我国西北地跨甘肃、新疆的北山地区是我国重要的成矿带之一, 区内矿床类型多样、资源丰富。经过几十a的地质勘查研究, 北山成矿带已成为我国重要的矿产基地之一。但随着地质勘探工作程度的提高, 仅利用传统找矿方法的找矿难度日益增大。采用新技术手段、新找矿理论武装地质工作者, 才可能为下一步找矿工作的突破提供契机。

目前高光谱遥感技术已日趋广泛地应用于矿物识别、岩性填图和矿产资源及油气勘探等领域^{[1, 2]}, 利用其丰富的光谱信息和高空间分辨率能够识别出肉眼难以发现的蚀变矿物信息。该技术在(矿化)蚀变带定位、矿化热液蚀变中心追索等方面发挥着重要作用^{[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]}。北山成矿带内许多重要矿床的成矿作用与岩浆作用关系密切, 围岩蚀变发育较好。该区属戈壁丘陵地貌, 基岩出露好, 局部地区受地表风化影响碎石残留原地。因此, 北山地区具备开展航空高光谱测量的有利地质条件和良好自然环境, 有利于获取航空高光谱数据和开展地面光谱测量。姚佛军等^[11]认为有针对性地提取遥感蚀变异常, 能够对不同矿床类型蚀变异常信息进行识别。笔者在对北山^[7]、东昆仑等地区高光谱异常信息对比研究基础上认为, 在一定地质条件下形成的某类型矿床, 尽管受地表露头、矿化规模、地形和地貌等因素影响, 但其蚀变矿物组合会保持一致。利用高光谱异常信息, 通过识别与成矿密切相关的指示矿物或标志性蚀变岩石^[3], 即对不同类型的矿床通过寻找具有找矿指导意义的标志性蚀变矿物组合, 可更有效地识别、定位该类型矿床^[1]。

本文利用与侵入体有关的金矿床(intrusive related gold deposit, IRGD)成矿理论, 重新审视北山地区成矿地质条件, 选取方山口— 老金场地区开展高光谱遥感技术的研究工作。在对该区CASI/ SASI高光谱遥感数据获取及蚀变矿物异常提取基础上, 选择典型矿床进行光谱特征剖析, 建立基于高光谱遥感的标志性蚀变矿物组合及找矿模型, 进而筛选出方山口地区作为找矿预测区。通过实地光谱验证及异常查证, 发现方山口金矿找矿线索, 从而加速找矿工作进程。

方山口— 老金场研究区位于新疆— 甘肃交界处, 属塔里木板块北缘之晚古生代陆内裂谷带^[12]。区内中部为敦煌杂岩(Pt₁B); 北部见墩墩山组(D₃d)火山-沉积岩盖层; 南部为红柳园组(C₁hl)和石板山组(C₂sb)碎屑岩-碳酸盐岩、火山岩组合, 双堡堂组(P₂s)碎屑岩、金塔组(P₂jt)海相火山岩、方山口组(P₃f)火山熔岩等; 西北部出露平头山组(Jxp)、帕尔岗塔格群(Qnp)、锡林柯博组(O₃x)镁质碳酸盐和碎屑岩沉积。区内断裂构造发育, 以NWW向断裂为主, 其次为NE向和近EW向断裂, 呈弧形展布。岩浆活动强烈, 以华力西期为主, 分布有二长花岗岩、黑云母花岗岩、花岗闪长岩和少量辉长岩; 次为印支期二长花岗岩。区内地质演化情况复杂, 矿产资源丰富, 分布有多个金、矾和钨矿床(图1)。具多旋回、多期次构造作用叠加, 动力学机制多样, 岩浆活动频繁, 变质变形和成矿作用强烈^[14]。

图1

Fig.1

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	图1 北山方山口— 老金场地区地质矿产图(据杨合群等[13])Fig.1 Geological and mineral resources map of Fangshankou-Laojinchang area in Beishan

2011年7月完成了CASI/ SASI航空高光谱遥感数据的获取工作。该高光谱仪器的技术参数见文献[7], 以此不再赘述。光谱异常提取结果显示, 区内发育有褐铁矿、绿泥石、绿帘石、方解石、白云石、高铝绢云母、中铝绢云母和低铝绢云母等蚀变矿物异常(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 北山方山口— 老金场地区蚀变矿物分布Fig.2 Distribution of alteration minerals in Fangshankou-Laojinchang area, Beishan

