新疆謝米斯臺地區(qū)小巖體型礦化遙感探測

尹 芳, 劉 磊, 張繼榮, 周 軍

1)長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 陜西西安 710054; 2)蘭州金石開礦產(chǎn)咨詢服務(wù)有限責(zé)任公司, 甘肅蘭州 730030

新疆謝米斯臺地區(qū)小巖體型礦化遙感探測

尹 芳1), 劉 磊1, 2), 張繼榮1), 周 軍1, 2)

1)長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院, 陜西西安 710054; 2)蘭州金石開礦產(chǎn)咨詢服務(wù)有限責(zé)任公司, 甘肅蘭州 730030

中酸性小巖體易被地質(zhì)填圖遺漏, 嚴(yán)重制約了該類型礦化的發(fā)現(xiàn)。在新疆西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺地區(qū)找礦工作中, 首先利用ETM+數(shù)據(jù)進(jìn)行小巖體掃面, 進(jìn)而選取重點(diǎn)區(qū)采用ETM+和中巴資源衛(wèi)星02B HR數(shù)據(jù)進(jìn)行分辨率融合后解譯、識別中酸性小巖體, 并利用主成分分析法提取蝕變遙感異常, 結(jié)合地質(zhì)、化探信息綜合分析后確定重點(diǎn)檢查區(qū)域。利用此方法共解譯出14個(gè)鉀質(zhì)花崗巖和3個(gè)黑云母花崗巖小巖體, 這些小巖體大多被野外檢查所證實(shí)。經(jīng)野外檢查發(fā)現(xiàn)了5處銅、金礦化點(diǎn), 證實(shí)了該方法的有效性。本研究中采用的方法可以為西部地區(qū)地質(zhì)填圖和中酸性小巖體型礦產(chǎn)資源勘查提供借鑒。

謝米斯臺; ETM+; 中巴資源衛(wèi)星02B星; 中酸性小巖體

遙感技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于巖性識別和找礦工作中, 不同巖石和礦物在可見光-短波紅外區(qū)間存在的波譜特征差異為這些研究提供了理論基礎(chǔ)(Hunt, 1977; 呂鳳軍等, 2009)?？梢姽獠ǘ喂庾V特征主要為金屬離子遷移造成, 短波紅外波段可探測碳酸鹽巖、水合物和含羥基礦物(Hunt, 1977)。TM、ETM+數(shù)據(jù)為地質(zhì)礦產(chǎn)應(yīng)用最普遍的遙感數(shù)據(jù)源, 已經(jīng)取得了很多有意義的成果(張玉君等, 2003; 周軍等, 2005;王海平等, 2005; 施煒等, 2007; 楊建民等, 2007; 顏蕊等, 2009; Liu et al., 2011)。近年來, 高分辨率遙感數(shù)據(jù)如Quickbird、Worldview-II等已被用于巖性識別或?yàn)?zāi)害評價(jià)研究(Lin et al., 2008; 張瑞絲等, 2012)。

中酸性小巖體雖然巖體規(guī)模較小, 但在熱侵入巖漿巖體的內(nèi)部及附近的圍巖中常形成與巖漿巖體有關(guān)的大型、超大型礦床(湯中立等, 2006), 已成為找礦工作的一個(gè)重點(diǎn)方向。含礦中酸性小巖體的出露面積多小于 1 km2(張洪濤等, 2004; 湯中立等, 2006), 易被野外工作所遺漏, 嚴(yán)重制約了該類型礦化的發(fā)現(xiàn)。利用遙感技術(shù)尋找中酸性小巖體型礦床具有廣闊的前景和實(shí)際意義。

因此, 本文以新疆西準(zhǔn)噶爾謝米斯臺地區(qū)為研究區(qū), 利用多種遙感數(shù)據(jù)源和圖像處理方法, 探索中酸性小巖體型礦化的遙感探測方法, 為該區(qū)找礦提供指導(dǎo)。

