高光譜遙感異常信息在阿爾金索拉克地區(qū)銅金礦找礦工作中的應(yīng)用

王茜， 任廣利

(1.中鐵干部管理培訓學院，咸陽 712000； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，西安 710054)

0 引言

高光譜遙感技術(shù)以其豐富的光譜波段、較高的空間分辨率的特點相繼被應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)、農(nóng)業(yè)、生態(tài)及環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域[1-2]。高光譜遙感在地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域應(yīng)用主要包括以下幾個方面： 礦物識別與填圖、巖性填圖、礦業(yè)環(huán)境監(jiān)測、礦山生態(tài)恢復和評價等[3-5]，尤其是近年來該技術(shù)體系在高寒山區(qū)的地質(zhì)調(diào)查和找礦勘探方面發(fā)揮了重要作用和取得良好的效果[6-12]。

阿爾金造山帶位于青藏高原北緣，是我國重要的Au，Cu，Pb，Zn多金屬成礦帶，目前已經(jīng)形成多個大、中型礦床發(fā)育的礦集區(qū)。阿爾金成礦帶內(nèi)許多重要礦床與巖漿作用關(guān)系密切，已發(fā)現(xiàn)的Au，Cu，F(xiàn)e，Pb，Zn等礦床多為巖漿作用、熱液作用的產(chǎn)物，其圍巖蝕變發(fā)育較好。然而，由于阿爾金地區(qū)為高寒山區(qū)，嚴重制約了區(qū)域地質(zhì)找礦工作。前人在該區(qū)通過高光譜遙感技術(shù)已取得較好的找礦效果[10-13]。本文以阿爾金索拉克地區(qū)金銅礦為研究區(qū)，利用CASI/SASI機載高光譜遙感數(shù)據(jù)和地面光譜測量對其蝕變信息進行了詳細剖析，構(gòu)建高光譜標志性蝕變礦物組合及遙感找礦模型，以期為該區(qū)快速識別找礦有利地區(qū)提供支撐。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景和礦區(qū)地質(zhì)特征

前人綜合區(qū)域地質(zhì)特征、地層學、巖石學、地球化學及年代學的研究結(jié)果，將阿爾金造山帶從北至南劃分為阿北地塊、紅柳溝—拉配泉蛇綠混雜巖帶、阿中地塊 (也稱米蘭河—金雁山地塊)和南阿爾金俯沖碰撞雜巖帶等4個構(gòu)造單元[14-18]。阿北地塊主要由太古宙麻粒巖相變質(zhì)的中酸性-基性火山巖系、具孔茲巖系特征的變質(zhì)巖系組成，包括斜長角閃巖、基性麻粒巖和長英質(zhì)片麻巖等[19]，其上不整合覆以中—新元古界薊縣系—青白口系地層[20]或南華系地層[21]。紅柳溝—拉配泉蛇綠混雜巖帶為早古生代蛇綠構(gòu)造混雜巖[16-18]，索拉克地區(qū)位于阿北地塊和紅柳溝—拉配泉蛇綠混雜巖帶結(jié)合部位。

