傅明海，代晶晶，王先广，胡正华，彭 勃，万 新，张忠雪，赵龙贤

1.中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037 2.中国地质大学(北京)地质科学院，北京 100083 3.江西省矿产资源保障服务中心，江西 南昌 330025 4.江西省国土空间调查规划研究院，江西 南昌 330025

江西朱溪特大型钨矿床是近年新发现、世界上最大的钨矿床，其发现对于钨矿资源的开发和钨矿床的研究均具有重要意义[1]。目前对朱溪矿床的研究主要集中于矿床的区域地质背景[1]、地质特征[2]、成岩成矿时代[3-4]、岩石地球化学特征[5]、成矿流体特征[6]以及矿物学特征[7-9]等方面，采取的方法多是电子探针、激光剥蚀、能谱等测试分析手段和地球化学、地球物理、钻探等信息的结合，缺少新技术新方法对找矿勘查的支撑，仅连敦梅等[10]对朱溪矿床中的绢云母进行了短波红外光谱学研究。矽卡岩型矿体是朱溪矿床最主要的矿体类型，运用热红外光谱技术可以快速识别矽卡岩矿物成分，探究矿物光谱变化规律对成矿环境具有指示意义，可指导矽卡岩矿物分带与找矿勘查。

红外光谱技术是近年来兴起的一种可以快速、无损、精确探测矿物的技术手段，可以提取岩石中矿物种类、成分、含量等信息，揭示矿床矿化蚀变类型，近年来被广泛地应用于蚀变矿物识别和矿床蚀变填图中[11]。热红外光谱是红外光谱技术的一种，其波长范围为8～14 μm，换算成波数为714～1 250 cm-1，主要探测SinOk，SO4，CO3和PO4等原子基团基频振动及其微小变化，用于区分识别硅酸盐、硫酸盐、碳酸盐、磷酸盐、氧化物、氢氧化物等矿物，因此为朱溪典型矽卡岩矿物鉴定识别提供了一种新的手段[12]。

本工作通过对朱溪矿床中的典型矽卡岩矿物开展详细的野外观察、薄片鉴定、电子探针分析和热红外光谱分析，揭示该矿床典型矽卡岩矿物的热红外光谱特征，分析其成分与光谱之间的关系，建立朱溪地区的矿物光谱库，并探究其对成矿环境的指示意义，从而达到优化矿物识别过程、为矽卡岩型钨矿床的找矿工作提供新的技术指导的目的。

1.1 样品及测试方法

样品主要来自ZK5407的岩心样，选取矽卡岩化、白钨矿化强烈的岩心样进行系统的显微镜下鉴定，挑选典型的矽卡岩矿物，如生长良好、表面干净的石榴子石、透辉石、符山石、硅灰石、阳起石等，进行电子探针实验和显微红外光谱实验，分析朱溪矿床典型矽卡岩矿物的主量元素含量和热红外光谱特征。电子探针测试工作在中国地质科学院矿产资源研究所电子探针实验室完成，实验仪器型号为日本JEOL公司的JXA-8230，实验条件为加速电压15 kV，激发电流20 nA，电子束直径5 μm。显微红外光谱测试在北京大学环境矿物学实验室开展，测试仪器为德国Bruker公司生产的LUMOS傅里叶红外光谱仪，配备ZnSe分束器，MCT检测器，压杆式ATR探头，测试范围为600～7 000 cm-1，光谱分辨率为2 cm-1，样品及背景扫描次数为64。后续的光谱处理分析采用澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)研发的The Spectral GeologistTM(TSG光谱地质专家)分析软件，利用不同矿物的吸收波长、吸收深度、以及由此产生不同的光谱形态等，从样品实测光谱数据中实现矿物种类与相对含量的自动识别，之后可以根据不同矿物具体特征提取相关参数进行对比分析，探讨变化规律和其指示意义，最终分析选取的光谱范围为720～1 200 cm-1。

1.2 朱溪典型矽卡岩矿物热红外光谱特征

基于室内显微镜鉴定、电子探针结果、热红外光谱和TSG光谱分析软件，系统梳理了朱溪矿床典型矽卡岩矿物的热红外光谱特征，如石榴子石、透辉石、符山石、硅灰石、阳起石等(图1)，各样品热红外光谱特征都由其晶格中SinOk原子基团的基频振动引起，具体特征与其化学成分和分子结构有关。

