機(jī)載高光譜蝕變信息與成礦地質(zhì)環(huán)境分析礦床定位研究

0引言

機(jī)載高光譜遙感是當(dāng)前遙感的前沿技術(shù)，通過高光譜成像所獲取的地球表面的圖像包含光譜維信息融合為一體，即“圖譜合一”。高光譜以其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)，在資源、環(huán)境、城市、生態(tài)、地質(zhì)找礦等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文運(yùn)用機(jī)載高光譜蝕變信息成礦分析和成礦地質(zhì)環(huán)境分析相結(jié)合的方法，以青海省格爾木市小干溝金礦區(qū)為研究區(qū)域，建立機(jī)載高光譜礦床定位模型，這種方法是一種既符合成礦地質(zhì)理論，又充分發(fā)揮遙感找礦特長的方法。該方法研究思路如下:1)蝕變信息是建立礦床定位模型的指示標(biāo)志，通過對蝕變礦物的提取，推斷成礦作用的溫度及成礦過程。2)以成礦地質(zhì)環(huán)境信息為基礎(chǔ)，充分利用高光譜圖譜合一的技術(shù)優(yōu)勢，通過蝕變信息提取的礦物反映在地層、巖性、構(gòu)造等地質(zhì)要素的遙感圖像上來分析，從中找出蝕變信息與成礦地質(zhì)環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系。

3)以CASI/SASI機(jī)載高光譜蝕變信息提取為研究基礎(chǔ)，以機(jī)載高光譜蝕變信息成礦分析及成礦地質(zhì)環(huán)境分析為基本思路，構(gòu)建機(jī)載高光譜礦床定位模型。

1蝕變信息的提取及成礦分析

1.1數(shù)據(jù)獲取與處理

數(shù)據(jù)獲取分為CASI/SASI機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)采集和地面光譜測量。研究區(qū)屬干旱區(qū)，地表幾乎沒有植被，有利于二者的采集。CASI/SASI機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)采集根據(jù)地形條件，選擇理想飛行高度，獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，雪和植被干擾相對較小;目的是確定可以進(jìn)行光譜區(qū)分的礦物種類以及分析巖石光譜與巖性的關(guān)系。巖礦光譜數(shù)據(jù)處理主要包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、大氣校正和光譜重建、數(shù)據(jù)降微、端元光譜提取、光譜識別等主要環(huán)節(jié)。光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)主要包括反射率計(jì)算、噪聲去除、光譜數(shù)據(jù)集匯總等方法。反射率轉(zhuǎn)換:將野外測量得到的目標(biāo)地物及其對應(yīng)參考白板的輻照度測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比值運(yùn)算，并乘以對應(yīng)波長位置的參考白板定標(biāo)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)將光譜儀實(shí)測的輻照度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為光譜反射率。噪聲去除:采用多項(xiàng)式圓滑方法，對反射率曲線進(jìn)行光滑處理，消除系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，處理前后結(jié)果顯示如圖1所示。

圖1光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理前后對比

本次研究采用ITＲES標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件和ENVI、EＲDAS軟件對CASI/SASI機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的輻射校正、幾何校正和大氣校正光譜重建。機(jī)載高光譜地表物質(zhì)成分信息識別的關(guān)鍵是光譜特征的識別，識別方法主要有2種:一種是基于光譜相似性的識別方法;另一種是基于光譜特征參量的識別方法。前者是通過計(jì)算端元光譜與獲取的圖像光譜之間的相似性，2個(gè)光譜之間的相似性越高，是同一種礦物的可能性越大。后者是首先計(jì)算圖像光譜的吸收谷的吸收位置、吸收面積等特征參量，根據(jù)專家知識完成礦物的識別。植被、水體、陰影及冰雪為研究區(qū)內(nèi)遙感蝕變信息提取主要干擾因素，所以在提取蝕變信息前先對其進(jìn)行去除。