从整体来看, 上述异常在空间上分布不均, 呈现沿岩体接触带、断裂及后期岩脉富集发育的特点。区内丰富的蚀变矿物异常信息, 为本文的研究提供了良好的前提条件。

研究区属北山南金成矿带, 区内金矿床依据成因分为: 石英脉型、热液型、火山岩型、变质热液型、构造蚀变岩型及矽卡岩型等^{[15, 16]}。目前, 对火山岩型、变质热液型金矿床的成因认识较为统一^{[15, 17, 18]}; 但对与岩浆活动关系密切的金矿床成因, 存在热液型、构造蚀变岩型、矽卡岩型、造山型和IRGD型等不同观点^{[19, 20, 21, 22]}。部分学者将研究区内分布的多个金矿床划分为IRGD型金矿床^{[18, 20, 23, 24]}。因此, 厘清该区金矿的成因类型, 对下一步找矿工作具有重要指导意义。结合前人成果以及对IRGD的研究认识^{[25, 26, 27, 28, 29]}, 本文认为该区分布在中酸性侵入体周围的金矿床具如下特征:

1)研究区位于中亚成矿带中段, 沿古板块汇聚带分布, 区内与侵入岩有关的金、钨、铜等矿床集中发育, 是IRGD型金矿发育的有利构造单元^[18]。

2)区内金矿床形成与岩浆活动之间存在明显的时空耦合关系^[17], 特别是华力西期中酸性侵入体与金矿关系密切^[18], 例如明金沟^[7]和金滩子等金矿, 与IRGD型金矿特征相吻合。区内多期次岩浆活动为金成矿提供了热动力条件和物质来源, 具有较好的岩浆动力条件。

3)研究区华力西期花岗岩类中副矿物多见钛铁矿、钍石、黄铁矿、白钨矿和毒砂, 反映其富含Ti, Th, W和As等元素。其Fe₂O₃/ FeO指数介于0.27~0.88, 表现出还原性环境特征^[30]。成矿流体为中— 高温、富CO₂的流体, 与岩浆作用关系密切。

上述分析表明, 研究区具备IRGD型金矿床的有利成矿条件, 对其成因机制认识的改变, 将引导找矿方向的改变。以往找矿工作中更多的是在已知金成矿带、矿集区内进行, 而对其外围的找矿勘探工作相对薄弱。因此, 有理由突破现有矿集区的束缚, 在区内成矿有利的中酸性侵入岩周围, 仍可开展金矿的找矿工作。

根据该区成矿地质条件, 选择典型矿床— — 金滩子金矿分析其具有找矿指示意义的标志性蚀变矿物组合, 以达到指导找矿预测、为高光谱异常筛选提供依据之目的。金滩子金矿位于研究区北部, 矿区出露华力西早期石英闪长岩, 后期被印支期二长花岗岩侵入。脉岩发育, 呈NE向、NW向和近SN向, 岩性为花岗斑岩、辉绿玢岩和石英脉。NE向构造发育, 次为NW向和近EW向(图3)。金矿体受石英闪长岩体内断层破碎带控制, 产状190° ∠85° 。

图3

Fig.3

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	图3 金滩子金矿蚀变矿物分布Fig.3 Distribution of alteration minerals in Jintanzigold deposit

区内金矿化体赋存在糜棱岩化带的黄铁绢英岩中, 黄铁绢英岩脉宽10~20 cm, 脉体呈透镜状、束状, 近平行产出(图4)。金属矿物见有黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿和赤铁矿, 地表氧化见褐铁矿和孔雀石。

图4

Fig.4

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	图4 金滩子金矿蚀变分带Fig.4 Altertionzonations of Jintanzi gold deposit

糜棱岩化蚀变带的原岩为石英闪长岩, 发育狭窄的绢云母化、褐铁矿化、硅化和碳酸盐化蚀变带。金滩子矿化体赋存在侵入岩内的绢英岩块体中, 具有狭窄的蚀变晕; 侵入岩具还原性环境特征, 并与IRGD型金矿床一致。

