新疆謝米斯臺地區小巖體型礦化遙感探測

尹 芳, 劉 磊, 張繼榮, 周 軍

1)長安大學地球科學與資源學院, 陜西西安 710054; 2)蘭州金石開礦產咨詢服務有限責任公司, 甘肅蘭州 730030

新疆謝米斯臺地區小巖體型礦化遙感探測

尹 芳1), 劉 磊1, 2), 張繼榮1), 周 軍1, 2)

1)長安大學地球科學與資源學院, 陜西西安 710054; 2)蘭州金石開礦產咨詢服務有限責任公司, 甘肅蘭州 730030

中酸性小巖體易被地質填圖遺漏, 嚴重制約了該類型礦化的發現。在新疆西準噶爾謝米斯臺地區找礦工作中, 首先利用ETM+數據進行小巖體掃面, 進而選取重點區采用ETM+和中巴資源衛星02B HR數據進行分辨率融合后解譯、識別中酸性小巖體, 并利用主成分分析法提取蝕變遙感異常, 結合地質、化探信息綜合分析后確定重點檢查區域。利用此方法共解譯出14個鉀質花崗巖和3個黑云母花崗巖小巖體, 這些小巖體大多被野外檢查所證實。經野外檢查發現了5處銅、金礦化點, 證實了該方法的有效性。本研究中采用的方法可以為西部地區地質填圖和中酸性小巖體型礦產資源勘查提供借鑒。

謝米斯臺; ETM+; 中巴資源衛星02B星; 中酸性小巖體

遙感技術已被廣泛應用于巖性識別和找礦工作中, 不同巖石和礦物在可見光-短波紅外區間存在的波譜特征差異為這些研究提供了理論基礎(Hunt, 1977; 呂鳳軍等, 2009)。可見光波段光譜特征主要為金屬離子遷移造成, 短波紅外波段可探測碳酸鹽巖、水合物和含羥基礦物(Hunt, 1977)。TM、ETM+數據為地質礦產應用最普遍的遙感數據源, 已經取得了很多有意義的成果(張玉君等, 2003; 周軍等, 2005;王海平等, 2005; 施煒等, 2007; 楊建民等, 2007; 顏蕊等, 2009; Liu et al., 2011)。近年來, 高分辨率遙感數據如Quickbird、Worldview-II等已被用于巖性識別或災害評價研究(Lin et al., 2008; 張瑞絲等, 2012)。

中酸性小巖體雖然巖體規模較小, 但在熱侵入巖漿巖體的內部及附近的圍巖中常形成與巖漿巖體有關的大型、超大型礦床(湯中立等, 2006), 已成為找礦工作的一個重點方向。含礦中酸性小巖體的出露面積多小于 1 km2(張洪濤等, 2004; 湯中立等, 2006), 易被野外工作所遺漏, 嚴重制約了該類型礦化的發現。利用遙感技術尋找中酸性小巖體型礦床具有廣闊的前景和實際意義。

因此, 本文以新疆西準噶爾謝米斯臺地區為研究區, 利用多種遙感數據源和圖像處理方法, 探索中酸性小巖體型礦化的遙感探測方法, 為該區找礦提供指導。

工作區位于準噶爾地塊西北緣, 處于達爾布特蛇綠巖帶與洪古勒楞蛇綠巖帶之間。區域上, 工作區橫跨塔爾巴哈臺—阿爾曼太金、銅成礦帶和謝米斯臺—庫蘭卡孜干金、銅、稀有金屬成礦帶(張良臣等, 2006)。石炭紀中酸性侵入巖發育, 有利的構造及熱動力條件使該區形成許多金屬礦床, 如石英脈型、蝕變巖型哈圖金礦(余學東, 1998)、包古圖花崗閃長斑巖型銅金礦(Shen et al., 2009)、斑巖型吐克銅礦(張兵等, 2009)和加甫沙爾蘇鉬礦。鄰區已發現的礦床中, 布爾克斯岱金礦為淺成巖-構造蝕變巖型金礦(尹意求等, 2004), 闊爾真闊臘金礦則受隱爆角礫巖筒控制(尹意求等, 2003), 謝米斯臺銅礦為火山巖型銅礦(申萍等, 2010), 表明研究區主要礦產與晚古生代火成活動關系密切(王居里等, 2013)。

