2. 安徽省矿产资源与矿山环境工程技术研究中心, 合肥 230009;
3. 江西铜业股份有限公司德兴铜矿, 德兴 334200
2. Anhui Mineral Resources and Mine Environmental Engineering Research Center, Hefei 230009, China;
3. Dexing Copper Mine of Jiangxi Copper Company Limited, Dexing 334200, China
斑岩型矿床具有典型的蚀变分带,在空间上,从底部斑岩体中心向围岩远端方向,依次出现钠钙-硅酸盐化带、钾硅酸盐化带、硅化带,发育于上部及浅部的青磐岩化带、高级泥化带以及叠加在这些蚀变带之上的绢英岩化带(Hedenquist and Richards, 1998; Seedorff et al., 2005; Sillitoe, 2010)。青磐岩化带通常以绿帘石、绿泥石、方解石、阳起石、黄铁矿、沸石等蚀变矿物交代原岩中的长石和镁铁质矿物为特征(Cooke et al., 2014)。青磐岩化带具有较为广泛蚀变温度范围(200~350℃),而与沸石及蒙脱石等矿物的共生组合,证明了蚀变温度甚至可以低于200℃(Barnes, 1997)。Cooke et al.(2014)对青磐岩带进行了进一步系统阐述,提出发育于斑岩矿床中的青磐岩化,可将其细分为三个亚带:出现在靠近钾硅酸盐化带的较为高温的阳起石亚带,矿物组合为阳起石-绿帘石-绿泥石-黄铁矿-钠长石等;阳起石亚带外侧的绿帘石-绿泥石亚带,以及位于远端温度较低的绿泥石-方解石-沸石亚带。这些不同矿物组合的构成的青磐岩化亚带,反映了温度区间的变化。
德兴斑岩Cu-Mo-Au矿床是中国东部最大的露天开采铜矿床(朱训等, 1983)。该矿床自20世纪50年代被发现起,一直是众多地质学家研究的热点。德兴斑岩矿床围岩蚀变按照朱训等(1983)的研究可以划分为岩体内的绿泥石(绿帘石)-钾长石化带、绿泥石(绿帘石)-水云母化带、石英-绢云母化带;千枚岩及沉积凝灰岩内分三个蚀变带:石英-绢云母化带、绿泥石(绿帘石)-水云母化带、绿泥石(绿帘石)-伊利石化带。绿帘石主要发育于斑岩体内的蚀变带中,但目前对不同蚀变带不同矿物组合中的绿帘石的特征研究较少。
近年来,短波红外光谱技术(Shortwave Infrared)在地质领域中的应用越加广泛,尤其是在斑岩矿床的矿化蚀变类型、蚀变分带、勘查等方面(Yang et al., 2005; 连长云等, 2005; Thompson et al., 2009; Chang et al., 2011; 杨志明等, 2012; Laakso et al., 2016; 许超等, 2017)。利用短波红外光谱对C-H(甲基、亚甲基、甲氧基、羧基、芳基等)、羟基O-H、巯基S-H、氨基N-H等敏感的特性,可以快速鉴定含有这些基团的大多数热液蚀变矿物(粘土矿物、绿泥石、蛇纹石、绿帘石、闪石、明矾石、黄铁钾矾,石膏、方解石、白云石等),进而进行蚀变矿物填图(连长云等, 2005; 修连存等, 2007; 张篷等, 2011)。连长云等(2005)利用短波红外技术在普朗斑岩铜矿区识别蚀变矿物组合信息,并建立了矿区蚀变矿物分带模型;杨志明等(2012)利用伊利石结晶度及Al吸收峰位值圈定矿化热液中心;Chang et al.(2011)在研究Lepanto浅成低温热液矿床时利用明矾石1480nm吸收峰位探讨对热源的指示作用;这些研究表明,短波红外光谱技术在矿床勘查领域的应用正日趋成熟。然而,短波红外光谱只能识别部分层状硅酸盐、含羟基硅酸盐、硫酸盐以及碳酸盐矿物,难以识别斑岩矿床中广泛分布的蚀变矿物如钾长石、钠长石、沸石等。
自20世纪初X射线粉晶衍射(X-ray Diffraction)技术的首次出现后,X射线衍射得到了迅速的发展,已成为一项普遍开展的常规分析项目,广泛应用于结晶样品的物相定性、定量分析和结晶度测定以及晶胞参数测定等方面。它能够提供矿物的元素信息(定性)和晶体的成分结构信息,实现矿物的高精度物相定量分析、晶体结构分析、晶粒度分析、结晶度分析等(刘粤惠和刘平安, 2003)。Chang et al.(2011)等通过对相同伊利石样品进行测试后,发现运用短波红外技术及X射线衍射分析技术得到的伊利石结晶度(SWIR-IC和XRD-IC)显示良好的负相关,且认为二者均可用于指示伊利石结晶度。
本文以对德兴铜矿富家坞矿区作为典例进行剖析,运用X射线衍射分析技术和短波红外光谱分析技术进行矿物识别和蚀变带的划分,以及通过相关参数计算结晶度,进一步指导找矿勘查。
