多源信息在莫阿特銅礦區找礦預測中的應用

王娜，田淑芳，馬麗麗,3，張勇，劉新星,5

(1.中國地質環境監測院 ，北京 100081；2.中國地質大學 地球科學與資源學院，北京 100083；3.北京星天地信息技有限公司，北京 100080;4.內蒙古自治區地質環境監測院，內蒙 010020；5.中國地質科學院礦產資源研究所，北京 100037)

1 引 言

從20世紀70年代末期至今，國內學者利用遙感技術在礦產資源勘測、區域地質調查、環境和災害地質監測等方面做了大量的研究工作[1]。特別是對蝕變礦物特有的波譜特征做了大量研究，使得利用遙感數據提取蝕變信息，評價礦產資源成為可能。

本文采用多源信息結合的方法對莫阿特銅礦區進行成礦預測，多源信息包括數據多源化與現有資料多源化2個方面：①采用的數據源有30m空間分辨率的美國陸地衛星Landsat-7 ETM+與具有0.5m分辨率的WorldView-2的多光譜數據，其中WorldView-2數據在光譜分辨率、空間分辨率和輻射分辨率等方面都具有很強優勢，數據信息量極為豐富，在地質應用中具有很大的潛力。②現有資料包含有遙感地質信息、地質礦產、地球物理及地球化學資料。本文主要從地層巖性、線性構造和蝕變信息等方面總結了該區遙感地質特征，結合已有資料進行綜合評價圈定出具有勘查價值的成礦遠景區，為研究區開展下一步精細工作提供依據。

2 遙感圖像地質解譯依據

遙感圖像地質解譯就是依據成礦理論，根據遙感影像特征，結合相關地、物、化等地質資料，在圖上判讀與成礦、控礦相關的地層、巖性、構造等地質信息[2]。

遙感影像能夠客觀、真實地記錄地質體的多種特征，包括幾何特征和光譜特征，以及松散堆積物下一定深度的“透視信息”。一方面由于地物因各自物質成分、結構構造、物理化學性質和所處環境的不同，呈現出不同的外表特征，遙感成像時，探測器將地物的這些外表特征按照一定的投影規律如實地攝入畫面，經過一系列信息處理后再現出來，從而構成遙感影像上各種形狀、大小、影紋圖案等特征。另一方面，不同地物反射、發射電磁輻射的能力不同，人們根據需要，有針對性地選擇不同類型的遙感器和探測波段，將地物反射、輻射的電磁能量記錄下來，在影像上表現為色調或色彩的差別。上述兩方面使不同地物在影像上表現出的不同形狀、大小、色調、影紋等，統稱為影像特征。

用來區分和識別不同地物或確定地物屬性的特定影像特征則稱之為遙感解譯標志。解譯標志可以分為直接解譯標志和間接解譯標志2類。直接解譯標志是地物或地質體本身屬性特征在影像上的直接反映，如形狀、大小、色調(色彩)、影紋結構等。間接的解譯標志是指與地物的屬性有內在聯系，通過相關分析能夠推斷其性質的影像特征。例如某一地質體的巖性、構造特征可以通過地貌形態、水系格局、植被分布、土地利用和人類活動等影像特征間接地表現出來。

3 蝕變異常地質及波譜依據

巖石的交代蝕變主要是不同類型的熱液與原生巖石相互作用的產物。某種有用元素的逐步富集是形成礦床的必要條件，而這種成礦物質通常由成礦熱液進行遷移搬運和卸載沉淀。近礦圍巖蝕變是成礦物質逐步富集成礦過程中留下的印跡。找礦實踐得知，盡管有蝕變巖存在不一定有礦，然而大型，特大型內生礦床一般均有強烈且較大范圍的圍巖蝕變[3]。

