优化短波红外（SWIR）技术在胶东半岛前秋留矿床深部成矿作用勘探中的应用

《Journal of Geochemical Exploration》：Optimizing short-wave infrared (SWIR) indications of alteration minerals for deep mineralization exploration in the Qianchuiliu lode gold deposit, Jiaodong Peninsula

本研究针对胶东半岛新发现的Qianchuiliu碳酸盐-硫化物脉金矿床，通过SWIR光谱分析及矿物学观察，揭示白云母 illite crystallinity（IC）值≥1.2与金矿化显著相关，Pos2200光谱参数空间分异特征较弱。基于三维参数模型，识别矿区北部-300至-400米深部为优选勘探靶区，并运用PLS-DA区分胶东不同类型金矿床，证实SWIR光谱参数可有效鉴别矿化特征及矿床类型差异。

　　

赵洪涛|段连|张宇|韩晓萌|邵永军|潘远明|冯玉洲|王旭|宋淑玲|沈洪杰

教育部有色金属成矿预测与地质环境监测重点实验室，中国长沙，410083

摘要

胶东半岛是全球重要的脉状金矿床区域，其特征是分散的网状矿化作用和含金石英-硫化物脉矿化。最近发现的含金碳酸盐-硫化物脉矿化也展现出巨大的勘探潜力。本研究调查了胶东地区的钱楚柳碳酸盐-硫化物脉金矿床（13.5吨，含金量3.02克/吨）。该矿床具有三个矿化阶段：石英-钾长石阶段（I阶段）、白云石-多金属硫化物-自然金阶段（II阶段，即主要矿化阶段）以及石英-方解石阶段（III阶段）。综合使用短波红外（SWIR）光谱分析和岩石学观察发现，钱楚柳矿床中的主要蚀变矿物为白云母（58.7%）、碳酸盐（35.1%）和绿泥石（6.1%）。白云母的伊利石结晶度（IC）值与金矿化具有空间相关性，IC值≥1.2可作为可靠的勘探指标。相反，白云母的Al-OH吸收峰波长（Pos2200）与矿体之间的空间相关性较弱。基于此，三维参数模型将矿区深度在-300至-400米之间的北部区域确定为优先勘探目标。区域对比显示，分散的网状矿化、石英-硫化物脉矿化和碳酸盐-硫化物脉矿床之间的白云母光谱参数存在差异，这些差异可通过偏最小二乘判别分析（PLS-DA）有效区分。其中，白云母的Pos2200光谱参数具有最高重要性（VIP > 1.5），反映了它们形成时的物理化学条件（如pH值和氧逸度）的差异。本研究开发了一种基于SWIR的碳酸盐-硫化物脉金矿床勘探指标系统，突显了光谱参数在识别矿化和区分矿床类型方面的有效性。

引言

脉状金矿床分布于全球各地，占全球黄金产量的约40%，具有重要的经济价值（Goldfarb, 2020; McLeish et al., 2021; Wang et al., 2021）。因此，对其矿化机制和勘探技术的研究已成为重点（Cooke et al., 2020; McLeish et al., 2021）。随着浅层金资源的逐渐枯竭，深部勘探对于确保中长期的资源可持续性至关重要（Kelley et al., 2006; Zuo et al., 2022; Zhao et al., 2024b）。在此背景下，研究控制矿化的热液系统是识别高潜力深部勘探目标的关键步骤（Tian et al., 2019; Wang et al., 2025a）。短波红外（SWIR）光谱技术能够快速、无损地识别和量化热液蚀变矿物及其化学成分，从而约束矿化历史并为矿产勘探提供重要线索（Laukamp et al., 2011; Chang and Yang, 2012; Duuring et al., 2016; Percival et al., 2018; Salama et al., 2025）。结合多元统计和机器学习方法，SWIR技术提高了深部热液系统的表征效率和勘探目标的识别能力（Guerra Prado et al., 2023; Hao et al., 2024; Zhao et al., 2024b）。

胶东半岛是全球重要的金矿化区域，拥有丰富的金资源（Groves and Santosh, 2016; Deng et al., 2020c; Song et al., 2021a, Song et al., 2021b），其主要矿化类型为分散的网状矿化（胶家式）和含金石英-硫化物脉矿化（灵龙式）（Song et al., 2015; Deng et al., 2020b; Zhao et al., 2025a）。最近，在胶东半岛发现了以白云石和黄铁矿为主要含金矿物的碳酸盐-硫化物脉金矿床（Xu et al., 2023; Chen et al., 2025），例如辽上矿床（69吨，含金量3.3克/吨；Tan et al., 2018）、西老口矿床（50吨，含金量2.7克/吨；Chen et al., 2024）、国城矿床（21吨，含金量2.7克/吨；Wu et al., 2021）和西金口矿床（11吨，含金量2.7克/吨；Duan et al., 2022），这些矿床为该地区带来了额外的勘探潜力（Song et al., 2021a; Xu et al., 2023）。然而，与分散的网状矿化和含金石英-硫化物脉矿化相比，这些矿床的蚀变特征及其勘探指标仍知之甚少。

