河北邯邢地区白涧铁矿蚀变矿物红外光谱分析及找矿研究

Infrared Spectral Analysis and Prospecting of Alteration Minerals of Baijian Skarn-Type Iron Deposit in Han-Xing Area

摘要

邯邢地区是我国重要的富铁矿矿集区之一，随着找矿深度的增加，传统的勘查手段找矿效果并不理想，亟需新的方法和理念来指导进一步的矿产勘查工作.利用红外光谱技术（SWIR+TIR）快速厘定岩心内矿物类型、相对丰度和空间分布特征，揭示主要蚀变矿物波谱参数变化规律，确定与成矿相关的信息. 通过红外光谱测试，解译出二十余种矿物并划分出5个蚀变带，自岩体向围岩依次为绢云母-贫铁/铁镁绿泥石-方解石-钠长石带（蚀变带Ⅰ），贫铁绿泥石-蛇纹石-透闪石-阳起石-透辉石-金云母带（蚀变带Ⅱ），方解石-铁/白云石-菱铁矿带（蚀变带Ⅲ），绢云母-伊利石-方解石-白云石-菱铁矿带（蚀变带Ⅳ），绢云母-伊利石-高岭石-蒙脱石带（蚀变带Ⅴ）. 研究发现，越靠近矿化富集区域，绿泥石Fe-OH2250Pos、白云石6.45 μmPos和11.2 μmPos呈现降低的趋势；绢云母族矿物Al-OH2200FWHM的降低和高岭石族矿物Al-OH2170-IC的增大均指向更高温的流体环境.低Fe-OH2250Pos的绿泥石（<2 245 nm）、低6.45 μmPos（<6 440 nm）且低11.2 μmPos（<11 250 nm）的白云石是白涧矿区有效的找矿标志；绢云母Al-OH2200FWHM的降低（30→22）和高岭石Al-OH2170-IC的增大（0.2→2.8）能判断深部是否存在矿化系统.以上成果为白涧矿区矿产勘查工作提供科学依据，同时也为邯邢地区同类型矿床找矿工作提供新方法.

关键词

红外光谱技术 / 矽卡岩型铁矿 / 蚀变矿物 / 邯邢地区 / 地球物理

Key words

infrared spectroscopy / skarn-type iron deposit / altered mineral / Han-Xing area / geophysics

0 引言

矽卡岩型矿床是我国铁、铜、钨等金属矿产及石榴子石、辉石等非金属矿产的重要矿床类型之一，部分矽卡岩矿床还伴生锂、铍等稀有金属和稀土元素（赵一鸣等，1986）.通过主要矽卡岩矿物（石榴子石和辉石等）的相对丰度和化学成分能够快速划分围岩蚀变分带并建立找矿勘查标识（Meinert et al.，2005）.传统矿物岩石地球化学分析手段存在耗时长、成本高等问题（Lampinen et al.，2018）.红外反射光谱作为一种绿色、高效、低成本的测试手段对传统方法进行了补充，在空间上连续性的波谱数据能够反映矿物组合及相对丰度，进而判断地表、剖面或整个矿区尺度下流体的运移路径和演化趋势（Thompson et al.，1999）.

红外光谱技术是针对岩浆-热液类矿床中蚀变矿物的新型研究手段，通过矿物晶格内化学键振动后的选择性吸收在红外波段上产生诊断性波谱特征（Clark et al.，1990；杨志明等，2012）.现阶段在地学领域中主要应用到可见光-近红外波段（VNIR，400~1 250 nm）、短波红外波段（SWIR，1 300~2 500 nm）和热红外波段（TIR，6~15 μm），分别针对矿物中的过渡性金属离子电子跃迁、X-H（X=C、O、S、N等）分子键振动和硅氧骨架中C-O、B-O、S-O、Si-O、P-O等基团振动有着较好的显示特征（Hunt，1977；Clark et al.，1990）.在蚀变矿物填图的基础上，通过矿物组合圈定有利矿化区域，利用典型矿物光谱特征参数指向热液矿化中心已成为该技术的核心内容（Hauff and Cocks，1992；Thompson et al.，1999）.