工作區(qū)位于準(zhǔn)噶爾地塊西北緣, 處于達(dá)爾布特蛇綠巖帶與洪古勒楞蛇綠巖帶之間。區(qū)域上, 工作區(qū)橫跨塔爾巴哈臺—阿爾曼太金、銅成礦帶和謝米斯臺—庫蘭卡孜干金、銅、稀有金屬成礦帶(張良臣等, 2006)。石炭紀(jì)中酸性侵入巖發(fā)育, 有利的構(gòu)造及熱動力條件使該區(qū)形成許多金屬礦床, 如石英脈型、蝕變巖型哈圖金礦(余學(xué)東, 1998)、包古圖花崗閃長斑巖型銅金礦(Shen et al., 2009)、斑巖型吐克銅礦(張兵等, 2009)和加甫沙爾蘇鉬礦。鄰區(qū)已發(fā)現(xiàn)的礦床中, 布爾克斯岱金礦為淺成巖-構(gòu)造蝕變巖型金礦(尹意求等, 2004), 闊爾真闊臘金礦則受隱爆角礫巖筒控制(尹意求等, 2003), 謝米斯臺銅礦為火山巖型銅礦(申萍等, 2010), 表明研究區(qū)主要礦產(chǎn)與晚古生代火成活動關(guān)系密切(王居里等, 2013)。

工作區(qū)出露地層主要為中泥盆統(tǒng)呼爾吉斯特組(圖1), 巖性主要為中-酸性噴出巖及其凝灰?guī)r。上泥盆統(tǒng)朱魯木特組主要出露于工作區(qū)東南, 巖性主要為砂巖、礫巖、粉砂巖。下石炭統(tǒng)和布克河組僅少量出露于工作區(qū)西南部, 巖性為鈣質(zhì)粉砂巖、砂質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、砂巖、砂礫巖。新近系獨(dú)山子組主要為礫巖、砂巖、砂質(zhì)泥巖。工作區(qū)南北兩側(cè)分布大量第四系沖、洪積物。工作區(qū)內(nèi)中酸性侵入巖發(fā)育, 主要有黑云母花崗巖、鉀質(zhì)花崗巖、正長巖等。工作區(qū)構(gòu)造主要為NEE、NE和NWW向, 控制著中酸性侵入巖體分布。

工作區(qū)已有礦點(diǎn)很少, 僅有2個(gè)銅礦點(diǎn)(圖1)。謝米斯臺銅礦為火山巖型銅礦, 熱液蝕變強(qiáng)烈, 伴隨強(qiáng)烈孔雀石化, 在強(qiáng)硅化流紋巖中普遍發(fā)育孔雀石網(wǎng)脈, 圍巖蝕變主要為硅化、泥化、綠泥石化、綠簾石化等(申萍等, 2010)。

1 數(shù)據(jù)與方法

中酸性小巖體型礦床為研究區(qū)找礦工作的重點(diǎn),由于部分小巖體規(guī)模過小, 利用 ETM+識別較困難,因此采用如下工作方法: 首先利用 ETM+數(shù)據(jù)進(jìn)行巖性、構(gòu)造識別, 解譯巖性單元界線和規(guī)模較大的巖體; 對于優(yōu)選的重點(diǎn)區(qū)域, 利用高分辨率數(shù)據(jù)(中巴資源衛(wèi)星02B HR數(shù)據(jù))與ETM+數(shù)據(jù)融合后識別規(guī)模較小的巖體; 利用 ETM+數(shù)據(jù)提取礦化蝕變信息, 并與中酸性巖體解譯結(jié)果疊合, 經(jīng)多元信息綜合分析后優(yōu)選靶區(qū)進(jìn)行野外檢查。

1.1 數(shù)據(jù)

所用ETM+數(shù)據(jù)軌道號為145/27, 時(shí)相為2000 年6月27日。首先對遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理, 包括幾何精校正、坐標(biāo)配準(zhǔn)、輻射校正, 并將各波段灰度值拉伸到0—255區(qū)間。

對于重點(diǎn)地段, 選用中巴資源衛(wèi)星 02B衛(wèi)星(CBERS-02B)HR數(shù)據(jù)(空間分辨率為 2.36 m)與ETM+數(shù)據(jù)融合。本研究采用的 HR數(shù)據(jù)軌道號為35/48, 時(shí)相為2008年4月13日。

1.2 圖像處理方法

1.2.1 巖性增強(qiáng)