1.2蝕變信息提取

由于蝕變礦物其特有的光譜特性在現(xiàn)今的多種多光譜以及高光譜遙感傳感器中可敏銳地識別到，因此蝕變信息提取是高光譜遙感最能發(fā)揮其優(yōu)勢的應(yīng)用領(lǐng)域。CASI/SASI機(jī)載高光譜可提取褐鐵礦、黃鉀鐵礬、白云母、綠泥石、綠簾石、方解石、石膏等含OH－、CO2－3、SO2－4、Fe3+礦物。其中，褐鐵礦主要由巖石中Fe2+、Fe3+等金屬離子電子過程產(chǎn)生的吸收光譜引起的異常。在典型地物波譜特征分析基礎(chǔ)上，利用CASI/SASI機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行研究區(qū)蝕變礦物提取，采用PPI端元光譜提取法進(jìn)行PPI指數(shù)計(jì)算，將像元光譜矢量反復(fù)投影到不同隨機(jī)方向的軸上，統(tǒng)計(jì)各像元投影到各個(gè)軸兩端或接近于兩端的次數(shù)，作為對像元純度的度量。本次研究利用該方法共提取了高嶺石、富鋁絹云母、中鋁絹云母、貧鋁絹云母、綠泥石和綠簾石、方解石、蛇紋石、褐鐵礦等礦物。

1.3蝕變信息提取結(jié)果及成礦分析

圍巖蝕變是內(nèi)生礦床普遍存在的一種現(xiàn)象，從遙感圖像上識別出蝕變巖的分布規(guī)律，一直是遙感找礦工作的主要研究內(nèi)容之一。蝕變礦物分布由礦物種類與影像底圖疊加的形式體現(xiàn)(見圖2)，通過對不同類型巖石礦物、不同類質(zhì)同像組合、結(jié)構(gòu)的巖石礦物的蝕變信息提取，推斷成礦作用的溫度、壓力條件和成礦過程。機(jī)載高光譜蝕變信息采用混合調(diào)制匹配濾波算法進(jìn)行礦物識別，主要識別了富鋁絹云母、中鋁絹云母、貧鋁絹云母、褐鐵礦、綠泥石及絹云母+綠泥石等礦物分布。在小干溝金礦床提取的絹云母是相對富鋁、中鋁的絹云母，2種蝕變是小干溝金礦床成礦階段的主要蝕變，反映礦床形成于相對中—低溫環(huán)境。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，小干溝金礦床富鋁絹云母、中鋁絹云母主要沿近東西向與北西向斷裂－裂隙呈帶狀、團(tuán)塊狀分布，大面積的絹云母與少量的金屬硫化物的地表氧化物一起構(gòu)成淺色蝕變帶，成為深部金礦化體的地表標(biāo)志，表明絹云母對該區(qū)與斷裂－裂隙構(gòu)造有關(guān)的金屬硫化物具有很好的指示作用。黃鐵礦在地表被氧化成褐鐵礦，所以黃鐵礦床主要蝕變特征為褐鐵礦化體現(xiàn)出來的。該區(qū)貧鋁絹云母、褐鐵礦化、綠泥石及絹云母+綠泥石組合零星分布。張億其等于2000年在格爾木市小干溝一帶開展巖金地質(zhì)普查工作，結(jié)果顯示小干溝金礦床主要蝕變?yōu)榻佋颇富?、黃鐵礦化、硅化、黃銅礦化、毒砂化。綜上所述，與小干溝金礦床成因最為密切的蝕變組合為絹云母化－黃鐵礦化－硅化。

