西藏沖江-廳宮斑巖型銅礦區(qū)遙感蝕變信息提取與找礦預(yù)測

汪子義，張廷斌,2,3，易桂花，別小娟，王 琦，何奕萱

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都 610059；2.地學(xué)空間信息技術(shù)國土資源部重點實驗室，四川成都 610059；3.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川樂山 614000)

西藏沖江-廳宮斑巖型銅礦區(qū)遙感蝕變信息提取與找礦預(yù)測

汪子義1，張廷斌1,2,3，易桂花1，別小娟1，王 琦1，何奕萱1

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川成都 610059；2.地學(xué)空間信息技術(shù)國土資源部重點實驗室，四川成都 610059；3.成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，四川樂山 614000)

西藏尼木縣沖江和廳宮礦床是典型的斑巖型銅礦床，圍巖蝕變強(qiáng)烈、類型豐富。對陸地衛(wèi)星運行陸地成像儀(Operational Land Imager，OLI)光譜數(shù)據(jù)二維散點圖做了結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)在提取鐵染蝕變信息時，若選用OLI2和OLI4波段，則沒有干擾端元；提取羥基蝕變信息時，選用OLI6和OLI7波段，干擾端元只有植被；剔除干擾端元之后，用主成分分析方法提取了該地區(qū)的圍巖蝕變信息。最后，結(jié)合該研究區(qū)遙感蝕變信息、控礦和成礦地質(zhì)特征，圈定了11個找礦靶區(qū)。

遙感蝕變信息 斑巖型銅礦 OLI 二維散點圖 找礦預(yù)測

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0 引言

西藏岡底斯成礦帶是我國著名的斑巖銅礦成礦帶之一，碰撞造山和碰撞后期伸展走滑作用下逆沖斷裂、走滑斷裂發(fā)育，巖漿活動強(qiáng)烈，為含礦熱液的運移和富集提供了良好的條件(侯增謙等，2006)，熱液作用下斑巖型銅礦床圍巖蝕變呈中心式蝕變分帶特點(Sillitoe，2010)。Huntetal.(1978)對300多種巖石礦物進(jìn)行了實驗室波譜測試和分析，其研究結(jié)果表明巖石礦物中所含的Fe3+、OH-和CO32-等離子或離子基團(tuán)對波譜的吸收和反射特性起主導(dǎo)性作用，因此，富含這些離子的圍巖蝕變礦物高嶺土、絹云母、褐鐵礦、針鐵礦和綠泥石等表現(xiàn)出特定的光譜特征，通過一定的遙感技術(shù)可以識別這些圍巖蝕變信息(黃照強(qiáng)等，2009；張廷斌等，2009a)。熱液作用下圍巖蝕變礦物信息的多光譜遙感提取方法主要有波段比值法(Ratios Method，RM)(張廷斌等，2009b；Cui Jingetal.，2014)、主成分分析法(Principal Component Analysis，PCA)(Ranjbaretal.，2004；張廷斌等，2014；Gabretal.，2015)、波譜角識別法(Spectral Angle Mapper，SAM)(Rowanetal.，2003；張廷斌等，2015)。另外，混合像元分解(鄒林等，2006；陳勇敢等，2011；Pouretal.，2012a)、匹配濾波(Rowanetal.，2006)、基于最小噪聲分離的混合調(diào)諧匹配濾波(Tayebietal.，2014；Pouretal.，2015)和支持向量機(jī)(Brandmeieretal.，2013)等高光譜數(shù)據(jù)處理方法，也被研究并應(yīng)用到多光譜遙感蝕變信息的提取過程中。與此同時，遙感蝕變信息的定量化表達(dá)也在不斷發(fā)展，主要有最優(yōu)密度分割法(吳德文等，2002)、平均值加k倍標(biāo)準(zhǔn)差法(張玉君等，2003)和分形分維法(張廷斌，2013)等。有的學(xué)者從光譜數(shù)據(jù)的二維空間結(jié)構(gòu)上(二維散點圖)來分析遙感數(shù)據(jù)中背景、異常和干擾三者之間的關(guān)系，達(dá)到了對干擾的剔除、蝕變信息與背景信息的分離(張遠(yuǎn)飛等，2008，2010，2011；Yangetal.，2009)，取得較好效果。