1 区域地质德兴矿田位于江西省德兴市泗州镇境内,区域上位于华南克拉通内,扬子与华夏地块晚元古代缝合线——江山-绍兴断裂带南侧(图 1)。江山-绍兴断裂带呈北东走向, 纵跨浙江全省,东起杭州湾外大陆架,与萍乡-广丰深断裂连接, 其北西侧为扬子板块,南东侧为华夏板块(沈忠悦等, 1999)。江山-绍兴断裂作为两个板块的分界线,也是两个板块的拼合地带,北西、南东两侧岩性不同,沿断裂发育长约240km韧性剪切带,岩性主要为糜棱岩,物理场及地球化学域的分界线等(图 1)(胡开明, 2007)。德兴矿集区受江南隆起与赣-杭裂陷带结合部位的赣东北深断裂带控制(朱训等, 1983; 王强等, 2004)。其中江南隆起为扬子准地台中的二级构造单元(张天福等, 2012),由前震旦系基底与晚古生代至中生代盖层组成(朱训等, 1983)。赣-杭裂陷带呈北东至南西向,西起鹰潭,东至杭州,长约450km,叠加于江山-绍兴断裂带上,形成于晚侏罗世-白垩纪(朱训等, 1983)。前人认为赣-杭裂陷带在晚侏罗世开始沿着老的江绍断裂带局部裂开发育,与燕山期太平洋向陆缘东南部俯冲有关,其最强烈伸展阶段发生在白垩纪(Gilder et al., 1991; Jiang et al., 2011)。赣东北深断裂带发育于江南隆起与赣-杭裂陷带结合部位,呈北东向,在江西省境内过婺源、德兴、东乡等地区,长约200km,由一系列压性冲断层和压剪性走滑断层组成(朱训等, 1983; 黄汉林,2006)。
德兴地区的地层主要可分为上下两部分,下部基底地层为前震旦系双桥山群浅变质岩,岩性主要为千枚岩、板岩和变质凝灰岩。上部地层为侏罗系鹅湖岭组的陆相火山凝灰岩,岩性以凝灰质砂岩,凝灰岩,凝灰角砾岩为主(王国光等, 2019)。除德兴铜矿外,德兴矿集区还发育有著名的银山铜金铅锌银矿床(Wang et al., 2012, 2013)和金山金矿床(Zhao et al., 2013)。王国光等(2019)认为德兴铜金矿集区的铜金多金属矿和独立金矿床不是统一的成矿系统,独立金矿床如金山金矿床形成于新元古代,具有典型的造山型金矿的成因特点,铜金多金属矿如德兴铜矿和银山铜金铅锌银矿床则形成于燕山期,是典型的斑岩型-浅成低温热液成矿系统。
2 矿床地质德兴铜矿田由三个大型斑岩铜矿床(铜厂、富家坞以及朱砂红)组成,三者呈北西-南东排列,铜厂居中,朱砂红位于北西侧,富家坞位于南东侧(朱训等, 1983)(图 2)。矿区内赋矿围岩为新元古代双桥山群浅变质岩,岩性以凝灰质千枚岩、变质沉凝灰岩为主。地层呈EW走向,倾向NW,倾角约30°~60°。矿区发育复杂的断裂构造,主要受区域大型断裂构造控制。根据其走向可分为三组,分别为EW向挤压性断裂,NE挤压向以及NNE向压扭性断裂,根据野外穿切关系得知EW向断裂形成最早,NE向断裂次之,NNE向断裂形成最晚。其中,NNE向压扭性断裂控制了岩体侵位。褶皱构造主要为泗州庙复式向斜,该向斜轴迹呈EW向外延,逐渐偏转为NEE向,呈“反S”形。向斜北翼倾角较陡而南翼倾角较缓。与成矿密切相关的三个斑岩体为花岗闪长斑岩,出露面积为富家坞(0.2km2)、铜厂(0.7km2)和朱砂红(0.06km2),此外还有一系列的闪长玢岩、辉绿岩岩脉(图 2)(朱训等, 1983)。富家坞花岗闪长斑岩在地表呈梯形出露,岩体向北西310°倾伏,侧伏角25°~46°左右。前人对富家坞花岗闪长斑岩进行了全面详尽的研究,利用LA-ICPMS锆石U-Pb定年测得其成岩年龄为170.0±2Ma(Wang et al., 2015)。
富家坞矿床内发育强烈的热液蚀变,广泛分布于花岗闪长斑岩内、浅变质岩系及其内外接触带内。斑岩体内部主要发育有三种蚀变分带,自内向外依次为绿泥石(绿帘石)-钾长石化带,绿泥石(绿帘石)-水云母化带和石英绢云母化带。自岩体和围岩的接触带至浅变质千枚岩内,依次发育石英-绢云母化带,绿泥石(绿帘石)-水云母化带和绿泥石(绿帘石)-伊利石化带。各蚀变带在空间上围绕斑岩体接触带分布,形态和产状受到岩体的形态和产状控制(图 2)(朱训等, 1983; 芮宗瑶等, 1984)。
3 样品描述本次所采的绿帘石样品来自富家坞矿区-140m平台,位于蚀变斑岩体及蚀变千枚岩内(图 2)。绿帘石主要以网脉状产出,部分为浸染状和细粒集合体形式,以草绿色为主,略微泛黄,半自形-他形,粒径1~3mm,玻璃光泽。为了厘定绿帘石的共生矿物组合,在对绿帘石磨片、制靶以外,还对脉状、浸染状和细粒集合体状绿帘石进行较为精确的粉末采样,用于XRD分析,对粉末样进行矿物含量测定(表 1),进一步结合扫描电镜加以证实(表 2)。根据矿物组合和产出状态,将绿帘石分类:第Ⅰ类:绿帘石和钠长石以脉状形式产出于钾化花岗闪长斑岩体内,切过钾长石斑晶,两侧发育钾化晕,此类型绿帘石脉宽极细,钠长石呈细粒他形位于绿帘石脉中,或位于绿帘石细脉边缘(图 3a, b、图 4b),矿物组合为绿帘石-钠长石-石英-方解石;第Ⅱ类:矿物组合为绿帘石±绿泥石-石英-方解石,绿帘石和绿泥石以集合体形式交代早期岩体内黑云母、斜长石的方式产出,并保留有原生矿物晶型, 伴有方解石、石英等矿物(图 3c, d、图 4c);第Ⅲ类:与绿帘石共生矿物主要为石英、方解石、沸石(通过SEM确认为交沸石)等,可含少量高岭石,主要呈不规则脉状或浸染状,分布于蚀变花岗闪长斑岩外侧(图 3e, f、图 4d)。
