川西甲基卡锂矿基地典型岩石及矿物反射波谱特征研究_代晶晶.pdf

2018 年 9 月 September 2018 岩矿测试 ROCK AND MINERAL ANALYSIS Vol． 37，No． 5 507 －517 收稿日期 2017 －01 －11; 修回日期 2017 －06 －12; 接受日期 2018 －06 －11 基金项目 中国地质调查局地质调查工作项目 “大宗急缺矿产和战略性新兴产业矿产调查” 工程 “川西甲基卡大型锂矿资源 基地综合调查评价” DD20160055 ， “华南重点矿集区稀有稀散和稀土矿产调查” DD20160056 作者简介 代晶晶， 博士， 副研究员， 硕士生导师， 研究方向为遥感地质。E- mail daijingjing863 sina． com。 代晶晶，王登红，代鸿章， 等． 川西甲基卡锂矿基地典型岩石及矿物反射波谱特征研究［ J］ ． 岩矿测试， 2018， 37 5 507 －517． DAI Jing- jing，WANG Deng- hong，DAI Hong- zhang，et al． Reflectance Spectral Characteristics of Rocks and Minerals in Jiajika Lithium Deposits in West Sichuan［ J］ ． Rock and Mineral Analysis， 2018， 37 5 507 －517． 【DOI 10． 15898/j． cnki． 11 －2131/td． 201701110003】 川西甲基卡锂矿基地典型岩石及矿物反射波谱特征研究 代晶晶1，王登红1，代鸿章1，刘丽君2，令天宇2 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 地球科学与资源学院，北京 100083 摘要 四川甲基卡矿田是中国乃至于世界上锂矿资源最集中的地区之一， 目前对甲基卡锂矿床的光谱学认 识还很欠缺。本文运用地物波谱仪对甲基卡地区野外采集的典型岩石及矿物开展波谱测试， 建立了研究区 样品的波谱数据库， 总结了黑云母片岩、 十字石片岩、 十字石堇青石片岩、 角岩、 二云母花岗岩、 含锂辉石伟晶 岩、 不含锂辉石伟晶岩、 石英脉、 长石斑晶、 锂辉石、 云母、 绿柱石的波谱特征。研究结果表明 围岩与岩体波 谱特征差异较大， 围岩反射率一般在 0． 2 以下， 吸收特征不明显， 岩体反射率一般在 0． 5 以下， 具有1413 nm、 1911 nm、 2197 nm 三处不同程度的吸收特征; 其中含矿伟晶岩、 不含矿伟晶岩及花岗岩可以通过 1413 nm 及 2197 nm 等处的吸收特征进行区分; 锂辉石及绿柱石具有独特的波谱特征， 可以直接用于找矿。本文开展的 甲基卡型锂矿地面波谱研究， 对其高光谱遥感填图及地质找矿具有重要的指导意义。 关键词 甲基卡; 典型岩石及矿物; 地物波谱仪; 波谱测量 要点 1 开展了川西甲基卡锂矿床典型岩石及矿物的波谱特征研究。 2 伟晶岩与围岩可以通过波谱特征区分。 3 含锂辉石伟晶岩与不含锂辉石伟晶岩可以通过波谱特征区分。 中图分类号 P575． 4文献标识码 A 光谱测量技术是近年来发展的一种高光谱测量 技术， 它为研究矿物及岩石特征开辟了一个新的视 野， 可以快速、 准确地获取岩体及蚀变信息， 是开展 区域遥感调查的理论基础［1 －2 ］。岩性光谱是岩石、 矿物对特定波长范围的电磁波的反射、 吸收和辐射 的综合反映， 在可见 － 近红外光谱区 0． 4 ～ 1． 3 μm ， 岩石吸收光谱的产生机理主要是内部金属阳 离子的电子跃迁或振动过程; 在短波红外光谱区 1． 3 ～2． 5 μm ， 吸收光谱由羟基、 水分子和碳酸根 等基团的分子振动引起［3 ］。国内外学者针对岩矿 波谱特性进行了很多研究， 例如 Hunt［4 －5 ］对地球上 各大岩类的光谱特征进行了详细的研究; Clark 等 ［6 ］ 进一步研究了岩石矿物的光谱特征和处理技术， 开 发出大量的岩矿信息识别与提取技术; 美国地质调 查局和喷气推进实验室在此领域进行了一系列的开 创性工作， 建立了岩石和矿物光谱数据库［7 ］。