本研究调查了最近发现的钱楚柳碳酸盐-硫化物脉金矿床（13.5吨，含金量3.02克/吨；Duan et al., 2022; Han et al., 2025），该矿床位于胶东半岛胶莱盆地的东北边缘。研究利用系统化的SWIR光谱技术和矿物学观察，分析了碳酸盐-硫化物脉金矿床中蚀变矿物的光谱特性及其与金矿化的关联。特别关注了白云母的光谱参数（如Pos2200和伊利石结晶度（IC）值），以评估它们在指示矿体分布方面的潜力。此外，还采用多元统计方法比较了胶东金矿区的不同矿床类型，为深部金矿勘探提供了新的理论见解和技术方法。

地质背景

胶东半岛位于华北克拉通和扬子克拉通之间的过渡带，受到穿插的滩陆断层的控制，是太平洋金属成矿域的关键组成部分（图1a；Mao et al., 2008; Yang et al., 2018, Yang et al., 2019）。该半岛主要由两个构造单元组成：西北部的胶北地块和东南部的苏鲁造山带（图1b；Guo et al., 2013; Yang et al., 2020）。半岛下覆有新太古代地层

矿床地质

钱楚柳金矿床位于胶莱盆地东北边缘的中心矿化带内的国城金矿带，西南与辽上矿床和西老口矿床相邻，东南与西金口矿床相邻（图2）。矿区出露的地层主要为古元古代的旌山群，局部可见白垩纪的莱阳群和第四纪沉积物（图3a）。该地区具有复杂的构造特征

矿化与蚀变

根据矿物组合和脉状矿体的切割关系（图4），钱楚柳金矿床的矿化与蚀变过程分为三个阶段（图5）：矿化前的石英-钾长石阶段（I阶段）、主要的白云石-多金属硫化物-自然金阶段（II阶段）以及矿化后的石英-方解石阶段（III阶段）。

石英-钾长石阶段（I阶段）的特点是钾质和硅质蚀变（图4a），主要发生在矿体周围

样品

本研究调查了钱楚柳矿区控制主要矿体的六个钻孔（ZK801、ZK802、ZK2403、ZK1601、ZK1602、ZK1603），系统收集了314个样品。采样间隔通常为5米，在蚀变强烈、矿化明显或岩石变化显著的区域采样间隔缩小至0.1–2米。详细的采样位置见附录I。

分析方法

所有314个收集的样品均使用高分辨率ASD设备进行了SWIR光谱分析

蚀变矿物的SWIR光谱分析

对钱楚柳金矿床的314个样品进行了全面分析，生成了1884个短波红外（SWIR）光谱，其中152个光谱信号较弱或矿物无法识别，被排除在外。详细数据见附录II。结合岩石学观察，确定了主要蚀变矿物，包括白云母（白云母、白云石、伊利石和黑云母）、碳酸盐（硬石膏、白云石、菱铁矿和方解石）以及绿泥石

金沉淀的物理化学条件与机制

白云母的SWIR光谱参数（如Pos2200和IC）反映了矿化流体的物理化学条件，包括温度、pH值和氧逸度（Herrmann et al., 2001; Harraden et al., 2013; Xu et al., 2025）。IC值主要反映形成温度，低至中等温度环境（<400°C）下的高IC值表明较高的矿化温度（Chang et al., 2011; Guo et al., 2020; Ren et al., 2024）。高温会增强伊利石的有序性

结论

本研究对胶东金矿区的钱楚柳碳酸盐-硫化物脉金矿床进行了全面的SWIR光谱分析，探讨了白云母的光谱参数与金矿化之间的关系，并使用PLS-DA方法与其他矿床类型进行了比较。钱楚柳矿床的矿化过程包括三个阶段：石英-钾长石阶段、白云石-多金属硫化物-自然金阶段（主要矿化阶段）

CRediT作者贡献声明

赵洪涛：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、数据可视化、验证、方法论研究、调查、正式分析、数据管理、概念构建。段连：数据可视化、验证、调查、资金获取。张宇：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、验证、监督、资金获取、数据管理、概念构建。韩晓萌：调查、数据管理、概念构建。邵永军：监督、方法论研究。潘远明：

未引用的参考文献

Chen et al., 2023
Hu et al., 2020
Li et al., 2006
Zuo et al., 2023

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（2022YFC2903605；2022YFC2903601）、部省合作项目（2024ZRBSHZ130）、烟台市高端人才引进与培养双百人才计划以及中国留学基金委（202406370277）的资助。作者衷心感谢Martiya Sadeghi教授和Fan Yang教授以及三位匿名审稿人的宝贵意见和建议