基于遙感技術(shù)提取的礦床圍巖蝕變、線性、環(huán)形構(gòu)造和地層巖性等信息在多源找礦預(yù)測方面發(fā)揮了重要的作用。Pour A Betal.(2012b)利用ASTER數(shù)據(jù)提取了白云母、高嶺石和綠簾石等礦物信息，與斑巖銅礦地表蝕變分帶特征對應(yīng)較好，以此指導(dǎo)已知礦床的外圍找礦預(yù)測工作。郭娜等(2010)基于遙感異常信息和線性構(gòu)造信息并結(jié)合地質(zhì)信息成功開展了甲瑪銅礦的找礦預(yù)測。張廷斌等(2012)研究了玉龍-馬拉松多地區(qū)找礦預(yù)測中環(huán)形構(gòu)造的示礦作用。易桂花(2011)基于化探和遙感異常信息的響應(yīng)關(guān)系，提出了“R-D成礦盲預(yù)測法”，在東昆侖五龍溝地區(qū)進(jìn)行綜合找礦預(yù)測工作。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Geological map of the study area1-第四系；2-楚木龍組；3-設(shè)興組；4-典中組；5-帕那組；6-二長巖；7-石英閃長巖；8-黑云母花崗巖；9-花崗閃長巖；10-二長花崗巖；11-黑云母二長花崗巖；12-二長花崗斑巖；13-斜長花崗斑巖；14-脆韌性剪切帶；15-斷裂；16-地質(zhì)界線1-Quaternary; 2-Chumulong Fm; 3-Shexing Fm; 4-Dianzhong Fm; 5-Pana Fm; 6-monzonite; 7-quartz diorite; 8-biotite granite; 9-granodiorite; 10-monzogranite; 11-biotite adamellite; 12-monzonitic granite porphyry; 13-plagio-granite porphyry；14-brittle duc-tile shearing belt; 15-fracture; 16-geological boundary

研究區(qū)大地構(gòu)造位置屬雅魯藏布江縫合帶北側(cè)岡底斯火山-巖漿弧EW向構(gòu)造帶東段桑日前緣弧。經(jīng)歷了板塊俯沖、碰撞造山運動以及多期次火山-巖漿熱液作用，為銅多金屬礦床形成提供了動力和充足的熱液來源(晏子貴等，2007；王成林等，2015)。受近EW向斷裂破碎帶、韌性剪切帶及NE向主斷裂影響，區(qū)內(nèi)NE向、NNW向和近EW向逆沖性質(zhì)次級斷層發(fā)育，且具有碰撞造山后期伸展走滑特點。研究區(qū)出露地層主要有設(shè)興組(K2s)、楚木龍組(K1ch)、帕那組(E2p)和典中組(E1d)，后期有第四系沖積和洪積物覆蓋(圖1)。

2 數(shù)據(jù)源以及預(yù)處理

運行陸地成像儀(Operational Land Imager，OLI)較增強(qiáng)型專題制圖儀(Enhanced Thematic Mapper，ETM+)和專題制圖儀(Thematic Mapper，TM)在輻射分辨率和光譜分辨率方面有較大提高(表1)，OLI 6和OLI 7兩個短波紅外波段波譜寬度變窄，OLI 7波段波譜分辨率的提高，有利于減弱CO32-對羥基蝕變信息的影響，OLI數(shù)據(jù)的所有波段信噪比也都有提高。影像數(shù)源日期是2014年12月2日，其云量較小、影像紋理清晰、層次鮮明。為削弱大氣散射和吸收等對蝕變信息提取的影響，對遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了輻射定標(biāo)和基于MODTRAN輻射傳輸模型的大氣校正預(yù)處理。

