坦桑尼亞穆索馬-馬拉綠巖帶型金礦遙感、物探、地質(zhì)綜合找礦研究

王明明，羅清威，張克川，李新超

(1.河南省有色金屬礦產(chǎn)探測(cè)工程技術(shù)研究中心，河南鄭州 450016；2.河南省有色金屬地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì)，河南鄭州 450018)

0 引言

近些年來(lái)，隨著遙感技術(shù)的迅速發(fā)展，其具有快捷、經(jīng)濟(jì)、易于數(shù)據(jù)綜合分析等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)地質(zhì)工作中(成功等，2016；趙玉梅等，2016；梁軍等，2017)。結(jié)合計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可從獲得的遙感影像中識(shí)別并提取不同巖石、礦物蝕變異常信息，為地質(zhì)找礦的前期工作圈定有利靶區(qū)(常睿春等，2012；陳富強(qiáng)等，2017；涂其軍等，2018；陳琪等，2021)。因此，利用遙感影像提取遙感蝕變異常信息來(lái)指導(dǎo)找礦已成為遙感地質(zhì)應(yīng)用的重要領(lǐng)域之一。

坦桑尼亞環(huán)維多利亞湖太古宙綠巖型金礦成礦帶是著名的金礦成礦帶之一，而位于其東部的穆索馬-馬拉綠巖帶是環(huán)維多利亞湖“八大”太古宙綠巖帶之一，該綠巖帶構(gòu)造發(fā)育，巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，具備良好的成礦條件。目前該綠巖帶已發(fā)現(xiàn)有馬拉、布亨巴、伊昆古等大中型金礦床，這些金礦床的成礦類型和成礦地質(zhì)條件大致相似，均為剪切帶或構(gòu)造破碎帶控制的構(gòu)造蝕變巖型金礦，其礦化蝕變特征主要為黃鐵礦化、褐鐵礦化及硅化等，次為綠泥石化、絹云母化及碳酸鹽化等(崔小軍等，2014；王建光等，2017；楊友等，2017；李俊生等，2018)。

本文以PL7233金礦權(quán)區(qū)為例，通過(guò)對(duì)獲取的遙感影像采用掩膜技術(shù)剔除水體、植被等干擾信息提取有用的礦化蝕變異常信息(陳三明等，2010；錢(qián)建平等2014；穆媛芮等，2017；梁棪先等，2020)，圈定有利找礦靶區(qū)，并結(jié)合地質(zhì)資料、物探等手段進(jìn)行綜合分析研究，再對(duì)圈定的有利靶區(qū)利用山地工程(探槽、鉆探)進(jìn)行異常成果查證，取得了較好的找礦成果。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

穆索馬-馬拉綠巖型金礦成礦帶位于坦桑尼亞環(huán)維多利亞湖金礦成礦區(qū)東部，該綠巖帶主要由太古界尼安薩群、元古界布科班群、新生界新近系和第四系組成，其地層為花崗巖-綠巖體，下部為太古界尼安薩群，上部為元古界布科班群的碎屑沉積巖所覆蓋，呈不整合接觸。巖性主要以長(zhǎng)英質(zhì)、鐵鎂質(zhì)火山巖及BIF等為主，夾有少量凝灰?guī)r和變火山巖。其中太古界尼安薩群為金礦(化)體主要賦存層位。區(qū)域構(gòu)造主要為近EW、NE和NW向的3組近平行剪切構(gòu)造帶組成，其延伸長(zhǎng)度超過(guò)200 km，貫穿整個(gè)穆索馬-馬拉綠巖帶。此外，區(qū)內(nèi)次生褶皺、斷裂帶和剪切帶等不同類型、不同規(guī)模的構(gòu)造較為發(fā)育，局部地層遭受強(qiáng)烈變質(zhì)變形作用，這些強(qiáng)烈的變質(zhì)變形構(gòu)造活動(dòng)為區(qū)內(nèi)金礦床的形成的有利的成礦地質(zhì)環(huán)境(羅清威等，2019)。

研究區(qū)位于穆索馬-馬拉綠巖帶東部，區(qū)內(nèi)出露的地層有太古界尼安薩群、新生界新近系和第四系(見(jiàn)圖1)。其中太古界尼安薩群主要分布在北部和中西部，巖性為斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片麻巖、黑云斜長(zhǎng)片麻巖和花崗片麻巖等；新近系主要分布在東部，巖性為粗面巖；第四系分布在西南部、南部和北東部，多為片麻巖、粗面巖等殘積物及沖-洪積物等。地層總體走向?yàn)镹E-NEE向，南傾，傾角為50°～70°(羅清威等，2019)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置及地質(zhì)圖

