西藏甲玛铜多金属矿岩心多元信息提取与应用

史维鑫  高鹏鑫  孙东洵  魏雪芳 王瑞红

（国土资源实物地质资料中心，河北 三河 065201）

摘要: 随着科技的发展，在不破坏岩心的前提下，采用无损扫描分析等手段，也能获取岩心内部蕴含的定性、半定量甚至定量数据，为解决成因矿物学、矿物蚀变填图、热液成矿体系环境判定、矿床成矿模式建立等问题提供证据支持。本文以西藏甲玛铜多金属矿岩心为例，采用白光扫描、高光谱扫描、XRF扫描和CT扫描等技术提取岩心的图像、矿物组成、元素浓度和内部结构构造等参数信息，研究岩心多元信息提取在找矿勘查过程中的应用价值，为珍贵岩心的保管与利用提供范例，为今后提高岩心在地质找矿、科研等工作中的利用价值提供参考和建议。

关键词：岩心白光扫描 高光谱扫描 XRF元素浓度扫描 CT扫描

 

前言

岩心多元信息提取是指将地质工作中形成的岩心，通过仪器扫描、数码照相等方法，转化成计算机可存储处理的文字、图像、数据等信息，对信息进行处理，以数据库的形式进行存储，利用输出设备和系统进行信息展示的过程。与传统的实验室测试分析相比，岩心多元信息提取具有快速、不破坏实物、可最大限度地挖掘、提取实物表面及内部蕴含的各种信息等特点。

目前应用成熟的岩心扫描信息采集技术方法种类很多，大体可分为三类：一是获取实物表面图像信息，如岩心白光扫描、荧光扫描等；二是获取岩心表面的各类化学参数信息，如利用高光谱扫描技术获取中、低温热液蚀变矿物组成信息，利用XRF扫描技术获取元素浓度信息；三是获取实物内部的物理参数信息，利用CT扫描技术，获取岩心内部结构构造信息，利用磁化率扫描技术，获取岩心内部磁化率信息等^[1]。

本文在分析西藏甲玛铜多金属矿矿床地质特征的基础上，选择控制齐全的代表性钻孔的关键岩心段，采用岩心白光扫描、高光谱扫描、XRF扫描和CT扫描对实物地质资料进行多元信息提取，通过获取岩心的表面图像、蚀变矿物组成、元素浓度、内部结构构造等信息，研究岩心多元信息提取在找矿勘查过程中的应用价值，为珍贵岩心的保管与利用提供范例。

一、甲玛铜多金属矿成矿地质特征

甲玛铜多金属矿是近年来取得找矿突破的超大型矿床，位于西藏特提斯-喜马拉雅构造域二级构造单元达克拉-冈底斯弧盆系中段的拉萨弧背盆地，叶巴残留弧的北缘^[2-3]。前人研究认为，矿床属于典型的与斑岩有关的矽卡岩型-角岩型矿床，矽卡岩型矿体分布于晚侏罗世多底沟组与早白垩世林布宗组的层间扩容空间中，角岩型矿体赋存于角岩中，探明矽卡岩型矿体铜钼铅锌金银均达到大型，初步探明角岩型矿体铜钼金属量也达到大型规模^[4]。

甲玛铜多金属矿的矿石结构按照成因分为结晶结构、交代结构、固溶体分离结构和表生结构4大类，矿石构造以浸染状和细脉网脉状为主，团块状构造和角砾状构造次之；侵入岩浆矿石构造可见斑杂状构造、角砾状构造、脉状构造；表生矿石构造可见胶状构造等。矿石矿物以黄铜矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿、黝铜矿、辉钼矿等为主，次为斜长石、钾长石、石膏、绿泥石、萤石、方解石等。

在地层与构造控矿方面，矿区出露地层主要为一套被动陆缘期的碎屑-碳酸盐岩系，包括上侏罗统多底沟组，下白垩统林布宗组以及少量第四系^[5]。矿区构造以推覆、滑覆构造及由此形成的层间构造为主，层间扩容构造为矽卡岩矿体的主要赋存空间^[4-5]。

在蚀变控矿方面，矿区蚀变发育，有热接触围岩蚀变和热液交代围岩蚀变，以矽卡岩化、角岩化、绢云母化、硅化、大理岩化为主，碳酸盐化和泥化为后期蚀变；硅化与成矿有直接关系，是控制成矿的主导因素。同时，矿化中心泥化特别强烈，钻孔ZK1616斑岩型矿石中发育强烈的泥化，是斑岩型铜矿常见的蚀变。