表1 TM、ETM+與OLI波段設(shè)置對比

3 蝕變信息提取技術(shù)與方法

3.1 蝕變礦物光譜特征

美國地質(zhì)調(diào)查局(United States Geological Survey，USGS)波譜庫中主要圍巖蝕變礦物波譜曲線顯示(圖2)，含F(xiàn)e3+蝕變礦物褐鐵礦和針鐵礦，在0.47μm和0.89μm波譜附近具吸收特征，分別對應(yīng)OLI1、OLI2和OLI5波段；在0.74μm和近紅外1.39μm波譜附近表現(xiàn)出相對反射特征，分別對應(yīng)OLI4和OLI6波段。含Al-OH礦物高嶺土、白云母和絹云母，含Mg-OH礦物綠泥石和綠簾石，分別在2.2μm和2.3μm波譜附近具強(qiáng)吸收特征，對應(yīng)OLI7波段；在0.6μm～1.2μm和1.5μm～1.65μm波譜之間產(chǎn)生相對反射特征，對應(yīng)OLI4 、OLI5和OLI6波段。

圖2 研究區(qū)主要蝕變礦物USGS光譜曲線Fig.2 USGS spectral curves of main alteration minerals in the study area

3.2 干擾機(jī)制分析

研究區(qū)積雪、植被和暗地物端元集聚分布在背景橢圓(非蝕變巖體)之外，是該區(qū)的主要地物端元，干擾機(jī)制容易判斷，且易剔除；然而，仍有一些分布較離散的弱小端元(干溝、河灘濕地等)，因此，還需對其它較小端元的影響機(jī)制進(jìn)行分析。結(jié)合礦物波譜吸收特征和波段間散點圖進(jìn)行干擾機(jī)制分析，本研究選用OLI2與OLI4主成分分析提取鐵染蝕變信息，無明顯干擾端元；選用OLI6與OLI7主成分分析提取羥基蝕變信息，僅受植被干擾，在羥基蝕變信息提取前需剔除植被。

3.3 鐵染蝕變信息提取

鐵染蝕變信息提取，以深吸收波段OLI2為x軸和高反射波段OLI4為y軸構(gòu)成二維散點圖(圖3)，散點圖類型屬五種類型中的第Ⅱ種(張遠(yuǎn)飛等，2013)。與干擾機(jī)制分析相一致，積雪和暗地物信息分布于PC2低值部分，與蝕變信息相分離，蝕變信息則對應(yīng)PC2的高值部分，PC2主分量能夠很好地表現(xiàn)鐵染蝕變信息。蝕變信息異常下限與分級采用“平均值+k倍標(biāo)準(zhǔn)差”方法(張玉君等，2003)，一級、二級和三級對應(yīng)的k值分別取2.5、2.2、2.0。

圖3 OLI2和OLI4散點圖Fig.3 Two-dimensional scatter diagram of OLI2 and OLI4

3.4 羥基蝕變信息提取

羥基蝕變信息提取以深吸收波段OLI7為x軸和高反射波段OLI6為y軸構(gòu)成二維散點圖(圖4)；散點圖類型也屬于五種類型中的第Ⅱ種(張遠(yuǎn)飛等，2013)。植被端元信息與蝕變信息均出現(xiàn)在背景橢圓外PC2的高值區(qū)，積雪端元、暗地物端元和干河道信息集中分布在PC2的中-低值區(qū)，不會對羥基蝕變提取造成干擾(圖3)。因此，OLI6和OLI7主成分分析提取羥基蝕變信息，只需要剔除植被干擾。蝕變信息一級、二級和三級對應(yīng)的k值分別取2.6、2.2、2.0。