遙感獲得的是地表信息，因此只要有一定面積的蝕變巖石出露，遙感都有可能測出。也就是說，即或礦體隱伏，只要有蝕變巖出露，就有可能用遙感影像數據發現，當然蝕變信息的強弱也很重要，強度越大，對蝕變信息提取越有利。這便是以找礦為最終目的提取蝕變遙感異常的地質依據。

在可見光至近紅外光譜區(0.325μm～2.5μm)內，在巖石反射譜帶中占據主導地位的是巖石中為數不多的次要礦物Fe2+、Fe3+、OH-、CO3-2等離子或離子基團，它們形成了反射譜的特征吸收谷[4]。本文提取的相關離子或基團的吸收譜帶列舉如表1所示。

表1 反射光譜特征起主導作用的離子和基因

4 主要控礦因素遙感地質信息提取

4.1 研究區地理位置及地質礦產概況

莫阿特銅礦位于新疆維吾爾自治區西北部，研究區地理坐標：東經85°42′00″～85°48′30″，北緯46°35′30″～46°37′45″，東西長約8.3km，南北寬約4.16km，總面積34.51km2。研究區交通位置如圖1所示。

圖1 莫阿特銅礦交通位置圖

研究區出露地層主要為中泥盆統呼吉爾斯特組上亞組(D2hb)，其次為上泥盆統朱魯木特組(D3z)及少量第4系。巖漿巖主要形成于華力西中期，一般呈規模較小的巖株或巖脈狀侵位于中泥盆統呼吉爾斯特組地層中，以中酸性侵入巖為主，反映本區侵入巖與中酸性火山巖具有較為密切的成因聯系。其中規模較大的巖體長軸方向整體呈北東-南西向，與區域構造線方向一致，脈巖多受北東向、北西向等斷裂控制。研究區構造主要為斷裂構造，褶皺構造僅在上泥盆統朱魯木特組中局部可見，但普遍規模較小。其中北東向斷裂是區內主要的導礦、容礦、控礦構造。

根據新疆地礦局新1輪區劃資料，本區位于賽米斯臺-野馬泉-塔黑爾巴斯套斑巖銅礦成礦帶內(圖2)。帶內目前已發現4個斑巖銅礦點和3個次火山-斑巖型銅礦床(點)。其中，哈木斯特銅鉬礦位于本區西側，與本區所處區域構造背景大致相近，成礦斑巖體的巖性有斑狀中細粒石英二長巖、中細粒二長花崗巖、中細粒石英閃長巖、花崗斑巖等，均以鈣堿性-中酸性侵入巖為特征。除銅外，在謝米斯臺山南坡白楊河一帶，核工業216地質隊近幾年于堿性-鈣堿性淺成-超淺成次火山巖內外接觸帶發現了資源量有望超萬噸的大型-超大型鈹礦床，新增了本區的礦產種類，并進一步拓展了該區的找礦前景。

圖2 區域成礦帶劃分圖

由于研究區系統的金屬礦產勘查、研究程度總體較低，目前發現的銅等金屬礦床(點)不多。但據最新的區劃資料，賽米斯臺-野馬泉-塔黑爾巴斯套斑巖銅礦成礦帶分布范圍較大，且處在寒武-奧陶紀拉張形成的殘余洋盆帶和晚古生代島弧疊加于早古生代島弧之上的復合島弧帶中，具有長期多次復雜的構造-巖漿活動，帶內淺成-超淺成的鈣堿系列中-酸性淺成侵入體較為發育，具備形成斑巖銅礦的基本地質條件，尤其在不同方向深大斷裂的交匯部位更是斑巖銅礦的成礦有利區段。目前在謝米斯臺山中東段洪古勒楞一帶以及本次研究區內泥盆系火山巖中均已發現了較為普遍的銅礦化和強烈的蝕變作用，進一步顯示出了較好的銅成礦遠景。

