高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟 地区成矿预测中的应用.pdf

收稿日期 2012-11-19; 改回日期 2013-05-30 项目资助 中国地质调查局“机载高光谱测量项目”编号 基[2011]02-21-04资助 第一作者简介 任广利1984–, 男, 博士, 矿床学专业。Email renguangli9977 卷Volume37, 期Number4, 总SUM139 页Pages765776, 2013, 11November, 2013 大 地 构 造 与 成 矿 学 Geotectonica et Metallogenia 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟 地区成矿预测中的应用 任广利 1, 杨军录1, 杨 敏1, 李健强1, 高 婷1, 易 欢 1, 韩海辉1, 赵英俊2 1.中国地质调查局 西安地质调查中心, 陕西 西安 710054; 2.核工业北京地质研究院 遥感信息与图像分析 技术国家重点实验室, 北京 100029 摘 要 利用机载高光谱遥感数据CASI/SASI, 对甘肃北山成矿带金滩子-明金沟一带的蚀变矿物异常信息进行提取和 分析, 总结了区内蚀变矿物异常信息的分布规律及成因; 结合典型岩石、矿物 ASD 地面光谱测量, 对不同地质体中蚀变 矿物的光谱曲线特征进行分析、总结; 选取研究区北部明金沟金矿床的矿化蚀变地质剖面开展光谱测量, 结合成矿地质 条件分析, 建立基于区内金矿床的高光谱遥感找矿模型。 以找矿模型为指导, 综合成矿地质背景及地球化学异常特征, 筛 选出成矿有利区段, 进而通过野外查证检验高光谱异常信息在成矿预测中的应用效果。野外查证表明圈定出的找矿预测 区金矿化发育, 成矿潜力较好, 说明高光谱遥感能为找矿提供较为准确且可靠的信息。 关键词 高光谱遥感；蚀变矿物；CASI/SASI；找矿模型；甘肃北山 中图分类号 P627 文献标志码 A 文章编号 1001-1552201304-0765-012 0 引 言 从20世纪70年代末美国提出高光谱遥感概念模 型并研制出成像光谱仪以来, 高光谱遥感技术已形 成涵盖不同光谱波段、 具有不同空间分辨率的技术体 系。其以多波段、高光谱分辨率、高空间分辨率受到 国内外学者的关注。近几年来, 高光谱遥感在地质应 用方面, 尤其是矿物识别与填图、岩性填图、矿产资 源勘探、矿业环境监测、矿山生态恢复和评价等方面 取得了重大进展周可法等, 2008; 张宗贵和王润生, 2000; 李志忠等, 2009; 王润生等, 2010。 国内外不同 学者利用高光谱技术分别在太古代地层区Cudahy et al., 2000, 太古代脉型金矿、浅成低温热液型矿床 Bierwirth et al., 2002; Brown et al., 2006以及典型蚀 变矿物的识别及岩性填图Ruitenbeek et al., 2006; Bell et al., 2010; Bedini, 2011; 王润生等, 2010等方 面进行研究报道, 取得丰富的成果, 显示其在地质调 查和找矿勘探等领域将发挥出重要作用。 北山地区是我国重要的成矿带之一, 其矿床类 型多样、资源丰富。经过几十年的勘查研究, 北山 成矿带已成为我国重要的矿产基地之一。成矿带内 许多重要矿床的成矿作用与岩浆作用关系密切, 已 发现的 Au、Cu、Fe、W、Ni 等矿床多为岩浆作用 产物, 或与岩浆作用期后的热液活动密切相关, 围 岩蚀变发育较好。该区属温带大陆干旱性气候, 戈 壁丘陵地貌, 植被覆盖稀疏, 基岩出露较好。 山体相 766 第 37 卷 对高差小切割弱, 局部地区受地表风化影响碎石残 留原地, 有利于机载高质量图像数据的获取和开展 野外光谱测量。以上资料表明该区具备开展航空高 光谱测量地面的有利地质条件和良好的自然地理环 境。 本次选取甘肃北山成矿带金滩子-明金沟一带开 展高光谱研究工作。 