圖4 OLI6和OLI7散點圖Fig.4 Two-dimensional scatter diagram of OLI6 and OLI7

4 蝕變信息特征與靶區(qū)預(yù)測

4.1 沖江礦床蝕變信息

沖江礦床成礦斑巖體為斑狀黑云母二長花崗巖，礦床成礦年齡為14.85±0.69Ma(芮宗瑤等，2003)。巖漿活動侵位較深，巖體受河流侵蝕切割作用剝蝕程度較深，部分礦體出露，分布于江古曲河床兩側(cè)山坡。礦體形成于巖漿活動晚期邊緣相帶中，含礦巖體分布相對破碎，蝕變類型多樣，粘土化發(fā)育相對較弱。遙感蝕變信息表現(xiàn)出零散分布狀態(tài)，圍巖蝕變帶內(nèi)遙感蝕變信息內(nèi)弱外強(qiáng)，鐵染蝕變信息對礦床具有較好的指示(表2，圖5和圖6)。圍巖是上白堊統(tǒng)設(shè)興組中性火山巖，與侵入花崗巖體接觸部位表現(xiàn)出青磐巖化，其中暗紅色安山巖礦物斜長石多已絹云母化、粘土化和碳酸巖化，羥基蝕變信息集中分布在低溫?zé)嵋鹤饔孟碌那嗯蛶r化帶內(nèi)。礦區(qū)主礦體形成和展布受NE向斷裂控制，斷裂都為逆沖性質(zhì)，多條斷裂兩側(cè)都表現(xiàn)出較強(qiáng)礦化現(xiàn)象，斷裂附近遙感蝕變信息相對較發(fā)育。

表2 沖江礦床遙感蝕變信息分布與地質(zhì)特征

4.2 廳宮礦床蝕變信息

廳宮礦床含礦斑巖體為中新世二長花崗斑巖，礦床成礦年齡為15.49±0.36Ma(李光明等，2005)。礦床受淺-中程度剝蝕，礦體剛被剝蝕出來，分布在彭崗瑪曲河床下部和北側(cè)山坡，廳宮礦床礦體范圍內(nèi)兩類遙感蝕變信息都較強(qiáng)，且蝕變信息的分布對礦體有很好的指示作用(表3，圖5和圖6)。礦體位于弧形構(gòu)造內(nèi)，其展布受EW向、NW向和NE向斷裂控制明顯。EW向斷裂形成于成礦期之前，后期有多期次活動，對礦體有改造作用。NW-SE向斷裂形成較晚，對礦化有改造和再次富集作用。圍巖是帕那組中酸性火山熔巖夾火山碎屑巖，含礦巖體及圍巖蝕變具“中心式”蝕變分帶特點，遙感蝕變信息濃帶分布與圍巖蝕變分帶平面位置對應(yīng)較好，主礦體位于硅化鉀化帶、絹英巖化帶和粘土化帶，青磐巖化帶內(nèi)分布著小面積的礦體。遙感蝕變信息受斷裂控制，線性展布于斷裂兩側(cè)，斷裂交匯部位蝕變信息分布較集中、濃度分帶明顯并且近環(huán)狀形態(tài)展布等特點。

表3 廳宮礦床遙感蝕變信息分布與地質(zhì)特征

4.3 靶區(qū)預(yù)測

根據(jù)沖江和廳宮礦床控礦地質(zhì)條件，結(jié)合遙感蝕變信息分布和線性構(gòu)造以及環(huán)形構(gòu)造特征，在研究區(qū)內(nèi)圈定了11個找礦靶區(qū)(圖7)，分述如下：

①號靶區(qū)：位于白容礦區(qū)西偏北約2km處；蝕變信息分布在近東西向線性構(gòu)造兩側(cè)，亦具內(nèi)部鐵染、外部羥基的蝕變分帶特征。黑云母二長花崗巖侵入到典中組地層；色異常表現(xiàn)為呈藍(lán)白色色調(diào)的熱液變質(zhì)現(xiàn)象巖體。

②號靶區(qū)：沖江銅(金)礦點所在區(qū)域，周圍含礦巖體的預(yù)測，靶區(qū)范圍內(nèi)圍巖蝕變面積較大，礦區(qū)含礦巖體分布比較破碎，蝕變信息呈條帶狀展布。其中已知礦床NW向延伸方向和南部羥基、鐵染蝕變信息密集區(qū)是重要的找礦部位。