近年来众多学者针对斑岩型（Uribe-Mogollon and Maher，2018；田丰等，2019；任欢等，2020）、斑岩-矽卡岩型（陈华勇等，2019；Zhang et al.，2020）、矽卡岩型（Huang et al.，2020；Laukamp et al.，2022）、VMS型（Herrmann et al.，2001；Jones et al.，2005；Laakso et al.，2016）、浅成低温热液型（Guo et al.，2020）、IOCG（铁氧化物-铜金）型（Tappert et al.，2011）、伟晶岩型（Vuleta et al.，2019）、沉积型（Lampinen et al.，2018）、油气藏（卢燕等，2017）等矿床进行红外光谱填图及光谱勘查指标建立工作，为矿产勘查提供了理论依据.Lampinen et al.（2018）等利用Hylogger岩心扫描仪对西澳地区Abra矿床岩心开展红外光谱扫描工作，识别出大量碳酸盐类矿物，按照矿物类型和特征波谱参数变化规律建立了该矿区由远矿端→近矿端矿物演化序列，反演了流体演化模式.Wang et al.（2017）对西奥东部Kanowna Belle金矿床和Sunrise Dam金矿床岩心开展SWIR填图工作，确定了两个矿区内有效的找矿矿物组合.结合电子探针和热力学模拟等技术解释了不同成矿流体下白云母四面体、八面体中Tschermak置换和层间Na/K置换的主要影响因素.Huang et al.（2020）等利用Hylogger岩心扫描仪对西藏甲玛斑岩-矽卡岩型Cu-Au-Mo矿床中4个钻孔岩心开展光谱填图工作，在矿化区域解译出大量石榴子石，统计参数发现石榴子石特征吸收峰位值>11 540 nm时，能指示Cu矿化，<11 450 nm时，能指示Mo矿化，特征吸收峰位值的偏移还能反映石榴子石产出环境中氧逸度和酸碱度的变化情况.

邯邢地区是我国矽卡岩型富铁矿矿集区之一（赵一鸣，2013），前人针对邯邢地区的控矿要素（沈保丰等，1981；李黎明，1986）、岩浆侵位机制和成矿模式（罗照华等，1999；郑建民等，2007）、流体演化过程和成矿物质来源（Zhang et al.，2015）等方面进行了详细的研究.白涧铁矿为区域内已探明储量最大的矽卡岩型铁矿床，具有典型的接触交代特征，接触带中心的矽卡岩富MgO，靠近岩体的矽卡岩相对富Ca和Si，矿床内不发育石榴子石，以透辉石和金云母等镁矽卡岩矿物为主（Zhang et al.， 2015；文广，2017），钠长石化是有利的找矿标识（赵一鸣，2013）.孟贵祥等（2009）对白涧矿区开展磁异常和重力异常分析，认为地表强磁性、高密度、高极化率和低电阻区域为寻找隐伏矿体的有利靶区.但随着近年来找矿深度增加，传统地球物理勘查方法受侵入岩体等干扰因素影响，无法准确反映深部矿化信息.因此，亟需一种较新的、有效的技术方法指导深部找矿工作.

本文对白涧矿区内5个钻孔岩心开展红外光谱测试工作，目的在于通过“SWIR+TIR”波段快速厘定岩心内蚀变矿物类型及相对丰度，结合矿区剖面图划分围岩蚀变分带，确定能示踪矿化的矿物组合.统计主要蚀变矿物特征波谱参数变化规律，找到与成矿作用之间的联系，建立多矿物、多参数的光谱找矿模型，为白涧铁矿进一步的勘查工作提供科学依据.

1 区域地质背景及矿床地质

邯邢地区位于华北克拉通中部，太行山板内造山带的南端（罗照华等，1999）.受古西伯利亚板块、扬子板块和太平洋板块构造运动的影响，本区基底上形成4条近EW向的隐伏断裂，与盖层内一系列近NS向和NNE向的断裂带共同控制本区的岩浆活动（李黎明，1986）.