在研究区 CASI/ SASI 高光谱遥 感数据获取、预处理及蚀变矿物异常信息提取的基 础上, 对区内蚀变矿物分布及其异常组合进行分析, 通过野外实地光谱测量对区内不同蚀变矿物光谱特 征进行剖析、总结; 通过典型金矿床的光谱测量及 地质成因分析, 对本区基于高光谱数据的金矿化地 段蚀变矿物分布、分带进行系统剖析, 构建高光谱 遥感异常模式; 综合成矿地质条件分析、化探异常 特征建立综合找矿模型, 以此为指导, 进而圈定区 内找矿有利地段并进行野外查证。本次研究为探索 高光谱遥感技术在成矿预测领域的应用提供了思路 及依据。 1 地质概况 研究区位于甘肃北山造山带的西南段, 属塔里 木板块之敦煌地块中的北山晚古生代陆内裂谷带 图 1 左上杨合群等, 2008a。该构造带基底为太古 代-元古代中深变质岩, 盖层为石炭纪-二叠纪的火 山-沉积岩。区内地质演化历史复杂, Au、Cu、Fe、 W、Ni 等矿产资源丰富。具多旋回多期次构造作用 叠加, 动力学运动学机制多样, 岩浆活动频繁, 变 质变形作用和成矿作用强烈等特征杨建国等, 2004。 研究区内出露地层为中泥盆统三个井组D2s, 岩性为浅变质中细粒长石石英砂岩、 长石砂岩夹粉砂 岩、泥质粉砂岩。断裂发育, 以近 EW 向压扭性断裂 为主, 沿走向局部向 NEE 向偏离, 形成弧形构造线 图 1。研究表明其为多期、持续、有继承性的挤压 应力场作用下形成。区域断裂从宏观上控制地层、岩 浆岩展布及矿产的空间分布杨合群等, 2008b ①。纵 观北山地区的矿产地分布, 多个矿集区都定位于断 裂的交汇部位, 尤其在 NE 向和 EW 向构造交汇处, 金矿化与 NE 向断裂具有明显的空间耦合性杨建国 等, 2004。研究区即位于北山成矿带柳园矿集区西 南部, 具有良好的成矿构造背景。 区内岩浆活动强烈, 以海西期为主, 次为印支 期, 从基性-酸性均有产出。海西早期的辉长-辉绿 岩ν41, 呈岩株状产出; 海西期石英闪长岩δo41呈 岩基出露于研究区中南部; 印支早期二长花岗岩 ηγ51呈北东向不规则状侵入于石英闪长岩及三个 井组地层中; 印支早期花岗斑岩γπ51呈岩脉状或不 规则岩株状产出, 穿插于石英闪长岩中。 图 1 甘肃北山地区金滩子-明金沟一带地质图据甘肃省地质矿产局, 1989 ②修改 Fig.1 Geological map of the Jintanzi-Mingjingou area of Beishan, Gansu province ① 杨合群, 李英, 赵国斌, 杨建国, 李文明, 杨林海, 李百祥, 赵善定. 2008b. 北山成矿带找矿重大疑难问题研究成果报告. 西安地质矿产研究所 15-87. ② 甘肃省地质矿产局. 1989. 明舒服井幅-明舒井东幅区域地质调查报告。 第 4 期 任广利等 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用 767 2 测量技术及参数 本次工作所使用的 CASI/SASI 机载成像光谱仪, 具有高信噪比、高空间和高光谱分辨率的特点。其 基本技术参数见表 1。数据获取时间为 2011 年 78 月, 飞行时间为北京时间 11 点16 点; 考虑获取数 据的信噪比, 减少云、 雾等天气条件影响, 要求天气 晴朗, 云量低, 能见度＞20 km; 飞行高度相对地面 航高 15002000 m; 旁向重叠率 1015。影像采 用 POS 系统后差分 GPS 数据进行初步几何校正, 采用高精度激光雷达数据进行正射校正DEM 精度 达厘米级, 误差控制在 2 个像元以内。 数据处理 航空高光谱影像数据获取后经过 数据预处理包括几何校正、辐射校正、大气校正、 噪声及坏波段去除、航带和跨航带照度调整和光 谱重建, 通过 ENVI 平台采用基于波谱沙漏工具的 矿物识别方法进行分航带矿物异常信息提取邓书 斌, 2010, 而后经过图像分析及图像镶嵌与地理编 码等过程, 最终形成蚀变矿物分布图。本次研究对 绢云母、绿泥石、绿帘石、褐铁矿、黄钾铁帆、方 解石、白云石、芒硝等 8 种蚀变矿物进行了异常信 息的提取。 地面光谱测量采用FieldSpec Pro FR光谱仪, 目 的是为航空高光谱遥感数据解译工作提供一定的光 谱地面控制, 并为高光谱数据异常提取成果的质量 评价提供依据, 其技术指标见表 2。 采用野外实地光 谱测量, 探头离地面约 1.2 m, 视场角选择 5探头, 视场范围约 0.96 m2, 与 CASI/SASI 的观测尺度空 间分布率大致相当。 