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要為NE、NW和近EW向，其中NW、NWW向剪切構(gòu)造為主要的控礦構(gòu)造，剪切構(gòu)造帶發(fā)育在片麻巖系中，巖石多見(jiàn)硅化、褐鐵礦化、鐵染等蝕變，在構(gòu)造帶兩側(cè)的巖石中可見(jiàn)碎裂結(jié)構(gòu)、角礫狀構(gòu)造及網(wǎng)脈狀構(gòu)造等。

區(qū)內(nèi)分布有少量正長(zhǎng)斑巖脈、石英脈及輝綠巖脈等。

1.2 礦床地質(zhì)特征

研究區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)一條金礦(化)體K1，該金礦(化)體由剪切構(gòu)造帶控制，鉆孔中可見(jiàn)蝕變輝綠巖脈穿插其中。礦(化)體控制長(zhǎng)約550 m，賦存標(biāo)高1127～1326 m，控制斜深約130 m。

礦體產(chǎn)狀與Fb1構(gòu)造蝕變帶基本一致，金品位1.00×10-6～38.85×10-6，平均品位8.69×10-6，品位變化系數(shù)為2.67；厚度為3.68～5.76 m，平均厚度4.75 m。此外，區(qū)內(nèi)還揭露有Au2、Au3金礦(化)體，金品位0.53×10-6～1.04×10-6，平均厚度1.78 m。金礦(化)體形態(tài)較簡(jiǎn)單，整體呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)于構(gòu)造帶中，礦(化)體圍巖蝕變主要有硅化、綠泥石化、絹云母化等，金屬礦化主要有黃鐵礦化、磁黃鐵礦化、褐鐵礦化等，其中硅化、綠泥石化、黃鐵礦化、褐鐵礦化與金礦化的關(guān)系較為密切(李水平等，2016)。

1.3 礦床成因類型分析

根據(jù)環(huán)維多利亞湖東部綠巖帶型金礦床成礦規(guī)律和成礦模式，結(jié)合研究區(qū)的礦床地質(zhì)特征等，初步分析認(rèn)為研究區(qū)內(nèi)金礦床為受剪切構(gòu)造帶控制的構(gòu)造蝕變巖型金礦床。

現(xiàn)有資料表明，太古界尼安薩群地層中的超鎂鐵質(zhì)、鎂鐵質(zhì)火山巖的原始含金量偏高，為礦床的形成提供了天然礦源層。此外，當(dāng)來(lái)自后期的中酸性侵入體攜帶的成礦流體在上升過(guò)程中穿過(guò)這套綠巖帶地層時(shí)，成礦流體與圍巖相互作用形成了Eh值較低且富硫的礦源體。區(qū)域上的剪切構(gòu)造帶及次級(jí)斷裂、褶皺為成礦流體提供了通道和富集空間，在特定的溫度和壓力環(huán)境下，成礦物質(zhì)發(fā)生沉淀后形成礦(化)體，而后期熱液活動(dòng)可能使成礦物質(zhì)進(jìn)一步富集，使得區(qū)內(nèi)礦(化)體在時(shí)間尺度上具有多期次、多階段的成礦特點(diǎn)(崔小軍等，2015；孫宏偉等，2015；張耀等，2017；李俊生等，2018)。

2 Crosta方法基于TM數(shù)據(jù)蝕變信息提取

目前，在遙感地質(zhì)中常用的蝕變異常信息提取方法主要有波段比值法、LS-Fit法、Crosta法及匹配濾波法等。Crosta法具有無(wú)需實(shí)測(cè)光譜，效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，且經(jīng)過(guò)Crosta技術(shù)處理后的TM/ETM和ASTER等遙感影像具備較好的找礦指示能力(彭光雄等，2013)。因此，Crosta法是目前遙感礦化蝕變異常信息提取應(yīng)用最主要的方法(薛曉剛，2009；鄧會(huì)娟等，2014；汪子義等，2016；趙玉梅等，2016)。

2.1 遙感數(shù)據(jù)源選取

根據(jù)研究區(qū)植被、地表水體、降雨及地形等特征(汪樹(shù)棟等，2014)，本次選取坦桑尼亞旱季的Landsat-5遙感影像(TM數(shù)據(jù))，日期為2016年10月28號(hào)，軌道號(hào)為170/061。