短波红外光是介于近红外光与中红外光之间的电磁波(波长1100~2500nm)。早期生产的短波红外光谱测量仪器主要有澳大利亚生产的便携式短波红外光谱矿物测量仪(PIMA)以及美国生产的TerraSpec系列光谱分析仪。本文所采用的是中国南京地质矿产研究所与南京中地仪器有限公司合作开发的国产短波红外光谱测量仪PNIRS,其测量范围1300~2500nm,仪器分辨率7~10nm,光谱取样间距2nm,测试窗口为边长1.5cm的正方形,测试样品所用时间固定,完成一个测点需10~360s,实验测试在合肥工业大学资源与环境工程学院完成。实验前将样品清洗干净,晾干,样品测试前依次进行本底扫描,参比扫描和标准扫描,直到标准波长同实测波长差值在2nm以内。以上校正流程每隔15~20min重新进行一次。获得的数据在便携式近红外光谱快速测定系统MSAV3.6软件中对测量结果进行解译逐一核对,校验。
扫描电子显微镜(SEM)测试在澳大利亚塔斯马尼亚大学中心科学实验室完成,实验仪器为日本日立公司生产的型号为SU-70场发射扫描电子显微镜,实验时加速电压为17kV,束斑大小为10μm。
X射线衍射分析试验在上海赢洲科技(上海)有限公司完成,所采用的仪器为美国奥林巴斯便携式XRD-Terra,与传统的X射线衍射仪不同,该仪器具有独特设计的样品振动仓,取代了测角仪,对制样、工作环境要求较低。只需将制备的粉末样磨至200目以下,置于样品振动仓内,便能够直接对样品进行分析,具有便携、易操作、低廉保养成本、微量化检测等优点。仪器采用Co光管,管电压30kV,管电流300μA,工作功率为10W,振动频率6000Hz,角度范围(2θ)为5°~55°,最小步长0.001°。
4.2 SWIR测试结果本次SWIR测试在富家坞矿区识别出的蚀变矿物有8种,分别为绿帘石、透绿泥石、伊利石、方解石、白云石、石英、白云母、石膏。三种类型绿帘石的短波红外光谱曲线如图所示(图 5a-c)。
绿帘石是一种含水岛状硅酸盐矿物,其分子式为A2B3[SiO4][Si2O7]O(OH)。其中,A=K+,Na+,Mg2+,Sr2+和TR3+;B=Al3+,Fe3+,Mn3+,或Ti3+,Cr3+和V3+等。其结构中两个基团(Fe-OH与Mg-OH)特征吸收峰位分别在2252nm和2334nm处,该位置称“Pos2252”和“Pos2334”,对应的吸收峰位深度称“Dep2252”和“Dep2334”(张世涛等, 2017)。其中,绿帘石2334nm吸收峰深度与2252nm吸收峰深度的比值Dep2334/Dep2252,用来作为“绿帘石结晶度指数”,称之为“绿帘石结晶度”(SWIR-IC)。另外,该结晶度与通过XRD所测试的结晶度并非同一概念,在参考Kübler所提出的用伊利石10.0Å衍射峰半高宽作为伊利石结晶度,进而指示白云母族矿物的形成温度(Kübler, 1967),我们将绿帘石的“XRD-IC”定义为在2.90Å处衍射峰的半高宽(FWHM-1),其单位用“Δ°2θ”表示。“SWIR-IC”与“XRD-IC”受多种因素控制,包括温度、Eh、pH、盐度等。Chang et al.(2011)等通过对相同伊利石样品进行测试后,发现二者(SWIR-IC和XRD-IC)显示良好的负相关,且认为二者均可用于指示伊利石的结晶度。
对富家坞矿区采坑及钻孔ZKSC403的绿帘石样品Fe-OH和Mg-OH的特征吸收峰位值及吸收峰位深度值进行了系统的统计和分析,表明在所测得的绿帘石样品中,绿帘石的Fe-OH特征吸收峰位值(Pos2252)变化在2246.4~2256.6nm之间,主要集中于2250.6~2255.6nm之间,平均值为2253.4nm;Mg-OH特征吸收峰位值(Pos2334)变化在2327.2~2342.8nm之间,主要集中于2330~2338nm,平均值为2335.1nm。绿帘石的Mg-OH特征吸收峰位深度值(Dep2334)变化在0.042~0.220之间,主要集中于0.06~0.13之间,平均值为0.090;Fe-OH特征吸收峰位深度值(Dep2252)变化在0.031~0.140之间,主要集中于0.04~0.08之间,平均值为0.060;Dep2334/Dep2252值变化在1.12~2.01之间,主要集中于1.20~1.4之间,平均值为1.54(表 3)。
根据制样实际情况,部分绿帘石样品因脉极细,难以采取粉末样品,因此只对一部分的样品进行了XRD测试。XRD图谱显示,富家坞矿区绿帘石的主要d值(单位为Å)表现有2.90、2.82、2.79、2.69、2.60、2.53、2.45、2.39、2.30、2.16、3.06、3.21、3.40、3.49、3.76、4.02、4.60和5.02,分别代表{1 13}、{020}、{211}、{021}、{3 11}、{202}、{121}、{022}、{004}、{1 23}、{003}、{201}、{102}、{2 11}、{111}、{200}、{002}和{1 02}晶面间距值。绿帘石的晶面间距及衍射峰的半高宽受多种因素的制约,包括形成温度、压力、体系中水/岩比、流体性质和元素置换等。在对三种类型绿帘石测试之后,所获得的的数据在XPower1.32软件中进行处理。主要收集了绿帘石2.9Å特征峰{1 13}晶面以及次强峰2.4Å{002}晶面的d值,及其对应的半高宽(FWHM-1和FWHM-2)。三种类型的绿帘石矿物组合如图 6所示,类型Ⅰ矿物组合绿帘石-石英-钠长石-方解石(图 6a),类型Ⅱ绿帘石矿物组合为绿帘石-绿泥石-方解石-石英(图 6b),类型Ⅲ绿帘石矿物组合为绿帘石-石英-方解石-沸石-辉钼矿(图 6c)。通过对含绿帘石样品XRD数据进行统计分析,绿帘石{1 13}晶面d值比较集中,在2.898~2.907Å之间,平均值2.901Å,2.9Å衍射峰半高宽(FWHM-1)位于0.20~0.49之间,主要分布于0.26~0.32之间,平均值0.30。绿帘石{022}晶面d值同样比较集中,在2.392~2.406Å之间,平均值2.401Å,2.4Å衍射峰半高宽(FWHM-2)位于0.24~0.85之间,主要分布于0.27~0.45之间,平均值为0.38(表 4)。