矿区发育高铝绢云母、中铝绢云母、绿帘石、绿泥石、褐铁矿和白云石异常, 呈线状、团块状分布, 见有少量星散状低铝绢云母异常(图3)。异常沿断层或后期岩脉侵入部位发育。高铝绢云母、中铝绢云母、绿帘石和绿泥石异常叠合好, 分布面积较大, 沿蚀变石英闪长岩发育。褐铁矿异常分布范围相对更小, 位于前四者中心, 与金矿化区域相吻合。

对矿区不同岩性进行了ASD地面光谱测量(仪器参数见文献[7])。结果显示, 蚀变石英闪长岩有6处光谱吸收峰(图5(a)): 600~750 nm, 750~1 000 nm, 1 000~1 200 nm谱段附近分别为Fe³⁺和Fe²⁺吸收峰, 峰形平缓; 2 190~2 220 nm谱段附近具有Al-OH吸收峰, 峰形较浅; 2 250 nm处有Fe-OH吸收峰, 2 320~2 360 nm处有Mg-OH吸收峰。以上光谱吸收峰与绿泥石化、绿帘石化和弱绢云母化的围岩蚀变有关。

糜棱岩化破碎带中含金矿化碎粉岩有6处吸收峰(图5(b)), 原岩为石英闪长岩, 蚀变类型与前者相似, 但其在2 190~2 220 nm谱段处Al-OH吸收峰的峰形明显较深, 表现更为强烈的绢云母化。

含金黄铁绢英岩有4处吸收峰(图5(c)): 600~750 nm和750~1 000 nm谱段为Fe³⁺吸收峰, 表现出强烈的褐铁矿化; 2 205 nm处有Al-OH吸收峰, 峰形明显; 2 345 nm处有-OH吸收峰, 与中— 高铝绢云母蚀变矿物异常一致。黄铁绢英岩型金矿石作为该区重要的金矿化类型, 其褐铁矿化+中— 高铝绢云母化蚀变组合是寻找金矿化的重要标志。典型蚀变分带剖面剖析(图4)显示, 金矿化区表现出由中心褐铁矿+中— 高绢云母向绿泥石+绿帘石+弱中— 高绢云母分带特征。

图5

Fig.5

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	图5 金滩子金矿床典型岩矿光谱曲线Fig.5 Spectral curves of typical rocks and minerals in Jintanzi gold deposit

综上认为, 金矿化体与黄铁绢英岩化和糜棱岩化蚀变带相关, 发育有褐铁矿+中— 高铝绢云母化蚀变矿物组合, 构成该区金矿化的高光谱识别标志。绿泥石+绿帘石异常则由外侧围岩蚀变引起。自矿化体向两侧围岩, 蚀变矿物异常表现出较好的分带性。区内IRGD型金矿床的高光谱遥感找矿模型为: 中心相赋存在黄铁绢英岩内的金矿化部位发育褐铁矿+中— 高铝绢云母蚀变组合, 矿化体外侧糜棱岩化带发育中— 高铝绢云母+绿帘石+绿泥石蚀变组合, 外围中酸性岩体发育绿泥石、绿帘石和弱的中— 高铝绢云母蚀变组合(图6)。且蚀变矿物组合受断裂和中酸性岩体控制, 呈线状或团块状分布。

图6

Fig.6

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	图6 北山地区金矿床高光谱遥感蚀变矿物异常模式Fig.6 Model of altered mineral anomaly by hyperspectral remote sensing in gold deposit, Beishan

成矿地质体以华力西期— 印支期中酸性侵入体最为有利, 岩体受构造运动影响, 后期脉体发育。岩体内的糜棱岩化破碎带(尤其在构造交汇处)是成矿有利部位^[14], 并伴有Au, Ag, Te, W, As, Bi化探异常。

方山口―老金场所处的金成矿带经历过2次深源岩浆活动^[15], 金矿化主要形成于华力西期, 印支期岩浆活动对早期形成的金矿床产生了叠加改造作用。区内东南部老金场— 新金场一带赋存在二叠纪火山岩中的金矿床在此不做讨论; 北部产出的金矿均与华力西期侵入岩有关, 普遍发育窄的围岩蚀变。成矿地质条件分析认为, 华力西期中酸性侵入体发育的勘探薄弱区是金矿找矿工作的重点。

高光谱遥感蚀变异常提取结果表明, 研究区内褐铁矿+中— 高铝绢云母标志性蚀变矿物组合沿北部断裂构造产出, 已知矿床均位于该异常组合发育部位。综上所述, 筛选出标志性蚀变矿物组合发育、勘探工作薄弱且华力西期侵入体发育的区域作为找矿预测区。