索拉克地區(qū)出露地層為南華系索拉克組 (Nhs)，為一套淺變質(zhì)火山碎屑巖、火山巖、碎屑巖夾碳酸鹽巖建造，次為第四系(Q)。索拉克組地層普遍發(fā)生區(qū)域變質(zhì)，其變質(zhì)程度以淺變質(zhì)為主，達到綠片巖相。變質(zhì)礦物組合有綠泥石-方解石-綠簾石-黃鐵礦-鈉長石或絹云母-綠泥石-方解石-石英等組合。火山巖主要以南華系索拉克組 (Nhs)為主，可分為3個巖性段： 基性角礫熔巖段、破碎蝕變巖段和基性火山熔巖夾角礫熔巖段。侵入巖以中性及中酸性為主，有斜長花崗巖、閃長巖、石英閃長 (玢)巖等。其中，石英閃長巖體蝕變發(fā)育，見黃鐵礦化，少量孔雀石及黃銅礦[11, 22]。區(qū)域內(nèi)斷裂構(gòu)造以壓性或壓扭性逆斷層為主，均形成碎裂巖帶，沿走向呈負地貌，斷裂兩側(cè)發(fā)育片理化現(xiàn)象，其中F3,F4和F5是主要控礦斷層，對區(qū)內(nèi)銅金礦化及與銅金礦化有關(guān)的蝕變有明顯的控制作用。次級斷裂十分發(fā)育，產(chǎn)狀與主斷裂基本一致，長度數(shù)十米至數(shù)百米，形成寬0.1～0.5 m的破碎蝕變帶，沿斷層及節(jié)理裂隙黃鐵礦化蝕變強烈發(fā)育，并伴有銅礦化、硅化、綠泥石化、碳酸鹽化等，為主要賦礦構(gòu)造。礦區(qū)地質(zhì)圖如圖1所示。

1.第四系； 2.下二疊統(tǒng)英格布拉克組； 3.南華系索拉克組角礫熔巖； 4.南華系索拉克組破碎蝕變帶； 5.南華系索拉克組玄武巖； 6.閃長巖； 7.石英閃長巖； 8.石英閃長玢巖脈； 9.閃長玢巖脈； 10.英安玢巖脈； 11.花崗閃長斑巖； 12.斷層 (虛線為推測斷層)； 13.銅礦化蝕變帶

地球化學異常顯示Au，Ag，As，Sb，Cu，Pb，Zn，Mo，Sn元素含量高值區(qū)總體呈線狀分布在礦區(qū)中部F3，F(xiàn)4和F5斷層帶上，或分布于次一級小斷層上，遠離斷層出現(xiàn)低值區(qū)，含量高低起伏，近于平行線狀排列。Au，As，Cu，Mo異常沿破碎蝕變帶分布，且Cu，Mo元素高值與石英閃長 (玢)巖分布吻合； Pb，Zn，Ag在蝕變帶內(nèi)相對較富集，局部有較大面積高值區(qū)出現(xiàn)。元素組合以Au，As，Mo，Cu，Au，As，Zn，Ag元素較明顯，蝕變帶內(nèi)與成礦相關(guān)的中—高溫熱液活動具有與低溫熱液活動多次疊加的地球化學特征。

礦區(qū)銅金礦化蝕變破碎帶控制長度1.6 km，寬100～200 m，走向近EW向，傾向南，傾角60°～70°，主體受F3，F(xiàn)4和F5斷層控制。蝕變帶以黃鐵礦化、黃銅礦化(孔雀石化)為主，伴有金礦化。由3條礦脈(帶)組成。

礦石礦物見黃鐵礦、黃銅礦。氧化礦物以褐鐵礦為主，次為孔雀石、藍銅礦，呈微粒狀、似細脈狀、薄膜狀分布。黃鐵礦呈半自形—他形粒狀，以細脈狀分布為主。黃銅礦呈它形粒狀，局部呈團塊狀、脈狀，多與黃鐵礦共生。圍巖蝕變發(fā)育綠泥石化、硅化、絹云母化、碳酸鹽化 (方解石化)、綠簾石化，石膏化，局部見有鈉長石化、陽起石化、閃石化等。礦區(qū)內(nèi)金礦化產(chǎn)于蝕變石英閃長巖、破碎帶、碎裂蝕變安山質(zhì)角礫熔巖中，說明礦區(qū)的火山活動及后期的巖漿侵入活動，為礦區(qū)內(nèi)銅、金成礦提供物質(zhì)來源。索拉克銅金礦中金的含礦母巖為石英閃長巖，銅的含礦巖性為閃長玢巖。其金和銅平均含量分別為281 g/t和693.82 g/t，遠高于區(qū)域背景值，石英閃長巖中局部地段單獨形成銅金礦化體。銅金礦化屬產(chǎn)于次火山巖中的熱液型礦床。