将数据表 3经过统计与分析,并在IOGAS软件中进行处理,发现绿帘石Fe-OH特征吸收峰位值(Pos2252)与Mg-OH特征吸收峰位值(Pos2334)显示了较为良好的正相关,相关系数r=0.68(图 7a)。绿帘石的Mg-OH特征吸收峰位深度值(Dep2334)与Fe-OH特征吸收峰位深度值(Dep2252)同样显示了较为强烈的正相关关系,相关系数r=0.96(图 7b)。在矿物组合类型上,绿帘石Pos2252吸收峰位值显示出明显的变化规律。以绿帘石-钠长石-石英为主的矿物组合(类型Ⅰ)表现为较大的Pos2252吸收峰位值(Pos2252>2255)。而以绿帘石-绿泥石-石英-方解石为主的矿物组合(类型Ⅱ)和绿帘石-沸石-方解石为主的矿物组合(类型Ⅲ)则表现为较小的Pos2252吸收峰位值(Pos2252<2255)(图 7a)。据Chang et al(2011)提出伊利石样品的SWIR-IC和XRD-IC呈现负相关关系,在对所有同时进行过SWIR和XRD测试的样品数据(表 3、表 4)统计后发现,对于绿帘石而言,2.9Å衍射峰半高宽(FWHM-1)与绿帘石Dep2334/Dep2252值对应规律不明显,而绿帘石{022}晶面2.40Å衍射峰半高宽(FWHM-2)则与绿帘石Dep2334/Dep2252值呈现较明显的负相关的关系,相关系数r=-0.60(图 7b)。
短波红外光谱利用其对C-H(甲基、亚甲基、甲氧基、羧基、芳基等)、羟基O-H、巯基S-H、氨基N-H等敏感的特性(修连存等, 2007),能够快速识别部分层状、含羟基硅酸盐矿物,特别是对于一些识别颗粒及其细小、肉眼难以分辨的粘土矿物方面,有其独特的优势。短波红外技术在矿床蚀变矿物识别,蚀变分带研究以及勘查等领域应用趋于成熟。然而,对于斑岩矿床中广泛分布的其他类型的蚀变(如钾长石化、钠长石化、沸石化等),由于不含以上这些基团,因此难以采用短波红外光谱技术去识别。此次研究表明,利用X射线衍射分析技术可有效识别斑岩矿床内的多种蚀变矿物,对于厘定蚀变矿物组合和蚀变带的划分有重要作用。
上文基于前人的研究,结合X射线衍射分析技术,我们在德兴铜矿富家坞矿区绿泥石(绿帘石)-钾长石化带与绿泥石(绿帘石)-水云母化带内外接触带识别出多种矿物组合:包括绿帘石-钠长石-石英-方解石为主的类型Ⅰ矿物组合,绿帘石±绿泥石-石英-方解石为主的类型Ⅱ矿物组合,绿帘石-石英-方解石-沸石为主的类型Ⅲ矿物组合。同时,此次研究所采用的仪器便携式XRD-Terra对制样要求低,样品用量少,只需200目以下、不少于10mg的粉末样品,实现无损分析,可直接用于野外测试,单个样品测试时间约4~5分钟,测试成本低廉,可在短时间内测试大量样品。因此,本文认为,X射线衍射分析技术可有效应用于斑岩矿床围岩蚀变的矿物识别与蚀变带划分等领域,也可以作为野外填图的重要辅助手段。
5.2 斑岩矿床中不同类型绿帘石的光谱特征斑岩矿床围岩蚀变中广泛发育的绿帘石,可与不同蚀变矿物共生,形成多种矿物组合类型,主要都位于青磐岩化带内。Cooke et al.(2014)划分为3个亚带,分别是较为高温阳起石亚带,较为外侧的绿帘石-绿泥石亚带,以及位于远端温度较低的绿泥石-方解石-沸石亚带。德兴斑岩铜矿也有相似的特点,朱训等(1983)等对德兴斑岩铜矿围岩蚀变所提出的划分方案中,在岩体内的蚀变带中,均发育有绿帘石。
此次研究发现,德兴富家坞矿床中至少有三种类型的绿帘石(表 1、表 2)。通过短波红外技术和X射线衍射分析技术对以上三种绿帘石进行分析测试,可了解不同类型绿帘石的成分特征和晶体特征,如绿帘石Fe-OH、Mg-OH吸收峰位值,晶面间距d值和衍射峰半高宽(FWHM)等。在实验后发现,类型Ⅰ绿帘石大部分表现出较大的Fe-OH吸收峰位值(Pos2252>2255)(图 7a, c),以及较大Dep2334/Dep2252(图 7d);类型Ⅱ与类型Ⅲ绿帘石数据相似,难以区分,大部分表现为较小的Fe-OH吸收峰位值(Pos2252<2255)(图 7a, c)。同时,绿帘石{022}晶面间距d值与Pos2252表现为较为微弱的负相关关系(图 7c),其衍射峰半高宽(FWHM-2)与绿帘石Dep2334/Dep2252值也呈现负相关的关系。