太古宙古元古代赞皇群片麻岩、二长花岗岩和钾质花岗岩构成本区结晶基底，与上覆地层呈不整合接触.盖层依次为中元古代长城系砂岩、寒武系-奥陶系碳酸盐岩和石炭系-三叠系泥岩、页岩、粉砂岩及煤层（图1）（许文良和林景仟，1990）.其中，中奥陶统马家沟组、磁县组和峰峰组是本区重要的赋矿地层，岩性主要为结晶灰岩、白云质大理岩和白云质灰岩等，围岩内大量赋存的膏盐类物质是成矿有利的催化剂（郑建民等，2007）.受太行山山前断裂带影响，区域内主要发育一系列NNE向、SN向的次一级断裂和小型褶皱（张聚全等，2020）.武安断陷盆地边缘的岩体隆起部位或背斜构造核部是磁铁矿沉淀的主要场所（沈保丰等，1981）.邯邢地区的岩浆岩自西向东由闪长岩系列过渡到正长岩系列，与成矿关系密切的主要为闪长岩或二长岩.前人将本区侵入岩按空间分布特征依次划分为3条岩浆岩带，分别为西部带、中部带和东部带，具有工业价值的铁矿床多产于中、西部带（图1）（Zhang et al.，2015）.

白涧铁矿位于武安凹陷区西北缘，綦村岩体南部，相邻中关铁矿和西石门铁矿.2006—2010年河北省地矿局第十一地质队对该矿区进行详查工作，提交有上亿吨铁矿石储量，伴生钴金属17 000余吨，石膏矿600多万吨，证实为一大型隐伏矽卡岩型富铁矿矿床（赵一鸣，2013）.

白涧矿区大部分被第四系沉积物所覆盖，根据钻孔编录揭示，地层由老到新依次为中奥陶统马家沟组（O₂ m）、磁县组（O₂ c）和峰峰组（O₂ f）、石炭系-二叠系煤系地层（C₃-P₁），中奥陶统地层岩性主要为中厚层灰岩、白云质灰岩、结晶灰岩、白云质大理岩和白云岩，石炭系-二叠系煤系地层岩性主要为砂岩、页岩和含煤岩系（赵一鸣，2013）.

白涧铁矿及与相邻的铁矿床受区域上近NE向断裂及褶皱控制，沿中部岩浆带方向呈串珠状分布（赵一鸣，2013）.白涧矿区内岩浆岩的侵入和矿体形态主要受NNW向的中关-白涧背斜褶皱控制（图2）（孟贵祥等，2009）.

白涧矿区内岩浆岩埋藏较深，呈岩株状产出，包括闪长岩、二长岩和闪长玢岩.其中闪长岩与成矿关系最为密切，其锆石U-Pb年龄为121.9±0.7 Ma，是燕山晚期岩浆活动的产物（赵一鸣，2013）.

白涧矿区内矿体主要分为3类：①产于侵入岩体和碳酸盐岩接触带内的矿体；②产于大理岩层间破碎带内的矿体；③产于岩体中大理岩捕掳体内的矿体.分别对应产于闪长岩和灰岩接触带内的Ⅱ号矿体、大理岩层间的Ⅰ号矿体以及其他26个不具有工业价值的小矿体（赵一鸣，2013）.Ⅱ号矿体主要受接触带构造控制，矿体厚度变化较大；Ⅰ号矿体呈不规则透镜状产于灰岩、白云质大理岩构造破碎带内，南北向分布近1 500 m，单层最大厚度达137 m，是白涧矿区主矿体（孟贵祥等，2009）.

矿石矿物主要为磁铁矿，少量的赤铁矿和黄铁矿等，脉石矿物有透辉石、透闪石、金云母、蛇纹石、绿泥石、白云石和方解石等（郑建民等，2007）.5个钻孔内XRF数据显示磁铁矿铁含量在35%~65%之间.矿石结构主要为自形-半自形粒状结构、他形粒状结构和交代结构等，矿石构造主要为致密块状、浸染状、条带状和角砾状等（孟贵祥等，2009）.

矿区内主要蚀变类型包括钠长石-方柱石化、矽卡岩化和碳酸盐化.钠长石-方柱石化主要发生在闪长岩岩体内，形成钠长岩和钠长石化闪长岩，受钠化影响岩体通常变为白色或灰白色，钠长石交代岩体内斜长石和钾长石，阳起石交代岩体内角闪石.矽卡岩化自闪长岩岩体向大理岩方向逐渐增强，由透辉石-方柱石矽卡岩过渡为金云母-蛇纹石矽卡岩（孟贵祥等，2009）.侵位较浅的闪长玢岩附近没有明显的矽卡岩化现象，仅出现局部的碳酸盐化（文广，2017）.