2.2 遙感影像預(yù)處理

研究區(qū)位于坦桑尼亞?wèn)|北部，區(qū)內(nèi)植被較為發(fā)育，地表水體多為季節(jié)性沖溝。為了盡量減少蝕變異常信息提取時(shí)干擾因素的影響，本次對(duì)選取的遙感影像通過(guò)ENVI5.3平臺(tái)進(jìn)行一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理操作過(guò)程，具體見(jiàn)圖2。

圖2 遙感影像數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖

2.3 遙感礦化蝕變信息提取

利用Crosta法對(duì)預(yù)處理后的TM數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。該方法是通過(guò)選取第1、3、4、5波段組合利用主成分分析法(PCA)提取鐵染蝕變異常信息，其特征向量矩陣見(jiàn)表1；選取第1、4、5、7波段組合利用主成分分析法提取羥基蝕變異常信息(于彩虹等，2015；梁軍等，2017；趙慧童和王萍，2017)，其特征向量矩陣見(jiàn)表2。

從表1可以看出，在PC4分量中TM3系數(shù)與TM1及TM4系數(shù)符號(hào)相反，且與TM5系數(shù)符號(hào)相同。根據(jù)代表鐵染物主分量的判斷準(zhǔn)則(張玉君等，2003)，選擇PC4分量作為鐵染蝕變異常信息提取的主分量。

表1 TM 1、3、4、5波段PCA特征向量矩陣

表2 TM 1、4、5、7波段PCA特征向量矩陣

從表2可以看出，在PC4分量中TM5系數(shù)與TM4及TM7系數(shù)符號(hào)相反，且與TM1系數(shù)符號(hào)相同。根據(jù)代表羥基化物主分量的判斷準(zhǔn)則(張玉君等，2003)，選擇PC4分量作為羥基蝕變異常信息提取的主分量。

主分量門(mén)限化技術(shù)是以PCA法得到的主分量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用標(biāo)準(zhǔn)離差對(duì)蝕變異常強(qiáng)弱進(jìn)行量化分級(jí)。該技術(shù)是把圖像灰度均值(X)作為背景值，以標(biāo)準(zhǔn)離差(σ)作為量化尺度，用標(biāo)準(zhǔn)離差倍數(shù)作為閾值，即利用公式(X+kσ)對(duì)各級(jí)異常進(jìn)行等級(jí)劃分，其中k值一般取1.0～3.0(錢(qián)建平等，2013；吳繼煒，2015)。通過(guò)ENVI5.3平臺(tái)的Compute Statistics功能得到各異常蝕變主分量的基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表3。

表3 各異常蝕變主分量的基本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

其中，無(wú)異常為最小值x+2σ，一級(jí)異常為(x+2σ)～(x+2.5σ)，二級(jí)異常為(x+2.5σ)～(x+3σ)，三級(jí)異常為x+3σ最大值，其蝕變異常等級(jí)劃分結(jié)果見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 研究區(qū)鐵染蝕變異常信息提取結(jié)果

圖4 研究區(qū)羥基蝕變異常信息提取結(jié)果

通過(guò)與鄰近的馬拉金礦對(duì)比可以看出，研究區(qū)共圈定4處鐵染蝕變異常區(qū)，3處羥基蝕變異常區(qū)，其中位于研究區(qū)西北部的Ⅰ號(hào)鐵染蝕變異常與Ⅰ號(hào)羥基蝕變異常基本重合，該區(qū)域?yàn)橹攸c(diǎn)找礦靶區(qū)。

3 物探方法及裝置

為了進(jìn)一步縮小找礦靶區(qū)，查證遙感影像蝕變異常信息，對(duì)異常區(qū)域的找礦潛力作出評(píng)價(jià)，對(duì)研究區(qū)內(nèi)遙感影像蝕變異常圈定的找礦靶區(qū)開(kāi)展物探測(cè)量工作。

3.1 方法選擇及裝置設(shè)置

現(xiàn)有資料表明，在合適的地電條件下，時(shí)間域激發(fā)極化法可以作為異常查證方法進(jìn)行金礦(體)勘查(彭俊等，2017；李水平等，2019)。本次物探工作選擇激電中梯剖面與激電測(cè)深工作對(duì)異常區(qū)進(jìn)行剖析，了解其水平展布方向及垂向延深情況。

