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(guò)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(zhǎng)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(guò)對(duì)蝕變礦物的提取，推斷成礦作用的溫度及成礦過(guò)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(shì)，通過(guò)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(lái)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(cè)量。研究區(qū)屬干旱區(qū)，地表幾乎沒(méi)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(duì)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(shí)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(cè)量得到的目標(biāo)地物及其對(duì)應(yīng)參考白板的輻照度測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比值運(yùn)算，并乘以對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)位置的參考白板定標(biāo)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)將光譜儀實(shí)測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)別的關(guān)鍵是光譜特征的識(shí)別，識(shí)別方法主要有2種:一種是基于光譜相似性的識(shí)別方法;另一種是基于光譜特征參量的識(shí)別方法。前者是通過(guò)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(shí)完成礦物的識(shí)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(duì)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(shí)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(shì)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(guò)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(duì)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(shí)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?jī)?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(jiàn)圖2)，通過(guò)對(duì)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(guò)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(shí)別，主要識(shí)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(duì)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(duì)中—低溫環(huán)境。通過(guò)對(duì)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(duì)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(lái)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(kāi)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ⅫS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(duì)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(lái)可以看出(見(jiàn)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(guò)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(duì)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(wàn)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(lái)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(lái)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(hào)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(guò)對(duì)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(jiàn)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(jí)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(guò)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(jí)剪切帶追索，追索過(guò)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(jiàn)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(duì)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(duì)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(duì)目標(biāo)靶區(qū)開(kāi)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(jiàn)圖4)。構(gòu)造蝕變帶內(nèi)巖石極為破碎，多見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)表2)，地表CZQH049－H1樣品已達(dá)金工業(yè)品位，對(duì)比分析說(shuō)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(duì)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(duì)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(jiàn)于多組斷裂交匯區(qū)域，蝕變礦物的提取結(jié)果對(duì)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