前人研究认为,富家坞矿区发育多阶段矿化与蚀变,黄铜矿主要呈脉状同石英-黄铁矿产于绢英岩化带中,成矿温度介于277~454℃,多阶段的流体沸腾作用促使了富家坞矿区的广泛的Cu-Mo矿化(Li et al., 2017)。绿帘石可作为指示性矿物来预测斑岩体矿化中心,离矿化中心越近,温度越高,绿帘石微量元素会呈现规律性的变化(Cook et al., 2014)。绿泥石的高Dep2250/Dep2350值通常与较高的Fe2O3/(MgO+Fe2O3)值有关(Doublier et al., 2010)。类型Ⅰ绿帘石的共生矿物主要为钠长石,石英,方解石等,在SWIR光谱上显示出的较高的Pos2252值和Dep2334/Dep2252值,这可能与绿帘石中较高的MgO/(MgO+Fe2O3)值有关。类型Ⅱ绿帘石与类型Ⅰ绿帘石之间有部分重叠,证明这两种绿帘石结晶的温度可能比较接近。类型Ⅲ绿帘石共生矿物主要为沸石,方解石,石英。沸石族矿物的出现通常指示了较为低温(80~280℃)(Höller et al., 1974; Aoki, 1978)和低氧逸度(Browne, 1978)的环境,与SWIR测试结果得出的结论相一致,沸石族矿物与青磐岩化蚀变带密切相关,通常出现在远端或者浅部,可能为热液阶段后期的产物。
本次研究表明,德兴铜矿岩体中绿帘石的晶体特征和蚀变矿物组合类型,与短波红外光谱的Fe-OH、Mg-OH特征吸收峰位值,X射线衍射分析光谱的2.4Å衍射峰位值(d-space-2)及其半高宽(FWHM-2)均有明显的相关性。SWIR测试结果发现,对于Fe-OH吸收峰位值而言,类型Ⅰ绿帘石大部分表现出较大的Fe-OH吸收峰位值(Pos2252>2255),类型Ⅱ绿帘石的Fe-OH吸收峰位值次之,类型Ⅲ绿帘石的Fe-OH吸收峰位值最小(图 7a);同样地,对于绿帘石Dep2334/Dep2252值(SWIR-IC)而言,类型Ⅰ绿帘石大部分表现出较大的SWIR-IC,仅FJW140-12单个样品的SWIR-IC较小(为1.2),这可能由于该样品上不同阶段绿帘石叠加导致;类型Ⅱ绿帘石的SWIR-IC略小于类型Ⅰ绿帘石;类型Ⅲ绿帘石的SWIR-IC较小最小(图 7d)。而较高的Pos2252值显示Fe含量的相对高低,较高Dep2334/Dep2252值,则与绿帘石中较高的MgO/(MgO+Fe2O3)值有关。结合三类绿帘石采样位置,从更接近于岩体热源中心到岩体外围(接近围岩地层),绿帘石的Fe含量和MgO/(MgO+Fe2O3)值表现为逐渐降低的规律,与绿帘石形成温度逐渐降低的规律一致。XRD测试结果发现,与明矾石、伊利石、绿泥石不同,绿帘石XRD结果显示其特征衍射峰位值2.9Å(d-space-1)表现出相对集中的特征,表明绿帘石晶体特征更为明显;但是次峰2.4Å衍射峰位值(d-space-2)及其半高宽(FWHM-2)表现出一定的差异性。除样品FJW140-12外,类型Ⅰ绿帘石大部分表现出较低的FWHM-2,类型Ⅱ绿帘石与类型Ⅰ绿帘石FWHM-2较为接近,类型Ⅲ绿帘石的FWHM-2同二者相比明显较大(图 7d);三种类型绿帘石d-space-2值略微呈现于与FWHM-2相似的规律,FWHM-2值的越低,其2.4Å衍射峰便更为尖锐、晶粒大,也说明了绿帘石形成温度更高。结合三类绿帘石的分布位置,从岩体外围到岩体热源中心,绿帘石的FWHM-2值呈现降低的趋势,表明了绿帘石结晶温度的升高,这与SWIR测试结果得出的结论相一致。XRD测试计算出的XRD-IC与SWIR测试计算出的SWIR-IC显示了良好的负相关,这与Chang et al.(2011)等对伊利石样品进行测试后表现出的规律一致。因此,我们认为绿帘石{022}晶面2.4Å衍射峰半高宽(FWHM-2)和2334nm吸收峰深度与2252nm吸收峰深度的比值(Dep2334/Dep2252)均可作为讨论绿帘石结晶度的指数。这些指数的变化受流体成分、物理化学条件等因素的制约,在一定程度上能够限定热液流体成分、温度、压力和氧逸度等条件。通过X射线衍射分析技术和短波红外光谱分析技术的运用,可划分绿帘石共生矿物组合及确定绿帘石的晶体指数,进而能够对斑岩铜矿的青磐岩化蚀变带进一步细化,反映流体的演化过程中温度的变化规律,帮助寻找热源矿化中心。
6 结论(1) X射线衍射分析技术可有效识别斑岩矿床内的多种蚀变矿物,对于厘定蚀变矿物组合和蚀变带的划分有重要作用。德兴铜矿富家坞矿区广泛发育绿帘石,其蚀变矿物组合有:绿帘石-钠长石-石英-方解石为主的类型Ⅰ矿物组合;绿帘石±绿泥石-石英-方解石为主的类型Ⅱ矿物组合和绿帘石-石英-方解石-沸石为主的类型Ⅲ矿物组合。
(2) 类型Ⅰ绿帘石的共生矿物主要为钠长石,石英,方解石等,在SWIR光谱上显示出的较高的Pos2252值和Dep2334/Dep2252值,这与绿帘石中较高的MgO/(MgO+Fe2O3)值有关。类型Ⅱ绿帘石与类型Ⅲ绿帘石Pos2252值和Dep2334/Dep2252值依次降低。绿帘石{022}晶面间距d值及其衍射峰半高宽(FWHM-2)与绿帘石Dep2334/Dep2252值均呈现负相关的关系,(FWHM-2)与Dep2334/Dep2252均可用于指示绿帘石结晶度。通过对不同类型绿帘石的SWIR和XRD特征变化规律研究,在一定程度上可有效指示矿化热源中心和流体演化过程中温度的变化。
谨以此文祝贺岳书仓教授八十八华诞!
