青海都蘭拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)遙感蝕變信息提取與成礦預(yù)測(cè)

吳明剛，馬文虎，馬占青，李明杰，徐洪朝

(1. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266100； 2. 煙臺(tái)黃金職業(yè)學(xué)院，山東 煙臺(tái) 265401； 3. 青海省柴達(dá)木盆地鹽湖資源勘探研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 格爾木 816099； 4. 青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 格爾木 816099)

0 前 言

在金、銅、鉛、鋅、鉬等多金屬礦床中，受斷裂和熱液活動(dòng)影響，黃鐵礦化、高嶺土化、綠泥石化和硅化等圍巖蝕變與成礦關(guān)系往往比較密切且是重要的找礦標(biāo)志[1-2]，其強(qiáng)弱程度和分布范圍對(duì)成礦預(yù)測(cè)具有較好的指示作用[3]。在自然界中，巖礦石對(duì)可見(jiàn)光和近紅外光的反射波譜特征受化學(xué)成分及礦物中典型離子影響明顯，利用Fe2+、Fe3+、OH-離子基團(tuán)和硅化蝕變礦物波譜曲線特征提取遙感影像中鐵染、羥基和硅化等蝕變信息進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)應(yīng)用較為廣泛且效果較好[4-5]，在西部海拔較高、勘探工程不易展開(kāi)且植被覆蓋率低的地區(qū)經(jīng)濟(jì)和適用效果更為顯著[6]。

拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)地處祁曼塔格-都蘭多金屬成礦帶、大海灘-什多龍多金屬成礦亞帶[7]，區(qū)內(nèi)北西向和北東向斷裂構(gòu)造發(fā)育，印支期和燕山期巖漿活動(dòng)頻繁，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)小型鉬礦床沙柳河南鉬礦床，找礦潛力較大，受海拔較高、地形切割強(qiáng)烈等條件限制，區(qū)內(nèi)地質(zhì)工作程度較低，地層劃分和成礦規(guī)律等資料較為匱乏，找礦工作進(jìn)展緩慢。近年來(lái)，隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步和遙感蝕變信息找礦理論的發(fā)展，為該區(qū)的遙感蝕變信息提取奠定了基礎(chǔ)，已有學(xué)者通過(guò)遙感影像提取區(qū)內(nèi)標(biāo)志性蝕變礦物褐鐵礦和絹云母進(jìn)行礦物填圖進(jìn)而指導(dǎo)找礦，取得一定的效果[8]。利用landsat8 OLI遙感數(shù)據(jù)，通過(guò)主成分分析法對(duì)拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)鐵染、羥基和硅化蝕變信息分別進(jìn)行提取、分級(jí)和分析，在圈定鐵染、羥基和硅化蝕變異常范圍基礎(chǔ)上，結(jié)合地質(zhì)基礎(chǔ)資料，在區(qū)內(nèi)圈定了成礦遠(yuǎn)景區(qū)，以期對(duì)該區(qū)多金屬礦產(chǎn)找礦工作提供參考。

1 拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)地質(zhì)概況

1.1 地層

區(qū)內(nèi)出露地層可見(jiàn)下元古界達(dá)肯大坂群、奧陶-志留系灘間山群、上三疊統(tǒng)鄂拉山組和第四系。其中達(dá)肯大坂群零星出露于研究區(qū)北部，為淺海—濱海相碎屑沉積并伴隨中基性火山噴發(fā)，巖性以下部片麻巖夾大理巖、斜長(zhǎng)角閃片巖、云母石英片巖和上部二云石英片巖、石英巖、長(zhǎng)石石英巖夾二云斜長(zhǎng)片麻巖為主；灘間山群主要分布于研究區(qū)中部，在南部及西南部零星出露，其上部為一套以大理巖為主的碳酸鹽巖石組合，原巖為灰?guī)r，而中下部為火山巖、片巖，片巖的原巖為泥砂質(zhì)砂巖、雜砂巖類；鄂拉山組主要分布與研究區(qū)東南部，主體為一套由火山碎屑巖和火山熔巖組成的火山地層，巖性以安山巖、英安巖和流紋巖為主；第四系主要在研究區(qū)北部和南部大面積分布，以沖積物、坡積物、殘積物及冰磧物和風(fēng)成物等為主。

1.2 構(gòu)造

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，多為區(qū)域性深大斷裂的次一級(jí)構(gòu)造，總體上可分為北西向和北東向2組，其中北西向斷裂在研究區(qū)西北部和西南部分布較為廣泛，走向315°～335°，延伸0.5～4 km不等；北東向斷裂構(gòu)造不發(fā)育，數(shù)量和規(guī)模均較少，區(qū)內(nèi)僅發(fā)現(xiàn)3條，延伸0.2～0.5 km。區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，僅灘間山群局部呈傾向南西的單斜構(gòu)造。