2 研究方法

本次研究工作分为室外和室内两部分.室外工作包括：①钻孔岩心清扫、编录、拍照并挑选测试点位；②SWIR短波红外测试、TIR热红外测试和XRF主量元素测试.室内工作包括：①测试数据处理及分析；②镜下核验解译结果.其中SWIR波段使用美国ASD（Analytical Spectral Devices）公司生产的FieldSpec 4系列光谱仪测试，TIR波段使用美国Agilent公司生产的4300型手持傅里叶红外光谱仪测试，岩石矿物主量元素使用Olympus公司Delta系列X射线荧光分析仪（XRF）测试.以上测试仪器的具体参数设置及注意事项参考（杨志明等，2012；代晶晶等，2020）.

测试样品为河北内丘岩心库内保存的白涧矿区25-29号勘探线ZK0818、ZK0604、ZK0606、ZK0603和ZK0620钻孔岩心，在挑选测试样点时遵循全孔控制、高密度覆盖和特征区加密的原则，对蚀变显著的区域进行加密采样（0.5 m/样），而对于蚀变较弱的远端岩体和围岩，适当降低采样密度（1~2 m/样）.为尽量减少灰尘和样品氧化所带来的干扰，测试点尽量挑选岩心的新鲜面.3种测试仪器分别经过30 min、60 min、60 min进行一次白板矫正.

单个样点测试5~10条数据，在ViewSpecPro软件内人工剔除异常谱线后计算平均谱线.波谱解译及数据分析采用The Spectral Geologist软件（TSG 8.0），第1步是通过TSG自带的矿物数据库和解混算法识别混合矿物类型；第2步人工核查每条谱线的3类解译结果，对容易混淆的矿物谱线进行甄别；第3步通过光学显微镜以及岩心编录数据对填图结果进行验证；第4步利用系统自带的scalar平台统计各矿物特征波谱参数空间变化规律，并与其他矿化信息绘制耦合性图.

3 蚀变矿物空间分布特征

3.1　光谱解译结果

红外光谱SWIR波段主要解译出绢云母族（绢云母+伊利石）、绿泥石族（绿泥石+绿帘石）、高岭石族（高岭石+地开石）、碳酸盐类（方解石+白云石+菱铁矿）和闪石族（透闪石）矿物.TIR波段则主要解译出长石（斜长石）、辉石族（透辉石）、闪石族（透闪石）、矽卡岩类（金云母、蛇纹石）、绿泥石、镁橄榄石、碳酸盐类（方解石、白云石）和石英等矿物（由于热红外主要针对中高温矿物有较好识别效果，本次TIR波段填图均只针对岩体和接触带附近的部分岩心）.通过对比发现碳酸盐类矿物和闪石族矿物在SWIR波段和TIR波段含量基本一致，绢云母族和高岭石族矿物仅在SWIR波段被识别，辉石族矿物、石英和矽卡岩矿物主要在TIR波段被识别（图4），矿物相对含量主要由特征官能团和化学键吸收强度所决定（Clark et al.，1990）.图中灰色区域解译为未知矿物，除了受限于检测波段范围内无明显诊断特征外，仪器对自然界某一相下混合矿物谱线的解混失败是造成该结果的主要原因（Laukamp et al.，2022）.需要注意的是，白涧矿区岩心在以往研究中存在不同程度损耗，导致波谱填图存在不连续的空白处.

从镜下照片来看，闪长岩岩体内主要发生绢云母化、绿泥石化和钠长石化（图5a，5g），角闪石等暗色矿物边部被钠长石所交代，可观察到少量磁铁矿（图5h）.在侵入岩体与马家沟组灰岩的接触带附近主要发生矽卡岩化，内矽卡岩带主要产出透辉石磁铁矿，通常磁铁矿交代残余透辉石，二者界限比较明显（图5b， 图5i），外矽卡岩带磁铁矿主要与蛇纹石、透闪石等镁质矽卡岩矿物密切共生（图5j， 图5k）.在磁县组和峰峰组地层中解译出大量碳酸盐类矿物，结合镜下观察主要为方解石和白云石（图5d），层间破碎带矿体赋存在磁县组地层内，通常被晚阶段形成的赤铁矿和方解石所交代（图5l）.在远离热液蚀变中心的石炭系-三叠系地层中，主要形成大量低温的绢云母、蒙脱石和高岭石等黏土矿物（图5e）.