表 1 CASI/SASI 基本技术参数 Table 1 Basic technical parameters of CASI/SASI 参数 CASI SASI 光谱范围 3801050 nm 9502450 nm 每行像元数 1470 640 连续光谱通道数 288 100 光谱带宽 2.3 nm 15 nm 帧频 14 100 空间分辨率 0.9 2.2 表 2 FieldSpec Pro FR 光谱仪技术指标 Table 2 Main technical inds of FieldSpec Pro FR 光谱范围 3501050 nm 10502100 nm 光谱分辨率 3 nm 10 nm 光谱采样间隔 1.4 nm 2 nm 采样时间 100 ms 视场角 1、5、8及 25可选 3 蚀变矿物分布特征 特定的分子键在可见光-短波红外反射光谱的 某些波长位置能够产生诊断性吸收特征谱带, 这些 特征谱带在不同的矿物中具有较稳定的波长位置和 较稳定的独特波形, 能够指示离子类矿物、单矿物 的存在甘甫平等, 2003。高光谱成像光谱矿物识别 技术即是通过发现矿物特征吸收峰的波长位置和吸 收深度等光谱参数的存在和变异, 研究岩矿中的光 谱特征与其类型、成分、结构等的内在联系刘圣伟 等, 2006。该技术也使遥感地质发展到识别单矿物 以至矿物的化学成分及晶体结构Pieters and Englert, 1993。在可见光-短波红外谱段, 识别出的矿物有 Fe、Al、Mg、Mn 等元素的氧化物、含羟基矿物、 碳酸盐矿物及部分水合硫酸盐矿物等Clark et al., 2003图 2。被识别的部分矿物属于与成矿作用密 切的蚀变矿物, 这对圈定矿化蚀变带, 分析蚀变矿 物组合和蚀变相王润生等, 2010, 追索矿化热液蚀 变中心和圈定找矿靶区Berger et al., 2003; Bedini et al., 2009; 张紫程等, 2011发挥着重要作用。 光谱异常提取成果显示区内发育有褐铁矿、绿 泥石、黄钾铁矾、富铝绢云母、中铝绢云母、方解 石、白云石、少量绿帘石、芒硝等蚀变矿物异常图 3。空间上整体分布不均, 呈现出沿岩体接触带、断 裂及后期岩脉富集发育的特点。 蚀变矿物异常空间分布呈三种形态。第一, 由 特定地质体引起的面型异常, 多为绢云母、褐铁矿 图 2 典型蚀变矿物特征峰分布图据 USGS 标准光谱库, 包络线去除 Fig.2 Plot showing the absorption features for typical alteration minerals USGS standard spectral library 768 第 37 卷 图 3 甘肃北山金滩子-明金沟一带高光谱蚀变矿物分布图 Fig.3 Diagram of the hyperspectral altered mineral in the Jintanzi-Mingjingou area of Beishan, Gansu province 等蚀变矿物异常。例如, 沿明金沟金矿北部的褐铁 矿和绢云母异常推测系印支期二长花岗岩中后期辉 绿玢岩脉侵入活动引起。由于本次采用 CASI/SASI 数据经过连续采样后进行异常提取, 使得褐铁矿化 Fe2特征峰8001200 nm波段与 CASI 和 SASI 数据 二者重叠波段 9501050 nm 相重合, 致使在提取过 程中产生重复提取, 使得褐铁矿异常面积分布较 广。 同时由图 2 可以看出云母中 Fe 离子吸收峰分布 范围较窄, 其位于褐铁矿较宽的铁离子吸收峰 8001200 nm之中, 引起部分褐铁矿化与绢云母化 蚀变矿物异常分布范围相重合的现象。第二, 沿断 裂或后期岩脉发育的线型异常, 其多与区域构造线 方向一致。 蚀变矿物异常组合发育好、 类型丰富, 包 括有褐铁矿化、绿帘石化、中-富铝绢云母、碳酸盐 化等蚀变异常, 区内矿化体多位于此类异常中。第 三, 孤立点型异常, 其分布范围小, 褐铁矿化、黄钾 铁矾化蚀变矿物异常发育, 多为金矿化蚀变引起的 异常, 如金滩子南金矿。另由矿石堆集引起的点型 异常, 其形态多呈规则状。结合 Au、Ag、Pb 等元 素地球化学异常分布特征, 认为已知矿化区域与蚀 变矿物异常组合发育地段、金银铅化探异常地区有 一定的吻合。 