研究區內已知銅礦點主要分布在北東向斷裂帶的北西旁側次級小斷裂帶內，位于鉀長花崗斑巖、流紋斑巖、輝綠玢巖(脈)與中泥盆統呼吉爾斯特組上亞組中酸性火山巖的接觸部位，賦礦巖石多較破碎，裂隙發育，原生硫化物組合較為簡單，以輝銅礦為主，少量斑銅礦、黃銅礦，主要呈細脈浸染狀分布，并伴有綠簾石化、碳酸鹽化、硅化、綠泥石化等圍巖蝕變。根據以上特征分析，區內銅礦化應屬中、低溫熱液成因，工業類型屬中酸性火山巖中的脈狀銅礦。

4.2 研究區數據源及預處理

本文采用美國陸地衛星Landsat-7 ETM+145-28景影像與WV-2高分辨率遙感影像作為數據源。數據有部分積雪覆蓋，基本無云覆蓋，大部分地區影像紋理清楚，整體能滿足遙感地質解譯和蝕變信息提取的要求。

本文對圖像進行了包括大氣校正、幾何校正和地理配準等的數據預處理，其中大氣校正為蝕變信息提取的必要前提。

4.3 巖性-構造信息提取

巖性-構造解譯采用先整體后局部的方法進行逐層深入，ETM+影像用于大的巖性界線和區域性斷裂的初步解譯，WV-2影像用于局部地區精細解譯。

根據研究區地層巖性以及圍巖蝕變情況，ETM+選取7(R)、4(G)、1(B) 3個波段，WV-2選取 8(R)、5(G)、1(B) 3個波段進行假彩色合成，作為地層巖性信息提取的基礎圖像(圖3)。局部不易區分的巖性可依據其波譜特性進行信息增強，其方法有拉伸法、比值法、濾波增強法、主成分分析法、HIS變換法等，以利于地層巖性信息的對比和提取。

將ETM+與WV-2的多光譜波段分別與全色波段進行IHS變換分辨率融合，提高了圖像的空間分辨率，同時對融合后的圖像進行亮度反轉，增強了細微線性構造[5-6]。在以上圖像增強的基礎上，提取了研究區的線性構造信息及巖性信息，完成了布克賽爾縣莫阿特銅礦區1∶1萬遙感地質解譯圖，如圖4所示。

圖3 研究區1∶1萬遙感影像圖

圖4 研究區1∶1萬構造—巖性遙感地質解譯圖

4.4 蝕變信息提取

區內中性-中酸性火山巖普遍具較強的蝕變特征，其中以綠泥石化、綠簾石化最為突出，特別是在靠近巖體的外接觸帶一側較多的出現了大范圍的青磐巖化及硅化、絹云母化、泥化、黃鐵礦化等蝕變。其中綠簾石化及硅化絹云母化與孔雀石化有較密切的關系。這些蝕變礦物(組合)都是提取遙感找礦信息異常的重要目標。

本文主要采用應用廣泛的主成分分析法提取鐵化與泥化異常。WV-2數據被雪覆蓋較為嚴重，需要進行干擾去除。對去除雪干擾后的影像采用比值法+閾值分割的方法提取鐵化異常，其結果為ETM+提取的大片鐵化信息起到驗證與精確定位的作用。

4.4.1 鐵化蝕變遙感異常

(1)ETM+1、3、4、5的主成分分析法獲得“鐵染”圖像

在ETM+遙感圖像各個波段中，1～4波段包含了絕大部分鐵氧化物的光譜特征信息。ETM+l、ETM+4表現為吸收帶，ETM+3表現為高反射帶。為了更好地突出鐵然蝕變信息，在主成分分析中ETM+l及ETM+3需要同時選擇[3]。為了避免除鐵離子以外的其他礦物(如羥基及碳酸根礦物)干擾，不選擇ETM+7。對ETM+l、ETM+3、ETM+4、ETM+5波段進行主成分分析，特征向量及特征值如表2所示。