结合前人资料^[31], 甘新交界方山口一带岩浆活动强烈, 分布有华力西期— 印支期的花岗闪长岩、二长花岗岩、花岗斑岩及辉长岩脉、闪长岩脉和石英脉等多期次岩浆活动, 为成矿物质的运移、富集提供了物源和热源条件。后期NW向和NE向构造发育, 为金矿体就位提供了空间。蚀变矿物异常筛选结果显示, 方山口一带标志性蚀变矿物组合发育(图1中蓝框所示范围和图7), 与前述高光谱遥感找矿模型相吻合, 金成矿条件较为有利, 且勘探工作薄弱, 因而选择该区为找矿预测区。

图7

Fig.7

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	图7 方山口找矿预测区高光谱蚀变矿物分布Fig.7 Distribution of alteration minerals in Fangshankou area predicted for prospecting

图7结果显示, 预测区内分布褐铁矿、绿帘石、绿泥石、白云石和低— 中— 高铝绢云母等蚀变矿物, 呈带状、斑块状产出(图7(a)— (e))。区内中— 高铝绢云母、褐铁矿化三者叠合较好, 分布面积广, 呈线状、斑块状异常形态产出; 东北部带状展布的此3种蚀变矿物异常推断为岩脉和构造破碎带引起; 中部斑块状中— 高铝绢云母+褐铁矿化异常组合受黑云母二长花岗岩、褪色蚀变花岗岩和碎裂花岗岩控制, 其蚀变矿物异常存在中— 高铝绢云母→ 褐铁矿分带特征(图7(f))。

选择预测区中部标志性蚀变矿物组合发育、分带特征明显的地段进行野外查证(图7), 北部为平头山群灰岩和千枚岩, 与花岗闪长岩呈断层接触(图8)。沿断层多充填有花岗岩、闪长玢岩和石英脉等。岩脉受断裂活动影响, 岩石破碎, 呈碎裂岩、碎粒岩产出; 中部出露黑云母二长花岗岩, 其中见有地层捕虏体, 岩体边部见有2处褪色蚀变花岗岩株, 与二长花岗岩和花岗斑岩呈断层接触, 受构造作用影响, 片理化带发育; 南部见浅红色花岗斑岩, 硅化强烈。断层以NW向为主, 其次为NE向。对查证区内不同地质单元进行了ASD地面光谱测量(图8), 其光谱特征如下: ①花岗岩类。光谱测量显示, 在2 207 nm处发育浅的Al-OH吸收峰, 2 345 nm处发育-OH吸收峰, 表现出中— 高铝绢云母特征。600~750 nm和750~1 000 nm谱段出现弱Fe³⁺吸收峰(图9(a)); ②绢英岩化蚀变花岗岩。其光谱曲线除具有Al-OH和-OH吸收峰外, 均有600~750 nm和750~1 000 nm谱段出现Fe³⁺吸收峰(图9(b)), 表现出较强的褐铁矿化, 具有明显的褐铁矿+中— 高铝绢云母异常组合。镜下鉴定显示岩石受气液交代作用发生绢英岩化。在该岩体断裂构造发育处见有雁行排列的黄铁绢英岩脉, 与两侧围岩呈断裂接触。光谱测量显示, 黄铁绢英岩脉(FSK-1―5)在600~750 nm和750~1 000 nm谱段出现Fe³⁺吸收峰, 在2 204 nm处出现高铝绢云母特征吸收峰, 2 345 nm处出现-OH吸收峰(图9(c))。其异常类型、地质特征与金滩子和明金沟金矿^[7]内黄铁绢英岩型金矿石光谱曲线的特征峰相一致, 表现出较好的金矿成矿潜力。

图8

Fig.8

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	图8 北山方山口野外查证区地质简图Fig.8 Geological map of field test area in Fangshankou, Beishan

图9

Fig.9

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	图9 找矿预测区不同岩石光谱曲线Fig.9 Spectral curves for different rocks in area predicted for prospecting