3.2　围岩蚀变分带

通过和钻孔编录数据对比，以及手标本和镜下岩相学观察，基本证实了红外光谱解译结果的准确性.值得注意的是，除了钠长石和矽卡岩矿物，大量黏土矿物在SWIR波段被识别出，且强成矿区域往往富集有大量的绿泥石（图4）.在红外光谱填图的基础上，本文提取含量大于10%（识别出的总矿物数为1）的矿物，按照主要矿物组合划分围岩蚀变分带.

以ZK0818为例，根据特征官能团提取出8类主要矿物，按照矿物组合自岩体向围岩依次划分为绢云母-贫铁/铁镁绿泥石-方解石-钠长石带（蚀变带Ⅰ），贫铁绿泥石-蛇纹石-透闪石-阳起石-透辉石-金云母带（蚀变带Ⅱ），方解石-铁/白云石-菱铁矿带（蚀变带Ⅲ），绢云母-伊利石-方解石-白云石-菱铁矿带（蚀变带Ⅳ），绢云母-伊利石-高岭石-蒙脱石带（蚀变带Ⅴ）（图6）.其中蚀变带Ⅱ内是主要赋矿区域，该带内的矿物组合是重要的找矿标志.

4 讨论

红外光谱特征是岩石矿物类型、晶体结构和化学成分在红外波段上的集成显示，光谱特征参数可以反映矿物的相对含量、离子置换和结晶程度，连续性的波谱参数偏移可以指示矿物的产出环境（氧逸度、PH、温度和压力等），进一步推演成矿流体演化趋势.通过绘制nm→m、矿物→矿床（综合维度+不同尺度）的参数统计图，建立有效的（光谱参数+矿物组合）找矿勘查模型是该技术的核心内容（Thompson et al.，1999；陈华勇等，2019）.

蚀变矿物光谱勘查模型的本质是通过多种矿物波谱参数圈定有利矿化范围.因此，在建立勘查指标时需要满足以下几点：①测试点位在该段岩心中具有代表性；②目标矿物在钻孔解译结果中数据量充足；③同类型矿物在矿化区和非矿化区内具有明显成分差异，通常表现为特征吸收位置偏移较大.由于蚀变矿物光谱勘查模型属于统计性变化规律，无法保证在所有钻孔岩心、坑道或地表都保持良好的规律性（卢燕等，2017）.

基于以上条件，本文对含量相对丰富的绿泥石、绢云母、高岭石和碳酸盐类矿物特征波谱参数进行统计，暗色云母（金云母和黑云母）、闪石族矿物、辉石族矿物和石英有效数据点均少于20个，本文不做讨论.

绿泥石在SWIR波段有两处明显的吸收特征，由两个含羟基的基团组合形成，主要受矿物晶格中（Mg/Mg+Fe）比以及Al和Ca含量影响，在2 248~2 263 nm和2 331~2 356 nm范围变化，为了方便描述，通常将这两处吸收位置定义为Fe-OH2250Pos和Mg-OH2350Pos（Pos为标准谱带上光谱吸收峰极值处所对应的波长数）（Jones et al.， 2005）.当绿泥石八面体片中Fe²⁺含量增加时，绿泥石发生贫铁绿泥石→镁铁绿泥石→铁绿泥石的转变，相应地Fe-OH2250Pos和Mg-OH2350Pos逐渐向长波方向移动（Cloutier et al.， 2021）.

在矽卡岩矿床研究中，由于绿泥石Mg-OH2350Pos会受到镁质矿物（金云母、阳起石、镁质碳酸盐）的影响，因此常用Fe-OH2250Pos来反映绿泥石化学成分变化情况（Jones et al.，2005）.白涧岩心内绿泥石Fe-OH2250Pos变化区间为2 240~2 262 nm，闪长岩岩体内部绿泥石吸收位置在2 248~2 258 nm之间，以镁铁绿泥石和铁镁绿泥石为主；在接触带及附近的马家沟组地层中绿泥石吸收位置在2 240~2 250 nm之间，以镁绿泥石为主；磁县组地层和峰峰组地层中基本未识别出绿泥石，这是由于该范围存在大量的绢云母族和高岭石族矿物，通过观察谱线发现2 200 nm和2 170 nm附近的Al-OHDep强吸收特征对绿泥石Fe-OH2250Dep产生了很强的掩盖（Dep为标准化谱带上的光谱吸收深度），解混系统通常定性为绢云母、高岭石或蒙脱石（图5e，图5f）；石炭系-三叠系地层中出现少量吸收位置在2 258~2 262 nm之间的绿泥石，以铁绿泥石为主，是热液活动末期远端岩石中零散的黑云母或角闪石蚀变而成.在矿化较为集中且绿泥石丰度较高的ZK0604和ZK0606内，分别将950 m和720 m处定为矿化富集中心（岩心内矿化相对富集区域），换算每个绿泥石样点与矿化富集中心之间的距离，并与Fe-OH2250Pos吸收峰位值进行投图，发现二者具有很好的相关性，成矿作用越强的区域绿泥石Fe-OH吸收峰位值越低，以富镁绿泥石为主（图7）.