工作區出露地層主要為中泥盆統呼爾吉斯特組(圖1), 巖性主要為中-酸性噴出巖及其凝灰巖。上泥盆統朱魯木特組主要出露于工作區東南, 巖性主要為砂巖、礫巖、粉砂巖。下石炭統和布克河組僅少量出露于工作區西南部, 巖性為鈣質粉砂巖、砂質灰巖、泥灰巖、砂巖、砂礫巖。新近系獨山子組主要為礫巖、砂巖、砂質泥巖。工作區南北兩側分布大量第四系沖、洪積物。工作區內中酸性侵入巖發育, 主要有黑云母花崗巖、鉀質花崗巖、正長巖等。工作區構造主要為NEE、NE和NWW向, 控制著中酸性侵入巖體分布。

工作區已有礦點很少, 僅有2個銅礦點(圖1)。謝米斯臺銅礦為火山巖型銅礦, 熱液蝕變強烈, 伴隨強烈孔雀石化, 在強硅化流紋巖中普遍發育孔雀石網脈, 圍巖蝕變主要為硅化、泥化、綠泥石化、綠簾石化等(申萍等, 2010)。

1 數據與方法

中酸性小巖體型礦床為研究區找礦工作的重點,由于部分小巖體規模過小, 利用 ETM+識別較困難,因此采用如下工作方法: 首先利用 ETM+數據進行巖性、構造識別, 解譯巖性單元界線和規模較大的巖體; 對于優選的重點區域, 利用高分辨率數據(中巴資源衛星02B HR數據)與ETM+數據融合后識別規模較小的巖體; 利用 ETM+數據提取礦化蝕變信息, 并與中酸性巖體解譯結果疊合, 經多元信息綜合分析后優選靶區進行野外檢查。

1.1 數據

所用ETM+數據軌道號為145/27, 時相為2000 年6月27日。首先對遙感圖像進行預處理, 包括幾何精校正、坐標配準、輻射校正, 并將各波段灰度值拉伸到0—255區間。

對于重點地段, 選用中巴資源衛星 02B衛星(CBERS-02B)HR數據(空間分辨率為 2.36 m)與ETM+數據融合。本研究采用的 HR數據軌道號為35/48, 時相為2008年4月13日。

1.2 圖像處理方法

1.2.1 巖性增強

ETM+數據 3、2、1波段分別與紅、綠、藍光所在范圍對應, 因此將 ETM+ 3、2、1波段分別置于R(紅)、G(綠)、B(藍)通道合成自然彩色圖像, 組合后圖像接近自然色彩, 一些巖性易于識別、解譯。

最小噪聲分離法(Minimum Noise Fraction, MNF)可以將有效信息集中到盡可能少的低維數據中, 并有效分離噪聲(Green et al., 1988)。已被廣泛應用于多光譜、高光譜數據處理中, 但將最小噪聲分離法應用于區分巖性信息的相關研究還較少(Khan et al., 2007)。因此, 本研究利用自然彩色合成和最小噪聲分離法處理研究區 ETM+數據以區分巖性信息。

圖2a為研究區ETM+ 3、2、1自然彩色圖像, 各巖性單元界線、構造在該圖像中均可有效識別。其中, 鉀質花崗巖在該圖像中呈暗紅色, 黑云母花崗巖呈灰白色, 與地層影像特征差異明顯(圖2a)。

將MNF2、MNF3、MNF4分別置于R、G、B通道, 合成假彩色影像(圖2b)。該圖像色彩豐富, 對巖性界線識別效果較好。其中, 鉀質花崗巖呈淡紫色, 黑云母花崗巖呈黃褐色-黃綠色。利用自然彩色圖像和MNF假彩色圖像共解譯出1: 20萬地質圖遺漏的3個鉀質花崗巖和3個黑云母花崗巖體, 其中,①、②、③為新識別的鉀質花崗巖體, 1、2、3為新識別的黑云母花崗巖體, 這些巖體已為野外驗證所證實(圖2b)。

圖1 謝米斯臺地區地質圖(據新疆維吾爾自治區地質礦產局, 1980, 1986)Fig. 1 Geological map of Xiemisitai area (after Bureau of Geology and Mineral Resources of Xinjiang, 1980, 1986)

圖2 ETM+ 3、2、1自然彩色圖像(a)和研究區MNF2(R)、3(G)、4(B)假彩色合成圖像(b)Fig. 2 Natural color composite image of ETM band 3, 2 and 1 in the RGB (a) and false-color composite image band (MNF2, 3 and 4 in the RGB) of the study area (b)