Aoki M. 1978. Hydrothermal alteration of chabazite. The Journal of the Japanese Association of Mineralogists, Petrologists and Economic Geologists, 73(6): 155-166 DOI:10.2465/ganko1941.73.155 |
Barnes HL. 1997. Geochemistry of Hydrothermal Ore Deposits. 3rd Edition. New York: John Wiley & Sons
|
Browne PRL. 1978. Hydrothermal alteration in active geothermal fields. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 6: 229-248 DOI:10.1146/annurev.ea.06.050178.001305 |
Chang ZS, Hedenquist JW, White NC, Cooke DR, Roach M, Deyell CL, Garcia Jr J, Gemmell JB, McKnight S and Cuison AL. 2011. Exploration tools for linked porphyry and epithermal deposits:Example from the Mankayan intrusion-centered Cu-Au district, Luzon, Philippines. Economic Geology, 106(8): 1365-1398 DOI:10.2113/econgeo.106.8.1365 |
Cooke DR, Baker M, Hollings P, Sweet G, Chang ZS, Danyushevsky L, Gilbert S, Zhou TF, White NC, Gemmell JB and Inglis S. 2014. New advances in detecting the distal geochemical footprints of porphyry systems:Epidote mineral chemistry as a tool for vectoring and fertility assessments. In:Kelley KD and Golden HC (eds.). Building Exploration Capability for the 21st Century. Boulder, CO, USA:Society of Economic Geologists, 18: 127-152 |
Doublier MP, Roache A and Potel S. 2010. Application of SWIR spectroscopy in very low-grade metamorphic environments: A comparison with XRD methods. Geological Survey of Western Australia, 1-61
|
Gilder SA, Keller GR, Luo M and Goodell PC. 1991. Eastern Asia and the Western Pacific timing and spatial distribution of rifting in China. Tectonophysics, 197(2-4): 225-243 DOI:10.1016/0040-1951(91)90043-R |
Hedenquist JW and Richards JP. 1998. The influence of geochemical techniques on the development of genetic models for porphyry copper deposits. In:Richards JP and Larson PB (eds.). Techniques in Hydrothermal Ore Deposits Geology. Littleton, CO:Society of Economic Geologists, 10: 235-256 |
Höller H, Wirsching U and Fakhuri M. 1974. Experimente zur zeolithbildung durch hydrothermale umwandlung. Contributions to Mineralogy and Petrology, 46(1): 49-60 DOI:10.1007/BF00377992 |
Hou ZQ, Pan XF, Li QY, Yang ZM and Song YC. 2013. The giant Dexing porphyry Cu-Mo-Au deposit in East China:Product of melting of juvenile lower crust in an intracontinental setting. Mineralium Deposita, 48(8): 1019-1045 DOI:10.1007/s00126-013-0472-5 |
Hu KM. 2007. Initial discussion on the tectonic evolution of Jiangshan-Shaoxing fault zone. Geology of Zhejiang, 17(2): 1-11 (in Chinese with English abstract) |
Huang HL. 2006. Probe into structural feature and evolutionary history of deep fractured zone in the Northeast of Jiangxi. Jiangxi Coal Science & Technology, (4): 32-34 (in Chinese with English abstract)
|
Jiang YH, Zhao P, Zhou Q, Liao SY and Jin GD. 2011. Petrogenesis and tectonic implications of Early Cretaceous Sand A-type granites in the northwest of the Gan-Hang rift, SE China. Lithos, 121(1-4): 55-73 DOI:10.1016/j.lithos.2010.10.001 |
Kübler B. 1967. La cristallinite de I'illite et les zones tout a fait superieures du metamorphisme. In: Etages Tectoniques, Colloque de Neuchatel. A la Baconniere, Neuchatel, Suisse, 105-121
|
Laakso K, Peter JM, Rivard B and White HP. 2016. Short-wave infrared spectral and geochemical characteristics of hydrothermal alteration at the Archean Izok Lake Zn-Cu-Pb-Ag volcanogenic massive sulfide deposit, Nunavut, Canada:Application in exploration target vectoring. Economic Geology, 111(5): 1223-1239 DOI:10.2113/econgeo.111.5.1223 |
Li L, Ni P, Wang GG, Zhu AD, Pan JY, Chen H, Huang B, Yuan HX, Wang ZK and Fang MH. 2017. Multi-stage fluid boiling and formation of the giant Fujiawu porphyry Cu-Mo deposit in South China. Ore Geology Reviews, 81: 898-911 DOI:10.1016/j.oregeorev.2015.11.020 |