表2 ETM+1、3、4、5主成分分析特征向量及特征值

依據鐵染類蝕變礦物波譜特征，在主分量中選擇“鐵染”圖像的標準為：該主分量中ETM+3的系數符號應當與ETM+l的系數符號相反，故選擇PC4作為“鐵染圖像”(鐵化)。PC4圖像上亮色調部分應為鐵染蝕變信息。

(2)WV-2影像比值法獲得“鐵染”圖像

提取鐵染的依據是WV-2藍波段表現為吸收譜帶而WV-2紅波段表現為高反射帶，分別對應為WV-2數據的2波段與5波段，得到5/2比值影像后再采用閾值分割的方法提取鐵染信息。高分辨率影像提取異常一方面可以驗證ETM+提取的鐵染異常；另一方面可以為ETM+提取的大片鐵化蝕變異常精確定位，為野外驗證做鋪墊。

4.4.2 泥化蝕變遙感異常

在ETM+遙感圖像各個波段中，ETM+7為粘土礦物的特征吸收帶，而且在ETM+5波段具有較高的反射率。為了能突顯出羥基蝕變信息，在主成分分析中ETM+5與ETM+7需要同時選擇。由于可見光波段(ETM+l、ETM+2、ETM+3)對鐵氧化物較為敏感，為了避免除羥基以外的其他礦物(如鐵氧化物)干擾，故僅選擇1個含信息量大的可見光波段。將ETM+l、ETM+4、ETM+5、ETM+7波段進行主成分分析，特征向量及特征值如表3所示。

表3 ETM+1、4、5、7主成分分析特征向量及特征值

依據羥基類蝕變礦物波譜特征，在主分量中選擇“羥基”圖像的標準為：該主分量中ETM+5的系數符號應當與ETM+7的系數符號相反且特征向量值較大；ETM +1波段的系數符號與ETM+5波段的系數符號相同，故選擇PC4作為“羥基圖像”(碳酸鹽化、粘土化)。PC4圖像上暗色調部分應為羥基蝕變信息。

4.4.3 異常剔除及篩選

后處理的目的是為了進一步優化所提取的異常。由于進行多種干擾的去除時，工作者一般都存在擔心去除過多，傷害有價值信息的顧慮，故而在異常提取之后尚需進一步仔細觀察是否存在殘余干擾造成的假異常[7]，本文采用人機結合的方式進行剔除假異常。遙感異常的篩選應在區域典型礦床遙感找礦模型研究的基礎上，根據波譜特征、異常特征、成礦地質條件等，對研究區所有遙感異常進行篩選。

本文主要參照以下原則進行異常篩選：①2種或2種以上方法提取出的遙感異常能夠相互驗證的，優先推薦；②利用英安質火山角礫巖巖體與凝灰巖接觸地帶的銅礦點為依據，進行光譜角篩選，將與異常重疊的地方優先推薦；③與礦產地質遙感解譯圈定的成礦有利地段吻合的遙感異常優先推薦。此外，對于其他蝕變信息，還可根據光譜特征及多元地質因素綜合分析進行篩選推薦。

5 遙感成礦預測

根據前人資料研究，研究區位于賽米斯臺-野馬泉-塔黑爾巴斯套斑巖銅礦成礦帶內，以提取的鐵化和泥化遙感異常為主體，結合遙感地質解譯結果，根據研究區內各地段成礦地質背景，礦產分布規律以及各地段出現的與成礦有關的巖石地層單位、控礦構造和區域化探異常等，利用人工包絡線將若干空間位置緊密相連、成礦地質條件相近的遙感異常圈定在一起，在研究區圈出9個遠景區，并按蝕變發育情況、巖性構造分布、綜合異常等將遠景區劃分為3個級別：A類、B類和C類(圖5)，其中紅色線條圈出的范圍為遠景區，黑色線條圈出的范圍為化探異常區。其中A級區域異常呈團塊狀密集發育且與莫阿特1∶1萬地質圖(綜合異常圖)中異常區域吻合較好；B級區域異常發育程度較高且與化探異常區較為吻合；C級區域異常發育程度相對較低且與單一元素化探異常套和好。

