中国西北部白杨河铀矿区白云母的机载高光谱成像与短波红外光谱分析及其在勘探中的应用

《Journal of Geochemical Exploration》：Airborne hyperspectral mapping and shortwave infrared spectroscopy of white mica from the Baiyanghe uranium district, Northwest China, with applications in exploration

航空高光谱与短波红外光谱揭示白云母Al-OH波长变化与铀矿化关系，结合XRD、EPMA及同位素分析，发现Fe/Mg含量和流体pH是主控因素，矿化区白云母光谱参数更敏感，为铀成矿预测提供新依据。

　　本研究聚焦于白阳河铀矿化区白云母的光谱特征及其与热液成矿条件之间的关系，旨在探讨白云母在中-浅成热液型铀矿床中的应用价值。白云母作为一种常见的蚀变矿物，广泛存在于热液蚀变岩石中，其短波红外光谱数据能够反映矿形成过程中热液流体的化学成分、温度、压力、酸碱度等关键地质信息。这些信息对于理解铀矿化与蚀变矿物之间的联系具有重要意义，同时也为铀矿勘探提供了新的技术手段和理论依据。

研究团队利用了多种先进技术手段，包括空中高光谱成像技术、短波红外（SWIR）反射光谱分析、岩石学数据、X射线衍射（XRD）分析、电子探针微区分析（EPMA）以及氢氧同位素分析。通过对这些数据的综合分析，研究发现白阳河铀矿化区的白云母显示出明显的分带特征，其分布范围与矿化作用的强度和位置密切相关。通过SWIR光谱分析和XRD数据，研究确认了白云母的蚀变矿物主要为石英、绿泥石和伊利石，其中Al–OH吸收波长范围在2190 nm至2220 nm之间。这些波长的变化不仅反映了白云母的矿物组成，还揭示了其形成过程中热液流体的物理化学条件。

在研究中，团队特别关注了Al–OH吸收波长与白云母化学成分、温度和pH值之间的关系。研究表明，白云母的Al–OH吸收波长受多种因素影响，包括Fe和Mg的含量以及Fe/(Fe + Mg)比值，此外还受到围岩成分和热液流体的制约。当白云母中Al含量较高（Si含量较低）时，其Al–OH吸收波长更短，通常在2200 nm左右，表明其形成环境为高温、酸性条件；相反，当白云母中Al含量较低（Si含量较高）时，其Al–OH吸收波长较长，通常在2200 nm左右，表明其形成环境为低温、中性或碱性条件。这一发现对于识别和定位热液成矿中心具有重要意义，尤其是在白阳河铀矿化区的北部接触带，该区域的白云母显示出较短的Al–OH吸收波长、较高的伊利石光谱成熟度指数（ISM）值以及较低的2200 nm半高宽（FWHM2200）值，进一步表明其与铀矿化密切相关。

此外，研究还发现，在白阳河铀矿化区的北部接触带，靠近阳庄花岗岩斑岩与泥盆纪中酸性火山岩的区域，白云母的Al–OH吸收波长、ISM值和FWHM2200值与远离铀矿化的区域存在显著差异。这种空间分布和变化趋势为识别热液成矿中心提供了重要的线索。研究结果表明，白云母可以作为识别蚀变矿物的重要指标，尤其在铀矿勘探中，其光谱特征能够帮助科学家更准确地判断矿化作用的强度和位置。

本研究的意义不仅在于揭示白云母的形成机制，还在于为未来的地质应用提供了新的理论参考。随着遥感技术和高光谱成像技术的发展，卫星高光谱矿物映射在矿产勘探中的应用日益广泛。白云母的光谱特征作为识别蚀变矿物的重要依据，能够为铀矿勘探提供更加精准的预测手段。此外，研究还强调了白云母在不同地质条件下的光谱变化规律，为理解铀矿化与热液成矿环境之间的关系提供了新的视角。

从地质背景来看，新疆西拇指坦地区（也称为西拇指坦）位于东哈萨克斯坦与西准噶尔之间，从北到南依次包括扎尔玛–索尔火山弧、博什切库尔–切金火山弧以及西准噶尔增生杂岩。该地区的构造背景属于泥盆纪西拇指坦大陆边缘火山带和早古生代岛弧带，这些地质条件为热液成矿提供了良好的基础。在这一背景下，研究团队对白阳河铀矿化区的白云母进行了系统分析，探讨其在热液成矿过程中的作用机制。

在光谱分析方面，白云母作为羟基化的层状硅酸盐矿物，主要包括白云母、云母、辉云母、玛格纳特、方镁石和玫瑰石英等。这些矿物在热液蚀变过程中具有重要的指示意义，因为它们在光谱特征上表现出明显的差异，从而有助于区分不同的蚀变类型。研究团队通过SWIR反射光谱分析，发现白云母的Al–OH吸收波长在2190 nm至2220 nm之间，这一范围与已知的白云母光谱库数据相吻合，进一步验证了其准确性。

在研究中，团队还关注了白云母的主要元素含量与Al–OH吸收波长之间的关系。通过岩石学和XRD分析，研究发现白云母中Na+和K+的交换（Na+ ? K+）以及Tschermak交换（VIAl3+ + IVAl3+ ? IVSi?+ + VI[Fe2+, Mg2+, Mn2+]）是影响其光谱特征的重要因素。此外，研究还发现白云母中总Al含量与总Si + Fe + Mg含量之间存在负相关关系，这一发现为理解白云母的形成机制提供了新的证据。

研究团队还通过电子探针微区分析（EPMA）和氢氧同位素分析，进一步确认了白云母的化学成分及其与热液流体之间的关系。这些分析结果表明，白云母的形成不仅受到化学成分的控制，还受到温度、压力、pH值等环境因素的影响。例如，在高温、酸性条件下，白云母的Al–OH吸收波长更短，而在低温、中性或碱性条件下，其吸收波长更长。这种变化趋势为识别不同成矿环境提供了重要的依据。

在结论部分，研究团队指出，通过短波红外光谱与白云母形成过程中的物理化学条件（温度和pH值）之间的关系分析，可以更准确地判断矿化作用的强度和位置。研究中采用的多种技术手段，包括空中高光谱成像、SWIR反射光谱、岩石学分析、XRD分析、EPMA分析以及氢氧同位素分析，共同构成了对白云母形成机制的全面理解。这些技术手段的应用不仅提高了研究的准确性，还为未来的地质勘探提供了新的方法。

此外，研究团队还强调了白云母在铀矿勘探中的应用价值。通过分析白云母的光谱特征，可以更有效地识别和定位铀矿化作用的区域，从而提高勘探效率。研究还指出，白云母的光谱特征能够反映围岩成分和热液流体的性质，这对于理解铀矿化与热液成矿环境之间的关系具有重要意义。因此，白云母不仅是一种重要的蚀变矿物，还是一种具有广泛应用价值的矿化指标。

综上所述，本研究通过多学科的综合分析，揭示了白云母在热液成矿过程中的重要作用。白云母的光谱特征不仅能够反映矿形成过程中的物理化学条件，还能够作为识别铀矿化作用的重要依据。研究结果表明，通过高光谱成像技术与光谱分析相结合，可以更有效地识别和定位铀矿化作用的区域，从而提高铀矿勘探的效率和准确性。这些发现不仅为理解白云母的形成机制提供了新的视角，还为未来的地质勘探提供了重要的理论支持和技术手段。