找矿预测区中部的绢英岩化花岗岩分布地段, 其高光谱标志性蚀变矿物组合(中— 高铝绢云母+褐铁矿)发育, 对其进行了重点查证。区内绢英岩化花岗岩在地表呈灰黄色, 发育强绢云母化、褐铁矿化、高岭土化和硅化; 受NW向断裂影响, 片理化发育; 在标志性异常组合中心, 发育多条NW走向的黄铁绢英岩脉, 宽约0.2~1.0 m不等; 呈细脉破碎状, 单脉宽小于0.4 m, 雁行排列, 沿其裂隙发育强黄钾铁矾化、褐铁矿化细脉。对其进行Au元素分析显示, Au元素异常明显。发现3条金矿化脉(图8), 其地质特征如下:

1)L1含金黄铁绢英岩脉。露头长约70 m, 受断层带控制, 发育多条宽度不等的石英脉, 带宽0.3~0.7 m, 走向295° (图10(a)); 两侧花岗岩发育绢英岩化、钾化和绿帘石化。金矿化脉中的褐铁矿化和黄钾铁矾化发育(图10(b)), 局部可见黄铁矿化。按照约15~20 m间距取地表拣块样, 其金品位为1.88~4.70 g/t。金以自然金产出, 富集在褐铁矿化和黄钾铁矾化细脉中。探槽TC-1揭露显示, 有2条含金矿化脉呈透镜状产出, 见强黄钾铁矾、钾化(图10(c))。

2)L2含金黄铁绢英岩脉。露头长约30 m, 宽0.2~0.3 cm, 走向302° (图10(d)); 两侧花岗岩绢英岩化、钾化蚀变发育。黄铁绢英岩脉中褐铁矿化、黄钾铁矾化发育(图10(e))。地表拣块样金品位为0.09~0.61 g/t。探槽TC-2揭露显示片理化花岗岩和褐铁矿化石英脉向西规模变小(图10(f))。

3)L3含金黄铁绢英岩脉。露头长约80 m, 宽0.4~0.5 m, 走向320° (图10(g)); 褐铁矿化和黄钾铁矾化呈细脉网状发育, 孔雀石化弱发育; 两侧花岗岩硅化、绢云母化和钾化蚀变发育。地表发育次生富集带, 以铁帽形态产出(图10(h)), 拣块样分析结果显示其金品位最高, 达9.58 g/t。探槽TC-6揭露显示金矿脉向下延伸稳定, 且有变宽趋势(图10(i))。

图10

Fig.10

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	图10 方山口金矿化实地及探槽照片Fig.10 Photographs of field and trenchs in Fangshankou gold deposit

探槽TC-3, TC-4和TC-5(图8)控制了片理化花岗岩, 在其中见有多条破碎蚀变带及石英脉, 石英脉呈乳白色宽脉状, 单脉宽度大于0.4 m。采样分析结果显示其金矿化弱。

综上所述, 方山口地区的金矿化赋存在绢英岩化花岗岩内含金黄铁绢英岩脉中, 与华力西期中酸性侵入体关系密切。围岩蚀变发育绢英岩化、褐铁矿化、钾化、铁白云岩化、绿帘石化和绿泥石化等, 与IRGD型金矿的地质特征、围岩蚀变等相近^{[27, 28, 29]}。高光谱异常以中— 高铝绢云母+褐铁矿为标志性蚀变矿物组合, 地表找矿标志为硅化、褐铁矿化和黄钾铁矾化。方山口金矿化的发育展现出该区具有良好的IRGD型金矿找矿潜力。

1)北山地区方山口―老金场一带存在IRGD型金矿床的找矿潜力, 方山口南一带具有多期次岩浆活动, 地表围岩蚀变发育。通过高光谱异常筛选, 查证过程中发现了方山口金矿化线索具有IRGD型金矿床特征。金矿化赋存在绢英岩化花岗岩内的黄铁绢英岩脉中, 在地表发现3条黄铁绢英岩脉, 金矿化好, 探槽揭露向下延伸较好, 有待做进一步的找矿勘探工作。

2)高光谱遥感数据(CASI/SASI)异常提取结果显示, 找矿预测区内高光谱蚀变矿物异常发育; 利用典型矿床剖析建立的“ 中— 高铝绢云母+褐铁矿” 这一标志性蚀变矿物找矿组合模式, 可较有效地定位金矿找矿有利区, 结合地面异常查证, 必将加快该区金矿找矿工作的进程, 也将进一步促进高光谱遥感技术与地质找矿工作的有机结合。