Van der Meer［8 ］系统总结了常见岩石及矿物的短波红外 波谱特征及定量化研究方法。甘甫平等 ［9 ］从矿物 识别的角度出发， 对一些主要矿物光谱进行了分析 和总结。尽管岩矿光谱信息已成功地应用在地质解 译及成矿预测等研究中［10 －12 ］， 但关于锂矿床的光谱 研究还比较薄弱。 近年来随着勘查工作的推进， 川西甲基卡矿床 氧化锂的资源总量达到 188． 77 万吨， 超过澳大利亚 705 ChaoXing 的格林布什矿床， 成为世界第一大伟晶岩型锂辉石 矿床 ［13 ］。甲基卡一带处于青藏高原的东部地区， 工 作区海拔 4200 m 以上， 该地区属于雷击区， 气候寒 冷， 地质勘查工作条件较为恶劣。因此， 如何利用高 新技术手段开展该地区的地质找矿意义重大［14 －15 ］。 前人对该地区的地质特征和成矿规律进行了深入研 究 ［16 －18 ］， 针对找矿方法提出的土壤地球化学测量、 直流电法等费时费力， 且存在一定的多解性 ［19 －20 ］， 潘蒙等 ［21 ］在伟晶岩矿化特征、 围岩蚀变特征等基础 上确立的第四系“寻根溯源转石遥感解译填图法” 是一种较为便捷的找矿方法。但是遥感解译的过程 中对围岩及伟晶岩的光谱认识还较为薄弱， 需要进 一步加强研究。本文针对甲基卡锂矿床， 对采集的 典型岩石及矿物样品进行波谱测试与分析， 建立了 不同地质体和典型矿物波谱特征模型， 为今后开展 此地区的遥感地质找矿研究提供了波谱依据， 拟为 整个川西地区甲基卡型锂矿的遥感调查评价奠定理 论基础。 1实验部分 1． 1样品采集 甲基卡花岗伟晶岩型锂多金属矿床位于四川省 西部康定、 雅江、 道孚三县交界处， 面积约 62 km2， 距国道川藏公路塔公站 25 km， 有简易公路相通。 矿床地处青藏高原东南缘， 松潘甘孜地槽褶皱系东 缘， 石渠雅江地向斜核心部位四级构造单元甲基卡 穹隆状短轴背斜中 ［22 ］。矿区内出露地层为三叠系 西康群砂页岩， 经区域变质和接触变质作用而形成 的黑云母石英片岩、 二云母石英片岩和红柱石、 十字 石石英片岩等中浅变质岩系。围绕花岗岩内、 外接 触带派生出一系列花岗伟晶岩脉， 目前已发现含锂、 铍、 铌、 钽的伟晶岩矿脉 114 条 ［23 ］。本次野外采样 共计 179 个点， 基本覆盖了甲基卡地区的主要矿脉， 共采集样品 750 件， 采样点的位置如图 1 所示， 对其 中的 320 件不同类型的岩石及单矿物标本进行波谱 测试与分析。 1． 2波谱测试 目前 常 用 的 波 谱 测 试 的 仪 器 有 澳 大 利 亚 Integrated Spectronics 公司开发的 Portable Infra － red Mineral Analyzer PIMA 、 美国 Analytical Spectral Devices ASD 公司开发的 FieldSpec －4 便携式地物 波谱仪、 南京中地仪器有限公司开发的便携式短波 红外地物波谱仪 PNIRS ， 其中 PIMA 和 PNIRS 主 要的测试波长范围为 1300 ～ 2500 nm， FieldSpec － 4 便携式地物波谱仪的波长范围较宽， 包括可见光 － 近红外 － 短波红外， 即 350 ～2500 nm。故本次光谱 测量使用的仪器为 FieldSpec － 4 便携式地物波谱 仪， 其测量参数如表 1 所示。 表 1FieldSpec －4 便携式地物波谱仪测量参数 Table 1Measurement parameters of the FieldSpec －4 Ground- Object Spectrometer 测量参数参数范围 光谱范围350 ～2500 nm 探测器 VNIR 350 ～1000 nm SWIR1 1000 ～1830 nm SWIR2 1830 ～2500 nm 光谱分辨率 3 nm 700 nm 10 nm 1400 nm 10 nm 2100 nm 采样间隔 1．