ETM+數(shù)據(jù) 3、2、1波段分別與紅、綠、藍(lán)光所在范圍對應(yīng), 因此將 ETM+ 3、2、1波段分別置于R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))通道合成自然彩色圖像, 組合后圖像接近自然色彩, 一些巖性易于識別、解譯。

最小噪聲分離法(Minimum Noise Fraction, MNF)可以將有效信息集中到盡可能少的低維數(shù)據(jù)中, 并有效分離噪聲(Green et al., 1988)。已被廣泛應(yīng)用于多光譜、高光譜數(shù)據(jù)處理中, 但將最小噪聲分離法應(yīng)用于區(qū)分巖性信息的相關(guān)研究還較少(Khan et al., 2007)。因此, 本研究利用自然彩色合成和最小噪聲分離法處理研究區(qū) ETM+數(shù)據(jù)以區(qū)分巖性信息。

圖2a為研究區(qū)ETM+ 3、2、1自然彩色圖像, 各巖性單元界線、構(gòu)造在該圖像中均可有效識別。其中, 鉀質(zhì)花崗巖在該圖像中呈暗紅色, 黑云母花崗巖呈灰白色, 與地層影像特征差異明顯(圖2a)。

將MNF2、MNF3、MNF4分別置于R、G、B通道, 合成假彩色影像(圖2b)。該圖像色彩豐富, 對巖性界線識別效果較好。其中, 鉀質(zhì)花崗巖呈淡紫色, 黑云母花崗巖呈黃褐色-黃綠色。利用自然彩色圖像和MNF假彩色圖像共解譯出1: 20萬地質(zhì)圖遺漏的3個(gè)鉀質(zhì)花崗巖和3個(gè)黑云母花崗巖體, 其中,①、②、③為新識別的鉀質(zhì)花崗巖體, 1、2、3為新識別的黑云母花崗巖體, 這些巖體已為野外驗(yàn)證所證實(shí)(圖2b)。

圖1 謝米斯臺地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1980, 1986)Fig. 1 Geological map of Xiemisitai area (after Bureau of Geology and Mineral Resources of Xinjiang, 1980, 1986)

圖2 ETM+ 3、2、1自然彩色圖像(a)和研究區(qū)MNF2(R)、3(G)、4(B)假彩色合成圖像(b)Fig. 2 Natural color composite image of ETM band 3, 2 and 1 in the RGB (a) and false-color composite image band (MNF2, 3 and 4 in the RGB) of the study area (b)

1.2.2 小巖體識別

ETM+數(shù)據(jù)限于其空間分辨率, 只能識別稍大的侵入巖體, 對于規(guī)模過小的巖體必須借助高空間分辨率數(shù)據(jù)進(jìn)行識別。研究區(qū)東部新識別鉀質(zhì)花崗巖體(圖2b中③)由于距離已知銅礦點(diǎn)較近且區(qū)域上存在 Cu元素地球化學(xué)異常, 因此選取該區(qū)為重點(diǎn)區(qū)域, 將ETM+數(shù)據(jù)與中巴資源衛(wèi)星02B HR數(shù)據(jù)融合以識別中酸性小巖體。本研究采用IHS法對ETM+ 3、2、1圖像與HR數(shù)據(jù)進(jìn)行分辨率融合(孫小丹等, 2011)。融合后圖像保存了 ETM+圖像的色調(diào), 同時(shí)具備了HR數(shù)據(jù)2.36 m空間分辨率(圖3)。鉀質(zhì)花崗巖由于具有較多鉀長石而呈肉紅色, 在自然彩色圖像上也顯示為微紅色調(diào), 形態(tài)上呈帶狀、橢圓狀, 多為正地形, 根據(jù)色調(diào)、形態(tài)較易于識別。利用融合后圖像共解譯出11個(gè)鉀質(zhì)花崗巖小巖體, 其中, 最大的花崗巖體面積僅0.168 km2。

圖3 ETM+ 3、2、1與HR融合圖像Fig. 3 Fused result of ETM+ 3, 2, 1 (in RGB) image with HR data