这种变化趋势与张世涛等（2017）在铜绿山矽卡岩型铁铜金矿床研究中认为的富铁绿泥石更接近矿化富集区域的结论相反.控制绿泥石产出条件的因素主要是温度和压力，影响绿泥石成分的因素主要是蚀变母岩物质和热液流体中Fe、Mg等元素含量（Laakso et al.， 2016）.前人研究发现白涧矿区闪长岩岩体内普遍遭受钠化蚀变，蚀变强度自岩体向接触带方向逐渐增强，这导致斜长石、角闪石和黑云母等矿物中的Fe元素被大量置换进热液流体，具体表现为矿物出现不同程度的“钠化亮边”（图5g， 图5h）（孟贵祥等，2009）.因此，随着钠化程度的增强，绿泥石主要蚀变母岩物质黑云母和角闪石中Fe含量逐渐降低，这导致绿泥石八面体中（Mg/Mg+Fe）值增大，表现在波谱上为Fe-OH2250Pos向短波方向偏移.通常情况下，伴随着流体中的铁质不断富集，当温度下降、压力降低时，磁铁矿带附近产出的绿泥石应当以富Fe绿泥石为主，但是在白涧矿区岩心内却表现为绿泥石Fe-OH2250Pos进一步向短波方向移动，说明Fe元素并没有随着交代作用进入绿泥石矿物晶格（图7）.这是由于白涧矿区中奥陶统地层下伴生有膏（盐）岩类物质，膏（盐）岩层提供了大量的SO^4-，使成矿流体中的Fe²⁺被氧化，产生的H⁺则被周围的碳酸盐岩快速吸收（文广，2017）.多方面因素影响下，流体中的铁质在极短的时间内完成了卸载，当温度继续下降至绿泥石产出区间时，热液流体内Fe²⁺依然处于相对匮乏的状态.

总结来说，绿泥石作为一种中低温热液蚀变矿物，在白涧矿区岩心内均有分布.中奥陶统磁县组及上覆地层中绿泥石吸收特征被含量更多、吸收强度更大的绢云母族矿物和高岭石族矿物所掩盖，在填图结果中未显示.闪长岩和接触带附近马家沟组地层中的绿泥石受强烈钠化蚀变和膏（盐）岩类物质影响，自岩体向接触带方向Fe含量逐渐降低，表现为Fe-OH2250Pos向短波方向移动.初步分析认为绿泥石Fe-OH特征吸收峰位值（2250Pos<2 245 nm）是白涧矿区有效的示矿标志.

绢云母族矿物在SWIR波段2 200 nm附近有一处极强的吸收特征，在2 350 nm、2 450 nm和2 170 nm附近有次一级吸收特征（Duke，1994）.受温度、压力、氧化还原等条件影响，绢云母常发生Tschermark置换（Al^Ⅳ⇔Si=Al^Ⅵ⇔Fe+Mg）和层间Na⁺+Ca²⁺⇔K⁺置换（Clark et al.，1990）.为了方便描述，通常将最大吸收位置定义为Al-OH2200Pos，高温高压条件下绢云母结晶程度较好，四面体和八面体中富含Al，层间空隙小，以小半径的Na⁺为主，在波谱上表现为Al-OH吸收峰靠近短波方向；随着温度、压力的降低，绢云母晶格中Al含量减少，Si、Fe、Mg和Ti含量升高，在波谱上表现为Al-OH2200nm处吸收峰向长波方向偏移（Wang et al.，2017）.因此，根据Al（主要）以及其他元素含量将绢云母划分为3种类型：钠云母（2200Pos<2 198 nm）、普通白云母（2200Pos在2 198~2 208 nm）和多硅白云母（2200Pos>2 208 nm）（Uribe-Mogollon and Maher，2018）.伊利石属于绢云母族矿物的一种，与绢云母最大的区别在于当温度、压力下降后，大量H₂O进入层间离子置换后产生的空位，这导致水分子特征吸收峰强度1900Dep出现明显的增强，因此伊利石也被称为水云母，其结晶度IC（2200Dep/1900Dep）常被作为有效的环境温度指示参数（Duba and Williams-Jones，1983）.