圖5 成礦遠景區劃分示意圖

下面以A類異常的2種典型區域為例進行成礦綜合分析：

(1)遠景區A1主要發育團塊狀鐵染異常，發育在流紋斑巖巖體內部及與圍巖的接觸部位，異常展布形態與遙感地質解譯出的賽勒肯特楞卡日勒巖體吻合。區內發育的多條次級斷裂構造，為成礦熱液的搬運、富集提供了場所。該異常區與Au、Ag、Cu、As綜合異常區位置吻合。地化異常中心北東向斷裂帶上分布有S2銅礦點，與Au、Cu、Ag部分高值點相對應，說明異常屬礦致異常。在S2銅礦點北東和南西兩側，順北東向斷裂帶Au、Cu、Ag還有較為明顯的高值點反映，表明遠景區內北東向斷裂是主要的導礦、控礦、容礦構造。此外，本文根據WV-2提取的鐵染異常推薦了2處有待查看的成礦有利地區，即A1-1、A1-2，2處皆為2種數據提取異常的共同位置，且異常程度較高，如圖6所示。

(2)遠景區A2主要發育鐵染異常，位于Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Sb綜合異常區內，蝕變異常濃集中心分布在鉀長花崗斑巖體內，處于巴音布拉克-蘇魯斷裂帶上，明顯受侵入巖和斷裂構造雙重因素控制，可能與構造蝕變巖型金多金屬礦化有關。此外，根據WV-2提取的鐵染異常在異常區A2內推薦了1處有成礦有利地區，即A2-1，此處為2種數據提取異常的共同位置，且異常程度較高；遠景區A4內鐵染、羥基異常均有發育，且強度較高，規模較大，且與Be-Zn-Mo綜合異常區與Be單元素異常區吻合度較高。靠近不拉特弧后深大斷裂處，發育有堿性-鈣堿性淺成-超淺成次火山巖，異常區內巖性為流紋巖、流紋斑巖等，并伴有輝綠玢巖傾入，在火山巖內外接觸帶上且靠近查王陶蓋勒-不拉特弧后深大斷裂部位具有良好的成礦條件。目前在和布克賽爾縣境內發現的白楊河大型-超大型鈹礦床，主要賦存在堿性-鈣堿性淺成-超淺成次火山巖內外接觸帶上，成礦背景與本區地質背景極為相近，進一步反映了本區具有一定的鈹找礦前景。此外，本文根據WV-2提取的鐵染異常推薦了4處有待查看的成礦有利地區，其中A4-1、A4-2與A4-3 3處位于綜合異常區內，A4-4為2種數據鐵染異常與羥基異常集中區域，且異常程度較高，具有較高的找礦指示意義，如圖6所示。

圖6 A1、A2 、A4遠景區綜合分析示意圖

6 結束語

目前，遙感己經廣泛用于地質找礦，并且已經取得了顯著成效。本文采用多源信息結合的方法對莫阿特地區進行了成礦預測。利用多源數據解譯出與成礦相關的鈣堿性中-酸性侵入巖，并且應用2種數據源提取遙感蝕變異常信息。其中，WV-2高分數據對ETM+提取的鐵化異常起到了很好的精確定位作用，最終結合巖性構造解譯圖、地質礦產資料、蝕變異常圖及化物探異常圈定了9個成礦遠景區，并按優先推薦的原則對其進行了劃分，其中A類遠景區優先級別最高即為找礦的有利地區。結果表明，蝕變異常較廣的分布在分異程度較高的巖體內外接觸帶、查王陶蓋勒-不拉特弧后深大斷裂中的超基性巖帶以及北東、北西向2組斷裂交匯部位(尤其是2組斷裂密集交匯部位)，是本區尋找銅等多金屬礦產的主要有利地段。

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