2 數(shù)據(jù)源及其預處理

本次使用的CASI/SASI 機載成像光譜儀和地面光譜測量采用Field Spec Pro FR光譜儀，詳細參數(shù)見參考文獻[6]，通過機載成像光譜和地面光譜測量相結(jié)合的方法目的是為航空高光譜遙感數(shù)據(jù)解譯工作提供一定的光譜地面控制, 并為高光譜數(shù)據(jù)異常提取成果的質(zhì)量評價提供依據(jù)。

CASI/SASI 機載成像光譜數(shù)據(jù)獲取時間為2013年6—7月, 飛行時間為北京時間10： 00—15： 00; 考慮獲取數(shù)據(jù)的信噪比，要求天氣晴朗，云量低，能見度大于20 km； 飛行高度相對地面航高為1 500～2 000 m； 旁向重疊率為10%～15%。影像采用定位定向系統(tǒng)(positioning and orientation system，POS)+后差分全球定位系統(tǒng)(global positioning system，GPS)數(shù)據(jù)進行初步幾何糾正，采用高精度激光雷達數(shù)據(jù)進行正射校正 (數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)精度達厘米級)，誤差控制在2像元以內(nèi)。野外實地光譜測量, 探頭離地面約1.2 m，視場角選擇5°探頭，視場范圍約0.96 m2，與CASI/SASI數(shù)據(jù)的觀測尺度 (空間分布率)大致相當。

航空高光譜影像數(shù)據(jù)獲取后經(jīng)過數(shù)據(jù)預處理 (包括幾何糾正、輻射校正、大氣校正、噪聲及壞波段去除)、航帶和跨航帶照度調(diào)整和光譜重建，通過ENVI 平臺采用基于波譜沙漏工具的礦物識別方法進行分航帶礦物異常信息提取[22], 而后經(jīng)過圖像分析及圖像鑲嵌與地理編碼等過程，最終形成蝕變礦物分布圖。本次研究對絹云母、綠簾石、褐鐵礦、赤鐵礦和透閃石等多種蝕變礦物進行了異常信息的提取。

3 索拉克銅金礦礦石光譜特征

3.1 索拉克銅金礦光譜特征

CASI影像上索拉克礦區(qū)呈灰黑色色調(diào)，影紋較粗糙，線性構(gòu)造發(fā)育，以NW向、近EW向、NE向為主。蝕變礦物異常有褐鐵礦、透閃石、綠簾石、高鋁絹云母、中鋁絹云母、低鋁絹云母 (圖2)。異常多呈團塊狀、帶狀產(chǎn)出。受斷裂控制作用明顯，沿斷裂分布區(qū)域發(fā)育強高鋁絹云母、綠簾石異常等。

圖2 索拉克金銅礦區(qū)蝕變礦物分布

區(qū)內(nèi)銅礦化見于閃長玢巖的裂隙、破碎蝕變帶中 (圖3(a))，光譜測量顯示含孔雀石化石英閃長巖具較低光譜反射率特征(圖3(b))，具有600～1 000 nm處平坦的孔雀石Cu2+離子吸收峰、Fe3+吸收峰，2 350 nm處弱Al-OH，-OH和Mg-OH吸收峰等 (圖4(a))。區(qū)內(nèi)中基性火山巖有玄武巖、安山巖、英安質(zhì)凝灰?guī)r等，其表現(xiàn)出較為一致的特征峰，主要有600～800 nm，800～1 000 nm，1 000～1 200 nm處的Fe2+離子吸收峰，并在2 250 nm處和2 345 nm處具有Fe-OH和Mg-OH吸收峰，具有綠泥石化特征(圖4(b))。金銅礦化多位于石英閃長巖的硅化蝕變破碎帶中，其反射率較高，具有明顯的Fe3+和Fe2+吸收峰，黃鉀鐵礬吸收峰、蒙脫石類泥化吸收峰 (圖4(c))，個別樣品見Al-OH吸收峰，具絹云母化。區(qū)內(nèi)蝕變破碎帶Au平均品位為0.39 g/t(HL-017)，褐鐵礦化石英閃長巖 Au品位為0.34 g/t(HL-019)。對比圍巖樣品具有明顯的600～800 nm, 800～1 000 nm處Fe3+吸收峰，以及2 220 nm處的Al-OH吸收峰。