图1 朱溪典型矽卡岩矿物热红外波谱图

石榴子石：其基本化学式为X3Y2[SiO4]3，其中X代表正二价阳离子如Ca2+，Mg2+，Fe2+和Mn2+等，Y代表正三价阳离子如Al3+，Fe3+，Cr3+等。其热红外光谱吸收特征峰主要位于720～1 050 cm-1波数范围内，在800和910 cm-1附近存在一大一小两个吸收峰，大峰宽而强，小峰窄而弱，且两者间约880 cm-1波数附近存在一特征吸收谷，随石榴子石成分的改变，该石榴子石特征吸收谷位置呈规律性变化。

透辉石：透辉石的基本化学式为CaMg[SiO3]2，透辉石CaMg[SiO3]2和钙铁辉石CaFe[SiO3]2成分中的Mg和Fe完全类质同象代替。其热红外光谱吸收特征主要位于720～1 200 cm-1范围内，透辉石的峰谷数量较多，在850～950 cm-1范围内存在诊断式的呈阶梯状降低的吸收峰，一般有3个小峰，除此之外，在1 050 cm-1附近存在一强度中等、宽度适中的吸收峰，两峰之间约1 000 cm-1左右存在一吸收谷，呈极弱的双谷式吸收特征。

符山石：符山石的基本化学式为Ca10(Mg, Fe)Al4[Si2O7]2[SiO4]5(OH)4，其热红外光谱吸收特征主要位于720～1 100 cm-1波数范围内，在830～1 010 cm-1波数范围内存在诊断式的呈阶梯状降低的吸收峰，一般有3～4个小峰，与透辉石的区别在于符山石在800 cm-1左右还存在一吸收峰，而透辉石在1 050 cm-1左右还存在一吸收峰，形式上符山石在800～850 cm-1范围内是双峰式吸收峰。

硅灰石：硅灰石的基本化学式为Ca3[Si3O9]，其热红外光谱吸收特征主要位于720～1 150 cm-1波数范围内，3个吸收峰位于875，1 000和1 060 cm-1附近，后两峰相对前面第一个吸收峰强度小得多，还有两个特征吸收谷分别在980和1 040 cm-1附近。

阳起石：阳起石的基本化学式为Ca2(Mg, Fe)5Si8O22(OH)2，其热红外光谱吸收特征主要位于720～1 200 cm-1范围内，在750和900 cm-1附近存在一小一大两个吸收峰，900 cm-1处的吸收峰旁有一个低强度的吸收峰，约940 cm-1。除此之外，1 030 cm-1附近存在较弱的吸收峰。

2.1 光谱特征与矿物成分的关系

以典型矽卡岩矿物石榴子石和透辉石为例，表1和表2分别为石榴子石和透辉石的电子探针检测结果，表1中的吸收谷为石榴子石位于880 cm-1附近的特征吸收谷的波数位置，表2中的吸收峰为透辉石位于1 060 cm-1附近吸收峰的位置。

表1 石榴子石电子探针数据结果及分析

表2 透辉石电子探针数据结果及分析

朱溪矿床石榴子石的SiO2含量为36.865%～38.362%(平均37.349%)，CaO的含量为32.212%～34.251%(平均33.482%)，TFeO的含量为5.53%～18.31%(平均11.616%)，Al2O3的含量为8.108%～18.579%(平均13.628)，MgO的含量为0.958%～2.579%(平均1.578%)，其端元组分主要是钙铝榴石和钙铁榴石，少量锰铝榴石，属于钙铝-钙铁榴石固溶体系列(Gro35.53-79.42And12.44-60.45Spe0-5.7)。当钙铝榴石含量大于50%时，石榴子石吸收谷位于880～900 cm-1，当钙铝榴石含量小于50%时，石榴子石吸收谷位于865～875 cm-1，随着钙铝榴石含量增加，石榴子石红外光谱的特征吸收向高波数方向移动(表3，图2)，石榴子石特征吸收谷位置与Al2O3、TFeO含量相关性最大，这与代晶晶[12]的结论相同，石榴子石光谱吸收谷的波长位置与Al2O3含量具有良好的负相关关系，Al2O3含量越大，波长越短，波数越大；
石榴子石光谱吸收谷的波长位置与TFeO含量具有良好的正相关关系，TFeO含量越高，波长越大，波数越小[12]。

透辉石中SiO2含量为49.629%～54.849%(平均52.71%)之间，CaO含量为22.663%～25.510%(平均24.587%)，MgO含量为2.029%～16.972%(平均11.512%)，FeO的含量为0.033%～23.424%(平均8.029%)，MnO含量为0.124%～2.705%(平均1.033%)，Al2O3含量为0.067%～0.818%(平均0.373%)，属于透辉石—钙铁辉石类质同象系列(Di7.06-98.50Hd0.19-80.52Jo1.27-19.04)。根据相关分析结果(表3，图2)，随着MgO含量减少，透辉石含量减少，辉石吸收峰向低波数方向移动，钙铁辉石的吸收峰相对透辉石集中在低波数范围内，与石榴子石的结论基本一致，钙铝榴石和透辉石偏向高波数，钙铁榴石和钙铁辉石的吸收峰偏向低波数，可能与Al，Mg比Fe活泼有关，更容易发生反应，原子振动更明显，能量更大，频率更快，因此波数更大[13-14]。