圖5 鐵染蝕變信息分布圖Fig.5 Distribution of ferric alteration information

圖6 羥基蝕變信息分布圖Fig.6 Distribution of hydroxyl alteration information

③號靶區(qū)：該區(qū)位于廳宮礦床北東部約2km處，NE向、NW向線性構(gòu)造交匯部位，另有兩個地表切割破碎的環(huán)形構(gòu)造NE向展布；靶區(qū)內(nèi)以二級和三級鐵染蝕變信息為主，分布較廣，表現(xiàn)出中等強(qiáng)度蝕變；圍巖為帕那組火山碎屑巖，侵入巖巖體為石英閃長巖和有較強(qiáng)角巖化和硅化黑云母花崗巖。鐵染蝕變信息主要分布在該段巖體上，是今后找礦重點部位。

④號靶區(qū)：位于白容礦區(qū)西偏南約2km處，北東東向線性構(gòu)造經(jīng)過蝕變信息部位，侵入巖巖性為二長花崗斑巖，與黑云母二長花崗巖體接觸，該區(qū)具“啞鈴”型Au元素濃集中心(孔牧等，2007)。蝕變信息套合較好，形成內(nèi)部鐵染、外部羥基的蝕變分帶特征。

⑤號靶區(qū)：崗講銅礦床所在區(qū)域，區(qū)內(nèi)遙感蝕變信息由內(nèi)到外具鐵染-羥基蝕變分帶特征，多條斷層的下部礦體保存條件較好，侵入巖為二長花崗斑巖，巖體具有強(qiáng)鉀化、弱-中等硅化蝕變(張慶松等，2012)，礦床剝蝕較淺，蝕變信息的濃集中心是重要的找礦部位。

⑥號靶區(qū)：廳宮銅礦床所在區(qū)域，靶區(qū)范圍內(nèi)圍巖蝕變面積較大，剝蝕較淺，礦區(qū)圍巖蝕變帶內(nèi)遙感蝕變信息廣泛分布，受斷裂構(gòu)造控制明顯，已知礦床NE方向以及外接觸帶隱伏礦床(銅礦床和伴生礦床)的勘查仍具潛力。

⑦號靶區(qū)：位于廳宮礦床南部，近EW向與NNE向線性構(gòu)造交匯和線、弧構(gòu)造交匯處；巖漿巖為二長花崗斑巖和二長巖；兩類遙感蝕變信息疊合較好，類似廳宮礦床，異常呈NE向線狀展布于線性構(gòu)造兩側(cè)，明顯受線性構(gòu)造控制。

⑧號靶區(qū)：區(qū)內(nèi)有已知銅礦化點，韌-脆剪切帶穿過該靶區(qū)，與NNE向線性構(gòu)造交錯，蝕變信息與構(gòu)造交錯部位疊合較好；遙感蝕變信息分布在花崗閃長巖和黑云母二長花崗巖侵入接觸部位，形成內(nèi)部羥基、外部鐵染的分帶特征。

⑨號靶區(qū)：區(qū)內(nèi)已知銅礦化線索為渡布曲熱液型銅礦化點，近EW向韌脆剪切帶從靶區(qū)通過并與NW向斷層交匯，該區(qū)具M(jìn)o、Hg和Sb元素濃集中心(孔牧等，2007)。遙感蝕變信息分布較廣，鐵染蝕變信息具大面積片狀、環(huán)帶狀分布特點，遙感蝕變信息濃度分帶特征明顯，是今后找礦工作的重點區(qū)域。

⑩號靶區(qū)：位于帕谷熱液型銅多金屬礦化點周圍，巖體為黑云母二長花崗巖，近東西向韌-脆剪切帶延伸進(jìn)入靶區(qū)，蝕變信息受斷裂控制明顯；兩類遙感蝕變信息分別分布于兩側(cè)山腰，二級和三級蝕變分布。