1.2.2 小巖體識別

ETM+數據限于其空間分辨率, 只能識別稍大的侵入巖體, 對于規模過小的巖體必須借助高空間分辨率數據進行識別。研究區東部新識別鉀質花崗巖體(圖2b中③)由于距離已知銅礦點較近且區域上存在 Cu元素地球化學異常, 因此選取該區為重點區域, 將ETM+數據與中巴資源衛星02B HR數據融合以識別中酸性小巖體。本研究采用IHS法對ETM+ 3、2、1圖像與HR數據進行分辨率融合(孫小丹等, 2011)。融合后圖像保存了 ETM+圖像的色調, 同時具備了HR數據2.36 m空間分辨率(圖3)。鉀質花崗巖由于具有較多鉀長石而呈肉紅色, 在自然彩色圖像上也顯示為微紅色調, 形態上呈帶狀、橢圓狀, 多為正地形, 根據色調、形態較易于識別。利用融合后圖像共解譯出11個鉀質花崗巖小巖體, 其中, 最大的花崗巖體面積僅0.168 km2。

圖3 ETM+ 3、2、1與HR融合圖像Fig. 3 Fused result of ETM+ 3, 2, 1 (in RGB) image with HR data

1.2.3 蝕變信息提取

礦化蝕變信息提取在國際文獻上稱為蝕變礦物填圖(alteration mineral mapping), 目前較常用的方法主要有比值法、Crosta法、多光譜數據主成分分析法、光譜角法等(Fraser, 1991; Liu et al., 2011)。經過圖像處理實驗, 研究區采用多光譜數據主成分分析法提取礦化蝕變信息效果較為理想, 大量的干擾信息被剔除(表1)。由表1可知, 主成分分析后, PC4圖像反映的主要是鐵氧化物信息, 而對PC5取反后主要反映羥基蝕變礦物信息。

所獲得的異常圖像按閾值(均值+2×標準差)進行異常切割, 僅保留高于閾值部分, 低于閾值部分賦0。圖4為蝕變遙感異常圖, 鐵染異常、羥基蝕變礦物(碳酸鹽巖)被分別被賦予藍和紅色后疊加于ETM+ 3、2、1自然彩色圖像上。蝕變遙感異常信息與解譯的中酸性小巖體關系密切, 鐵染異常主要分布在鉀質花崗巖內, 主要由于鉀質花崗巖中鉀長石在藍、綠波段強吸收而在紅波段反射較強; 羥基異常主要分布在巖體邊部、沿斷裂構造分布; 工作區東

表1 工作區主成分分析特征向量表Table 1 Principal component analyses (band loads) of the study area

圖4 研究區蝕變遙感異常Fig. 4 Remote-sensing anomalies of the study area

2 結果分析及野外驗證

化探、物探等有關信息與地質、遙感等研究成果疊合在一起進行多元信息綜合找礦, 可以大大增強找礦效力, 近年來已獲得了很多成果(周軍等, 2005; 張兵等, 2009; Liu et al., 2011)。本研究通過將遙感異常與研究區已知礦點、小巖體、斷層及1: 20萬化探異常疊合后進行綜合分析(圖4), 結果表明利用主成分分析法提取的蝕變信息與已知礦點吻合較好。謝米斯臺銅礦存在面型羥基蝕變, 北側銅礦附近具有星散狀羥基及碳酸根異常; 兩礦點均受構造控制且位于1: 20萬Cu元素化探異常區內或附近(圖4)。同時, 遙感蝕變信息受構造控制明顯, 蝕變異常具有明顯的線狀、面狀特征。