(a) 索拉克礦區(qū)破碎蝕變帶(b) 孔雀石化石英閃長巖

(a) 閃長玢巖(b) 中基性火山巖(c) 破碎帶

分析對比礦區(qū)內(nèi)不同地質(zhì)體的光譜曲線特征，礦物含量光譜解算結(jié)果，X射線衍射分析以及金礦化情況 (表1)，含金礦化樣品中發(fā)育有Fe3+特征峰，Al-OH特征峰和-OH特征峰，光譜解算顯示主要由褐鐵礦、黃鉀鐵礬、石膏、伊利石、蒙脫石、綠泥石等組成。X射線衍射礦物成分分析顯示具有石英、斜長石、黃鐵礦、黃鉀鐵礬、石膏、蒙脫石、伊利石、綠泥石等組成。區(qū)內(nèi)圍巖樣品其礦物成分除了繼承原巖的礦物成分 (石英、斜長石等)外，主要還有方解石、綠泥石、伊利石、石膏等蝕變礦物。對比金礦化樣品、圍巖樣品，認為金銅礦化樣品內(nèi)褐鐵礦、黃鉀鐵礬、含Al-OH礦物 (伊利石)相對含量較高，可以作為金銅礦化的有利找礦標志。因此，在異常查證過程中，褐鐵礦化 (黃鉀鐵礬、鈉鐵礬)+絹云母化 (伊利石化)可以作為金礦化找礦的標志性蝕變。

表1 索拉克銅金礦區(qū)不同地質(zhì)體礦物組成特征

3.2 研究區(qū)高光譜異常找礦標志

研究區(qū)隸屬于阿爾金北緣銅-鐵-金成礦帶，位于阿爾金北緣斷裂以南的早古生代火山-沉積巖區(qū)。其礦床類型以火山-沉積改造型、巖漿熱液型礦床為主[23]。在紅柳溝等地的蛇綠巖底部超鎂鐵巖中發(fā)現(xiàn)有鉻礦，在紅柳溝附近發(fā)現(xiàn)貝殼灘鎳礦，以及索拉克巖漿熱液型銅金礦。阿北地塊南部邊緣發(fā)育韌性剪切帶，已發(fā)現(xiàn)破碎蝕變巖-石英脈型金礦。本次典型礦床剖析索拉克熱液蝕變型金 (銅) 礦床。結(jié)合其高光譜蝕變礦物分布特征、地面光譜特征測量分析，以及蝕變礦物類型分析，總結(jié)其高光譜遙感找礦標志如表2所示。

表2 研究區(qū)銅金礦床高光譜遙感找礦標志

4 找礦預測區(qū)查證和圈定

4.1 馬特克薩依溝口西查證區(qū)

該區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育，蝕變礦物異常類型多樣，絹云母+褐鐵礦蝕變礦物組合發(fā)育。典型礦床剖析顯示該異常組合為金礦化的標志性蝕變礦物組合，且位于斷層交匯部位。巖性為索拉克組杏仁狀玄武巖，火山角礫巖、中酸性凝灰?guī)r為主，其次為因格布拉克組灰?guī)r、巖屑砂巖、石英砂巖等。北部見有強糜棱巖化的長城系其蓋布拉克巖群細砂巖、含碳質(zhì)粉砂巖夾薄層大理巖等。區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育包括NWW向、近EW向，以及后期NE向等 (圖5)。異常提取顯示該區(qū)發(fā)育有綠泥石、白云石、綠簾石、褐鐵礦、中鋁絹云母、低鋁絹云母、高鋁絹云母、透閃石、蛇紋石等，異常分布不均 (圖5)。綠泥石+綠簾石+透閃石+蛇紋石異常組合分布在南部索拉克組地層中硅質(zhì)巖及火山角礫巖中。中-高鋁絹云母+褐鐵礦異常組合主要分布在查證區(qū)北部，呈帶狀產(chǎn)出，明顯受斷層控制，且該區(qū)位于金化探異常區(qū)范圍。因此，在該區(qū)異常組合發(fā)育地段主要進行金礦化的查證工作。查證結(jié)果如下：