Lian CY, Zhang G, Yuan CH and Yang K. 2005. Application of SWIR reflectance spectroscopy in mapping of hydrothermal alteration minerals:A case study of the Tuwu porphyry copper prospect, Xinjiang. Geology in China, 32(3): 483-495 (in Chinese with English abstract) |
Liu YH and Liu PA. 2003. Theory and Application of X-ray Diffraction Analysis. Beijing: Chemical Industry Press, 1-224 (in Chinese with English abstract)
|
Pang XL, Liu XC, Xue Y, Jiang XF and Jiang CH. 2009. Application of powder X-ray diffraction in petrology and mineralogy. Rock and Mineral Analysis, 28(5): 452-456 (in Chinese with English abstract) |
Rui ZY, Huang CK, Qi GM, Xu Y and Zhang HT. 1984. Porphyry Copper (Molybdenum) Deposits of China. Beijing: Geological Publishing House, 1-316 (in Chinese with English abstract)
|
Seedorff E, Dilles JH, Proffett Jr JM, Einaudi MT, Zurcher L, Stavast WJA, Johnson DA and Barton MD. 2005. Porphyry deposits:Characteristics and origin of hypogene features. In:Hedenquist JW, Thompson JFH, Goldfarb RJ and Richards JP (eds.). Economic Geology:One Hundredth Anniversary Volume. Colorado:Society of Economic Geologists, 100: 251-298 |
Shen ZY, Ye Y, Fang DJ and Tan XD. 1999. Characteristics of magnetic fabrics of Jiangshan-Shaoxing collision belt and its tectonic implications. Chinese Science Bulletin, 44(10): 1093-1098 (in Chinese) DOI:10.1360/csb1999-44-10-1093 |
Sillitoe RH. 2010. Porphyry copper systems. Economic Geology, 105(1): 3-41 DOI:10.2113/gsecongeo.105.1.3 |
Thompson A, Scott K, Huntington J and Yang K. 2009. Mapping mineralogy with reflectance spectroscopy:Examples from volcanogenic massive sulfide deposits. In:Bedell R, Crósta AP and Grunsky E (eds.). Remote Sensing and Spectral Geology. Society of Economic Geologists, 16: 25-40 |
Wang GG, Ni P, Zhao KD, Wang XL, Liu JQ, Jiang SY and Chen H. 2012. Petrogenesis of the Middle Jurassic Yinshan volcanic-intrusive complex, SE China:Implications for tectonic evolution and Cu-Au mineralization. Lithos, 150: 135-154 DOI:10.1016/j.lithos.2012.05.030 |
Wang GG, Ni P, Wang RC, Zhao KD, Chen H, Ding JY, Zhao C and Cai YT. 2013. Geological, fluid inclusion and isotopic studies of the Yinshan Cu-Au-Pb-Zn-Ag deposit, South China:Implications for ore genesis and exploration. Journal of Asian Earth Sciences, 74: 343-360 DOI:10.1016/j.jseaes.2012.11.038 |
Wang GG, Ni P, Yao J, Wang XL, Zhao KD, Zhu RZ, Xu YF, Pan JY, Li L and Zhang YH. 2015. The link between subduction-modified lithosphere and the giant Dexing porphyry copper deposit, South China:Constraints from high-Mg adakitic rocks. Ore Geology Reviews, 67: 109-126 DOI:10.1016/j.oregeorev.2014.12.004 |
Wang GG, Ni P, Zhao C, Yao J, Li L, Zhao DL, Hu JS, Zhu AD and Zhang X. 2019. The research advances and genetic model of the giant Dexing Cu-Au ore cluster. Acta Petrologica Sinica, 3644-3658 (in Chinese with English abstract)
|
Wang Q, Zhao ZH, Jian P, Xu JF, Bao ZW and Ma JL. 2004. SHRIMP zircon geochronology and Nd-Sr isotopic geochemistry of the Dexing granodiorite porphyries. Acta Petrologica Sinica, 20(2): 315-324 (in Chinese with English abstract) |
Xiu LC, Zheng ZZ, Yu ZK, Huang JJ, Yin L, Wang MJ, Zhang QN, Huang B, Chen CX, Xiu TJ and Lu S. 2007. Mineral analysis technology application with near infrared spectroscopy in identifying alteration mineral. Acta Geologica Sinica, 81(11): 1584-1590 (in Chinese with English abstract) |
Xu C, Chen HY, White CN, Qi JP, Zhang LJ, Zhang S and Duan G. 2017. Alteration and mineralization of Xinan Cu-Mo ore deposit in Zijinshan orefield, Fujian Province, and application of short wavelength infra-red technology (SWIR) to exploration. Mineral Deposits, 36(5): 1013-1038 (in Chinese with English abstract) |