由于绢云母和伊利石在波形上较为相似且集中产于钻孔的中上部，本文不分别进行讨论，并采用另一个受层间水影响较小的矿物结晶度参数Al-OH2200FWHM进行统计（FWHM为标准谱带上一半吸收深度处的峰宽值），通常绢云母形成环境温度越高，相应的特征吸收峰峰形越尖锐，半高宽值（FWHM）越小（修连存等，2007）.

挑选绢云母族矿物相对丰度最高的ZK0818钻孔，针对绢云母族矿物Al-OH2200Pos和Al-OH2200FWHM进行统计.绢云母主要在中奥陶统磁县组中部及上覆地层内（钻孔内0~450 m）被识别出，Al-OH2200Pos变化范围为2 200~2 212 nm，以普通白云母和多硅白云母为主，缺少钠云母，说明绢云母主要产于中低温环境，矿物晶格内Tschermark置换程度较高；Al-OH2200FWHM变化区间为20~30，越靠近钻孔深部的绢云母半高宽值越低，说明靠近岩体的绢云母晶型更好，反映了更高温的环境（图8）.

高岭石族矿物在SWIR波段受Al-OH影响在2 207 nm附近和2 160~2 170 nm之间有两处特征吸收峰，一般为了与绢云母族矿物作区分，采用2 160~2 170 nm范围内的次一级吸收峰进行统计，定义为Al-OH2170Pos（Clark et al.，1990）.高岭石族矿物结晶度（SWIR-IC）通过2 170 nm处的吸收深度与1 900 nm处水分子吸收深度做比求得（IC=2170Dep/1900Dep）（陈华勇等，2019）.

对ZK0818钻孔内的高岭石Al-OH2170Pos和SWIR-IC进行统计.高岭石主要在中奥陶统峰峰组中上部及石炭系-三叠系地层中（0~240 m）被识别出，Al-OH2170Pos变化区间为2 164~ 2 174 nm，SWIR-IC变化区间为0.15~2.80，统计发现越靠近岩体的高岭石，特征吸收峰位置向短波方向移动，相应地SWIR-IC呈增大的趋势.

碳酸盐类矿物的光谱特征主要由CO₃ ²⁺在红外波段内以4种振动模式相互叠加产生（Clark et al.，1990），在SWIR波段2 330 nm附近有一个明显的吸收峰，在TIR波段6.35 ~6.55 μm和11.1 ~11.3 μm有两处明显的反射峰（Lampinen et al.，2018；代晶晶等，2020）.按照碳酸盐成分不同，特征吸收峰和反射峰会有一定偏差，例如白云石在TIR波段的两处反射峰在6.45 μm和11.2 μm附近，方解石则在6.5 μm和11.31 μm附近（代晶晶等，2020）.

挑选填图结果中碳酸盐矿物相对丰富的ZK0604和ZK0606钻孔，分别统计白云石（6.45 μm、11.2 μm）和方解石（6.5 μm、11.31 μm）的特征反射峰位值.将ZK0604钻孔950 m和ZK0606钻孔720 m定为矿化富集中心（岩心内矿化相对富集区域），分析每个样点到矿化富集中心之间的距离与波谱参数和Fe元素含量之间的相关性.