圖2小干溝金礦床蝕變信息提取結(jié)果

2成礦地質(zhì)環(huán)境分析

各類礦床的形成取決于成礦地質(zhì)環(huán)境的時(shí)空演化規(guī)律，因而成礦地質(zhì)環(huán)境的研究對礦產(chǎn)資源勘查有重大的指導(dǎo)作用。標(biāo)志性蝕變礦物的形成、成礦機(jī)理的發(fā)生都是在成礦環(huán)境，即成礦地質(zhì)背景中實(shí)現(xiàn)的。只有將二者有機(jī)結(jié)合，才能構(gòu)建真正意義的礦床定位模型。將機(jī)載高光譜遙感影像與地質(zhì)要素疊加起來可以看出(見圖3)，小干溝金礦床處于弧形展布的昆中斷裂帶(F1)南亞帶。小干溝金礦床普查報(bào)告顯示:該區(qū)受近EW向弧形展布的大干溝斷裂(F2)控制，帶內(nèi)斷層礫巖、碎裂巖、斷層泥，構(gòu)造扁豆較為發(fā)育，是礦區(qū)的主要控礦、導(dǎo)礦構(gòu)造。NW—NWW向的f1、f2、f4剪切帶及斷裂構(gòu)造也經(jīng)過礦區(qū)，并呈近平行式分布，是主要的容礦構(gòu)造。NWW向韌脆性剪切帶是裂隙發(fā)育的部位，從而導(dǎo)致成礦流體活化及成礦物質(zhì)的富集，再加上后期陸內(nèi)造山作用，與早期的韌性剪切帶形成次的NW向剪切帶及斷裂系統(tǒng)，導(dǎo)致地殼深部的熱液上涌與下滲的大氣降水混合，并與圍巖發(fā)生反應(yīng)形成成礦流體，在相對張性的脆性斷裂部位沉淀富集，最終形成石英脈型金礦體。

圖3小干溝金礦床成礦地質(zhì)環(huán)境分析圖

礦床出露的地層為上三疊統(tǒng)洪水川組(T3h)，以向斜的形態(tài)產(chǎn)出，與下伏萬保溝群呈斷層接觸，巖性為主要為石英砂巖、砂礫巖，石英砂巖層夾有石英雜砂巖及灰?guī)r透鏡體。石英砂巖層為區(qū)內(nèi)主要的賦礦層位。從區(qū)域地層的含金性來看，礦區(qū)內(nèi)地層含金性比外圍正常沉積地層含金性高，地層中發(fā)育沉積－成巖期的硅質(zhì)、砂質(zhì)結(jié)核;化學(xué)分析顯示結(jié)核中含金較高，可能為金礦床的形成提供了物質(zhì)來源，具有礦源層的意義。礦區(qū)目前發(fā)現(xiàn)的20條礦脈，均產(chǎn)于上三疊統(tǒng)石英砂巖中，主要受近東西向斷裂－裂隙構(gòu)造控制，產(chǎn)狀為:(165°～210°)∠(35°～65°)，小干溝金礦區(qū)僅1，2，11，16號4條主要礦脈圈定4個(gè)金礦體。

3礦床定位模型的構(gòu)建

通過對礦區(qū)蝕變信息、成礦地質(zhì)環(huán)境綜合分析，構(gòu)建礦床定位模型。小干溝金礦床礦床定位模型見表1。

表1小干溝金礦床定位模型

1)上三疊統(tǒng)石英砂巖為研究區(qū)金礦床的賦礦層位。2)近EW向大型剪切構(gòu)造為礦區(qū)內(nèi)主要控礦、導(dǎo)礦構(gòu)造，NW—NWW向剪切帶及斷裂構(gòu)造為礦區(qū)內(nèi)主要容礦構(gòu)造。金礦體嚴(yán)格受NWW向的斷裂系統(tǒng)控制，因此NWW向斷裂系統(tǒng)以及主斷裂與次級斷層交匯部位是尋找同類金礦床的重要標(biāo)志。3)破碎蝕變帶內(nèi)石英脈與金礦化關(guān)系極為密切，裂隙發(fā)育。石英脈越發(fā)育，星點(diǎn)狀、浸染狀分布的金屬硫化物含量越多的地段金越富集。4)礦區(qū)內(nèi)蝕變礦物組合為絹云母化－黃鐵礦化－硅化，黃鐵礦化為礦區(qū)主要找礦標(biāo)志，機(jī)載高光譜提取的富鋁絹云母、中鋁絹云母為找深部金礦床的地表標(biāo)志，也是該區(qū)尋找同類礦床的重要指示標(biāo)志之一。

4野外調(diào)查驗(yàn)證

4.1目標(biāo)靶區(qū)圈定

小干溝金礦床經(jīng)過多期構(gòu)造剪切作用，并形成大型的剪切帶群，其中北西向斷裂為礦床的容礦構(gòu)造。所以尋找同類型金礦床的方向應(yīng)沿該組斷裂及與其平行的次級剪切帶追索，追索過程可充分利用上述定位模型。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該礦床向南沿?cái)嗔堰€有一處地段，該地段為NWW向f4斷裂與近EW向F4斷裂交匯部位(見圖3)，機(jī)載高光譜提取的主要蝕變均為富鋁絹云母、中鋁絹云母。巖性為上三疊統(tǒng)石英砂巖。經(jīng)上述對比，認(rèn)為該處地段與已知礦床有相似的蝕變礦物及組合特征和成礦地質(zhì)環(huán)境，為值得重視的目標(biāo)靶區(qū)，對目標(biāo)靶區(qū)進(jìn)行了野外調(diào)查驗(yàn)證分析。