1.2.3 蝕變信息提取

礦化蝕變信息提取在國際文獻(xiàn)上稱為蝕變礦物填圖(alteration mineral mapping), 目前較常用的方法主要有比值法、Crosta法、多光譜數(shù)據(jù)主成分分析法、光譜角法等(Fraser, 1991; Liu et al., 2011)。經(jīng)過圖像處理實(shí)驗(yàn), 研究區(qū)采用多光譜數(shù)據(jù)主成分分析法提取礦化蝕變信息效果較為理想, 大量的干擾信息被剔除(表1)。由表1可知, 主成分分析后, PC4圖像反映的主要是鐵氧化物信息, 而對PC5取反后主要反映羥基蝕變礦物信息。

所獲得的異常圖像按閾值(均值+2×標(biāo)準(zhǔn)差)進(jìn)行異常切割, 僅保留高于閾值部分, 低于閾值部分賦0。圖4為蝕變遙感異常圖, 鐵染異常、羥基蝕變礦物(碳酸鹽巖)被分別被賦予藍(lán)和紅色后疊加于ETM+ 3、2、1自然彩色圖像上。蝕變遙感異常信息與解譯的中酸性小巖體關(guān)系密切, 鐵染異常主要分布在鉀質(zhì)花崗巖內(nèi), 主要由于鉀質(zhì)花崗巖中鉀長石在藍(lán)、綠波段強(qiáng)吸收而在紅波段反射較強(qiáng); 羥基異常主要分布在巖體邊部、沿?cái)嗔褬?gòu)造分布; 工作區(qū)東

表1 工作區(qū)主成分分析特征向量表Table 1 Principal component analyses (band loads) of the study area

圖4 研究區(qū)蝕變遙感異常Fig. 4 Remote-sensing anomalies of the study area

2 結(jié)果分析及野外驗(yàn)證

化探、物探等有關(guān)信息與地質(zhì)、遙感等研究成果疊合在一起進(jìn)行多元信息綜合找礦, 可以大大增強(qiáng)找礦效力, 近年來已獲得了很多成果(周軍等, 2005; 張兵等, 2009; Liu et al., 2011)。本研究通過將遙感異常與研究區(qū)已知礦點(diǎn)、小巖體、斷層及1: 20萬化探異常疊合后進(jìn)行綜合分析(圖4), 結(jié)果表明利用主成分分析法提取的蝕變信息與已知礦點(diǎn)吻合較好。謝米斯臺銅礦存在面型羥基蝕變, 北側(cè)銅礦附近具有星散狀羥基及碳酸根異常; 兩礦點(diǎn)均受構(gòu)造控制且位于1: 20萬Cu元素化探異常區(qū)內(nèi)或附近(圖4)。同時(shí), 遙感蝕變信息受構(gòu)造控制明顯, 蝕變異常具有明顯的線狀、面狀特征。

經(jīng)綜合分析、篩選, 僅對其中 4處重點(diǎn)部位進(jìn)行野外檢查, 這些區(qū)域均位于小巖體或巖脈內(nèi)部或巖體邊部內(nèi)外接觸帶附近。野外檢查發(fā)現(xiàn), 工作區(qū)東北部新發(fā)現(xiàn)小巖體中的主巖體露頭部分南北長550 m, 東西寬300 m, 中部變窄(約110 m), 有枝狀部分向西插入地層, 長170余m, 寬50 m左右, 局部間斷或被碎石覆蓋。銅礦化主要發(fā)育于小巖體內(nèi)外接觸帶(圖4)。巖體肉紅色, 主要礦物為紅色鉀長石(約60%), 一些顆粒較大(0.5 mm), 有似斑狀結(jié)構(gòu)特征。巖體邊部內(nèi)外接觸帶硅化、綠泥石化、綠簾石化明顯, 強(qiáng)蝕變帶寬幾十m至百余m, 所見銅礦化主要沿蝕變帶發(fā)育?？兹甘饕时荒钛匕瞪V物或裂隙發(fā)育, 可見團(tuán)塊狀黃銅礦。工作區(qū)西部鉀質(zhì)花崗巖內(nèi)外接觸帶附近硅化綠簾石化、綠泥石化普遍, 局部有不規(guī)則石英小脈穿插。工作區(qū)中部新識別的巖體(圖2b中3)野外檢查定名為黑云母二長花崗巖, 該巖體規(guī)模較大而并非小巖體, 伴隨強(qiáng)烈高嶺土化, 主要為長石地表風(fēng)化所致, 為大面積遙感異常的主因, 未發(fā)現(xiàn)明顯礦化, 故野外未定點(diǎn)取樣。

