范玉海， 王 輝， 楊興科， 彭齊鳴， 秦緒文， 楊金中， 張少鵬， 譚富榮

(1.長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與國(guó)土資源學(xué)院，西安 710054； 2.中煤航測(cè)遙感局地質(zhì)勘查院，西安 710054；3.國(guó)土資源部，北京 100812； 4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局，北京 100037；5.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083)

0 引言

西昆侖地處青藏高原西北緣，與塔里木盆地西南緣鄰接，是秦祁昆構(gòu)造帶的重要組成部分[1-4]。該區(qū)地層、構(gòu)造、變質(zhì)作用、巖漿活動(dòng)等成礦地質(zhì)條件優(yōu)越[5]，已發(fā)現(xiàn)的礦床種類繁多，具備良好的找礦前景[6]。該區(qū)海拔高度3 500～5 000 m，具有“山高、坡陡、谷深”的地貌特征[7-8]，惡劣的自然地理及交通條件給常規(guī)地質(zhì)找礦工作帶來較大難度，使該區(qū)成為我國(guó)地質(zhì)研究和礦產(chǎn)開發(fā)程度最低的地區(qū)之一。近年來，隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率不斷提高，利用高分辨率遙感技術(shù)在我國(guó)西部基巖裸露、半裸露地區(qū)指導(dǎo)找礦已成為一種快速、經(jīng)濟(jì)的手段[9-11]。因此，在西昆侖成礦帶，采用具有更寬光譜范圍及更高空間分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)[12-15]，易于發(fā)揮衛(wèi)星遙感技術(shù)宏觀高效、不受地形和交通條件限制的優(yōu)勢(shì)[16]，加快區(qū)域礦產(chǎn)勘查的步伐。

WorldView-2衛(wèi)星提供的遙感影像產(chǎn)品光譜信息豐富，能夠提供1.84 m空間分辨率的多光譜影像和0.46 m空間分辨率的全色波段影像，它不僅具有4個(gè)業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)譜段(紅、綠、藍(lán)和近紅外)，還增加了4個(gè)額外譜段(藍(lán)靛、黃、紅邊和近紅外2)，在0.4～1.040 μm的光譜范圍內(nèi)其多樣性的譜段包含了豐富的光譜信息，并具有較高的空間分辨率，能夠精確地表現(xiàn)出地物的結(jié)構(gòu)、形狀、紋理等特征，是精細(xì)地質(zhì)遙感應(yīng)用的新興數(shù)據(jù)源之一[17]。ASTER是安裝在Terra衛(wèi)星上的多光譜成像儀，其接收到的信息包括： 可見光與近紅外(visible and near infra-red，VNIR)與短波紅外(short wave- length infra-red，SWIR)波段范圍內(nèi)產(chǎn)生的是地物光譜反射率，熱紅外(thermal infra-red，TIR)波段范圍內(nèi)的地物熱輻射值[18]。綜合ASTER數(shù)據(jù)涵蓋的波長(zhǎng)范圍寬、波段多、性價(jià)比合理等因素，ASTER數(shù)據(jù)在提取遙感(礦化)蝕變異常信息領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[19-20]。

本文以西昆侖大紅柳灘地區(qū)花崗偉晶巖型稀有金屬礦化帶為研究對(duì)象，以WorldView-2高空間分辨率數(shù)據(jù)為主要信息源，在制作符合規(guī)范及應(yīng)用要求影像圖的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，突出控礦要素和礦化信息，開展該礦種的遙感綜合解譯； 利用ASTER數(shù)據(jù)提取開展與花崗偉晶巖型稀有金屬成(控)礦作用相關(guān)的遙感異常信息提??； 配合野外調(diào)查驗(yàn)證，分析該其區(qū)高分衛(wèi)星遙感影像特征及成礦地質(zhì)條件，建立遙感地質(zhì)找礦模型，為今后在西昆侖成礦帶上尋找類似礦產(chǎn)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Structure map of the study area