4 典型岩矿光谱特征 由于蚀变矿物具有独特的诊断性特征吸收谱带, 使得高光谱技术在矿物识别、矿物填图中的应用成 为其成功的和最能发挥其优势的领域唐攀科等, 2006; 甘甫平和王润生, 2007。 本次与航空遥感测量 相结合, 对区内典型的岩矿石开展 ASD 地面光谱测 量, 分析不同岩石中蚀变矿物的光谱特征, 确定其 蚀变矿物种类、共生组合关系, 分析蚀变矿物光谱 与岩性的对应关系, 研究蚀变矿物的分带性与分布 规律, 进而检验、指导机载高光谱蚀变矿物异常信 息的提取, 促进高光谱遥感技术与地质找矿工作的 有机结合。 地质剖面图图 4中出露的地质体包括 石英闪 长岩、二长花岗岩、变砂岩、褐铁矿化石英脉、辉 长岩、褐铁矿化蚀变破碎带等。对其 ASD 地面光谱 测量显示, 不同地质体的光谱曲线除均具有 1380 1430 nm 和 1907 nm 附近的水汽吸收峰外, 又具有各 自不同的吸收特征峰参照 USGS 光谱数据库图 5。 石英闪长岩受后期岩体、岩脉侵入活动影响, 在其边部及接触带部位绿帘泥石化发育, 光谱曲 线表现在位于 2200 nm 处 Al-OH 吸收峰和位于 2300 2380 nm 处 Mg-OH 吸收峰明显。部分样品具 有 2250 nm 处 Fe-OH 吸收峰, 峰形较浅。光谱特征 也表明石英闪长岩受后期热液活动影响发育绿帘石 化蚀变。部分样品在 1410 nm 处见有弱吸收峰, 峰 型较尖锐, 为风化作用形成的高岭石引起图 5a。 与 地表分布的褐铁矿、中-富铝绢云母、绿泥帘石蚀 变矿物异常相一致; 而位于岩体中部的石英闪长岩, 其蚀变矿物不发育, 光谱测量显示 Al-OH、Mg-OH 特征吸收峰不发育或发育较弱图 5b。 二长花岗岩为后期印支期侵入体, 具有明显的 2200 nm处Al-OH吸收峰, 峰形深, 次为23002380 nm 处的 Mg-OH 吸收峰, 但峰形较浅。个别受后期风化 作用的影响, 如样品 BSY-235 发育 8801220 nm 的 Fe2吸收峰图 5c。中泥盆统三个井组变砂岩样品 第 4 期 任广利等 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用 769 1. 变长石石英砂岩; 2. 二长花岗岩; 3. 石英闪长岩; 4. 辉长辉绿岩; 5. 碎裂花岗岩; 6. 断层; 7. 界限; 8. 剖面位置。Lim. 褐铁矿; H-Mus. 富 铝绢云母化; M-Mus. 中铝绢云母化; Chl. 绿泥石化; Epi. 绿帘石化; Dol. 白云岩化; Jar. 黄钾铁矾化。 图 4 甘肃北山明金沟-金滩子一带蚀变异常综合图 Fig.4 The comprehensive map of alteration anomalies in the Mingjingou-Jintanzi area of Beishan, Gansu province BSY-236仅发育有 Al-OH 异常图 5c, 可见中-富 铝绢云母异常。 辉长岩、 辉绿岩呈岩株或岩脉状产出, 其 2300 2380 nm 处 Mg-OH 吸收峰发育, 峰形较深, 与地表 接触带发育的绿泥石化相吻合图 4; 2200 nm 处 Al-OH 吸 收 峰 模 糊 出 现 ; 采 于 辉 绿 岩 脉 中 的 BSY-229 样品受交代作用的影响, 8001200 nm 出现 宽缓 Fe2吸收峰图 5e。 研究区内石英脉分为两类, 一类为呈宽脉脉宽 50 cm产出延伸远, 呈白色、 乳白色块状构造, 质地 较纯净, 抗风化能力强, 反射率高。与两侧围岩呈侵 入接触关系, 蚀变不发育, 含矿性差。另一类为呈细 770 第 37 卷 a 蚀变闪长岩; b 闪长岩; c 二长花岗岩、变砂岩; d 褐铁矿化石英脉; e 辉长岩; f 褐铁矿化蚀变破碎带; g 明金沟金矿岩矿石。 图 5 典型岩矿光谱曲线图 Fig.5 Spectra of typical rocks and minerals 脉产出脉宽多50 cm, 延伸短, 产于中酸性岩 体中断裂内, 岩石破碎蚀变强, 两侧围岩蚀变较发育, 富含硫化物黄铁矿、方铅矿、黄铜矿, 呈烟灰色、 褐黄色。