經綜合分析、篩選, 僅對其中 4處重點部位進行野外檢查, 這些區域均位于小巖體或巖脈內部或巖體邊部內外接觸帶附近。野外檢查發現, 工作區東北部新發現小巖體中的主巖體露頭部分南北長550 m, 東西寬300 m, 中部變窄(約110 m), 有枝狀部分向西插入地層, 長170余m, 寬50 m左右, 局部間斷或被碎石覆蓋。銅礦化主要發育于小巖體內外接觸帶(圖4)。巖體肉紅色, 主要礦物為紅色鉀長石(約60%), 一些顆粒較大(0.5 mm), 有似斑狀結構特征。巖體邊部內外接觸帶硅化、綠泥石化、綠簾石化明顯, 強蝕變帶寬幾十m至百余m, 所見銅礦化主要沿蝕變帶發育。孔雀石主要呈被膜狀沿暗色礦物或裂隙發育, 可見團塊狀黃銅礦。工作區西部鉀質花崗巖內外接觸帶附近硅化綠簾石化、綠泥石化普遍, 局部有不規則石英小脈穿插。工作區中部新識別的巖體(圖2b中3)野外檢查定名為黑云母二長花崗巖, 該巖體規模較大而并非小巖體, 伴隨強烈高嶺土化, 主要為長石地表風化所致, 為大面積遙感異常的主因, 未發現明顯礦化, 故野外未定點取樣。

對野外檢查點中的5處取樣樣品進行化學分析,據國土資源部西安礦產資源監督檢測中心分析結果,確定這5處均為銅(或金)礦化點。其中, H521-M3號樣品Cu元素含量0.85×10-2, Au元素0.68×10-6。工作區東北部小巖體型銅-金礦化點由于礦化強且范圍較大, 作為下一步找礦的重點, 正在開展深部探礦工作。

3 結論

本研究通過在新疆謝米斯臺地區利用 ETM+和中巴資源衛星02B HR數據開展小巖體型礦化遙感探測研究, 得出如下結論:

(1)針對中酸性小巖體易被前期地質填圖遺漏這一問題, 本研究以謝米斯臺地區為例, 利用多種分辨率遙感數據(ETM+、中巴資源衛星02B HR等),通過圖像增強、解譯識別中酸性小巖體并提取蝕變遙感異常, 綜合分析確定重點檢查區域, 經野外檢查發現了5處銅、金礦化點, 證實了方法的有效性。

(2)中巴資源衛星02B HR空間分辨率高, 圖像清晰, 對于地質應用如構造、小巖體識別、解譯具有廣闊的應用前景。

(3)我國西部廣大地區地質工作程度還較低, 中酸性小巖體被地質填圖遺漏現象較普遍, 嚴重制約了該類型礦化的發現。利用遙感技術尋找中酸性小巖體型礦床具有廣闊的前景和實際意義, 本研究中采用的技術、方法可以為今后西部地區找礦提供借鑒。

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Remote Sensing Detection of Mineralization Related to Small Intermediate-acid Intrusions in Xiemisitai Area, Xinjiang

YIN Fang1), LIU Lei1, 2), ZHANG Ji-rong1), ZHOU Jun1, 2)
1) School of Earth Sciences and Resources, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710054; 2) Lanzhou AuriferouStone Mining Services Co., Ltd, Lanzhou, Gansu 730030

The small acid-intermediate intrusion is often ignored because of its small size and the large distance between two adjacent survey routes for geological mapping. This has seriously restricted the discovery of the relevant mineralization. During the mineral exploration in Xiemisitai area of west Junggar Basin, Xinjiang, a remote sensing-dominated method was used for targeting of small intrusion-related deposits. First, ETM+ data were used for reconnaissance of small intrusions. In the selected area, ETM+ data and CBERS-02B HR were fused to identify small intrusions. Then, remote sensing anomalies were delineated by using the principal component analysis. The targets were selected based on synthetic analysis of remote sensing results, geological data and geochemical anomalies. Fourteen small potash-feldspar granites and three hornblende biotite granites were interpreted and most of these small intrusions were confirmed in the field. Five Cu and Au mineralization spots were discovered for the first time, which confirmed the validity of this method. These methods are recommended for lithologic mapping and small intrusion-related mineral resources targeting in the sparse vegetation arid regions of northwestern China.

Xiemisitai; ETM+; CBERS-02B; small acid-intermediate intrusions

TP79; P627

A

10.3975/cagsb.2014.05.05

本文由中央高校基本科研業務費專項資金(編號: 2013G1271103; 2014G1271060)、長安大學西部礦產資源與地質工程教育部重點實驗室開放基金(編號: CHD2011SY013)和國家自然科學基金項目(編號: 41402288)聯合資助。

2013-10-20; 改回日期: 2014-04-12。責任編輯: 魏樂軍。

尹芳, 女, 1983年生。講師。主要從事遙感與GIS應用研究。通訊地址: 710054, 西安市雁塔區雁塔路南段126號。電話: 029-82339083。E-mail: yinf@lreis.ac.cn。