圖5 馬特克薩依溝口西查證區(qū)高光譜蝕變礦物異常分布

1)查證點DBK-025處分布有絹云母、褐鐵礦蝕變礦物異常。高鋁絹云母-低鋁絹云母具分帶特征。褐鐵礦異常與中-高鋁絹云母異常有較好的疊合性。查證顯示該點位于因格布拉克組碎屑巖與索拉克組硅質(zhì)巖的接觸部位，二者斷層接觸。異常形態(tài)呈NE向與該區(qū)硅質(zhì)碎裂巖相吻合。硅質(zhì)碎裂巖光譜曲線測量顯示，具有2 205 nm處Al-OH吸收峰，以及800～1 000 nm處的Fe3+吸收峰，與褐鐵礦化、中-高鋁絹云母異常相吻合，可見其褐鐵礦化和絹云母化異常由碎裂硅質(zhì)巖引起。

2)查證點DBK-027查證點異常類型為褐鐵礦+中-高鋁絹云母組合，近EW向線狀構(gòu)造發(fā)育，查證顯示該處為褐鐵礦化硅化破碎帶，寬3～5 m，走向約50°，圍巖為灰綠色綠泥石化、碳酸鹽化凝灰?guī)r，受斷層作用影響，巖石破碎強烈。褐鐵礦化硅質(zhì)碎裂巖光譜曲線發(fā)育Fe3+吸收峰和Al-OH吸收峰，表現(xiàn)出褐鐵礦化、絹云母化特征，與該處異常提取類型相吻合。硅化蝕變帶分析顯示其具有較好的Au元素異常，Au品位為0.22 g/t。褐鐵礦化硅化蝕變帶延伸較遠，出露較寬，具有較好的金找礦前景。

4.2 馬特克薩依溝查證區(qū)

區(qū)內(nèi)蝕變礦物異常發(fā)育，有方解石、綠泥石、白云石、綠簾石、褐鐵礦、低鋁絹云母、中鋁絹云母、高鋁絹云母、蛇紋石、透閃石 (圖6)。異常組合主要沿河溝兩側(cè)分布。呈NNE向、NE向產(chǎn)出，受區(qū)內(nèi)NE向構(gòu)造控制，其地層為索拉克組火山巖地層。河道南部異常組合呈NWW向，與區(qū)內(nèi)構(gòu)造向方位一致，該區(qū)地層為石炭系—二疊系因格布拉克組碎屑巖地層。區(qū)內(nèi)分布的透閃石、蛇紋石異常，主要為大理巖、超基性巖，驗證顯示此類高光譜異常提取準確度較低。

圖6 馬特克薩依溝查證區(qū)異常分布

該區(qū)南部發(fā)育NE向褐鐵礦化+綠簾石+綠泥石+低-中-高絹云母+透閃石異常組合，受NE向斷層控制，分帶明顯，以斷層為界，西北側(cè)為褐鐵礦+中鋁絹云母異常組合，東南側(cè)為綠泥石+綠簾石+低鋁絹云母+高鋁絹云母異常組合 (圖6)。查證顯示其巖性為灰紅色片理化、糜棱巖化凝灰?guī)r。兩側(cè)見灰綠色凝灰?guī)r、玄武巖 (圖7)。

