新疆彩霞山鉛鋅礦及外圍遙感蝕變信息提取及找礦應(yīng)用

涂其軍，高景剛，高云霞

(1.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，新疆 烏魯木齊 830000；2.長安大學(xué)，陜西 西安 710064)

遙感技術(shù)具宏觀性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)、快速、便于數(shù)據(jù)綜合分析的優(yōu)勢，在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查中廣泛應(yīng)用。隨著遙感成像機(jī)理研究不斷深入及計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的發(fā)展，可從遙感圖像中識別并提取蝕變信息，蝕變遙感異常信息作為一種新的、獨(dú)立的找礦標(biāo)志越來越受到關(guān)注，已成為遙感地質(zhì)應(yīng)用熱點(diǎn)之一。

近年來，國內(nèi)外發(fā)展了很多提取蝕變遙感異常信息的方法，并在不同地區(qū)成功提取了蝕變遙感異常信息。例如，戈茨就用短紅外波段的1.6 μm和2.2 μm兩波譜帶反射率的比值劃分蝕變巖和未蝕變巖[1]；Crosta和Loughin利用Landsat TM圖像數(shù)據(jù)圈定巴西等半干旱地區(qū)鐵染和泥化現(xiàn)象[2-3]；馬建文提出的TM“掩膜+主成份分析+分類識別”提取礦化信息[4]；張玉君等采用“比值+主成份分析”、光譜角法等提取基巖裸露區(qū)蝕變遙感異常信息[5]；王海平等采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法提取礦化蝕變信息等[6]。但因資源衛(wèi)星受大氣散射、拍攝季節(jié)、地形、土壤、植被等因素影響，為地質(zhì)應(yīng)用過程中的圖像分析、解譯帶來困難，為此應(yīng)合理地將遙感技術(shù)與地質(zhì)實(shí)踐結(jié)合起來，通過數(shù)字圖像處理對目標(biāo)地物進(jìn)行快速提取[7]。

以東天山地區(qū)唯一的大型鉛鋅礦化區(qū)為例，通過對礦化區(qū)成礦規(guī)律的認(rèn)識，典型地質(zhì)體及地物在不同波段的波譜特征分析研究，建立提取蝕變信息的遙感地質(zhì)模型，在該模型指導(dǎo)下完成彩霞山鉛鋅礦及外圍蝕變遙感異常信息提取。通過野外驗(yàn)證，蝕變遙感異常信息分布與已知礦化帶吻合度較好，證實(shí)該方法在東天山荒漠戈壁及同類地區(qū)可行。

1 礦化區(qū)地質(zhì)特征

礦化區(qū)位于阿其克庫都克區(qū)域性大型推覆斷裂與卡瓦布拉克斷裂之間夾持的中間地塊，即卡瓦布拉克地塊。區(qū)內(nèi)出露地層主要為青白口系卡瓦布拉克群，該群在區(qū)域上分為2個(gè)巖性段。第一段為礦區(qū)主要地層，分布在F2斷裂兩側(cè)，分為二層。以北為卡瓦布拉克群第一段第一層，主要由變質(zhì)含碳粉砂巖、黝簾絹云板巖、粉砂質(zhì)板巖及硅質(zhì)巖夾含石墨、透閃石化白云大理巖透鏡體等組成。鉛鋅礦體賦存于多期活化含微晶石墨白云大理巖層之中。斷裂南部為第二層，巖性以變質(zhì)石英砂巖、變質(zhì)粉砂巖為主，局部見微晶白云大理巖透鏡體，巖石普遍遭受糜棱巖化(圖1)。

區(qū)內(nèi)巖漿活動較強(qiáng)烈。侵入巖主要分布于礦區(qū)北部，為華力西中期石英閃長巖、閃長巖、閃長玢巖、石英二長巖、輝長巖等組成的復(fù)式巖體。該巖體與礦體在地表未顯示出直接的接觸關(guān)系，礦化帶主要沿巖體南緣展布，帶內(nèi)中-基性巖脈較發(fā)育。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，北部為阿其克庫都克區(qū)域性大斷裂，并伴隨次級斷裂或派生斷裂，大致可歸為3組：NEE向、NNE-NE向、NW向。其中，NE東向斷裂F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3走向與地層走向大致一致，為順層斷裂，兩側(cè)糜棱面理發(fā)育，糜棱面理走向與斷裂走向一致。由于擠壓應(yīng)力減弱，斷裂后期活動表現(xiàn)為左行走滑和脆性特征。斷裂帶內(nèi)較剛性的巖石(白云大理巖)呈碎裂角礫狀，形成了導(dǎo)礦和容礦空間。