1.3 巖漿巖

區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，以印支期和燕山期侵入巖為主。印支期發(fā)育有花崗閃長(zhǎng)巖和石英閃長(zhǎng)巖，其中花崗閃長(zhǎng)巖在研究區(qū)中部大面積分布，礦物成分以斜長(zhǎng)石、普通角閃石和石英為主，其次為黑云母和鉀長(zhǎng)石；石英閃長(zhǎng)巖呈捕擄體零星出露，礦物成分以斜長(zhǎng)石、普通角閃石和石英為主。燕山期可見(jiàn)二長(zhǎng)花崗巖和花崗巖，二長(zhǎng)花崗巖分布面積也較廣，主要分布于研究區(qū)中部、西部和西南部的部分地段，礦物成分以鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和黑云母為主；花崗巖主要分布于研究區(qū)北部，總體呈北東向斷續(xù)展布，礦物成分以鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、石英和黑云母為主。

1.4 區(qū)內(nèi)典型礦床

拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)內(nèi)以小型鉬礦床沙柳河南鉬礦床最為典型，該礦床地表為第四系沉積物，深部鉬礦體多賦存于蝕變的燕山期二長(zhǎng)花崗巖內(nèi)，其含礦巖石和圍巖皆為蝕變二長(zhǎng)花崗巖，圍巖蝕變中鉀化、硅化、云英巖化和黃鐵礦化等與鉬礦化關(guān)系密切，且黏土化、絹云母化及綠泥石化等巖石蝕變現(xiàn)象發(fā)育[9]。

2 遙感數(shù)據(jù)處理

2.1 遙感數(shù)據(jù)來(lái)源

為使遙感影像數(shù)據(jù)符合要求，選取拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)4月份的遙感影像，該時(shí)間段內(nèi)植被稀疏，云量較少，有利于有效避免植被和云層對(duì)研究的影響。最終采用的是地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)2018年4月21日的landsat8 OLI遙感數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源(數(shù)據(jù)ID：LC81340352018111LGN00)，該數(shù)據(jù)云量6.14，含量少對(duì)研究基本無(wú)影響。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

利用遙感數(shù)據(jù)處理軟件ENVI 5.3對(duì)landsat8 OLI遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射定標(biāo)、FLAASH大氣校正、數(shù)據(jù)裁剪和歸一化等預(yù)處理(見(jiàn)圖1)，考慮到拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)4月份基本無(wú)植被覆蓋植被且水體較少，且歸一化植被指數(shù)(NDVI)[10]和歸一化差異水體指數(shù)(MNDWI)[11]處理結(jié)果均未顯示植被和水體信息，故本次數(shù)據(jù)預(yù)處理未提取植被和水體信息。

圖1 拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)真彩色遙感

考慮到拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)局部被冰雪覆蓋，利用常用的冰川自動(dòng)提取方法中的波段比值法OLI5∶OLI6進(jìn)行冰雪信息的提取并建立掩膜(見(jiàn)圖2)[12]。

圖2 拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)冰雪掩膜(黑色區(qū)域)

3 蝕變異常信息提取

3.1 鐵染蝕變信息提取

3.1.1 主成分分析

黃鐵礦、赤鐵礦和磁黃鐵礦等鐵染礦物波譜曲線(見(jiàn)圖3)顯示，受Fe2+、Fe3+離子基團(tuán)影響，鐵染礦物總體上在OLI2和OLI5波段表現(xiàn)為強(qiáng)吸收，在OLI4、OLI6和OLI7波段表現(xiàn)為強(qiáng)反射，即含有鐵染礦物的巖石，可使其在OLI2和OLI5波段圖像上亮度值降低，在OLI4、OLI6和OLI7波段圖像上亮度值呈現(xiàn)高值。根據(jù)鐵染礦物光譜特征曲線，選取OLI2、OLI4、OLI5和OLI6波段進(jìn)行主成分分析，其中為避免含羥基和碳酸根礦物的干擾，在波段選取時(shí)舍棄了OLI7波段。依據(jù)Crosta方法及其準(zhǔn)則，特征向量(見(jiàn)表1)中只有主成分PC4中OLI4波段和OLI2、OLI5波段特征向量值相反，且在OLI4波段無(wú)特征吸收呈高反射，在OLI2和OLI5波段有吸收峰呈高吸收，與鐵染礦物光譜特征一致，即主成分PC4集中了鐵染蝕變信息。