4 nm 350 ～1000 nm 2 nm 1000 ～2500 nm 视场角8， 18， 28 FieldSpec －4 便携式地物波谱仪的基本工作原 理为 由光谱仪通过探头摄取目标样品的光谱， 经模 数转换器变成数字信号， 联接于光谱仪的便携式计 算机实时将光谱测量结果显示于计算机屏幕上。为 了测定目标样品的光谱， 需要测定三类光谱 第一类 称为暗光谱， 即没有光线进入光谱仪时由仪器记录 的光谱 通常是系统本身的噪声值， 取决于环境和 仪器本身温度 ; 第二类称为参考光谱或称标准白 板光谱， 实际上是完美漫辐射体 标准白板上测 得的光谱; 第三类称为样本光谱或称目标光谱， 是从 需要研究的目标物上测得的光谱。最后， 研究目标 的反射光谱是在相同的光照条件下目标光谱值除以 参考白板光谱值得到的［24 －25 ］。 波谱测试时， 为使测量样品的波谱尽量精确， 白 板定标时间为每隔 10 min 定标一次; 为减少测定误 差， 每个样品测量 5 次， 取平均值。 2结果与讨论 根据测量结果， 对于每一件样品都建立了一张 样品信息的记录表， 内容主要包括序号、 样品编号、 样品地点、 样品照片、 样品岩性鉴定、 波谱测试结果 与 USGS 波谱库中对比、 分析及结论， 详细信息列于 表 2。对测量的 320 件样品的波谱进行总结， 甲基 卡地区典型岩石及矿物主要可以分为黑云母片岩、 805 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 图 1野外采样点分布图 Fig． 1Distribution of samples collected in field 十字石片岩、 十字石堇青石片岩、 角岩、 二云母花岗 岩、 含锂辉石伟晶岩、 无矿伟晶岩、 石英脉、 长石斑 晶、 锂辉石、 云母、 绿柱石等。对所有类型的岩石及 矿物波谱特征进行了总结， 具体列于表 3， 每种岩性 的波谱都具有其独特的波谱特征， 可作为区分每种 岩性的标志。 1 黑云母片岩、 十字石片岩、 十字石堇青石片 岩三种围岩波谱特征基本一致， 整体上反射率较低， 在 0． 2 以下， 波谱比较平缓， 没有明显的特征吸收 图 2a 。 2 角岩的波谱在 1500 nm 之前的波段反射率 较低， 之后有一个明显的抬升。具有电气石 2205 nm、 2247 nm、 2297 nm、 2370 nm 四处明显的特征吸 收 图 2b 。 905 第 5 期代晶晶， 等 川西甲基卡锂矿基地典型岩石及矿物反射波谱特征研究第 37 卷 ChaoXing 表 2样品波谱测试结果 Table 2Spectral measurement results of sample 波谱表序号112 样品编号JJKYG- 89- 17 采样地点308 号脉 样品照片 样品岩性鉴定含粗粒锂辉石云母石英伟晶岩， 测试时测量的是锂辉石单晶 波谱测试结果 与 USGS 波谱库中对比 分析及结论 典型的锂辉石波谱图， 反射率整体中等， 与 USGS 波谱库中锂辉石单晶的波谱图极为相似。 在 1413 nm、 1911 nm、 2207 nm 处有吸收谷， 在 1000 nm 处有一宽缓的吸收特征 015 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 表 3甲基卡主要岩石及矿物的波谱特征 Table 3Spectral characteristics of main rocks and minerals in Jiajika ore deposit 岩石及矿物名称波谱图波谱特征 黑云母片岩 反射率较低， 一般在 0． 2 以下。波谱整体较 为平缓， 吸收特征不明显， 在 2205 nm 处有 轻微吸收 十字石片岩 反射率较低， 一般在 0． 2 以下。波谱整体较 为平缓， 吸收特征不明显， 在 2205 nm 处有 轻微吸收 十字石堇青石片岩 反射率较低， 一般在 0． 2 以下。波谱整体较 为平缓， 吸收特征不明显， 在 2205 nm 处有 轻微吸收 角岩 反射率在 0．