對野外檢查點(diǎn)中的5處取樣樣品進(jìn)行化學(xué)分析,據(jù)國土資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心分析結(jié)果,確定這5處均為銅(或金)礦化點(diǎn)。其中, H521-M3號樣品Cu元素含量0.85×10-2, Au元素0.68×10-6。工作區(qū)東北部小巖體型銅-金礦化點(diǎn)由于礦化強(qiáng)且范圍較大, 作為下一步找礦的重點(diǎn), 正在開展深部探礦工作。

3 結(jié)論

本研究通過在新疆謝米斯臺地區(qū)利用 ETM+和中巴資源衛(wèi)星02B HR數(shù)據(jù)開展小巖體型礦化遙感探測研究, 得出如下結(jié)論:

(1)針對中酸性小巖體易被前期地質(zhì)填圖遺漏這一問題, 本研究以謝米斯臺地區(qū)為例, 利用多種分辨率遙感數(shù)據(jù)(ETM+、中巴資源衛(wèi)星02B HR等),通過圖像增強(qiáng)、解譯識別中酸性小巖體并提取蝕變遙感異常, 綜合分析確定重點(diǎn)檢查區(qū)域, 經(jīng)野外檢查發(fā)現(xiàn)了5處銅、金礦化點(diǎn), 證實(shí)了方法的有效性。

(2)中巴資源衛(wèi)星02B HR空間分辨率高, 圖像清晰, 對于地質(zhì)應(yīng)用如構(gòu)造、小巖體識別、解譯具有廣闊的應(yīng)用前景。

(3)我國西部廣大地區(qū)地質(zhì)工作程度還較低, 中酸性小巖體被地質(zhì)填圖遺漏現(xiàn)象較普遍, 嚴(yán)重制約了該類型礦化的發(fā)現(xiàn)。利用遙感技術(shù)尋找中酸性小巖體型礦床具有廣闊的前景和實(shí)際意義, 本研究中采用的技術(shù)、方法可以為今后西部地區(qū)找礦提供借鑒。

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Remote Sensing Detection of Mineralization Related to Small Intermediate-acid Intrusions in Xiemisitai Area, Xinjiang

YIN Fang1), LIU Lei1, 2), ZHANG Ji-rong1), ZHOU Jun1, 2)
1) School of Earth Sciences and Resources, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710054; 2) Lanzhou AuriferouStone Mining Services Co., Ltd, Lanzhou, Gansu 730030

The small acid-intermediate intrusion is often ignored because of its small size and the large distance between two adjacent survey routes for geological mapping. This has seriously restricted the discovery of the relevant mineralization. During the mineral exploration in Xiemisitai area of west Junggar Basin, Xinjiang, a remote sensing-dominated method was used for targeting of small intrusion-related deposits. First, ETM+ data were used for reconnaissance of small intrusions. In the selected area, ETM+ data and CBERS-02B HR were fused to identify small intrusions. Then, remote sensing anomalies were delineated by using the principal component analysis. The targets were selected based on synthetic analysis of remote sensing results, geological data and geochemical anomalies. Fourteen small potash-feldspar granites and three hornblende biotite granites were interpreted and most of these small intrusions were confirmed in the field. Five Cu and Au mineralization spots were discovered for the first time, which confirmed the validity of this method. These methods are recommended for lithologic mapping and small intrusion-related mineral resources targeting in the sparse vegetation arid regions of northwestern China.

Xiemisitai; ETM+; CBERS-02B; small acid-intermediate intrusions

TP79; P627

A

10.3975/cagsb.2014.05.05

本文由中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(編號: 2013G1271103; 2014G1271060)、長安大學(xué)西部礦產(chǎn)資源與地質(zhì)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(編號: CHD2011SY013)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號: 41402288)聯(lián)合資助。

2013-10-20; 改回日期: 2014-04-12。責(zé)任編輯: 魏樂軍。

尹芳, 女, 1983年生。講師。主要從事遙感與GIS應(yīng)用研究。通訊地址: 710054, 西安市雁塔區(qū)雁塔路南段126號。電話: 029-82339083。E-mail: yinf@lreis.ac.cn。