机载高光谱蚀变信息与成矿地质环境分析矿床定位研究

0引  言

机载高光谱遥感是当前遥感的前沿技术，通过高光谱成像所获取的地球表面的图像包含光谱维信息融合为一体，即“图谱合一”。高光谱以其独特的技术特点，在资源、环境、城市、生态、地质找矿等领域得到了广泛应用。本文运用机载高光谱蚀变信息成矿分析和成矿地质环境分析相结合的方法，以青海省格尔木市小干沟金矿区为研究区域，建立机载高光谱矿床定位模型，这种方法是一种既符合成矿地质理论，又充分发挥遥感找矿特长的方法。该方法研究思路如下:1) 蚀变信息是建立矿床定位模型的指示标志，通过对蚀变矿物的提取，推断成矿作用的温度及成矿过程。2) 以成矿地质环境信息为基础，充分利用高光谱图谱合一的技术优势，通过蚀变信息提取的矿物反映在地层、岩性、构造等地质要素的遥感图像上来分析，从中找出蚀变信息与成矿地质环境之间的内在联系。

3) 以 CASI / SASI 机载高光谱蚀变信息提取为研究基础，以机载高光谱蚀变信息成矿分析及成矿地质环境分析为基本思路，构建机载高光谱矿床定位模型。

1蚀变信息的提取及成矿分析

1.1 数据获取与处理 

数据获取分为 CASI/SASI 机载高光谱数据采集和地面光谱测量。研究区属干旱区，地表几乎没有植被，有利于二者的采集。CASI/SASI 机载高光谱数据采集根据地形条件，选择理想飞行高度，获取的数据质量良好，雪和植被干扰相对较小; 目的是确定可以进行光谱区分的矿物种类以及分析岩石光谱与岩性的关系。岩矿光谱数据处理主要包括数据预处理、大气校正和光谱重建、数据降微、端元光谱提取、光谱识别等主要环节。光谱数据预处理技术主要包括反射率计算、噪声去除、光谱数据集汇总等方法。反射率转换: 将野外测量得到的目标地物及其对应参考白板的辐照度测量数据进行比值运算，并乘以对应波长位置的参考白板定标参数，实现将光谱仪实测的辐照度数据转换为光谱反射率。噪声去除: 采用多项式圆滑方法，对反射率曲线进行光滑处理，消除系统误差和随机误差，处理前后结果显示如图 1 所示。

图 1 光谱数据预处理前后对比

本次研究采用 ITＲES 标准数据处理系统软件和ENVI、EＲDAS 软件对 CASI / SASI 机载高光谱数据进行系统的辐射校正、几何校正和大气校正光谱重建。机载高光谱地表物质成分信息识别的关键是光谱特征的识别，识别方法主要有 2 种: 一种是基于光谱相似性的识别方法; 另一种是基于光谱特征参量的识别方法。前者是通过计算端元光谱与获取的图像光谱之间的相似性，2 个光谱之间的相似性越高，是同一种矿物的可能性越大。后者是首先计算图像光谱的吸收谷的吸收位置、吸收面积等特征参量，根据专家知识完成矿物的识别。植被、水体、阴影及冰雪为研究区内遥感蚀变信息提取主要干扰因素，所以在提取蚀变信息前先对其进行去除。

1.2 蚀变信息提取 

由于蚀变矿物其特有的光谱特性在现今的多种多光谱以及高光谱遥感传感器中可敏锐地识别到，因此蚀变信息提取是高光谱遥感最能发挥其优势的应用领域。CASI/SASI 机载高光谱可提取褐铁矿、黄钾铁矾、白云母、绿泥石、绿帘石、方解石、石膏等含OH－、CO2 －3、SO2－4、Fe3+矿物。其中，褐铁矿主要由岩石中 Fe2+、Fe3+等金属离子电子过程产生的吸收光谱引起的异常。在典型地物波谱特征分析基础上，利用 CASI/SASI 机载高光谱数据进行研究区蚀变矿物提取，采用 PPI 端元光谱提取法进行 PPI 指数计算，将像元光谱矢量反复投影到不同随机方向的轴上，统计各像元投影到各个轴两端或接近于两端的次数，作为对像元纯度的度量。本次研究利用该方法共提取了高岭石、富铝绢云母、中铝绢云母、贫铝绢云母、绿泥石和绿帘石、方解石、蛇纹石、褐铁矿等矿物。