图2 石榴子石特征吸收谷位置(a, b)和透辉石特征吸收峰位置(c, d)与主量元素含量的相关关系图

2.2 矽卡岩矿物热红外光谱对成矿的启示

矽卡岩矿物形成与侵入岩成分、围岩组分、氧化条件、酸碱度、温压等条件密切相关，通过对矽卡岩矿物组成成分、共生组合、形成条件等的研究可以指示成矿环境[7]。有研究将矽卡岩划分为交代矽卡岩和变质矽卡岩，其中交代矽卡岩包括钙质矽卡岩、镁质矽卡岩、碱质矽卡岩和锰质矽卡岩，朱溪矿床主要发育钙铝—钙铁榴石、透辉石—钙铁辉石系列、硅灰石、符山石等钙矽卡岩矿物，少量金云母、阳起石等镁矽卡岩矿物和灰岩夹白云质灰岩的围岩，属于交代类型的矽卡岩。朱溪矿床灰岩成分中不含MgO或者其含量最高不超过4%，这点与前人研究的当围岩碳酸盐岩中的MgO含量为0～10%时，形成钙矽卡岩、透辉石、金云母等矿物，很少出现镁橄榄石、硅镁石等富镁矿物的结果一致[7, 15-16]。图3(a,b)分别为石榴子石和透辉石在世界不同矿化类型的矽卡岩矿床中的投图结果，揭示了朱溪钨矿床与世界级矽卡岩型钨矿在成分上的高度吻合，同时暗示了朱溪矿床还与Cu，Fe和Zn等矿化有关。通过手标本及镜下观察[图4(a—l)]发现，白钨矿及硫化物多沿矽卡岩矿物裂隙呈脉状或充填于矿物颗粒间产出，表明矽卡岩矿物与金属矿化密切相关，其中白钨矿化与石榴子石、透辉石关系最为密切，主要沿石榴子石和透辉石边界呈脉状生长，几乎不可见于硅灰石和符山石中，这点也同时验证了石榴子石、透辉石三角投图的结果。根据这一结论，石榴子石和透辉石热红外光谱可以作为白钨矿的指示标志。除此之外，本研究认为仅电子探针和热红外光谱对白钨矿的指示作用还很浅显，后续实验中可以应用激光剥蚀技术测量微量元素，进一步细化石榴子石和透辉石的勘查指示意义。

图3 朱溪钨矿床石榴子石(a)、辉石(b)端元组成[7, 15]

图4 朱溪矿床手标本及镜下照片

(1)朱溪矿床典型矽卡岩矿物有石榴子石、透辉石、符山石、硅灰石、阳起石等，其中石榴子石主要为钙铝—钙铁榴石系列，辉石主要为透辉石—钙铁辉石系列。

(2)不同矽卡岩矿物的光谱特征迥异，其中石榴子石在800和920 cm-1附近存在一大一小两个吸收峰，在880 cm-1附近存在一特征吸收谷；
透辉石在850～950 cm-1波数范围内存在诊断式的呈阶梯状降低的吸收峰，在1 050 cm-1处存在一吸收峰；
符山石与透辉石拥有相同范围内类似特征的吸收峰，区别在于符山石在800 cm-1左右还存在一吸收峰；
硅灰石3个吸收峰位于875，1 000和1 060 cm-1附近，后两者相对前面第一个吸收峰强度小得多，还有两个特征吸收谷位于980和1 040 cm-1附近。

(3)朱溪矿床矽卡岩主要为钙矽卡岩，石榴子石和透辉石与白钨矿化关系密切，白钨矿主要沿石榴子石和透辉石边界生长。石榴子石为钙铝-钙铁榴石系列，随着钙铝榴石含量增加，石榴子石吸收谷向高波数方向移动，钙铝榴石偏向高波数，钙铁榴石偏向低波数；
辉石为透辉石—钙铁辉石系列，随着透辉石含量的减少，辉石吸收峰向低波数方向移动，钙铁辉石的吸收峰相对透辉石而言集中在低波数范围内。石榴子石与透辉石热红外光谱可以作为白钨矿的找矿标志。

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