圖1 彩霞山鉛鋅礦區(qū)地質(zhì)簡圖及構(gòu)造分區(qū)略圖Fig.1 Geological sketch and constructed subarea map in Caixiashan lead-zinc deposit

彩霞山鉛鋅礦床目前共圈出4個(gè)礦段，11個(gè)礦體和13個(gè)礦化體。礦體主要賦存于青白口系卡瓦布拉克群第一巖性段碎屑巖+碳酸鹽巖組合之中，受碳酸鹽巖和構(gòu)造破碎帶控制。礦體形態(tài)主要為脈狀、透鏡狀。

圍巖蝕變較發(fā)育，巖石呈碎裂狀，發(fā)育碳酸鹽化、黝簾石化、綠泥石化、黃鐵礦化、磁黃鐵礦化、透閃石化及絹云母化等。細(xì)脈、網(wǎng)脈狀碳酸鹽脈、石英脈充填于構(gòu)造裂隙中。各種礦化蝕變與礦體混合賦存，不存在分帶性。

2 地物波譜特征

據(jù)彩霞山鉛鋅礦及外圍主要巖類的分布，在ETM+圖像的對應(yīng)位置選取樣區(qū)，并進(jìn)行亮度值統(tǒng)計(jì)，參與統(tǒng)計(jì)的是經(jīng)過無損拉伸等預(yù)處理的除TM6外的6個(gè)波段數(shù)據(jù)。研究區(qū)內(nèi)像元亮度值統(tǒng)計(jì)選取的主要巖類有石炭系中基性火山巖、第四系砂礫層、第四系鹽漬地、石炭紀(jì)石英閃長巖、花崗閃長巖、青百口系第一巖性段變質(zhì)粉砂巖、第二巖性段石英砂巖等。礦區(qū)地表礦化蝕變以褐鐵礦化為主(圖1)??彭眀興,李玉林,王強(qiáng),等.新疆維吾爾自治區(qū)鄯善縣彩霞山鉛鋅礦床Ⅱ3號富礦體詳查報(bào)告,2005。通過對樣本數(shù)據(jù)最大值、最小值、均值、方差進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)不同巖類的波譜特征。

圖2 不同巖石在ETM+波段圖像的像元光譜均值曲線Fig.2 The pixels spectrum average value graph of different rocks In ETM+image of wave bands

由圖2可見，礦化區(qū)及外圍主要地質(zhì)體波譜曲線特征明顯，據(jù)形態(tài)可分為5組，即①曲線2，②曲線6，7，8，③曲線4，④曲線1，5，⑤曲線3。其中③曲線4是礦區(qū)蝕變巖，波譜特征曲線具雙峰現(xiàn)象，它由礦區(qū)蝕變帶中OH-對TM5波段強(qiáng)反射和TM7波段強(qiáng)吸收，以及Fe3+對TM3波段的強(qiáng)反射和TM1，TM2，TM4波段強(qiáng)吸收造成，是進(jìn)行蝕變巖信息提取的依據(jù)；②曲線6，7，8具TM5高于TM7的特征，故可能造成干擾異常；⑤曲線3為第四系鹽漬地及化學(xué)沉積，在TM5，TM7波段最低，可剔除其干擾；①曲線2是第四系洪積砂礫層，在各波段均具較高波譜值。

3 蝕變信息提取

3.1 蝕變信息提取模型

通過對研究區(qū)以往地質(zhì)資料的分析，結(jié)合野外實(shí)地工作，根據(jù)研究區(qū)所處的大地構(gòu)造位置、成礦地質(zhì)背景、巖漿活動、構(gòu)造特征及礦物組合的研究，總結(jié)礦床控礦要素。通過各地物在不同波段像元亮度值曲線分析，建立彩霞山礦區(qū)蝕變遙感異常信息提取模型(表1)。

表1 彩霞山鉛鋅礦遙感蝕變異常信息提取模型Table 1 The geologic model of extracting alteration remote sensing abnormal information in Caixiashan lead-zinc deposit

3.2 基于遙感地質(zhì)模型的蝕變信息提取

3.2.1 圖像處理及特征

蝕變巖遙感信息提取的前提是存在異常譜帶，同時(shí)有與其他地物區(qū)分的波譜特征，否則會出現(xiàn)大量干擾異常，影響找礦預(yù)測評價(jià)。目前，蝕變遙感異常信息提取常采用比值法、主成份分析、光譜角及各種方法的組合。根據(jù)研究區(qū)蝕變遙感異常信息提取模型，通過大量實(shí)驗(yàn)對比分析，采用效果較好的Crosta法提取蝕變遙感異常信息[2]。圖像處理以ENVI-4.1為平臺。遙感數(shù)據(jù)景號是139-31，采集時(shí)間為2000年10月23日。