Yang K, Lian C, Huntington JF, Peng Q and Wang Q. 2005. Infrared spectral reflectance characterization of the hydrothermal alteration at the Tuwu Cu-Au deposit, Xinjiang, China. Mineralium Deposita, 40(3): 324-336 DOI:10.1007/s00126-005-0479-7 |
Yang ZM, Hou ZQ, Yang ZS, Qu HC, Li ZQ and Liu YF. 2012. Application of short wavelength infrared (SWIR) technique in exploration of poorly eroded porphyry Cu district:A case study of Niancun ore district, Tibet. Mineral Deposits, 31(4): 699-717 (in Chinese with English abstract) |
Zhang G, Lian CY and Wang RS. 2005. Application of the portable infrared mineral analyser (PIMA) in mineral mapping in the Qulong copper prospect, Mozhugongka County, Tibet. Geological Bulletin of China, 24(5): 480-484 (in Chinese with English abstract) |
Zhang P, Xu H and Sun YQ. 2011. The application of PIMA on hydrothermal alteration mineral zoning, gold deposit. China Mining Magazine, 20(Suppl.): 155-158, 187 (in Chinese)
|
Zhang ST, Chen HY, Zhang XB, Zhang WF, Xu C, Han JS and Chen M. 2017. Application of short wavelength infrared (SWIR) technique to exploration of skarn deposit:A case study of Tonglvshan Cu-Fe-Au deposit, Edongnan (Southeast Hubei) ore concentration area. Mineral Deposits, 36(6): 1263-1288 (in Chinese with English abstract) |
Zhang TF, Pan XF, Yang D, Li Y, Hu BG, Zhu XY and Zhao M. 2012. A study of fluid inclusions in Zhushahong copper-gold porphyry deposit, Dexing, Jiangxi. Mineral Deposits, 31(4): 861-880 (in Chinese with English abstract) |
Zhao C, Ni P, Wang GG, Ding JY, Chen H, Zhao KD, Cai YT and Xu YF. 2013. Geology, fluid inclusion, and isotope constraints on ore genesis of the Neoproterozoic Jinshan orogenic gold deposit, South China. Geofluids, 13(4): 506-527 DOI:10.1111/gfl.12052 |
Zhu X, Huang CK, Rui ZY, Zhou YH, Zhu XJ, Hu CS and Mei ZK. 1983. The Dexing Porphyry Copper Deposit. Beijing: Geological Publishing House, 1-336 (in Chinese with English abstract)
|
胡开明. 2007. 江绍断裂带的构造演化初探. 浙江地质, 17(2): 1-11. |
黄汉林. 2006. 赣东北深大断裂带构造特征及演化史探讨. 江西煤炭科技, (4): 32-34. DOI:10.3969/j.issn.1006-2572.2006.04.019 |
连长云, 章革, 元春华, 杨凯. 2005. 短波红外光谱矿物测量技术在热液蚀变矿物填图中的应用——以土屋斑岩铜矿床为例. 中国地质, 32(3): 483-495. DOI:10.3969/j.issn.1000-3657.2005.03.019 |
刘粤惠, 刘平安. 2003. X射线衍射分析原理与应用. 北京: 化学工业出版社, 1-224.
|
庞小丽, 刘晓晨, 薛雍, 江向锋, 江超华. 2009. 粉晶X射线衍射法在岩石学和矿物学研究中的应用. 岩矿测试, 28(5): 452-456. DOI:10.3969/j.issn.0254-5357.2009.05.011 |
芮宗瑶, 黄崇轲, 齐国明, 徐钰, 张洪涛. 1984. 中国斑岩铜(钼)矿床. 北京: 地质出版社, 1-316.
|
沈忠悦, 方大钧, 叶瑛, 朱建丽, 郑美云. 1999. 江山-绍兴碰撞带的磁组构特征及其构造地质意义. 科学通报, 44(10): 1093-1098. DOI:10.3321/j.issn:0023-074X.1999.10.017 |
王国光, 倪培, 赵超, 姚静, 李利, 赵丹蕾, 胡金山, 朱安冬, 张鑫. 2019. 德兴大型铜金矿集区的研究进展和成矿模式. 岩石学报, 35(12): 3644-3658. DOI:10.18654/1000-0569/2019.12.05 |
王强, 赵振华, 简平, 许继峰, 包志伟, 马金龙. 2004. 德兴花岗闪长斑岩SHRIMP锆石U-Pb年代学和Nd-Sr同位素地球化学. 岩石学报, 20(2): 315-324. |
修连存, 郑志忠, 俞正奎, 黄俊杰, 殷靓, 王弥建, 张秋宁, 黄宾, 陈春霞, 修铁军, 陆帅. 2007. 近红外光谱分析技术在蚀变矿物鉴定中的应用. 地质学报, 81(11): 1584-1590. DOI:10.3321/j.issn:0001-5717.2007.11.013 |
许超, 陈华勇, White NC, 祁进平, 张乐骏, 张爽, 段甘. 2017. 福建紫金山矿田西南铜钼矿段蚀变矿化特征及SWIR勘查应用研究. 矿床地质, 36(5): 1013-1038. |
杨志明, 侯增谦, 杨竹森, 曲焕春, 李振清, 刘云飞. 2012. 短波红外光谱技术在浅剥蚀斑岩铜矿区勘查中的应用——以西藏念村矿区为例. 矿床地质, 31(4): 699-717. DOI:10.3969/j.issn.0258-7106.2012.04.004 |
章革, 连长云, 王润生. 2005. 便携式短波红外矿物分析仪(PIMA)在西藏墨竹工卡县驱龙铜矿区矿物填图中的应用. 地质通报, 24(5): 480-484. DOI:10.3969/j.issn.1671-2552.2005.05.015 |
张篷, 许虹, 孙雨沁. 2011. PIMA在金矿床热液蚀变矿物分带中的应用. 中国矿业, 20(增): 155-158, 187. |
张世涛, 陈华勇, 张小波, 张维峰, 许超, 韩金生, 陈觅. 2017. 短波红外光谱技术在矽卡岩型矿床中的应用——以鄂东南铜绿山铜铁金矿床为例. 矿床地质, 36(6): 1263-1288. |
张天福, 潘小菲, 杨丹, 李岩, 胡宝根, 朱小云, 赵苗. 2012. 德兴朱砂红斑岩型铜(金)矿床流体包裹体研究. 矿床地质, 31(4): 861-880. DOI:10.3969/j.issn.0258-7106.2012.04.015 |
朱训, 黄崇坷, 芮宗瑶, 周耀华, 朱贤甲, 胡淙声, 梅占魁. 1983. 德兴斑岩铜矿. 北京:地质出版社: 1-336. |