3 以下， 在 1500 nm 之前的波段 反射率较低， 在 0．1 以下。波谱整体呈上升 趋势， 在 2205 nm、 2247 nm、 2297 nm、 2370 nm 有四处明显的吸收特征， 与电气石的波 谱特征吻合 115 第 5 期代晶晶， 等 川西甲基卡锂矿基地典型岩石及矿物反射波谱特征研究第 37 卷 ChaoXing 续表 3 岩石及矿物名称波谱图波谱特征 含锂辉石伟晶岩 反射率整体中等， 在 0．5 以下。在 1413 nm、 1911 nm、 2207 nm 处具有明显吸收特征， 与 锂辉石的吸收特征吻合 不含锂辉石伟晶岩 反射率整体中等偏上， 在 0．7 以下。在 1413 nm、 2197 nm 处具有明显吸收特征， 在 1911 nm、 2345 nm 处有次一级的吸收特征 二云母花岗岩 反射率整体中等， 在 0．5 以下。在 1413 nm、 2197 nm 处具有明显吸收特征， 在 1911 nm 处吸收特征较弱或不明显， 在 2247 nm、 2345 nm 处有小的吸收谷 石英 反射率整体中等， 在 0． 4 以下。反射率曲线 整体较为平缓， 某些在 1420 nm、 1930 nm 处 有小的吸收特征 215 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 续表 3 岩石及矿物名称波谱图波谱特征 长石 反射率整体中等， 在 0． 6 以下。反射率曲线 整体较为平缓， 在 1865 nm 处反射率有一个 明显的下降趋势， 在 1413 nm、 2000 nm、 2102 nm、 2200 nm、 2349 nm 有几处小的吸收谷 云母 反射率整体中等偏下， 在 0．4 以下。在 1410 nm、 2200 nm 处具有明显的吸收特征， 在 2120 nm 处具有一个小的吸收肩， 在 1910 nm 处反射率有明显下降的陡坡 锂辉石 反射率整体中等， 在 0．5 以下。在 1413 nm、 1911 nm、 220 7nm 处有吸收谷， 在 1000 nm 处有一宽缓的吸收特征 绿柱石 反射率整体中等， 在 0． 6 以下。主要吸收谷 在 1405 nm、 1896 nm， 另外在 959 nm、 1150 nm、 1463 nm、 2059 nm、 2151 nm、 2202 nm 处 有次一级吸收谷， 在 1374 nm、 1792 nm、 1835 nm 处有吸收肩 315 第 5 期代晶晶， 等 川西甲基卡锂矿基地典型岩石及矿物反射波谱特征研究第 37 卷 ChaoXing 图 2几种重要的岩石波谱图 Fig． 2Spectra of typical rocks 3 含锂辉石的伟晶岩与锂辉石单晶的波谱相 似， 具有锂辉石独特 1413 nm、 1911 nm、 2207 nm 处 的吸收特征 图 2c 。 4 含锂辉石伟晶岩、 不含锂辉石伟晶岩、 花岗 岩的波谱特征可以区分。含锂辉石伟晶岩在 1413 nm 处吸收谷较为宽缓， 不含锂辉石伟晶岩与花岗岩 在 1413 nm 处吸收谷较窄; 含锂辉石伟晶岩在 1911 nm 处吸收谷深度最大， 其次是花岗岩， 不含锂辉石 伟晶岩吸收深度最小; 含锂辉石伟晶岩吸收谷在 2207 nm， 不含锂辉石伟晶岩与花岗岩吸收谷在 2197 nm， 有 10 nm 的偏移; 伟晶岩在 2247 nm 处没 有吸收特征， 花岗岩在 2247 nm 处具有一处小的吸 收谷 图 2d 。 3结论 建立了川西甲基卡锂矿典型岩石及矿物波谱 库， 为岩性信息区分与找矿标志的总结奠定了理论 基础。甲基卡地区主要的岩石及矿物类型包括黑云 母片岩、 十字石片岩、 十字石堇青石片岩、 角岩、 二云 母花岗岩、 含锂辉石伟晶岩、 无矿伟晶岩、 石英脉、 长 石斑晶、 锂辉石、 绿柱石等; 通过波谱测试表明围岩 整体反射率较低， 且没有特殊吸收波段， 而伟晶岩及 花岗岩反射率稍高， 在 1413 nm、 1911 nm、 2197 nm 等波段具有吸收特征， 这些特征可以作为区分围岩 与岩体的标志; 另外， 含锂辉石的伟晶岩与不含锂辉 石的伟晶岩在 1911 nm 及 2197 nm 处根据吸收特征 的差异可以区分。 