表1 OLI2、OLI4、OLI5、OLI6主成分分析特征向量

3.1.2 鐵染蝕變異常篩選

為進(jìn)一步提取主成分PC4影像中的鐵染蝕變異常信息，采取鐵染異常FCA(Ferric Contamination Anomaly)門限化進(jìn)行異常的等級(jí)劃分和密度渲染[11]，異常分級(jí)中利用數(shù)倍方差δ的方式進(jìn)行3個(gè)異常等級(jí)的劃分，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，主成分PC4遙感影像地物反射率最小值-0.084 040，最大值0.063 878，方差δ=0.006 050，根據(jù)FCA門限化分別以2.5δ、2δ和1.5δ確定鐵染一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)異常參數(shù)值，基于鐵染異常分級(jí)參數(shù)利用surfer軟件對(duì)主成分PC4遙感圖像進(jìn)行鐵染蝕變異常信息提取。

根據(jù)鐵染蝕變異常在區(qū)內(nèi)圈定鐵染蝕變異常區(qū)3個(gè)Fe1、Fe2和Fe3，3個(gè)異常區(qū)總體上呈北西向展布，與區(qū)內(nèi)主要斷裂構(gòu)造、山脈走向基本一致。其中Fe1異常區(qū)位于研究區(qū)東南，總體上面積較大且分帶明顯，北西方向延伸約4.18 km，寬約2.8 km，區(qū)內(nèi)巖性以燕山期二長(zhǎng)花崗巖、上三疊統(tǒng)鄂拉山組安山巖、英安巖和流紋巖為主。Fe2異常區(qū)位于研究區(qū)西部，異?？傮w上分布稍顯分散，但在花巖性分界處、中部地段有多處蝕變分帶明顯異常，北西向延伸約6.3 km，寬約2.9 km，巖性以印支期花崗閃長(zhǎng)巖為主，西北部分布有燕山期二長(zhǎng)花崗巖。Fe3異常區(qū)面積較小且分帶不明顯，但其異常分布較為集中，北西方向延伸約2.1 km，寬約1.2 km，巖性為燕山期二長(zhǎng)花崗巖。

3.2 羥基蝕變信息提取

3.2.1 主成分分析

高嶺石、石英絹云母片巖和綠泥石等羥基蝕變礦物和巖石波譜曲線顯示(見(jiàn)圖4)，受OH-基團(tuán)影響，羥基蝕變礦物和巖石總體上在1.4 μm處和OLI7波段處表現(xiàn)為強(qiáng)吸收，在OLI6波段均表現(xiàn)為強(qiáng)反射特征，在OLI2波段表現(xiàn)為反射特征，即含有羥基的礦物和巖石，可使其在OLI7波段圖像上亮度值降低，而在OLI7波段和OLI2波段圖像上亮度值呈現(xiàn)高值。根據(jù)羥基礦物和巖石光譜曲線特征，選取OLI2、OLI5、OLI6和OLI7波段進(jìn)行主成分分析。依據(jù)Crosta方法及其準(zhǔn)則，羥基蝕變礦物和巖石中，OLI7波段和OLI2、OLI6波段特征向量值系數(shù)相反，且OLI7波段特征向量值為負(fù)，特征向量(見(jiàn)表2)中只有主成分PC4取反滿足要求，故主成分PC4取反后可用于提取羥基蝕變信息。

表2 OLI2、OLI5、OLI6、OLI7主成分分析特征向量

3.2.2 羥基蝕變異常篩選

對(duì)主成分PC4影像取反后，采用羥基異常OHA(Hydroxyl Anomaly)門限化進(jìn)行異常的等級(jí)劃分和密度渲染[13]。異常分級(jí)中同樣利用數(shù)倍方差δ的方式進(jìn)行3個(gè)異常等級(jí)的劃分，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，主成分PC4取反后遙感影像地物反射率最小值-0.043 514，最大值0.055 642，方差δ=0.005 190，根據(jù)OHA門限化分別以3δ、2.5δ和2δ確定羥基一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)異常參數(shù)值，基于羥基異常分級(jí)參數(shù)利用surfer軟件對(duì)主成分PC4取反后的遙感圖像進(jìn)行羥基蝕變異常信息提取。