金矿化多赋存于后者中, 其中硫化物受地表 氧化作用影响形成褐铁矿化、孔雀石化。对后者光谱 测量, 显示其发育600800 nm的Fe3和8001200 nm 的 Fe2褐铁矿化吸收峰, 且普遍发育 Al-OH、 Mg-OH 吸收峰图 5d, 与其两侧围岩蚀变强且呈过渡渐变接 触关系相吻合, 表明其来源于同期的岩浆热液。 蚀变破碎带中碎土样光谱测量显示其与褐铁矿 化石英脉具有相近的光谱特征, 均表现有 Fe3、 Fe2、Al-OH 和弱 Mg-OH 吸收峰图 5f。X 衍射分 析表明其矿物组份以继承性矿物石英、长石为主表 3, 后期风化蚀变矿物为伊利石、绿泥石、方解石、 第 4 期 任广利等 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用 771 表 3 甘肃北山地区蚀变破碎带 X 衍射矿物成分表 Table 3 Mineral compositions of the altered fracture zone in Beishan, Gansu 采样位置 样号 石英 斜长石 钾长石 方解石 赤铁矿 石膏 蒙脱石 伊利石 绿泥石 BSY-221 43.3 5 0.3 4.2 35.2 11 1 金滩子 金矿 BSY-227 30.7 3.3 0.4 28.8 1.4 2.4 6 22 5 蒙脱石、 石膏等, 少量赤铁矿, 推测其为蚀变破碎带 在干旱环境下所产生的风化淋滤矿物。 结合区内明金沟-金滩子一带地质剖面及蚀变 矿物分布综合图图 4, 表明位于剖面北部的二长花 岗岩与变砂岩接触带部位发育褐铁矿、 中-富铝绢云 母、绿帘泥石、白云岩蚀变矿物异常, 且在断层及 其交汇部位异常强度有增高趋势, 如明金沟地区。 其次在剖面中部的二长花岗岩, 其与辉长岩、砂岩 接触带部位发育褐铁矿、中-富铝绢云母、绿泥石、 白云岩蚀变矿物异常, 局部可见少量黄钾铁矾异 常、绿帘石。剖面南部海西早期的石英闪长岩中的 褐铁矿、富铝绢云母、白云石等蚀变矿物异常主要 沿接触带和断裂产出, 显示蚀变矿物与后期热液活 动及构造事件关系密切。 结合剖面中样品的 ASD 光 谱测量图 5表明, 以上不同地质体的蚀变矿物异常 分布信息与地面光谱曲线特征吻合较好。 综上认为, 蚀变矿物异常提取信息与地面典型 岩矿光谱测量曲线特征相吻合, 与化探异常叠合有 一定吻合, 已知矿点上的蚀变矿物异常明显, 表明 该方法在北山地区具有较好的适用性; 在断裂交汇 部位及岩体接触带发育地段, 其蚀变矿物组合异常 明显较发育, 成矿条件有利。 5 找矿模型的建立 蚀变带是地质找矿的主要研究对象, 其蚀变类 型、蚀变矿物组合是高光谱遥感地质找矿的重要依 据。针对性地根据本区成矿地质环境的具体特点, 基 于典型矿区建立标志性蚀变矿物组合和找矿模型, 以达到指示找矿预测之目的。 北山地区大规模的金成矿作用主要与海西期塔 里木、哈萨克斯坦两大板块之间的碰撞对接及其后 陆内活化诱发的大规模岩浆侵入-喷发活动有关聂 凤军等, 2003; 江思宏等, 2006。研究区所处的金成 矿带从石炭纪中-晚期至石炭纪末, 以及从早二叠 世至二叠纪末经历两次从深源岩浆活动或者岩石圈 伸展开始, 到挤压碰撞、断裂构造和逆冲推覆构造 形成的演化过程潘小菲和刘伟, 2010, 表现多期次 活动特点。 其金矿化主要形成于晚石炭世-早二叠世, 印支期岩浆活动对早期形成的金矿床产生叠加改造 作用, 其成矿类型以构造蚀变岩型、与中酸性侵入 体相关的热液石英脉型金矿为主聂凤军等, 2003, 明显受近 EW 向和 NE 向断裂控制。 区内产出有高庙、 明金沟、 金滩子、 金滩子南等金矿床, 普遍发育硅化、 褐铁矿化、绿帘泥石化、绢云母化、碳酸盐化、高 岭土化等围岩蚀变。作者以明金沟金矿床为例, 通过 对其金矿化体及围岩中蚀变矿物的光谱曲线特征 测量, 结合航空高光谱异常信息分析, 建立了基于 CASI/SASI 高光谱遥感技术的找矿模型。 明金沟金矿床位于研究区北东部, 处于 NE 向 压扭与次级 NW 向断裂交汇处, 金矿化产于海西中 期钾长花岗岩与海西期石英闪长岩接触带之间的后 期碎裂花岗岩内王吉秀, 1999, 赋存在碎裂蚀变花 岗岩内的硅化破碎带中。矿区发育硅化破碎带两条, 呈近平行产出, 产状 34576, ∠地表呈黄褐色负地 形特征。