伟晶岩对于甲基卡乃至川西地区寻找锂矿等 稀有矿产的意义重大， 基于本文研究结果， 今后通 过获取相应的高光谱遥感图像并进行处理， 可以 提取伟晶岩信息， 进而达到缩小找矿靶区的应用 效果。但川西地区覆盖较为严重， 故在应用过程 中应充分考虑地表覆盖的影响， 进一步补充研究 新的技术方法。 415 第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing 4参考文献 ［ 1］徐清俊， 叶发旺， 张川， 等． 基于高光谱技术的钻孔岩 心蚀变信息研究 以新疆白杨河铀矿床为例［ J］ ． 东华 理工 大 学 学 报 自 然 科 学 版 ，2016，39 2 184 －190． Xu Q J， Ye F W， Zhang C， et al． Alteration ination of drill core in Baiyanghe uranium deposit， Xinjiang using hyperspectral technology ［J］ ． Journal of East China University of Technology Natural Science ， 2016， 39 2 184 －190． ［ 2］Dehnavi S， Maghsoudi Y， Valadanzoej M． Using spectrum differentiation and combination for target detection of minerals［J］ ． International Journal of Applied Earth Observation and Geoination， 2017， 55 9 －20． ［ 3］代晶晶， 王润生． 常见透明矿物类波谱特征研究综述 ［ J］ ． 地质科技情报， 2013， 32 2 8 －14． Dai J J， Wang R S． Spectral characteristics of typical transparent mineral groups［J］ ． Geological Science and Technology Ination， 2013， 32 2 8 －14． ［ 4］Hunt G R． Spectral signatures of 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第 5 期 岩矿测试 http ∥www． ykcs． ac． cn 2018 年 ChaoXing ABSTRACT BACKGROUND The Sichuan Jiajika ore field is one of the most concentrated areas of lithium resources in China and even in the world． At present，the understanding of the spectroscopy of the Jiajika lithium deposit is still very poor． OBJECTIVES To better understand the spectra of lithium ore deposits and provide the basis for hyperspectral study of lithium ore deposits by spectrum measurement of typical rocks． S Spectra of typical rocks and minerals collected in Jiajika area were measured by Analytical Spectral Devices ASDFieldSpec － 4 Spectroradiometer and a spectral library of