研究區(qū)位于康西瓦—大紅柳灘鉛、鋅多金屬、稀有金屬成礦帶，已發(fā)現(xiàn)礦(化)點(diǎn)15處。礦床類型復(fù)雜多樣，包括沉積型的石榴石砂礦及石鹽礦、熱液型的銅鉛鋅鐵礦、偉晶巖型的白云母礦及鋰鈹?shù)V床[23-25]，其中偉晶巖型鋰、鈹稀有金屬礦化帶主要分布于燕山期酸性侵入巖外接觸帶的花崗偉晶巖脈中，為本次研究的主要礦化帶。花崗偉晶巖脈多順層貫入巖體邊部外圍的變質(zhì)地層中，含礦性與巖脈產(chǎn)態(tài)、規(guī)模、形成深度、類型、分帶性、交代作用的復(fù)雜程度及強(qiáng)度等關(guān)系密切[6,24-26]。

2 遙感圖像處理及礦化蝕變信息提取

本文以WorldView-2高分?jǐn)?shù)據(jù)為主要信息源，運(yùn)用圖像預(yù)處理、幾何糾正、圖像融合處理、圖像增強(qiáng)、圖像鑲嵌這些技術(shù)，制作滿足技術(shù)規(guī)范及使用要求的遙感影像圖； 運(yùn)用波段組合變換、主成分分析、去相關(guān)分析、差別化拉伸等方法增強(qiáng)各種地物在遙感圖像上的色調(diào)和紋理等特征，提高圖像解譯效果，同時(shí)，以ASTER數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展鐵化、硅化、泥化及碳酸鹽化等多種蝕變礦物遙感異常信息的提取[7,24-26]。

2.1 圖像增強(qiáng)處理方法

按照波段輻射量的方差越大越好和波段間相關(guān)性越小越好的波段選取原則，通過最佳指數(shù)(optimum index factor，OIF)計(jì)算，WorldView-2高分?jǐn)?shù)據(jù)波段8(R),4(G),3(B)組合的OIF值最大，所含信息量最豐富，能突出不同巖性間的差異； 采用波段5(R),3(G),2(B)和波段6(R),8(G),1(B)的主成分變換信息分解，將兩者結(jié)果進(jìn)行融合得到新圖像，不僅包含多個(gè)波段信息，而且由于不同波段相關(guān)性較小，增強(qiáng)了不同巖性之間的反差； 采用去相關(guān)分析對(duì)圖像的主成分進(jìn)行對(duì)比度拉伸處理，增大不同地質(zhì)體信息之間的反差； 采用差別化拉伸，增強(qiáng)不同巖性之間遙感色調(diào)的差異性。

2.2 基于ASTER數(shù)據(jù)遙感礦化蝕變異常信息提取

提取遙感(礦化)蝕變異常信息的方法有多種，較常用的有主成分分析、比值分析及光譜角分析等方法[24]。根據(jù)各種異常的特征吸收波譜與ASTER波段的對(duì)應(yīng)關(guān)系(表1)，通過主成分變換分別提取鐵染、鋁羥基及鎂羥基遙感異常。

表1 鐵染異常、羥基異常、碳酸根異常的重要吸收譜帶Tab.1 Important absorption bands of iron staining abnormalities, hydroxy abnormalities and carbonate abnormalities

為了減小人為誤差，對(duì)提取后的礦化異常進(jìn)行閾值處理，獲得礦化蝕變異常強(qiáng)度分級(jí)圖，其中鐵染異常的閾值為： 一級(jí)異常2.5σ、二級(jí)異常2σ、三級(jí)異常1.5σ； 羥基異常(OHA)的閾值： 一級(jí)異常3σ、二級(jí)異常2.5σ、三級(jí)異常2σ。

根據(jù)波譜特征、異常特征、成礦地質(zhì)條件等，對(duì)調(diào)查區(qū)所有遙感異常區(qū)(帶)進(jìn)行篩選與找礦意義分析，采用光譜特征識(shí)別、不同類型異常相互驗(yàn)證、光譜角優(yōu)選、異常地質(zhì)體解譯識(shí)別等多種方法對(duì)干擾信息進(jìn)行二次去除，得到遙感異常圖。

3 礦化帶遙感地質(zhì)特征

3.1 花崗偉晶巖型稀有金屬礦化帶遙感特征

WorldView-2(8(R)，4(G)，3(B)波段合成)圖像上(圖2)花崗偉晶巖為亮白色、灰白色和淺亮黃色色調(diào)，條帶狀影紋特征，常沿巖體外接觸帶及其附近圍巖成帶出現(xiàn)，與圍巖反差明顯，易于判識(shí)。

