逐步从90%降低到小于20%，从而指示了成矿流体的降温和运移方向（Li et al.,2014）；同时发现在约60%80%的位置与笔者圈定的矿体范围界限基本吻合），结合矿区中明矾石矿物的空间分布、钾钠比值特征（张锦章等，2013；王翠芝等2013a；2013b），进而更精确地查明了矿床温度的空间变化规律，揭示了成矿流体的降温过程、运移方向及最有