Alteration mapping and prospecting model construction in the Tiegelongnan ore deposit of the Duolong ore concentration area, northern Tibet, based on shortwave infrared technique
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摘要:
采用短波红外技术测量西藏多龙矿集区铁格隆南矿区地表岩石样本，发现蚀变矿物主要有绢云母和绿泥石，并在地表形成了一套从绢英岩化带-青磐岩化带的具有斑岩特点的蚀变矿物组合特征。通过测量地下ZK0804，ZK1604，ZK2404，ZK3204四个钻孔岩心的短波红外特征，发现钻孔岩心中存在大量明矾石、高岭石、地开石和绢云母，在东西向展布的过程中，绢云母数量及厚度明显增大，有继续向下延伸的趋势，说明矿体向深部逐渐从富含明矾石、地开石、高岭石的高硫、低温类型的矿物组合向绢英岩化带转变，并构成了规律的蚀变分带系统。根据地表、地下岩（矿）石的短波红外光谱特征及蚀变矿物分布趋势，构建了基于短波红外勘查技术的多龙矿集区斑岩-高硫浅成低温热液型铜（金）矿床找矿勘查模型，总结了从钾化带-绢英岩化带-泥化带-高级泥化带（明矾石-地开石-高岭石组合）-青磐岩化带的一套完整蚀变矿物组合及光谱特征。
Abstract:The discovery of the Rongna deposit was a breakthrough in 2013. This deposit was considered as the porphyry-epithermal type deposit, because alteration minerals occur in the surface rock samples which were measured by shortwave infrared and geochemical technique; nevertheless, they are mainly muscovite and chlorite. These minerals form a characteristic alteration system from the outer phyllic to propylic zone. The measuring of the drill cores ZK0804, ZK1604, ZK2404, ZK3204 with the instrument ASD revealed that abundant minerals like alunite, kaolinite and muscovite are existent and coexist with copper. From ZK804 to ZK3204, the abundance of alunite decreases and disappears in ZK3204, but muscovite increases. The combination characteristics of alteration minerals can illustrate the deposit type characterized by the transition from epithermal deposit to porphyry deposit. According to the surface and underground mineral distribution of rock samples, a model about porphyry-epithermal deposit was constructed on the basis of shortwave infrared technique which shows the spectral and type variations of minerals and distribution features. The result obtained by the authors is a good reference for the prospecting with the shortwave infrared technique.
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Keywords:
- Duolong /
- shortwave infrared technique /
- prospecting model /
- alteration mapping
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南岭是中国有色、稀有金属的重要成矿带，其内花岗岩发育，与之有关的矿床丰富.为此，众多地质学者对花岗岩与成矿进行了深入研究[1-17].然而，地处湘南地区的阳明山-塔山东西向构造-岩浆带，由于交通条件困难，地质工作程度较低.相对而言，该带西部的阳明山地区地质工作程度略高.湖南省地质调查院（原区调所）[9-10]采用单颗粒锆石U-Pb稀释法，对阳明山岩体的定年结果为221Ma、210Ma.陈卫锋等[4]应用锆石LA-ICP-MS法（锆石微区原位单点定年），测定阳明山花岗岩体形成年龄为218±3.4Ma、218±10.0Ma.而东部地区的塔山岩体工作程度较低，尤其是缺乏花岗岩的测年资料，严重制约了该地区基础地质研究和地质找矿工作.笔者根据在该地区的部分工作成果，对塔山花岗岩体的岩石学和SHRIMP锆石UPb年龄进行了探讨.
1. 地质背景
阳明山-塔山构造岩浆带位于湖南南部的桂阳、常宁、新田三县交界区，总体上为一近东西向分布的复式背斜[9-10].背斜核部主要由早古生代寒武系、奥陶系等组成，为活动陆缘陆源碎屑沉积.加里东运动使地层普遍褶皱和发生浅变质，主要岩性为浅变质长石石英砂岩、板岩.核部以外主要由晚古生代地层组成，为较稳定的陆缘浅海相沉积.其中，中泥盆统底部跳马涧组与下伏地层呈明显的角度不整合接触关系.