根据前人对矿区的侵入体类型、矿石组构、热液蚀变特征、分带及初步的同位素定年研究等，已经确立了矽卡岩为铜、钼、铅、锌矿体最主要的赋矿岩体，石榴子石、硅灰石等矽卡岩矿物与矿床含铜矿物之间具有密切的空间和成因联系^[3，6-8]。郑文宝^[9]等、姚晓峰^[10]等通过对矽卡岩、矽卡岩顶底板围岩和花岗岩类的主量元素、微量元素、稀土元素地球化学进行了研究，大量的成矿年代学，岩石、矿物地球化学和地质事实共同指示甲玛矿床属于矽卡岩−角岩−斑岩型矿床，其成矿与矽卡岩后热液期的成矿作用有关。

二、样品及实验方法

1.实验样品选择

在分析西藏甲玛铜多金属矿矿床的成矿地质特征的基础上，根据甲玛铜多金属矿床中矿体的不同类型，选择16号勘探线钻孔ZK1616全孔岩心进行多元信息提取（图1）；此钻孔控制了矿床发育的矽卡岩型矿体、角岩型矿体和规模不大的黄铁绢云岩化花岗斑岩型矿体，较为全面地反映了矿体的地质特征，代表性强，且岩心保存完好。

图1 甲玛铜多金属矿16勘探线地质剖面图^[4]

在钻孔ZK1616岩心中，对整孔岩心进行白光扫描，获取表面图像信息；选择岩心91.0~92.0 m的硅化角岩、323.5~325.59 m的花岗斑岩和658.0~660 m的矿化矽卡岩，对岩心进行岩心高光谱扫描和XRF元素浓度扫描，掌握蚀变矿物的发育与分布特征，获取元素浓度信息，掌握元素浓度的富集规律；选择岩心90.8~91.8 m的强硅化角岩、323.56~325.6 m的花岗斑岩和658.86~659.76 m的矿化矽卡岩，进行CT扫描，掌握岩心内部结构构造，尤其是裂隙度的发育情况（表1）。

表1 钻孔ZK1616多参数提取方案

2.实验过程与实验方法

实验测试前，需对岩心进行整理、清洁、晒干，避免灰尘等其他物质对测试造成干扰。岩心白光扫描、高光谱扫描和XRF化学元素测试分析均在国土资源实物地质资料中心完成。岩心白光扫描使用YXCJ-Ⅶ型岩心图像高分辨率采集仪。高光谱扫描和XRF化学元素测试分析使用MSCL-S标准型岩心综合测试系统，该系统主要由高精度XRF化学元素分析传感器、可见光近红外地物光谱传感器、点状磁化率传感器、屏蔽橱柜和系统主机组成。CT扫描实验在中国石油大学（北京）—壳牌数字岩石物理联合实验室完成，使用CereTom全直径岩心CT扫描仪，该仪器主要由CT扫描仪、笔记本式工作站及工作底板三部分组成。实验测试参数如下：

2.1白光扫描

岩心图像高分辨率采集仪的功率350 W，使用电压180 V，设置的采集分辨率为350 dpi，扫描后对图像进行了裁剪和拼接。

2.2高光谱扫描

可见光近红外光谱仪（高光谱）的测试波长范围为350~2500 nm，光谱分辨率为3 nm@700 nm；6 nm@1400 nm；7 nm@2150 nm。采样时间为10 次/秒，扫描间隔设置为2 cm，数据采集完成后，使用TSG地质光谱分析软件对获取的光谱进行信息提取。

2.3高精度XRF化学元素浓度扫描

高精度XRF化学元素浓度传感器可以分析Mg到U之间的所有元素。X射线源为15W/50 KV，Rh阳极，空气冷却；XRF计数时间设置为5秒，扫描间隔设置为1 cm，测量模式选择Air-15 mm×10 mm。

2.4CT扫描

本次CT扫描高能扫描电压和低能扫描电压分别为140 kV和1400 kV，切片面分辨率为0.495 mm，切片厚度为0.625 mm，扫描电流为7 mA。

三、岩心多元信息分析

1.岩心白光扫描信息

通过岩心扫描，可以较为清晰地获取岩心表面图像信息，大致判断岩心的颜色、结构、构造和矿物组成，对岩心有一个初步的判断。如通过对90.69~96.20 m岩心扫描图像的观察，可见硅化角岩矿体部分，灰白-灰黑色，角岩结构，块状构造；矿物主要为石英、长石，金属硫化物及其他矿物，矿化主要见辉钼矿、黄铜矿、黄铁矿、自然铜；320.5~325.6 m为花岗斑岩矿体部分，岩石呈灰白-灰色，斑状结构、块状构；斑晶约占40%，基质主要由长石、石英组成，约占40%，矿化主要为黄铜矿、黄铁矿；587.3~836.86 m为矽卡岩矿体，黄绿-棕黄色，中-细粒结构，块状构造；矿石矿物主要有辉钼矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿等，部分岩心泥化强烈（图2）。