激電中梯剖面工作采用時(shí)間域激發(fā)極化法，工作裝置為中間梯度裝置，供電設(shè)備為重慶奔騰WDZF-5型激電發(fā)射系統(tǒng)，接收機(jī)為WDJS-2數(shù)字直流激電接收機(jī)，選擇供電周期16 s，延時(shí)150 ms，基本積分間隔40 ms，采用雙向短脈沖供電模式，占空比1:1，觀測(cè)參數(shù)I、△U、ηs。

激電測(cè)深工作采用時(shí)間域激發(fā)極化法，工作裝置為對(duì)稱四極裝置，供電設(shè)備為重慶奔騰WDFZ-5型激電發(fā)射系統(tǒng)，接收機(jī)為WDJS-2數(shù)字直流激電接收機(jī)，選擇供電周期16 s，延時(shí)150 ms，基本積分間隔40 ms，采用雙向短脈沖供電模式，占空比1:1，觀測(cè)參數(shù)I、△U、ηs。其中，激電測(cè)深工作電極距離排列表見(jiàn)表4。

表4 激電測(cè)深工作電極距離排列表(m)

3.2 物探數(shù)據(jù)處理及資料解譯驗(yàn)證

3.2.1 研究區(qū)巖(礦)石標(biāo)本物性特征

根據(jù)不同巖石及礦化蝕變會(huì)導(dǎo)致巖石電性參數(shù)等物理性質(zhì)存在差異的原理(張同中等，2010)，首先對(duì)區(qū)內(nèi)常見(jiàn)的巖(礦)石電性參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量統(tǒng)計(jì)，詳見(jiàn)表5。

表5 研究區(qū)巖(礦)石電性參數(shù)特征統(tǒng)計(jì)表

從表5的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，構(gòu)造蝕變極化率最高，電阻率最低；粗面巖電阻率最高，極化率次之；石英脈、輝綠巖等電阻率較高，極化率最低。表明構(gòu)造蝕變巖具有“低阻、高極化”特征，即研究區(qū)內(nèi)的構(gòu)造蝕變帶與圍巖之間存在明顯的電性參數(shù)差異，為在研究區(qū)開(kāi)展激發(fā)極化法提供了工作前提，利用該方法可以探尋有利成礦位置，圈定目標(biāo)靶區(qū)。

3.2.2 成果解譯驗(yàn)證

結(jié)合地質(zhì)資料及取得的成果，在認(rèn)為成礦有利部位布設(shè)物探剖面，開(kāi)展了物探工作，通過(guò)后期鉆孔驗(yàn)證情況來(lái)看，選擇的物探方法對(duì)深部礦體有較好的反映，具有很好的指示意義。

激電中梯剖面顯示，視極化率曲線南端較平緩，異常較弱，對(duì)應(yīng)為粗面巖區(qū)，在構(gòu)造蝕變帶南側(cè)視極化率有相對(duì)較強(qiáng)異常顯示，極值為1.15%。而電阻率在構(gòu)造蝕變帶兩端為高阻，中間為低阻異常。根據(jù)激電中梯剖面異常特征，布設(shè)了12個(gè)激電測(cè)深點(diǎn)，其視電阻率特征表現(xiàn)為淺層呈現(xiàn)低阻異常，在04～08號(hào)點(diǎn)深部存在高阻異常，在16～28號(hào)點(diǎn)處存在低阻異常帶，且一直向下延深，異常形態(tài)向南傾斜，推測(cè)與構(gòu)造蝕變帶有關(guān)；視極化率在20～36號(hào)點(diǎn)間存在一相對(duì)高極化異常體，隨極距增大異常相對(duì)封閉，極化體形態(tài)向南傾斜，以20號(hào)點(diǎn)為界，南側(cè)視極化率值明顯高于北側(cè)，形成相對(duì)較高極化率異常，這與視電阻率低阻異常推斷的構(gòu)造蝕變帶基本吻合，其后期鉆孔驗(yàn)證成果見(jiàn)圖5。

圖5 研究區(qū)典型地物綜合剖面圖

4 找礦標(biāo)志及找礦前景

4.1 研究區(qū)找礦標(biāo)志

(1)地質(zhì)找礦標(biāo)志

研究區(qū)金礦(化)體賦存在太古界尼安薩群的片麻巖、片巖中，且含礦性與圍巖成分有一定的關(guān)系，出現(xiàn)蝕變輝綠巖對(duì)成礦最有利。金礦(化)體均嚴(yán)格受剪切構(gòu)造帶控制，剪切構(gòu)造帶即為礦體賦存空間，是較為直接的找礦標(biāo)志，特別是在次級(jí)斷裂構(gòu)造密集發(fā)育、交匯或復(fù)合部位。構(gòu)造蝕變帶具有明顯的礦化蝕變特征，綜合分析認(rèn)為硅化、黃鐵礦化、褐鐵礦化、綠泥石化與金礦化關(guān)系最為密切。此外，地表褐鐵礦化及硅化蝕變的存在也是較好的找礦標(biāo)志。