圖7 遙感找礦預(yù)測圖Fig.7 Remote sensing based ore-prospecting prognosis1-線性構(gòu)造；2-環(huán)形構(gòu)造；3-鐵染蝕變范圍；4-羥基蝕變范圍；5-銅礦體平面投影；6-找礦靶區(qū)及編號；7-已知礦點和礦化點1-linear structure；2- circular structure；3-distribution of ferric alteration；4-distribution of hydroxyl alteration；5-plane projection of copper body；6-prospecting target areas and serial number；7- known mines and mineralization points

5 結(jié)論

本文通過特征波段間的二維散點圖分析發(fā)現(xiàn)，利用OLI2和OLI4提取鐵染蝕變信息時無地物端元的干擾信息，并且能表達(dá)地表含F(xiàn)e3+蝕變礦物信息；利用OLI6和OLI7主成分分析提取遙感羥基蝕變信息時，只有植被端元會造成干擾，通過NDVI能較好剔除植被影響。

整體上，研究區(qū)遙感蝕變信息形成“白容-崗講-渡布曲”、“沖江-帕古” NW向和“廳宮-渡布曲”NE向3條蝕變信息帶，顯示出區(qū)內(nèi)蝕變信息具集中、規(guī)?；l(fā)育和成帶分布的特點。最后，基于沖江、廳宮礦床控礦和成礦地質(zhì)特征分析，綜合多源信息，圈定了11個找礦靶區(qū)。

遙感數(shù)據(jù)綜合表達(dá)了復(fù)雜地物的光譜信息，本文初步探討了背景、干擾和異常的關(guān)系，把混合地物簡化為起主導(dǎo)性作用的單一地物端元，干擾端元和混合像元的簡化有可能掩蓋了部分微弱的蝕變信息，如何結(jié)合多種遙感技術(shù)較好的增強(qiáng)并提取弱蝕變信息，仍有待相關(guān)研究的逐步深入。

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Extraction of Remote Sensing Alteration Information and Prospecting Prediction of Chongjiang- Tinggong Porphyry Copper Deposit in Tibet

WANG Zi-yi1, ZHANG Ting-bin1,2,3, YI Gui-hua1, BIE Xiao-juan1, WANG Qi1, HE YI-xuan1

(1.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059; 2.KeyLaboratoryofGeoscienceSpatialInformationTechnology,MinistryofLandandResourcesoftheP.R.China,Chengdu,Sichuan610059; 3.TheEngineering&TechnicalCollegeofChengduUniversityofTechnology,Leshan,Sichuan614000)

The Chongjiang and Tinggong deposits are typical porphyry copper mines in Nyêmo county of Tibet. Their country rocks have been altered intensively and have various types. This work has analyzed the two-dimensional scatter diagram of spectra of this area, which are from Operational Land Imager of Landsat. It was noted that when extracting the information of ferric alteration, choosing OLI2 and OLI4 bands has no interference endmember. And when extracting the information of hydroxyl alteration, choosing OLI6 and OLI7 band has only the vegetation interference as the endmember. After elimination of the interference endmember, the principal component analysis method was used to extract the alteration information of country rocks in this region. Finally, combining the remote sensing alteration information and ore-controlling and mineralization characteristics of these two deposits, this work has delineated eleven targets for further prospecting.

remote sensing alteration, porphyry copper deposit,OLI, two - dimensional scatter diagram, prospecting prediction

2016-05-26；[修改日期]2016-10-30；[責(zé)任編輯]陳偉軍。

國家自然科學(xué)基金“西藏典型斑巖型銅礦床遙感蝕變信息重現(xiàn)性機(jī)理研究”(編號：41202233)；基礎(chǔ)性公益性地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查“岡底斯—喜馬拉雅銅礦資源基地調(diào)查項目”(編號：121201010000150014)資助。

汪子義(1989年-)，男，碩士研究生，主要從事遙感地質(zhì)研究。E-mail：763340359@qq.com。

張廷斌(1978年-)，男，博士，教授，主要從事遙感地質(zhì)、生態(tài)遙感研究。E-mail：zhangtb@cdut.edu.cn。

TP79

A

0495-5331(2016)06-1129-09