圖2 花崗偉晶巖脈高分遙感影像特征Fig.2 High resolution remote sensing characteristics of granite pegmatite veins

花崗偉晶巖型鋰、鈹、鈮、鉭、銣、銫稀有金屬礦帶，主要由長(zhǎng)石、石英、白云母、黑電氣石及石榴石組成，含大量的鋰輝石、含銣鈉長(zhǎng)石、綠柱石等礦物，其蝕變多為鈉長(zhǎng)石化，ASTER數(shù)據(jù)遙感異常特征為羥基異常。通過對(duì)已知1，2，3礦(化)點(diǎn)進(jìn)行野外驗(yàn)證，可知花崗偉晶巖型稀有金屬礦化帶主要發(fā)育在一級(jí)羥基異常區(qū)(圖3)，二級(jí)和三級(jí)羥基異常區(qū)見少許蝕變礦物，但未見稀有金屬礦化點(diǎn)(圖3，表2)。

圖3 花崗偉晶巖脈發(fā)育區(qū)ASTER遙感異常圖Fig.3 ASTER anomaly map of granitic pegmatite veins development zone

表2 花崗偉晶巖脈發(fā)育區(qū)ASTER遙感異常野外驗(yàn)證表Tab.2 Field verification table of ASTER anomaly in granitic pegmatite veins development zone

3.2 含稀有金屬花崗偉晶巖地質(zhì)特征

含稀有金屬花崗偉晶巖主要出露于研究區(qū)東北部巴顏喀拉晚古生代-中生代邊緣裂陷帶內(nèi)的康西瓦群(PtK)中，上覆地層為二疊系黃羊嶺群(PH)和三疊系巴顏喀拉山群(TB)，呈斷層接觸。地層中見燕山期黑云二長(zhǎng)花崗巖體沿W向呈帶狀展布，圍巖蝕變較強(qiáng)； 巖漿期后酸性偉晶巖脈多順層侵入于康西瓦巖群與巴顏喀拉山群中?；◢弬ゾr一般分帶性好，交代作用強(qiáng)，結(jié)晶度好，含礦性好。區(qū)內(nèi)含稀有金屬礦產(chǎn)的花崗偉晶巖脈形成與燕山期巖漿熱事件有關(guān)[20,22]。

花崗偉晶巖稀有金屬礦帶內(nèi)富集元素主要為Be，其次為L(zhǎng)i，Th和La。Be異常呈帶狀分布，走向近NW，與巖體吻合。Li，Th和La局部富集，但含量高。根據(jù)新疆地礦局第二地質(zhì)大隊(duì)對(duì)大紅柳灘南1號(hào)礦脈(圖4礦化點(diǎn)1)檢查結(jié)果，鋰輝石含量大于17 kg/m3的樣品，Li2O品位大于0.6×10-2，BeO平均大于0.061×10-2，Ta2O5品位0.007×10-2。

圖4 大紅柳灘花崗偉晶巖脈發(fā)育區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.4 Geological sketch map of granite pegmatite development zones in the Big Hong Liutan area

偉晶巖脈多呈NW向展布，與區(qū)域構(gòu)造線方向一致，傾角一般為35°～75°，多沿片(劈)理或構(gòu)造裂隙，呈不規(guī)則脈狀、條帶狀、透鏡狀、扁豆?fàn)?、豆莢狀、串珠狀成群產(chǎn)出，空間上形成一花崗偉晶巖帶。巖脈單體大小差異懸殊，小者數(shù)米長(zhǎng)，數(shù)厘米寬，大者數(shù)百米長(zhǎng)，數(shù)十米寬(圖5(a)(b))，空間上(含稀有金屬)花崗偉晶巖與燕山期含斑黑云母二長(zhǎng)花崗巖關(guān)系密切，巖體內(nèi)，外接觸帶和附近圍巖中偉晶巖脈特別富集。

按照云母類型劃分，區(qū)內(nèi)以白云母?jìng)ゾr為主，鋰云母?jìng)ゾr次之； 按形成深度上劃分，以白云母?jìng)ゾr為主，稀有金屬偉晶巖次之。偉晶巖脈主要由石英、長(zhǎng)石及白云母組成，部分巖脈中含鋰輝石、鋰云母、綠柱石、含銣鈉長(zhǎng)石、電氣石、錫石、黃玉及鈮鉭鐵礦等富含稀有金屬和揮發(fā)組分的礦物。偉晶巖組構(gòu)以粗粒偉晶結(jié)構(gòu)為主，文象結(jié)構(gòu)次之，以帶狀構(gòu)造為主，偶見晶洞構(gòu)造(圖5(c)(d))。