矿区地质剖面显示, 金矿体自矿体向外围 依次发育硅化、褐铁矿化黄铁矿化、绿泥石化、绿 帘石化, 外围有少量碳酸盐化图 6。 图 6 明金沟金矿床蚀变分带图 Fig.6 Map showing the alteration zoning in the Mingjingou gold deposit 772 第 37 卷 矿区自南向北依次取样, 包括钾长花岗岩、石英 闪长岩、蚀变岩和石英脉型矿石, 其光谱测量显示其 均具有 13801430 nm 和 1907 nm 附近的水汽吸收峰, 除此之外还表现出各自不同的吸收特征峰图 5g。 钾长花岗岩BSY-237在 21502220 nm 处有 Al-OH 吸收峰, 峰形较窄、 尖锐, 表现出强的绢云母 化; 22402265 nm 为 Fe-OH 吸收峰, 吸收浅、峰形 窄; 2340 nm 附近为 Mg-OH 吸收峰, 峰形左高右矮, 峰形不好, 推测与绢云母化有关图 5g。 石英闪长岩BSY-239有 4 处吸收峰 600800 nm 的 Fe3, 8001200 nm 的 Fe2吸收峰, 峰形较尖锐, 23002370 nm为 Mg-OH吸收峰, 峰形浅, 反应褐铁 矿化、绿泥石化蚀变; 21502240 nm 为 Al-OH 吸收 峰, 峰形较深窄、尖锐, 与绢云母化有关。 蚀变岩型矿石BSY-238A的光谱吸收主要有 3 处 吸收峰 600800 nm为Fe3吸收峰, 峰形比较平缓, 反 应褐铁矿化蚀变; 21502240 nm 为 Al-OH 吸收峰, 峰 形较窄、尖锐, 与绢云母化有关; 23002370 nm 为 Mg-OH 吸收峰, 峰形左高右矮, 与绿泥石化相吻合。 石英脉型矿石BSY-238B的光谱吸收主要有 5 处吸收峰 600800 nm, 8001200 nm 为 Fe3、Fe2吸 收峰, 峰形比较平缓, 反应褐铁矿化蚀变; 2130 2260 nm 为 Al-OH 吸收峰, 峰形较窄、较深, 可能与 绢云母化有关; 23302370 nm 为 Mg-OH 吸收峰, 峰 形左高右矮, 比 Al-OH 吸收峰浅, 两个-OH 吸收峰可 能是绿泥绿帘石和绢云母化吸收峰叠加的结果。 明金沟矿区高光谱遥感异常显示其发育富铝绢云 母、中铝绢云母、褐铁矿、绿帘石、白云石、少量芒 硝等矿物异常图 7。遥感蚀变异常分布呈两个类型 1 由明金沟金矿北部二长花岗岩受后期辉绿 玢岩侵入活动引起广泛的褐铁矿、 中-富铝绢云母异 常。区内金矿床包裹体测温显示潘小菲和刘伟, 2010, 其形成具中高温、低压环境。成因矿物学研 究认为, 温度升高压力降低有利于 Al 在四次配位以 类质同象替代其他阳离子进入矿物中潘兆橹等, 1994, 对于绢云母光谱吸收特征的变异来讲, 绢云 母和白云母光谱的 Al-OH 吸收特征峰波长位置向 长波方向漂移说明云母中 AlⅥ含量的减少, 反映相 对低压高温的形成环境刘圣伟等, 2006, 与其矿体 外围岩体处形成的面状中铝绢云母、富铝绢云母异 常及广泛发育的辉长辉绿岩脉相一致, 因此, 此类 异常可作为金矿化蚀变围岩的间接标志。 2 研究表明金滩子-明金沟成矿作用经历了 岩浆去气和流体对流、岩石挤压破碎、流体弥漫性 渗透淋滤等几个阶段刘伟和潘小菲, 2006, 其矿化 体受破碎带控制多表现出负地形的特征。与其对应 的是 受 NE 向断裂及其次级断裂控制的线型异常 发育, 蚀变矿物异常类型丰富, 包括中-富铝绢云母 化、绿帘石化、褐铁矿化、黄钾铁矾化等蚀变异常。 此类异常往往与矿化关系密切, 尤其在断裂交汇处 异常强度明显增高, 且其异常分布范围也较仅受单 一断层控制的线型异常范围更大, 例如明金沟矿 图 7 明金沟矿区蚀变矿物异常分布图 Fig.7 Distribution of altered mineral anomalies for the gold deposit in the Mingjingou area 第 4 期 任广利等 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用 773 区。因此, 受断裂破碎带控制的线型蚀变矿物异常 组合褐铁矿化黄钾铁矾化绿帘石化发育地段为 金矿化良好的遥感异常指示标志, 特别是在断裂蚀 变破碎带中的硅化石英脉、黄铁矿化、糜棱岩化分 布地段, 为较好的实地找矿标志。