区内花岗岩发育，由西往东分别为阳明山、白果市、土坳、塔山等岩体，区域上呈近东西向侵入于阳明山-塔山背斜的核部.塔山岩体是区内出露规模最大的岩体，位于该构造-岩浆带的东端，呈近东西向延伸的岩基产出[9-10]，出露面积约200km2（图 1）.岩体侵入于寒武系、奥陶系及中泥盆统跳马涧组，接触面多倾向围岩，倾角为30°~50°.围岩具较强烈的角岩化，部分地段为矽卡岩化.经查明，塔山岩体为多期次活动的复式岩体，经历了4个侵入次岩浆活动.其中，第一侵入次为中细粒斑状电气石黑云母二长花岗岩，第二侵入次为粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩，第三侵入次为细中粒斑状黑云母二长花岗岩，第四侵入次为细粒斑状二云母二长花岗岩，之间多为脉动接触关系.岩石富硅、钾，SiO2含量为69.77%~73.02%，A/CNK＞1.1，属强过铝质高钾钙碱性系列.相对富集大离子亲石元素，亏损高场强元素.与华南同类花岗岩相比，Ba、Th、U、W等成矿元素较高.轻、重稀土元素分异较强烈，LREE/HREE值为2.80~9.30.Eu分异较明显，δEu为0.18~0.39.花岗岩体与成矿关系较密切.岩体内及外接触带，钨、锡、铜、铅、锌等矿化较强烈.其中，东部以钨、锡矿化为主，西部以铜、铅、锌矿化为主，成矿规律较明显.
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图 1 塔山岩体地质简图1—地质界线；2—角度不整合界线；3—花岗岩侵入接触界线；4—断层；5—破碎带；6—同位素样品采样点；7—钨矿；8—锡矿；9—钨锡矿；10—铅锌矿；11—铜铅锌矿.O—奥陶系；∈—寒武系；ρ—伟晶岩脉；Mγ—细粒花岗岩脉；q—石英脉；ξγTe2—微细粒电气石白云母正长花岗岩；ηγTa3—中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩；ηγTb3—粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩；ηγTc3—细中粒斑状黑云母二长花岗岩Figure 1. Geological map of the Tashan pluton2. 样品特征
为查明塔山花岗岩体的形成年龄，本次测年样品分别采自塔山岩体出露规模较大的第二、三侵入次花岗岩.
D0232样品采于塔山岩体北缘第二侵入次岩体内，位于塔山乡茶潦村东615高地南东133°约450m处的大路边，北纬26°10′40″、东经112°25′49″.岩石微风化，岩性为第二侵入次灰白色-浅灰粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩，块状构造，似斑状粗中粒花岗结构（图 2-A），斑晶含量达40%~45%.主要由条纹长石、斜长石、石英组成，含少量黑云母、白云母、磷灰石.其中，条纹长石40%，他形，多数颗粒较大，粒径2.16~10.24mm, 可见较多石英、云母、磷灰石等包裹体（图 2-B）；斜长石35%，呈板状，可见卡-钠复合双晶，大小约3.68mm, 少量被条纹长石包裹的颗粒还可见环带构造；石英为他形，含量23%，粒径4.68~9.32mm；黑云母含量2%，红棕色，见一组极完全解理；白云母局部可见.
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图 2 塔山花岗岩照片A—D0232第二侵入次粗中粒斑状电气石黑云母二长花岗岩野外照片；B—D0232显微照片，条纹长石中见云母、磷灰石等包裹体；C— D0244第三侵入次细中粒斑状黑云母二长花岗岩野外照片；D—D0244显微照片，钾长石条纹发育.Kfs—钾长石；Pl—斜长石；Bi—黑云母；Q—石英Figure 2. Photograph of the Tashan plutonD0244样品采于塔山岩体中部光明乡南面公路民房旁，地理坐标为北纬26° 07′ 45″、东经112° 25′11″.岩石微风化至半风化，岩性为第三侵入次细中粒斑状黑云母二长花岗岩.岩石为似斑状结构（图 2-C），斑晶含量达32%.石英斑晶15%，他形粒状，具波状消光，粒径大小6.52~7.44mm；钾长石斑晶9%，短柱状，大小7.44mm×11.6mm, 条纹发育（图 2-D），轻度粘土化，可见较多石英、云母包裹体；斜长石斑晶8%，大小约4.16mm×7.4mm, 颗粒边缘绢云母化较强，中心聚片双晶清晰；黑云母斑晶6%，白云母斑晶1%，电气石微量.基质由细中粒石英、长石、黑云母等组成.