图2 ZK1616岩心白光扫描钻孔柱状图

2.岩心高光谱扫描信息

高光谱扫描分析可以识别出与成矿作用密切相关的蚀变矿物，用以分析成矿成岩作用的温压条件、热动力过程和热液运移的时空演化，恢复成岩成矿历史，建立不同矿床的成矿模型和找矿模型^[11]。高光谱扫描结果清晰地显示了蚀变矿物的分布特征，角岩型矿体部分，蚀变矿物主要有白云母、黑云母、电气石、绿泥石，含少量的高岭土、碳酸盐（图3和表2）。斑岩型矿体部分，蚀变矿物主要为高岭土、白云母、蒙脱石、黑云母和碳酸盐等，在324.98~325.11 m处，蚀变矿物主要是高岭石和蒙脱石，表明此处泥化强烈（图4和表3）。矽卡岩矿体部分，主要发育的蚀变为碳酸盐、蒙脱石、其他氢氧化物，包括少量的白云母、绿泥石和角闪石（图5和表4）。分析结果表明，钻孔ZK1616矿体分带明显，矿化和矿物存在密切关系，矿体的存在与泥化存在直接相关关系，泥化程度越高，矿体越好；从蚀变矿物组合可看出甲玛铜多金属矿由浅到深具有高温→中低温成矿演化的特点。

图3 90.8~92 m处角岩型矿体蚀变矿物柱状图

表2 西藏甲玛铜多金属矿90.7~91.7 m处角岩矿体高光谱扫描数据汇总表

图4 323.5~325.5 m处斑岩矿体蚀变矿物柱状图

表3 西藏甲玛铜多金属矿323.57~325.51 m处花岗斑岩矿体高光谱扫描数据汇总表

图5 658.9~659.8 m处矽卡岩矿体蚀变矿物柱状图

表4 西藏甲玛铜多金属矿658.9-659.8 m处矽卡岩矿体高光谱扫描数据汇总表

3. XRF元素浓度扫描信息

通过XRF元素扫描可以了解元素的连续性变化特征，也可通过元素变化及元素之间比率的变化，分析地球化学特征，研究其形成环境；也可结合高光谱蚀变矿物资料，研究蚀变矿物与矿体之间的关系。对甲玛多金属矿钻孔ZK1616部分岩心进行了XRF元素扫描，一次性得到了岩心剖面的有效元素多达18种，包括Cu、Pb、Zn、Mo、Mn、Ni等主要矿物。测试结果表明，角岩矿体主要赋存铜、钼、镍金属矿物，斑岩矿体主要赋存铜、锰、镍等金属矿物；矽卡岩矿体中赋存铜、钼、铅、锌等金属矿物，且金属元素含量最高（图6）。

图6 甲玛多金属矿主要金属矿物元素浓度分布图

4.全直径岩心CT扫描信息

在岩心无损的情况下获取岩心的三维空间图像，观察岩心内部层理、裂缝等物理特征的空间展布状况、岩相变化等。通过CT扫描，可以看到岩心的三维灰度图像，通过数据处理可以把岩石密度和有效原子序数展示出来，成像结果可以用来连续评估岩心的裂缝、岩性及其细微变化，岩石视密度（RHOB）及光电吸收指数（PEF）计算结果（图7）。岩心的扫描数据反映出矿脉走向及分布以及高密度矿物在空间的分布情况，对后期岩心整体认识具有一定的指导意义。

图7 ZK1616样品CT扫描试验图像

四、结论与展望

（1）高光谱扫描结果清晰地显示了蚀变矿物的分布特征，钻孔ZK1616矿体分带明显，矿化和矿物存在密切关系，矿体的存在与泥化存在着直接的相关关系，泥化程度越高，矿体越好，从蚀变矿物组合可看出甲玛铜多金属矿由浅到深具有高温→中低温成矿演化的特点。

（2）XRF元素测试结果表明，角岩矿体主要赋存铜、钼、镍金属矿物，斑岩矿体主要赋存铜、锰、镍等金属矿物；矽卡岩矿体中赋存铜、钼、铅、锌等金属矿物，且金属元素含量最高。

（3）通过运用不同的信息提取方法，获取了西藏甲玛铜多金属矿大量的实物表面的图像信息及内部矿物成分等信息，丰富了数据种类，提高了实物地质资料中心的服务利用水平。

（4）科研人员可通过对提取的图像信息及数据的进行地质分析，结合相应的地、物、化等其他数据进行综合研究，对蚀变矿物与成矿环境的关系、矿床成矿模式的验证、外围找矿勘探研究等起到很好的参考借鉴作用。

（5）通过对馆藏不同地区、不同成因类型的岩矿心继续开展多元信息提取与分析研究工作，提取丰富数据，可为中国典型矿床岩心数据库、建设数字实物地质资料馆的建立提供支撑。

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