(a) 花崗偉晶巖脈1 (b) 花崗偉晶巖脈2

圖5-1花崗偉晶巖脈及鋰輝石照片

Fig.5-1Photosofgraniticpegmatiteveinsandtriphane

(c) 花崗偉晶巖脈內(nèi)鋰輝石礦樣照片1 (d) 花崗偉晶巖脈內(nèi)鋰輝石礦樣照片2

圖5-2花崗偉晶巖脈及鋰輝石照片

Fig.5-2Photosofgraniticpegmatiteveinsandtriphane

區(qū)內(nèi)解譯出的花崗偉晶巖脈眾多，從遙感圖像直接識(shí)別偉晶巖脈是否有稀有金屬礦化是困難的。但根據(jù)花崗偉晶巖成礦規(guī)律，今后工作應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注規(guī)模較大、分帶完整、傾角較大的巖脈，然后按主要組成礦物對(duì)區(qū)內(nèi)偉晶巖脈進(jìn)行分類，集中檢查稀有金屬偉晶巖(主要組分為微斜長(zhǎng)石、石英、白云母)，其次檢查白云母?jìng)ゾr(主要組分為白云母、微斜長(zhǎng)石、石英)。

4 花崗偉晶巖型稀有金屬礦遙感找礦模型

根據(jù)花崗偉晶巖型稀有金屬礦成礦機(jī)制、賦礦地層、含礦巖系、成礦/控礦構(gòu)造、巖漿活動(dòng)、蝕變類型和高分圖像礦體特征、遙感異常特征等標(biāo)志，建立花崗偉晶巖型稀有金屬礦遙感找礦模型(表3)。

表3 花崗偉晶巖型稀有金屬礦遙感地質(zhì)找礦模型Tab.3 Remote sensing geology prospecting model of rare metals of granite pegmatite type

5 結(jié)論

1)在WorldView-2的波段8(R)，4(G)，3(B)合成圖像上，花崗偉晶巖呈亮白色、灰白色、淺亮黃色色調(diào)和條帶狀影紋特征，常沿巖體外接觸帶及其附近圍巖成群成帶出現(xiàn)，遙感影像特征十分明顯，與圍巖反差明顯，易于判識(shí)，解譯效果較好。

2)花崗偉晶巖型鋰、鈹、鈮、鉭、銣、銫等稀有金屬礦帶，主要由長(zhǎng)石、石英、白云母、黑電氣石及石榴石組成，含大量的鋰輝石、含銣鈉長(zhǎng)石、綠柱石等礦物，其蝕變多為鈉長(zhǎng)石化，因此ASTER數(shù)據(jù)遙感異常特征主要表現(xiàn)為一級(jí)羥基異常。

3)利用遙感影像在康西瓦-大紅柳灘一帶共解譯出數(shù)百條規(guī)模大小不等的花崗偉晶巖脈，經(jīng)實(shí)地調(diào)查，部分為巖脈含礦，為今后在該區(qū)開展花崗偉晶巖型稀有金屬礦調(diào)查評(píng)價(jià)提供了找礦目標(biāo)。

4)建立了花崗偉晶巖稀有金屬礦化帶高分遙感解譯標(biāo)志及遙感地質(zhì)找礦模型，為今后在西昆侖成礦帶上尋找類似礦產(chǎn)提供了依據(jù)。

5)西昆侖地區(qū)海拔高、地形切割深、交通差、自然條件惡劣、工作環(huán)境艱險(xiǎn)，采用以高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)為主的遙感方法，能夠快速地圈定找礦有利地段，滿足對(duì)花崗偉晶巖稀有金屬等礦產(chǎn)勘查和資源評(píng)價(jià)的需求。本研究采用的方法可為在相同或類似地區(qū)開展同類工作提供借鑒。

志謝： 本文綜合了“西昆侖成礦帶礦產(chǎn)資源遙感地質(zhì)調(diào)查”項(xiàng)目2012年度的研究成果。感謝項(xiàng)目組全體成員的幫助和支持，在此一并表示感謝！

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