(2)遙感解譯蝕變標(biāo)志

對(duì)獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，利用Crosta法可有效提取蝕變異常信息，研究區(qū)內(nèi)共圈定4處鐵染異常蝕變、3處羥基異常蝕變，均呈線狀、面狀展布，其中Ⅰ號(hào)鐵染蝕變異常與Ⅰ號(hào)羥基蝕變異?；局睾?，呈線狀分布，表現(xiàn)出“弱鐵染蝕變異常+強(qiáng)羥基蝕變異常”模式。通過(guò)已有地質(zhì)資料和已知礦(化)點(diǎn)對(duì)比研究，證實(shí)遙感蝕變異常信息可以作為找礦預(yù)測(cè)的標(biāo)志。

(3)地球物理異常標(biāo)志

研究區(qū)內(nèi)金礦(化)體與圍巖相比，表現(xiàn)為“低阻、相對(duì)高極化”的異常特征。因此，針對(duì)性地利用時(shí)間域激發(fā)極化法可以幫助查明金礦(化)體的展布及延深情況，以指導(dǎo)后期鉆孔施工。

(4)其他標(biāo)志

研究?jī)?nèi)或附近的民采坑、豎井等采礦活動(dòng)。

4.2 研究區(qū)找礦前景分析

實(shí)踐證明，大多數(shù)情況下受剪切構(gòu)造帶控制的金礦床特征表現(xiàn)為大斷裂成大礦，小斷裂只能形成中、小型礦床(點(diǎn))，特別是特大型金礦床往往位于區(qū)域構(gòu)造系的復(fù)合交叉及轉(zhuǎn)折部位(劉軍和朱谷昌，2012)。穆索馬-馬拉綠巖帶中產(chǎn)出的眾多金礦床多成群、成帶出現(xiàn)，且其控礦和容礦構(gòu)造均為剪切構(gòu)造帶，較好地反映了地殼深部的構(gòu)造活動(dòng)(司建濤等，2017；王建光等，2017；楊友等，2017)。研究區(qū)金礦床類型為受剪切構(gòu)造帶控制的構(gòu)造蝕變巖型金礦，目前已發(fā)現(xiàn)并初步控制的K1金礦(化)體賦存于NWW向的斷裂構(gòu)造蝕變帶中。且現(xiàn)有資料表明，K1金礦(化)體南側(cè)存在一條全隱伏的推測(cè)構(gòu)造蝕變帶，其具有相似的成礦條件，結(jié)合已有資料和構(gòu)造蝕變巖型金礦床特征，認(rèn)為該推測(cè)構(gòu)造蝕變帶具有較大的成礦潛力。因此，研究區(qū)找礦勘查應(yīng)在點(diǎn)上有所突破的情況下，根據(jù)有效勘查手段圈定的異常區(qū)，進(jìn)一步查明對(duì)成礦有利的構(gòu)造體系，以擴(kuò)大找礦成果。

5 結(jié)論

(1)利用獲得的遙感影像，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行了礦化蝕變異常信息提取，圈定了4處鐵染蝕變異常、3處羥基蝕變異常，其中“弱鐵染蝕變異常+強(qiáng)羥基蝕變異常”模式具有很好的找礦指示意義。

(2)通過(guò)后期鉆孔施工驗(yàn)證，分析認(rèn)為研究區(qū)金礦(化)體具有“低阻、相對(duì)高極化”異常特征，其中低電阻率推測(cè)與構(gòu)造破碎帶有關(guān)，高極化率推測(cè)是由黃鐵礦等金屬硫化物所引起，且礦(化)體的含金性與視電阻率、視極化率的高低具有一定的相關(guān)性。因此，“低阻、相對(duì)高極化”激電異常體為成礦有利部位。

(3)研究區(qū)金礦床類型是受剪切帶控制的構(gòu)造蝕變巖型金礦。根據(jù)構(gòu)造蝕變巖型金礦類型特征，結(jié)合區(qū)內(nèi)已有資料表明，研究區(qū)具有良好的找礦前景，特別是剪切帶的轉(zhuǎn)折部位及次級(jí)斷裂分支交叉復(fù)合部位，是將來(lái)擴(kuò)大找礦成果的一個(gè)重要方向。