3. 分析方法
测年样品先在野外就地初步淘洗，然后在双目镜下挑选锆石.制靶在北京离子探针中心进行.将锆石样品与RSES（澳大利亚国立大学地球科学研究院）标准锆石TEM（417Ma）在玻璃板上用环氧树脂制靶，制靶方法见宋彪等[18-21].之后，把制成的靶磨到锆石出露约一半，再进行透射光和反射光照相及阴极发光 (CL) 照像（图 3）.通过透射光、反射光和CL图像分析，详细了解锆石的结构特点，选择适合测年的测点位置.锆石U-Th-Pb测年在北京离子探针中心SHRIMP Ⅱ上完成.分析原理及流程见宋彪等[18-21].分析测试在颉颃强博士的指导下进行.在分析过程中，使用RSES的标准锆石SL13（年龄为572Ma, U的含量为238x10-6）标定所测锆石的U、Th、Pb含量.用标准锆石TEM（年龄为417Ma）进行元素间的分馏校正.普通铅根据实测204Pb校正.单个分析点数据均为5次扫描的加权平均值，误差为1σ，而样品最终年龄加权平均值的误差为2σ.年龄计算和图解使用Squid（1.02）和Iso-plot程序[22].
4. 测年结果
D0232锆石晶体呈柱状、长柱状，个别呈短柱状.颜色浅褐色、褐色，因含包体，大多晶体呈半透明状态.晶体长0.30~0.80mm.晶面发育特征以﹛100﹜及﹛311﹜发育完全为主，晶体多为尖锥状及纺锤状晶形.阴极发光（CL）图像中，锆石生长环带清楚（图 3）.
D0244样品锆石晶体呈柱状，个别呈长柱状、短柱状，浅褐色，少数因含铁质浸染物，呈半透明的红褐色状态，边缘透明.颗粒长度大于0.30mm, 大者可达1.20mm, 晶面主要为﹛100﹜及﹛311﹜发育完全，偶见﹛100﹜及﹛311﹜发育完全、﹛110﹜发育不完全的晶体.在CL图像上，生长环带较模糊，一般呈宽条带状（图 3）.
2个样品的锆石测试数据见表 1.单个数据点的误差为1σ，年龄加权平均值具95%置信度，年龄数据采用206Pb/238U年龄，并对数据进行一致曲线统计分析.
4.1 第二侵入次岩体年龄
通过对测年样品D0232透射光、反射光照相及CL分析，从中选择10颗锆石进行了10个点的测试，得到的年龄较一致（图 4-A）.其中10颗锆石中6个分析点的206Pb/238U年龄为211.1~221.0Ma, 年龄加权平均值为218±3Ma（n=6，MSWD=1.15）.这些锆石具有明显的振荡环带（图 3），年龄一致，应代表该侵入次花岗岩的形成年龄.此外，锆石1.1测点及8.1测点，可能位于锆石边缘，或受到后期变质作用影响，发生了Pb丢失，年龄值偏低.锆石2.1测点及10.1测点，位于核部残留老锆石与岩浆锆石之间，年龄值偏大，没有实际地质意义.
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图 4 塔山花岗岩锆石U-Pb谐和图Figure 4. Concordia diagram of SHRIMP zircon U-Pb dating for the Tashan pluton4.2 第三侵入次岩体年龄
对样品D0244根据透射光、反射光及阴极发光照片，对13颗锆石进行了13个点的测试.除少量测点外，大多数测点都落在谐和线上，206Pb/238U年龄为210.3~222.4Ma（图 4-B），年龄加权平均值为215±3Ma（n=9，MSWD=0.81），应为该侵入次花岗岩的形成年龄.另外，从锆石阴极发光图像（图 3）可以看出，锆石3.1、6.1、10.1、13.1测点均位于锆石的核部，外形呈浑圆状，表现出一定程度的磨圆，振荡环带不清晰，显示出残留老锆石的特征.