1.3 蚀变信息提取结果及成矿分析 

围岩蚀变是内生矿床普遍存在的一种现象，从遥感图像上识别出蚀变岩的分布规律，一直是遥感找矿工作的主要研究内容之一。蚀变矿物分布由矿物种类与影像底图叠加的形式体现( 见图 2) ，通过对不同类型岩石矿物、不同类质同像组合、结构的岩石矿物的蚀变信息提取，推断成矿作用的温度、压力条件和成矿过程。机载高光谱蚀变信息采用混合调制匹配滤波算法进行矿物识别，主要识别了富铝绢云母、中铝绢云母、贫铝绢云母、褐铁矿、绿泥石及绢云母 + 绿泥石等矿物分布。在小干沟金矿床提取的绢云母是相对富铝、中铝的绢云母，2 种蚀变是小干沟金矿床成矿阶段的主要蚀变，反映矿床形成于相对中—低温环境。通过对比分析发现，小干沟金矿床富铝绢云母、中铝绢云母主要沿近东西向与北西向断裂 － 裂隙呈带状、团块状分布，大面积的绢云母与少量的金属硫化物的地表氧化物一起构成浅色蚀变带，成为深部金矿化体的地表标志，表明绢云母对该区与断裂 － 裂隙构造有关的金属硫化物具有很好的指示作用。黄铁矿在地表被氧化成褐铁矿，所以黄铁矿床主要蚀变特征为褐铁矿化体现出来的。该区贫铝绢云母、褐铁矿化、绿泥石及绢云母 + 绿泥石组合零星分布。张亿其等于 2000 年在格尔木市小干沟一带开展岩金地质普查工作，结果显示小干沟金矿床主要蚀变为绢云母化、黄铁矿化、硅化、黄铜矿化、毒砂化。综上所述，与小干沟金矿床成因最为密切的蚀变组合为绢云母化－黄铁矿化－硅化。

图 2 小干沟金矿床蚀变信息提取结果

2成矿地质环境分析 

各类矿床的形成取决于成矿地质环境的时空演化规律，因而成矿地质环境的研究对矿产资源勘查有重大的指导作用。标志性蚀变矿物的形成、成矿机理的发生都是在成矿环境，即成矿地质背景中实现的。只有将二者有机结合，才能构建真正意义的矿床定位模型。将机载高光谱遥感影像与地质要素叠加起来可以看出( 见图 3) ，小干沟金矿床处于弧形展布的昆中断裂带( F1) 南亚带。小干沟金矿床普查报告显示: 该区受近 EW 向弧形展布的大干沟断裂( F2) 控制，带内断层砾岩、碎裂岩、断层泥，构造扁豆较为发育，是矿区的主要控矿、导矿构造。NW—NWW 向的f1、f2、f4剪切带及断裂构造也经过矿区，并呈近平行式分布，是主要的容矿构造。NWW 向韧脆性剪切带是裂隙发育的部位，从而导致成矿流体活化及成矿物质的富集，再加上后期陆内造山作用，与早期的韧性剪切带形成次的 NW向剪切带及断裂系统，导致地壳深部的热液上涌与下渗的大气降水混合，并与围岩发生反应形成成矿流体，在相对张性的脆性断裂部位沉淀富集，最终形成石英脉型金矿体。

图 3 小干沟金矿床成矿地质环境分析图 

矿床出露的地层为上三叠统洪水川组( T3h) ，以向斜的形态产出，与下伏万保沟群呈断层接触，岩性为主要为石英砂岩、砂砾岩，石英砂岩层夹有石英杂砂岩及灰岩透镜体。石英砂岩层为区内主要的赋矿层位。从区域地层的含金性来看，矿区内地层含金性比外围正常沉积地层含金性高，地层中发育沉积 － 成岩期的硅质、砂质结核; 化学分析显示结核中含金较高，可能为金矿床的形成提供了物质来源，具有矿源层的意义。矿区目前发现的 20 条矿脉，均产于上三叠统石英砂岩中，主要受近东西向断裂 － 裂隙构造控制，产状为: ( 165° ～ 210°) ∠( 35° ～ 65°) ，小干沟金矿区仅1，2，11，16 号 4 条主要矿脉圈定 4 个金矿体。