根據(jù)羥基蝕變異常在區(qū)內(nèi)圈定鐵染蝕變異常區(qū)5個(gè)OH1、OH2、OH3、OH4和OH5。其中OH1異常區(qū)位于研究區(qū)南部，分帶明顯且一級(jí)蝕變異常面積較大，總體上呈北東向展布，延伸約1.0 km，寬約0.6 km，區(qū)內(nèi)巖性為燕山期二長(zhǎng)花崗巖。OH2異常區(qū)位于研究區(qū)東南角，總體上呈南北方向展布，分帶明顯且一級(jí)蝕變異常面積較大，延伸約1.3 km，寬約0.6 km，巖性為三疊系鄂拉山組安山巖、英安巖和流紋巖。OH3異常區(qū)位于OH2異常北部，總體呈北西向展布，延伸約2.2 km，寬約0.9 km，巖性包括三疊系鄂拉山組、印支期石英閃長(zhǎng)巖和第四系。OH4異常區(qū)位于研究區(qū)中部偏東南，由2個(gè)異常組成，總體上延伸約1.6 km，寬約1.1 km，巖性為印支期花崗閃長(zhǎng)巖。OH5異常位于研究區(qū)中部偏西，總體上面積較小，主要分布在印支期花崗閃長(zhǎng)巖內(nèi)。OH6異常位于研究區(qū)西部，總體上面積較小，主要分布在燕山期二長(zhǎng)花崗巖和印支期花崗閃長(zhǎng)巖分界處。

3.3 硅化蝕變信息提取

3.3.1 主成分分析

石英、蛋白石和玉髓等常見(jiàn)硅化蝕變礦物波譜曲線顯示(見(jiàn)圖5)，受SiO2晶體結(jié)構(gòu)影響，硅化蝕變礦物在OLI5和OLI6波段表現(xiàn)為強(qiáng)反射，在OLI7波段表現(xiàn)為強(qiáng)吸收，即存在硅化蝕變的巖石，在OLI5和OLI6波段圖像上亮度值呈現(xiàn)高值，在OLI7波段圖像上亮度值降低。根據(jù)硅化蝕變礦物波譜曲線，選取OLI1、OLI5、OLI6和OLI7波段進(jìn)行主成分分析。依據(jù)硅化蝕變礦物波譜曲線特征，OLI7波段應(yīng)和OLI5、OLI6波段特征向量值系數(shù)相反，且OLI7波段特征向量值為負(fù)，特征向量(見(jiàn)表3)中只有主成分PC3取反滿足要求，故主成分PC3取反后可用于提取硅化蝕變信息。

表3 OLI1、OLI5、OLI6、OLI7主成分分析特征向量

3.3.2 硅化蝕變異常篩選

對(duì)主成分PC3影像取反后，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，主成分PC4取反后遙感影像地物反射率最小值-0.051 022，最大值0.074 410，方差δ=0.013 159，為突出異常，以3δ、2.5δ和2δ確定硅化一級(jí)、二級(jí)和三級(jí)異常參數(shù)值，利用surfer軟件對(duì)主成分PC3取反后的遙感圖像進(jìn)行硅化蝕變異常信息提取[6]。

根據(jù)硅化蝕變異常在區(qū)內(nèi)圈定硅化蝕變異常區(qū)4個(gè)Si1、Si2、Si3和Si4(見(jiàn)圖6)。其中Si1異常區(qū)位于研究區(qū)東南部，由三疊系鄂拉山組內(nèi)異常和燕山期二長(zhǎng)花崗巖內(nèi)異常組成，2個(gè)次級(jí)異?？傮w上呈北東向展布，異常面積較少。Si2異常位于Si1異常北部，異常延伸約0.8 km，寬約0.5 km，異常內(nèi)巖性為燕山期二長(zhǎng)花崗巖。Si3異常和Si4異常位于研究區(qū)西部，二者異常均較為集中且分帶明顯，總體上呈北西向展布，其中Si3異常北西向延伸約3.2 km，寬約1.6 km，異常內(nèi)巖性為印支期花崗閃長(zhǎng)巖；Si4異常北西向延伸約3.2 km，寬約1.7 km，異常區(qū)內(nèi)巖性均為印支期花崗閃長(zhǎng)巖。

4 遠(yuǎn)景區(qū)圈定

4.1 遠(yuǎn)景區(qū)圈定

根據(jù)鐵染蝕變、羥基蝕變和硅化蝕變異常分帶組合及分布特征，結(jié)合成礦地質(zhì)背景分析，在拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)共圈定5個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)(I1、I2、I3、I4和I5)(見(jiàn)圖6，表4)。成礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)鐵染蝕變異常、羥基蝕變異常和硅化蝕變異常有疊加重復(fù)現(xiàn)象，反映了較好的礦化蝕變特征，為礦床勘探找礦工作提供了有效參考，是找礦的重點(diǎn)區(qū)域。