5. 讨论
湖南境内东西向构造发育，由北往南，依次可分为7个隆（褶）带[9].其中，以阳明山-塔山东西向构造岩浆隆起带发育最清楚和具代表性.以往由于缺乏可靠的地质依据和测年资料，对于该隆起带的形成时代一直处于解析推测阶段，认为形成于加里东期或燕山期.现有研究成果表明，岩浆岩是构造运动的产物，若能测定岩浆岩的形成时代，便可解决构造形成时代.在该构造隆起带的核部，由西往东，依次出露有阳明山、白果市、土坳、塔山等花岗岩体.在阳明山地区，湖南省地质调查院采用单颗粒锆石U-Pb稀释法[9]，测得阳明山岩体年龄为210Ma[9-10].陈卫锋等[4]应用锆石LA-ICP-MS法，测得阳明山花岗岩体形成年龄为218Ma[4].本次在该带东部的塔山岩体内，运用SHRIMP锆石U-Pb法，测得塔山第二侵入次花岗岩的形成年龄218±3Ma, 第三侵入次的岩体年龄为215±3Ma.由此可见，东西两端花岗岩的形成年龄相似，均形成于215~218Ma之间，相当于晚三叠世的产物，表明阳明山-塔山东西向构造岩浆带主要形成于印支期，即晚三叠世.本次SHRIMP锆石U-Pb测年结果证明，当采样测试方法正确时，锆石LA-ICP-MS与锆石SHRIMP测年结果相近.同一岩体的相邻单元，其形成年代间隔较短，为3~5Ma.
表 1 塔山花岗岩样品SHRIMP锆石U-Th-Pb分析结果Table 1. SHRIMP U-Th-Pb analyses of zircons from the Tashan pluton点号 206Pbc/% U/10-6 Th/10-6 232Th/238U 206Pb*/10-6 206Pb/238U年龄/Ma 207Pb/206Pb年龄/Ma 207Pb*/206Pb* ±% 207Pb*/235U ±% 206Pb*/238U ±% D0232-1.1 0.25 1019 60 0.06 27.7 200.5 ±3.3 243 ±47 0.04972 1.5 0.2162 2.3 0.03154 1.7 D0232-2.1 -- 468 116 0.26 71.0 1050 ±20 1021 ±17 0.07294 0.77 1.778 2.2 0.1768 2.1 D0232-3.1 1.27 600 446 0.77 18.1 219.7 ±3.6 291 ±150 0.05140 3.6 0.2455 3.9 0.03464 1.6 D0232-4.1 1.30 829 92 0.11 24.7 216.8 ±3.4 188 ±120 0.05220 3.6 0.2467 4.0 0.03431 1.6 D0232-5.1 0.38 1440 376 0.27 43.1 219.9 ±4.0 215 ±86 0.05260 3.2 0.2523 3.7 0.03479 1.8 D0232-6.1 0.39 1184 94 0.08 34.0 211.1 ±3.3 262 ±63 0.05018 1.6 0.2300 2.3 0.03324 1.6 D0232-7.1 0.56 743 394 0.55 22.2 219.2 ±3.5 158 ±86 0.05276 1.6 0.2527 2.3 0.03474 1.6 D0232-8.1 0.56 2148 103 0.05 59.6 203.6 ±3.1 234 ±89 0.05202 1.0 0.2305 1.9 0.03214 1.5 D0232-9.1 0.18 2250 142 0.07 67.6 221.0 ±3.4 199 ±46 0.04994 1.5 0.2402 2.2 0.03488 1.6 D0232-10.1 1.81 458 51 0.12 18.3 288.0 ±4.8 377 ±170 0.04490 6.2 0.2800 6.5 0.04519 1.7 D0244-1.1 0.41 2246 65 0.03 67.3 220.0 ±4.4 166 ±33 0.05059 0.83 0.2426 2.2 0.03477 2.0 D0244-2.1 1.94 642 524 0.84 18.8 212.3 ±4.4 88 ±120 0.05420 1.9 0.2525 2.8 0.03376 2.1 D0244-3.1 0.11 486 301 0.64 67.8 968 ±18 1，048 ±20 0.07084 0.99 1.576 2.3 0.1614 2.0 D0244-4.1 0.27 2058 99 0.05 62.2 222.4 ±4.4 238 ±32 0.05089 0.85 0.2463 2.2 0.03511 2.0 D0244-5.1 0.97 527 294 0.58 15.3 212.3 ±4.3 150 ±90 0.05510 1.6 0.2563 2.6 0.03373 2.1 D0244-6.1 0.04 1611 623 0.40 313 1315 ±24 1778.7 ±5.5 0.09201 0.41 2.809 2.1 0.2214 2.0 D0244-7.1 0.28 2352 204 0.09 68.1 213.2 ±4.2 210 ±31 0.05291 0.77 0.2461 2.2 0.03373 2.0 D0244-8.1 0.43 1163 82 0.07 33.3 210.3 ±4.2 181 ±58 0.05037 1.8 0.2305 2.7 0.03319 2.0 D0244-9.1 0.39 849 687 0.84 24.9 215.7 ±4.4 252 ±48 0.05224 1.5 0.2454 2.6 0.03407 2.1 D0244-10.1 4.81 335 111 0.34 62.3 1209 ±29 1186 ±94 0.08570 1.4 2.448 3.0 0.2071 2.6 D0244-11.1 1.24 237 92 0.40 6.97 214.4 ±4.8 116 ±200 0.04820 3.8 0.2245 4.4 0.03382 2.2 D0244-12.1 0.46 1427 586 0.42 42.1 216.7 ±4.4 68 ±89 0.05019 1.1 0.2374 2.3 0.03431 2.0 D0244-13.1 0.29 615 108 0.18 52.5 609 ±12 610 ±29 0.06099 1.0 0.8340 2.4 0.0991 2.1 南岭地区是中国有色、稀有金属的重要找矿远景区.