1.凝灰?guī)r； 2.糜棱巖帶； 3.石英脈； 4.黃鉀鐵礬化蝕變帶； 5.鉀長花崗巖； 6.孔雀石化； 7.褐鐵礦化

查證顯示灰紅色糜棱巖化凝灰?guī)r中發(fā)育孔雀石化，孔雀石斷續(xù)出露，露頭延伸大于40 m； 并見有3條黃褐色黃鉀鐵礬化破碎蝕變帶(圖8)，蝕變帶寬約0.5～1.0 m，破碎強烈，近NS向展布?；瘜W分析顯示，孔雀石化樣品中發(fā)育較好的銅金礦化，Cu 揀塊樣品位為3.21%，Au刻槽樣品位為0.07 g/t。破碎蝕變帶樣品光譜曲線普遍具有2 207 nm和2 250 nm處Al-OH，F(xiàn)e-OH吸收峰，表現(xiàn)出絹云母化 (伊利石化)、黃鉀鐵礬化蝕變特征，這與X射線衍射礦物分析結(jié)果中含黃鉀鐵礬、伊利石、高嶺土一致 (表3)。在500～1 000 nm范圍內(nèi)具有Fe2+和Fe3+吸收峰，表現(xiàn)明顯的褐鐵礦化蝕變特征 (圖9(a))，衍射分析表明其石膏含量也較高，異常結(jié)果未顯示。而該區(qū)的凝灰?guī)r則變化較大，具有2 210 nm處Al-OH吸收峰，表現(xiàn)高嶺土化 (BK-33)，其中的石英脈見有碳酸鹽化 (BK-40)，另在BK-39糜棱巖化凝灰?guī)r樣品見有2 270 nm孔雀石吸收峰，并見有2 210 nm處Al-OH吸收峰 (圖9(b))。該區(qū)絹云母Al-OH吸收峰表現(xiàn)不同特征，可能與后期花崗巖的侵入有關(guān)[24-25]。查證點M-6位于查證區(qū)中部 (圖6)，位于NS向斷裂的延伸部位。位于灰綠色細粒閃長巖接觸帶上的一褐鐵礦化、硅化蝕變帶。發(fā)育強烈的褐鐵礦化蝕變、硅化蝕變，帶寬3～4 m，NS向延伸。對其褐鐵礦化石英脈取樣顯示其Au品位為0.14 g/t，該處受地表覆蓋的影響高光譜蝕變異常不發(fā)育。M-6查證點北部線性構(gòu)造發(fā)育、褐鐵礦+絹云母化發(fā)育，見有含黃鐵礦花崗巖，其內(nèi)部硅化強烈，見網(wǎng)脈狀褐鐵礦化石英脈，見有弱的金礦化。通過上述查證結(jié)果，區(qū)內(nèi)主要的蝕變礦物絹云母、褐鐵礦、綠泥石、綠簾石、白云石、方解石、伊利石的正確率較高，均達到了75%以上，蛇紋石、透閃石的識別效果相對較低。

圖8 DBK-044查證點破碎蝕變帶及銅礦化照片

表3 查證區(qū)樣品X射線衍射礦物組分分析

(a) 破碎蝕變帶(b) 糜棱巖化凝灰?guī)r

5 結(jié)論

1)通過索拉克銅金礦床的高光譜和蝕變礦物光譜測量，建立北阿爾金地區(qū)銅金礦床的高光譜遙感金礦找礦標志： 礦化體以發(fā)育褐鐵礦化+中(高)鋁絹云母化+伊利石化為特征，向外發(fā)育綠簾石化或綠泥石化，中心礦化部位受斷裂控制，線性構(gòu)造發(fā)育。地表多見硅化、黃鐵礦化、孔雀石化、黃鉀鐵礬化、絹云母化等找礦標志。

2)綜合區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)條件及高光譜遙感信息，北阿爾金地區(qū)碎裂花崗巖、閃長巖中的斷層破碎帶及接觸帶是成礦條件有利部位。