3矿床定位模型的构建

通过对矿区蚀变信息、成矿地质环境综合分析，构建矿床定位模型。小干沟金矿床矿床定位模型见表 1。

表 1 小干沟金矿床定位模型

1) 上三叠统石英砂岩为研究区金矿床的赋矿层位。2) 近 EW 向大型剪切构造为矿区内主要控矿、导矿构造，NW—NWW 向剪切带及断裂构造为矿区内主要容矿构造。金矿体严格受 NWW 向的断裂系统控制，因此 NWW 向断裂系统以及主断裂与次级断层交汇部位是寻找同类金矿床的重要标志。3) 破碎蚀变带内石英脉与金矿化关系极为密切，裂隙发育。石英脉越发育，星点状、浸染状分布的金属硫化物含量越多的地段金越富集。4) 矿区内蚀变矿物组合为绢云母化 － 黄铁矿化 － 硅化，黄铁矿化为矿区主要找矿标志，机载高光谱提取的富铝绢云母、中铝绢云母为找深部金矿床的地表标志，也是该区寻找同类矿床的重要指示标志之一。

4野外调查验证

4.1 目标靶区圈定 

小干沟金矿床经过多期构造剪切作用，并形成大型的剪切带群，其中北西向断裂为矿床的容矿构造。所以寻找同类型金矿床的方向应沿该组断裂及与其平行的次级剪切带追索，追索过程可充分利用上述定位模型。结果发现该矿床向南沿断裂还有一处地段，该地段为 NWW 向 f4断裂与近 EW 向 F4断裂交汇部位( 见图 3) ，机载高光谱提取的主要蚀变均为富铝绢云母、中铝绢云母。岩性为上三叠统石英砂岩。经上述对比，认为该处地段与已知矿床有相似的蚀变矿物及组合特征和成矿地质环境，为值得重视的目标靶区，对目标靶区进行了野外调查验证分析。

4.2 调查验证及结果分析

对目标靶区开展野外调查验证，样品采集地点分别为上三叠统和 NNW 向 f4断裂构造带内，采集岩性主要为石英砂岩、构造蚀变岩及石英脉( 见图 4) 。构造蚀变带内岩石极为破碎，多见断层泥、碎裂岩，原岩成分为石英砂岩、杂砂岩等，有些碎裂岩、糜棱岩、构造角砾岩的原岩成分均为板岩，岩石多发育糜棱岩化、褐铁矿化、黏土化、碳酸盐化，局部发育黄钾铁矾化，且黄钾铁矾化与金关系密切。

图 4 野外调查验证图片

石英砂岩中多见石英脉穿插分布，多呈细脉状、网脉状分布。石英脉两侧的石英砂岩呈浅黄色，宽约5 cm，石英脉及浅黄色石英砂岩中多见有金属硫化物存在，为黄铁矿、黄铜矿等金属硫化物。浅黄色石英砂岩外侧为灰红色石英砂岩，灰红色石英砂岩中则未见有金属硫化物存在。有些石英脉体中还发育褐铁矿化、孔雀石化、黄铜矿化、黄铁矿化方铅矿化，局部发育铜蓝。褐铁矿化多呈浸染状、团块状分布，表面多呈蜂窝状薄膜; 孔雀石化多呈浸染状分布在石英脉中，孔雀石化强烈发育的区段，黄铜矿金属颗粒也相应增多; 铜蓝多呈小团块状分布; 黄铁矿化、黄铜矿化、方铅矿化等金属矿化多呈星散状分布; 自然金多呈星散状分布在多种蚀变叠加发育的地段。化学分析结果发现 5 种元素 Au、Cu、Pb、Zn、V 存在多处矿化线索( 见表 2) ，地表 CZQH049 － H1 样品已达金工业品位，对比分析说明该地区是较为有利的金矿成矿有利地段，找矿方向为石英脉型、构造蚀变岩型金矿和以金矿为主其它多金属矿伴生的矿床。

表 2 目标靶区元素分析结果统计表

5结 论本文对机载高光谱遥感矿床定位进行了研究。研究结果表明:

1) 小干沟金矿床模型找矿思路采取了从已知到未知的对比分析方法，强调蚀变矿物及组合的成矿信息分析及成矿地质环境分析为依据实现目标靶区的圈定。

2) 利用 CASI / SASI 机载高光谱数据有效的提取了研究区多种蚀变矿物，且蚀变矿物主要沿两条剪切断裂带展布，有的见于多组断裂交汇区域，蚀变矿物的提取结果对于矿床定位模型的建立起指示作用。

3) 利用机载高光谱蚀变信息与成矿环境分析相结合的方法建立的矿床定位模型在小干沟南部地区查证效果较好，提高了找矿效率，新发现了较好多金属矿化线索，为下一阶段地质找矿提供直接勘查区，值得在该区推广应用。

审核编辑 黄昊宇