区内花岗岩发育，与成矿关系密切，且与花岗岩的形成时代有关，因此，花岗岩形成时代研究备受关注[21].一般认为，成矿主要与燕山期花岗岩活动有关，但研究发现，部分加里东期花岗岩和印支期花岗岩亦可成矿.如最新发现的荷花坪大型锡多金属矿床，其辉钼矿Rb-Os年龄为224±1.9Ma[22]，与阳明山—塔山地区花岗岩形成时代相近.在阳明山—塔山地区花岗岩体附近，目前已发现多处钨、锡、铜、铅、锌等有色金属矿床，显示出较好的找矿远景，说明在南岭地区，除燕山期花岗岩成矿外，印支期花岗岩亦可成矿.
6. 结论
（1）塔山岩体主要形成于晚三叠世，其同位素年龄值在215~218Ma之间，为晚三叠世的产物.
（2）塔山岩体由4个侵入次岩体组成.其中，第二侵入次岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄为218±3Ma, 第三侵入次岩体SHRIMP锆石U-Pb年龄为215±3Ma, 表明同一岩体相邻单元之间，时间间隔较短，为3~5Ma.
（3）明阳明山-塔山东西向构造岩浆带主要形成于印支期，即晚三叠世.
（4）南岭地区不仅存在燕山期花岗岩成矿，印支期花岗岩亦可成矿，阳明山-塔山东西向构造岩浆带也是南岭成矿带具有较大找矿潜力的地区.
致谢: 感谢中国地质科学院矿产资源研究所唐菊兴研究员和澳大利亚CSIRO首席科学家Tom Cudahy的指导和帮助。 -
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图 1 研究区地质图
Q—第四系；E3k-K2d—上渐新统康托组-上白垩统阿布山组?；K1m—下白垩统美日切错组；J1-2s—中下侏罗统色哇组；1—地层界线；2—不整合界线；3—推测断层；4—施工钻孔及编号；5—勘探线及编号；6—短波红外测量钻孔
Figure 1. The geological map of study area
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图 2 绢（白）云母波长-吸收深度随钻孔深度变化
Figure 2. The map of muscovite's wavelength and spectral absorption depth change with the depth of the drill hole
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图 4 不同钻孔中高岭石结晶变化散点图
Figure 4. The scatter diagrams of kaolinite crystallinity in all drill cores
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图 6 不同岩石样品蚀变矿物特征曲线（a安山岩；b砂岩）
Figure 6. The characteristic curve of different rock samples
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图 7 地表蚀变矿物分布
Figure 7. The distribution of the alteration minerals measured by shortwave infrared technique
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图 8 研究区地表岩石样品K-Na含量关系
Figure 8. The map of the relationship between K and Na in minerals
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图 9 地表岩石Al-K-Ca-Si-Fe-As元素三角关系
Figure 9. The relationship among the elements Al, K, Ca, Si, Fe and As
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图 10 钻孔中蚀变矿物种类识别及分布
Figure 10. The distribution of the types of the alteration minerals in drill cores
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图 11 蚀变矿物组合与岩性特征对比分布
Figure 11. The comparison between the combinations of alteration minerals by shortwave infarared techinque and lithologic characters
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