论用遥感技术对碳酸盐为主岩的稀土元素矿床成像的可行性

国外地学动态课题组译 李万伦审

稀土元素(REEs)在可见光-短波红外(VNIR-SWIR)反射光谱中具有特殊的吸收特征。其中,钕(Nd)的吸收特征在REEs 中最为显著,因此识别REEs 可由其着手。鉴于世界上最大的REE 矿床与碳酸岩共生,为了评估利用遥感技术对REE 矿床进行成像的可行性,结合典型碳酸岩岩石组合的光谱学、岩相学和地球化学数据进行了综合分析。结果表明,以米级空间分辨率采集的高质量的机载高光谱数据集可以识别出Nd 的吸收特征。今后在无人机上搭载高
光谱设备,可望从厘米级尺度对整个矿床的REE品位进行填图。

1 引言

1.1 稀土元素矿床与反射光谱

在本文中,我们探讨了利用机载和星载高光谱遥感数据在可见光和近红外- 短波红外(VNIR-SWIR)波长范围内(λ=400~2,500 nm),对基本上以碳酸岩为主岩的REE 矿床进行成像的可行性。业已证实,许多镧系元素在反射光谱中具有很强却又比较窄的吸收特征。根据Turner 等(2014)的评述,许多富含REE的碳酸岩和碱性岩浆活动中心都已成功地采用星载和机载反射光谱技术进行了成像。

图1 富含REE 的碳酸岩中常见矿物的VNIR-SWIR 参照光谱

图1 富含REE 的碳酸岩中常见矿物的VNIR-SWIR 参照光谱

1.2 方法和适用范围

本文给出了从一系列特征清楚的碳酸岩、与碳酸岩有关的REE 矿以及格陵兰的两个碱性火成岩体(莫兹菲特(Motzfeldt)和伊利毛沙克(Ilímaussaq))采集的反射光谱。

2 样品来源

图2 本次研究中所用样品的地理分布及藏品来源
图2 本次研究中所用样品的地理分布及藏品来源

3 分析方法

在此研究过程中,总共从42 块手标本中采集了VNIR-SWIR 反射光谱。根据样品的可用程度及在VNIR-SWIR 区间REE 的吸收强度,我们对不同样品使用了不同的分析方法(表1~5 列出了每个样品的分析结果)。

4 地质背景和矿物组合

4.1 中国白云鄂博、美国芒廷帕斯和澳大利亚韦尔德山

表1 采自白云鄂博、芒廷帕斯和韦尔德山的样品

4.2 东非和南非

表2 采自东非和南非的样品

4.3 格陵兰和加拿大

采自格陵兰岛和加拿大的样品

4.4 斯堪的纳维亚半岛和德国

来自斯堪的纳维亚半岛和德国的样品

4.5 其它地点

来自其他地方的样品

5 全岩地球化学

除了来自Uyaynah 和波特尔堡的熔岩样品(CR-05-CR-10)外,本次研究中所有样品均为侵入岩。大多数样品富含碳酸盐矿物,其成分可用Woolley和Kempe 三元分类图(1989 ;图3)来表示。图4 对样品的REE 分类进行了归纳。

图3 根据Woolley 和Kempe(1989)方案对碳酸岩进行分类

图3 根据Woolley 和Kempe(1989)方案对碳酸岩进行分类

图4 样品中REE 分类总结图
图4 样品中REE 分类总结图

6 反射光谱

本研究所采集的反射光谱性质的多样性反映了这些样品在地球化学、矿物学和结构方面的巨大变化。根据控制每条光谱的主要矿物成分,可将所有样品划分成六组。

7 光谱特征作为稀土矿物及其品位的替代指标

虽然在一些富含稀土元素的样品中可以识别出镥(Pr)和Sm 的吸收特征,但是与钕有关的特征也会得到增强并变得更突出。必须首先剔除与主要成岩矿物有关的背景特征,才能将钕的吸收特征性
质同样品的矿物成分和稀土元素品位关联起来。

8 使用遥感技术探测稀土元素

本文的研究结果表明,利用超光谱成像技术对稀土元素进行直接探测,将更适合于高品位矿床,如含有离散的稀土矿物的碳酸岩型矿床。

9 结论

钕的吸收特征是可见- 近红外与短波红外波长范围内最强烈的轻稀土元素吸收特征,这已通过一套具有不同稀土元素含量、且以碳酸岩为主的样品中采集到的反射光谱所证实。

David A. Neave, Martin Black, Teal R. Riley, et al. On the Feasibility of Imaging Carbonatite-Hosted Rare Earth Element Deposits Using Remote Sensing.
Economic Geology, 2016, 111(3): 641-665

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