其次受研究区干 旱环境风化淋滤的影响, 沿破碎带、裂隙发育的地 段, 可能伴生有表生氧化作用引起的石膏、芒硝、 方解石等矿物异常, 该类型矿物的线型展布间接地 指示断裂中发育的矿化体信息。 综合典型地质剖面分析, ASD 地面光谱测量结 果和蚀变矿物异常分布特征, 认为矿化体与断裂控 制的线型蚀变矿物组合异常关系密切, 且自矿化体 蚀变带向两侧不同围岩, 蚀变矿物异常表现出较好 的分带性, 此为建立高光谱找矿模型, 圈定矿化蚀 变带提供了支持。 通过以上典型金矿的光谱曲线特征及蚀变矿物 分带模型, 结合已知成矿地质条件分析, 认为本区 破碎蚀变岩型金矿床遥感找矿模型为 矿体外围发 育中-富铝绢云母化, 在岩体与其他地层接触部位可 能发育其他蚀变类型; 向内发育绿泥石化、绿帘石 化; 中心矿化部位发育褐铁矿化、黄钾铁矾化蚀变 组合, 且受断裂控制呈线型蚀变异常组合展布图 8。 地质体以印支期-海西晚期碎裂花岗岩最为有利, 岩体受后期构造运动影响, 后期脉体石英脉、花岗 岩脉、辉绿岩脉发育地段及岩体内的剪切破碎带, 1. 褐铁矿化; 2. 绿帘石化; 3. 绿泥石化; 4. 中铝绢云母化; 5. 富铝 绢云母化; 6. 火山碎屑岩沉积; 7. 石英闪长岩; 8. 钾长花岗岩; 9. 碎裂花岗岩; 10. 蚀变花岗岩; 11. 矿化石英脉; 12. 石英脉; 13. 断 层; 14. 地质界线。 图 8 甘肃北山地区金矿床高光谱遥感蚀变矿物异常模 式图 Fig.8 Model of altered mineral anomalies by hypersp- ectral remote sensing in gold deposits of the Beishan area, Gansu province 尤其在 NE 向和 EW 向构造交汇处杨建国等, 2004, 以及岩体接触带部位是成矿有利部位, 并伴有 Au、 Ag、Pb、As、Cu、PbZn化探异常图 1。总结找 矿模型见表 4。 表 4 甘肃北山地区金矿床找矿模型 Table 4 Prospecting models for the gold deposist in the Beishan area of Gansu 成矿类型 石英脉型、破碎蚀变岩型 赋矿岩石 石英脉、糜棱岩化带 矿化蚀变 硅化、黄钾铁矾化、黄铁矿化、褐铁矿化、糜 棱岩化 围岩蚀变 绿帘石化、绿泥石化、绢云母化、高岭土化、 碳酸盐化 矿体形态 脉状延伸 矿床 特征 矿石类型 次生网脉状、蜂窝状、星点-浸染状构造 控矿构造 与区域断裂相关的次级断裂, NE向、EW向为 主, 后期构造活动强 构造 背景 成矿部位 破碎蚀变带、糜棱岩分布区域 含矿 岩体 印支期碎裂花岗岩, 岩体受后期构造运动影响后期脉体发 育, 岩体内剪切破碎带、接触带部位是成矿有利部位 影像 特征 地表蚀变带呈黄褐色, 负地形, 两侧岩体发育绿帘石化、绿 泥石化蚀变带 化探 异常 伴有Au、Ag、Pb、As、Cu、PbZn化探异常 标性 蚀变 黄钾铁矾化、褐铁矿化、绿帘石化, 蚀变异常组合呈线型发 育, 线性构造发育 蚀变 组合 绿泥石化、白云岩化、中铝绢云母化、富铝绢云母化、碳 酸盐化 6 成矿预测与异常查证 遥感异常信息可反映围岩蚀变的范围和强度等 相关信息, 常常与矿床的规模及矿化强度相关, 其为 地质找矿提供了重要依据童庆禧和田国良, 1990。 根据高光谱遥感数据提取的不同蚀变矿物异常信息 及其分布、分带特征, 可以有效地识别矿化蚀变 带。本次以典型矿床光谱测量和地质分析构建的高 光谱遥感找矿综合模型为指导, 遵循由已知到未知 的原则, 利用相似类比理论, 选择成矿地质环境与 已知矿点相一致、工作程度薄弱, 且遥感蚀变异常 组合发育好、线性构造发育的地段开展成矿预测和 相应的查证工作。 研究区内东北部 Au、 Pb 重砂异常范围内, 印支 期二长花岗岩侵入至石英闪长岩及三个井组地层中 图 9a, 次级断裂呈网格状发育, 且与明金沟金矿 位于同一断裂带上。 其高光谱异常由褐铁矿化绿泥 石化绿帘石化黄钾铁矾化中-富铝绢云母化组 成图 9b, 异常组合沿断裂发育, 表现出一定的分 带性, 综上认为该区成矿条件有利。 