4.2調(diào)查驗(yàn)證及結(jié)果分析

對目標(biāo)靶區(qū)開展野外調(diào)查驗(yàn)證，樣品采集地點(diǎn)分別為上三疊統(tǒng)和NNW向f4斷裂構(gòu)造帶內(nèi)，采集巖性主要為石英砂巖、構(gòu)造蝕變巖及石英脈(見圖4)。構(gòu)造蝕變帶內(nèi)巖石極為破碎，多見斷層泥、碎裂巖，原巖成分為石英砂巖、雜砂巖等，有些碎裂巖、糜棱巖、構(gòu)造角礫巖的原巖成分均為板巖，巖石多發(fā)育糜棱巖化、褐鐵礦化、黏土化、碳酸鹽化，局部發(fā)育黃鉀鐵礬化，且黃鉀鐵礬化與金關(guān)系密切。

圖4野外調(diào)查驗(yàn)證圖片

石英砂巖中多見石英脈穿插分布，多呈細(xì)脈狀、網(wǎng)脈狀分布。石英脈兩側(cè)的石英砂巖呈淺黃色，寬約5cm，石英脈及淺黃色石英砂巖中多見有金屬硫化物存在，為黃鐵礦、黃銅礦等金屬硫化物。淺黃色石英砂巖外側(cè)為灰紅色石英砂巖，灰紅色石英砂巖中則未見有金屬硫化物存在。有些石英脈體中還發(fā)育褐鐵礦化、孔雀石化、黃銅礦化、黃鐵礦化方鉛礦化，局部發(fā)育銅藍(lán)。褐鐵礦化多呈浸染狀、團(tuán)塊狀分布，表面多呈蜂窩狀薄膜;孔雀石化多呈浸染狀分布在石英脈中，孔雀石化強(qiáng)烈發(fā)育的區(qū)段，黃銅礦金屬顆粒也相應(yīng)增多;銅藍(lán)多呈小團(tuán)塊狀分布;黃鐵礦化、黃銅礦化、方鉛礦化等金屬礦化多呈星散狀分布;自然金多呈星散狀分布在多種蝕變疊加發(fā)育的地段?；瘜W(xué)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)5種元素Au、Cu、Pb、Zn、V存在多處礦化線索(見表2)，地表CZQH049－H1樣品已達(dá)金工業(yè)品位，對比分析說明該地區(qū)是較為有利的金礦成礦有利地段，找礦方向?yàn)槭⒚}型、構(gòu)造蝕變巖型金礦和以金礦為主其它多金屬礦伴生的礦床。

表2目標(biāo)靶區(qū)元素分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

5結(jié)論本文對機(jī)載高光譜遙感礦床定位進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:

1)小干溝金礦床模型找礦思路采取了從已知到未知的對比分析方法，強(qiáng)調(diào)蝕變礦物及組合的成礦信息分析及成礦地質(zhì)環(huán)境分析為依據(jù)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)靶區(qū)的圈定。

2)利用CASI/SASI機(jī)載高光譜數(shù)據(jù)有效的提取了研究區(qū)多種蝕變礦物，且蝕變礦物主要沿兩條剪切斷裂帶展布，有的見于多組斷裂交匯區(qū)域，蝕變礦物的提取結(jié)果對于礦床定位模型的建立起指示作用。

3)利用機(jī)載高光譜蝕變信息與成礦環(huán)境分析相結(jié)合的方法建立的礦床定位模型在小干溝南部地區(qū)查證效果較好，提高了找礦效率，新發(fā)現(xiàn)了較好多金屬礦化線索，為下一階段地質(zhì)找礦提供直接勘查區(qū)，值得在該區(qū)推廣應(yīng)用。

審核編輯 黃昊宇