在ZK0604和ZK0606中，白云石特征反射峰6.45 μmPos和11.2 μmPos变化区间为6 400~6 480 nm和11 130~11 270 nm，方解石特征反射峰6.5 μmPos和11.3 μmPos变化区间为6 450~6 520 nm和11 220~11 340 nm.统计发现越靠近矿化作用较强的区域，白云石6.45 μmPos和11.2 μmPos呈现降低的趋势，相应位置的Fe元素含量逐渐升高（图9a， 9c， 10a， 10c），且两处特征反射峰位值具有正相关性（图9e， 10e）.方解石6.5 μmPos向矿化富集区域呈现降低的趋势，11.3 μmPos则呈现升高的趋势（图9b， 9d， 10b， 10d），两处特征反射峰位值具有负相关性（图9f， 10f）.波谱发生偏移主要由矿物自身成分所决定，以上规律可能表明白云石特征反射峰位值6.45 μmPos和11.2μmPos受同一类元素丰度影响同时发生偏移，而方解石反射峰位值6.5 μmPos和11.3 μmPos则受不同类元素丰度的影响出现相反的趋势.相比较来看，ZK0606钻孔内的波谱参数变化规律较ZK0604钻孔更明显，相关性也更高，这可能是由于ZK0606钻孔内主要是产于磁县组的层间破碎带内矿体，ZK0604钻孔内主要是产于马家沟组的接触带矿体，距离岩体较远的层间破碎带内矿体附近的碳酸盐矿物波谱受中高温矿物影响较小，因此呈现出更好的规律性.

综上所述，白涧矿区钻孔内绢云母族矿物Al-OH2200FWHM自地表至钻孔500 m处由30下降至22，高岭石族矿物Al-OH2170-IC自地表至钻孔280 m处由0.2上升到2.8，说明钻孔深部产出的绢云母和高岭石结晶度更高，反映了向深部流体温度呈现升高的趋势.尽管这两组参数与矿化没有直接的联系，但可以作为深部是否存在热液蚀变中心的判别依据.绿泥石特征吸收峰Fe-OH2250Pos的低值（<2 245 nm）是有效的示矿指标，磁县组及上覆地层中绿泥石吸收特征被含量更多的Al-OH类矿物所掩盖，但闪长岩和接触带附近马家沟组灰岩中的绿泥石越靠近矿化富集区域，Fe-OH2250Pos呈降低的趋势.碳酸盐类矿物在白涧矿区广泛分布，越靠近矿化富集区域，白云石特征反射峰峰值6.45 μmPos和11.2 μmPos呈现降低的趋势，结合两处反射特征的相关性图（图9e， 10e），笔者认为低6.45 μmPos值（<6 440 nm）且低11.2 μmPos值（<11 250 nm）的白云石是有效的找矿标志；方解石特征反射峰位值6.5 μmPos和11.3 μmPos随着Fe元素含量的升高出现一定的变化，但整体相关性较低，无法作为白涧矿区的光谱找矿指标.将绿泥石特征吸收峰位值和白云石特征反射峰位值进行整合，建立白涧矿区多矿物、多参数的光谱勘查模型（图11），为接下来的找矿勘查工作提供科学依据.

5 结论

（1）通过对白涧矿区ZK0818等5个钻孔岩心开展红外光谱测试工作，成功解译出绿泥石、钠长石和角闪石等二十余种矿物.按照矿物组合自岩体向围岩划分出5条带，依次为绢云母-贫铁/铁镁绿泥石-方解石-钠长石带（蚀变带Ⅰ），贫铁绿泥石-蛇纹石-透闪石-阳起石-透辉石-金云母带（蚀变带Ⅱ），方解石-铁/白云石-菱铁矿带（蚀变带Ⅲ），绢云母-伊利石-方解石-白云石-菱铁矿带（蚀变带Ⅳ），绢云母-伊利石-高岭石-蒙脱石带（蚀变带Ⅴ）.其中蚀变带Ⅱ内是主要赋矿区域，该带内矿物组合可以作为直接的找矿标志.

（2）绢云母族矿物Al-OH2200FWHM的降低和高岭石族矿物Al-OH2170-IC的增大都反映了矿物形成时更高温的流体环境，对深部是否存在热液蚀变中心具有一定的指示作用.低Fe-OH2250Pos（<2 245 nm）的绿泥石、低6.45 μmPos（<6 440 nm）且低11.2 μmPos（<11 250 nm）的白云石是有效的找矿标志.多矿物、多参数的光谱勘查模型为白涧矿区深部矿产勘查工作提供一定的科学依据.

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基金资助

国家自然科学基金项目(41702352)

国家重点研发计划青年科学家项目(2021YFC2900100)

河北地质大学博士启动基金(BQ2017012)

河北省研究生创新资助项目(CXZZSS2022017)