774 第 37 卷 预测区西部以褐铁矿化中-富铝绢云母化异常 组合为主的区域, 其异常范围较大, 主要为二长花岗 岩捕虏三个井组地层引起。 本研究主要针对性地选取 线性构造交汇部位、 遥感蚀变异常组合发育好的地段 开展查证工作。 在预测区北部的 NW 向次级断层发育 处2 号点, 褐铁矿化绿泥石化绿帘石化中-富铝 绢云母化异常组合发育好。 查证表明该点为一方铅矿 矿化石英脉图 10a, 其位于变砂岩与含黄铁矿硅化 细粒花岗岩接触带上的破碎带中, 金、银矿化较好, Au 品位达 0.47 g/t。预测区南部 3 号查证点为一褐铁 矿化中-富铝绢云母化的点状异常中发现一石英脉, 脉宽大于 15 cm, 其位于灰绿色片理化、硅化砂岩与 红褐色细粒花岗岩脉的接触带上, 见有强烈的黄钾 铁矾化、黄铁矿化图 10b。预测区西北见有一褐铁 矿化绿泥石化中-富铝绢云母化白云石化异常组 合带呈北东向展布1 号点, 位于 NE 向与 NNE 向 断层交汇部位。 经查证其为近南北向糜棱岩化花岗岩 图 10c, 其中发育有褐铁矿化、 黄钾铁矾化, 见石英 脉发育。 糜棱岩化带整体位于黑云母石英闪长岩与长 石石英砂岩的接触部位, 延伸大出露较宽, 且伴有较 好的 Au、Ag 元素异常, 成矿潜力良好。由此可见预 测区内线性构造、线型高光谱异常蚀变组合发育, 化 探异常明显、后期热液活动较强, 金、银、铅矿化蚀 变较好, 具有较好的找矿潜力。 7 结 论 1 机载高光谱蚀变矿物异常信息和地面光谱 测量结果表明, 高光谱遥感技术对含 Mg、 Fe 硅酸盐、 碳酸盐、含羟基矿物、铁氧化类蚀变矿物的识别效果 较好, 可提供准确的热液蚀变矿物信息; 但对于区内 面型褐铁矿异常信息提取技术有待于进一步提高。 1. 中泥盆统三个井组变砂岩; 2. 二长花岗岩; 3. 石英闪长岩; 4. 断层; 5. 中-富铝绢云母化; 6. 褐铁矿化; 7. 绿帘泥石化; 8. 碳酸盐化; 9. 黄钾铁矾化; 10. 金铅重砂异常; 11. 查证点。 图 9 预测区解译图及蚀变异常图 Fig.9 The interpretation image and alteration anomaly map of the targeting area 图 10 方铅矿化石英脉a、黄钾铁矾化石英脉b和糜棱岩化花岗岩c实地照片 Fig.10 Photos showing galena mineralization of quartz vein, jarositized quartz vein and mylonization of granite 第 4 期 任广利等 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用 775 2 结合典型矿床的蚀变矿物光谱测量, 建立 了甘肃北山金滩子-明金沟一带金矿床的高光谱遥 感找矿综合模型 矿化体外围以发育中富铝绢云 母化或碳酸盐化为特征, 向内发育绿帘石化绿泥石 化, 因矿化体与不同的地质体相接触而使其蚀变矿 物类型存在一定差异, 中心矿化部位受断裂控制呈 负地形, 发育硅化、褐铁矿化、黄钾铁矾化蚀变矿 物组合, 呈线型蚀变矿物异常组合展布。 3 印支期-海西晚期碎裂花岗岩中的断层破 碎带及接触带是成矿条件有利部位, 结合找矿模型, 认为区内北东部受断层控制的褐铁矿化黄钾铁矾 化 绿帘石化绿泥石化中-富铝绢云母化蚀变矿 物组合发育, 具有进一步的找矿潜力。 因此, 高光谱 技术对于加快勘探薄弱地区的找矿工作具有较好的 指示意义。 致谢 在论文修改过程中三位审稿专家和编辑部老 师提出了宝贵的意见和建设性的修改建议, 行文过 程中同核工业北京地质研究院田丰博士、秦凯工程 师、孙雨工程师等进行了有益的交流, 在此一并深 表感谢 参考文献References 邓书斌. 2010. ENVI遥感图像处理方法. 北京 科学出版 社 361–373. 甘甫平, 王润生. 2007. 高光谱遥感技术在地质领域中的 应用. 国土资源遥感, 4 57–60. 甘甫平, 王润生, 马蔼乃. 2003. 基于特征谱带的高光谱 遥感矿物谱系识别. 地学前缘, 102 445–454. 江思宏, 聂凤军, 胡朋, 赖新荣. 2006. 北山地区岩浆活 动与金矿成矿作用关系