由表2結(jié)果可見，PC4中特征向量載荷因子絕對值較大的是ETM+3和ETM+4，且兩者符號相反，而ETM+3的載荷因子最大，說明PC4信息基本來自ETM+3和ETM+4，PC4更能夠反映鐵染異常信息。該數(shù)據(jù)特征與礦化區(qū)成礦地質(zhì)特征及主要地物光譜特征吻合，具備了提取鐵染異常的地質(zhì)和物理基礎(chǔ)。

表2 彩霞山礦區(qū)ETM+1、3、4、5波段特征向量及特征值Table 2 The eigenvector and eigenvalues about ETM+1,3,4,5 images in in Caixiashan lead-zinc deposit

3.2.2 蝕變信息提取及效果分析

對經(jīng)ETM+1，3，4，5波段主成份分析獲取的PC4圖像取反，做域值處理分割。在異常分割中借助標(biāo)準(zhǔn)誤差б。首先對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，如果不服從正態(tài)分布，刪除最大值和最小值，獲取服從正態(tài)分布的樣本均值(X)，標(biāo)準(zhǔn)差(s)，利用(X+ks)作為異常下限和確定異常等級。通過對比分析，下限取X+0.8s，上限取X+1.6s時(shí)，蝕變異常信息的空間分布與已知礦化帶最吻合。將此區(qū)間信息以綠色表示，為去除零散分布的像元，采用5×5中值濾波，然后生成ROI文件，并將其疊加到ETM+7(R)、4(G)、1(B)彩色合成圖像上，蝕變遙感異常主要呈團(tuán)塊狀、條帶狀和散點(diǎn)狀形態(tài)，主要分布于NW向斷裂、韌性變形帶、巖體地層接觸界線處(圖3)。通過野外調(diào)查，研究區(qū)地表礦化蝕變帶呈NWW向延伸，地表巖石風(fēng)化面破碎強(qiáng)烈，蝕變巖以土黃色褐鐵礦化為主(圖4，5)，礦化帶與蝕變遙感異常信息吻合程度較好。

為驗(yàn)證礦區(qū)外蝕變信息異常的可靠性，通過在彩霞山鉛鋅礦區(qū)地質(zhì)路線調(diào)查成果顯示，從南到北，巖性分布依次為含碳粉砂巖、白云大理巖、褐鐵礦化蝕變巖和角巖。地質(zhì)路線北側(cè)的礦化蝕變分布與工作區(qū)新發(fā)現(xiàn)的Ⅴ礦化帶范圍基本一致。對于地質(zhì)路線西北側(cè)面積較大的異常，地表正好位于區(qū)域內(nèi)出露的石英閃長巖與正長花崗巖接觸部位，角巖化普遍發(fā)育，是非礦化異常，可能是“同譜異物”。

圖3 彩霞山礦區(qū)及外圍蝕變遙感異常信息分布圖Fig.3 Extracting alteration remote sensing abnormal information in Caixiashan lead-zinc deposit and periphery

圖4 Ⅲ礦化帶分布Fig.4Ⅲmineralization distributing

圖5 Ⅰ礦化帶分布Fig.5Ⅰmineralization distributing

4 結(jié)束語

遙感技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)對地觀測的最主要手段之一，已成為地質(zhì)找礦勘探的主要技術(shù)，是現(xiàn)代找礦技術(shù)的主流。但礦床的形成過程極其復(fù)雜，在目前露頭礦發(fā)現(xiàn)越來越少的情況下，僅靠傳統(tǒng)的地質(zhì)方法，或某種單一的技術(shù)進(jìn)行礦產(chǎn)勘查是不可取的。從本例的試驗(yàn)過程看，在蝕變信息提取過程中抓住地質(zhì)成礦與遙感技術(shù)二者的結(jié)合點(diǎn)。首先從區(qū)域成礦背景、礦區(qū)成礦地質(zhì)特征分析入手，總結(jié)成礦規(guī)律，然后總結(jié)地物在不同波段的波譜特征，建立提取蝕變信息的遙感地質(zhì)模型，在該模型的指導(dǎo)下，完成研究區(qū)蝕變遙感異常信息提取，合理地將遙感技術(shù)與地質(zhì)實(shí)踐結(jié)合起來。通過野外地質(zhì)路線調(diào)查，槽探揭露，發(fā)現(xiàn)蝕變遙感異常信息分布與已知礦化帶吻合度較好，證實(shí)該方法可行，為在同類地區(qū)開展蝕變遙感信息提取具借鑒意義。