1.第四系；2.三疊系鄂拉山組；3.奧陶-志留系灘間山群；4.下元古界達(dá)肯大坂群；5.燕山期鉀長(zhǎng)花崗巖；6.燕山期花崗巖；7.燕山期二長(zhǎng)花崗巖；8.印支期花崗閃長(zhǎng)巖；9.印支期石英閃長(zhǎng)巖；10.石英脈；11.花崗細(xì)晶巖脈；12.花崗斑巖脈；13.斜長(zhǎng)花崗斑巖脈；14.二長(zhǎng)花崗斑巖脈；15.鉀長(zhǎng)花崗巖脈；16.斷裂構(gòu)造；17.鐵染一級(jí)異常；18.鐵染二級(jí)異常；19.鐵染三級(jí)異常；20.羥基一級(jí)異常；21.羥基二級(jí)異常；22.羥基三級(jí)異常；23.硅化一級(jí)異常；24.硅化二級(jí)異常；25.硅化三級(jí)異常；26.鐵染蝕變異常及編號(hào)；27.羥基蝕變異常及編號(hào)；28.硅化蝕變異常及編號(hào)；29.成礦遠(yuǎn)景區(qū)及編號(hào)；30.發(fā)現(xiàn)礦(化)點(diǎn)及編號(hào)

表4 拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)成礦遠(yuǎn)景區(qū)特征

4.2 驗(yàn)證工作

在研究區(qū)中部開(kāi)展地質(zhì)踏勘工作，在I2遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉛鋅元素含量異常點(diǎn)Y1，巖性為蝕變花崗閃長(zhǎng)巖，含方鉛礦、閃鋅礦和褐鐵礦，經(jīng)測(cè)試平均w(Pb)為4.87%，w(Zn)為3.28%，達(dá)到工業(yè)品位，具有較好的找礦前景。在I3遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉬礦化點(diǎn)Y2，該點(diǎn)未見(jiàn)地表礦體，但可見(jiàn)輝鉬礦轉(zhuǎn)石，巖性為蝕變斑狀二長(zhǎng)花崗巖，礦石中礦石礦物以輝鉬礦和黃銅礦為主，脈石礦物以鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石和石英為主，其次為絹云母、高嶺土和綠泥石等，輝鉬礦呈半自形晶體彎曲的片狀、鱗片狀晶形，該點(diǎn)周圍斷裂較為發(fā)育，二長(zhǎng)花崗巖蝕變明顯，有利于成礦。驗(yàn)證結(jié)果顯示硅化蝕變和鐵染蝕變的組合信息、羥基蝕變和硅化蝕變組合信息均可有效指示成礦部位。

5 結(jié) 語(yǔ)

1)研究區(qū)拉克洼爾瑪一帶地處祁曼塔格-都蘭多金屬成礦帶，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越，找礦前景良好；該區(qū)海拔較高，地形切割強(qiáng)烈，且該區(qū)植被稀少且?guī)r石裸露，存在通過(guò)遙感蝕變信息提取進(jìn)而開(kāi)展成礦預(yù)測(cè)工作的基礎(chǔ)條件。

2)鐵染蝕變礦物、羥基蝕變礦物巖石以及硅化蝕變礦物反射率波譜曲線特征明顯，基于礦物或巖石在各波段反射特征，利用遙感影像數(shù)據(jù)提取鐵染蝕變、羥基蝕變和硅化蝕變信息進(jìn)而進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)切實(shí)可行，基于不同波段組合特征的主成分分析，共圈定鐵染蝕變異常區(qū)3個(gè)、羥基蝕變異常區(qū)5個(gè)、硅化蝕變異常區(qū)4個(gè)。

3)根據(jù)鐵染蝕變、羥基蝕變和硅化蝕變異常組合、分帶及分布特征，在拉克洼爾瑪?shù)貐^(qū)共圈定兩級(jí)9個(gè)成礦遠(yuǎn)景區(qū)，其中Ⅰ級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)含有2種遙感蝕變信息，是找礦的重點(diǎn)區(qū)域，Ⅱ級(jí)雖只含有單種遙感蝕變信息但其蝕變分帶明顯且異常較為集中，在找礦工作中應(yīng)引起足夠的重視。

4)在圈定的成礦遠(yuǎn)景區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)鉬、鉛鋅礦化點(diǎn)各1處，驗(yàn)證結(jié)果顯示鐵染、羥基和硅化蝕變信息對(duì)該區(qū)礦化蝕變尋找具有一定指示作用，對(duì)該區(qū)鉬等多金屬礦床找礦工作具有一定的借鑒意義。