新疆谢米斯台地区小岩体型矿化遥感探测

尹 芳, 刘 磊, 张继荣, 周 军

1)长安大学地球科学与资源学院, 陕西西安 710054; 2)兰州金石开矿产咨询服务有限责任公司, 甘肃兰州 730030

新疆谢米斯台地区小岩体型矿化遥感探测

尹 芳1), 刘 磊1, 2), 张继荣1), 周 军1, 2)

1)长安大学地球科学与资源学院, 陕西西安 710054; 2)兰州金石开矿产咨询服务有限责任公司, 甘肃兰州 730030

中酸性小岩体易被地质填图遗漏, 严重制约了该类型矿化的发现。在新疆西准噶尔谢米斯台地区找矿工作中, 首先利用ETM+数据进行小岩体扫面, 进而选取重点区采用ETM+和中巴资源卫星02B HR数据进行分辨率融合后解译、识别中酸性小岩体, 并利用主成分分析法提取蚀变遥感异常, 结合地质、化探信息综合分析后确定重点检查区域。利用此方法共解译出14个钾质花岗岩和3个黑云母花岗岩小岩体, 这些小岩体大多被野外检查所证实。经野外检查发现了5处铜、金矿化点, 证实了该方法的有效性。本研究中采用的方法可以为西部地区地质填图和中酸性小岩体型矿产资源勘查提供借鉴。

谢米斯台; ETM+; 中巴资源卫星02B星; 中酸性小岩体

遥感技术已被广泛应用于岩性识别和找矿工作中, 不同岩石和矿物在可见光-短波红外区间存在的波谱特征差异为这些研究提供了理论基础(Hunt, 1977; 吕凤军等, 2009)。可见光波段光谱特征主要为金属离子迁移造成, 短波红外波段可探测碳酸盐岩、水合物和含羟基矿物(Hunt, 1977)。TM、ETM+数据为地质矿产应用最普遍的遥感数据源, 已经取得了很多有意义的成果(张玉君等, 2003; 周军等, 2005;王海平等, 2005; 施炜等, 2007; 杨建民等, 2007; 颜蕊等, 2009; Liu et al., 2011)。近年来, 高分辨率遥感数据如Quickbird、Worldview-II等已被用于岩性识别或灾害评价研究(Lin et al., 2008; 张瑞丝等, 2012)。

中酸性小岩体虽然岩体规模较小, 但在热侵入岩浆岩体的内部及附近的围岩中常形成与岩浆岩体有关的大型、超大型矿床(汤中立等, 2006), 已成为找矿工作的一个重点方向。含矿中酸性小岩体的出露面积多小于 1 km2(张洪涛等, 2004; 汤中立等, 2006), 易被野外工作所遗漏, 严重制约了该类型矿化的发现。利用遥感技术寻找中酸性小岩体型矿床具有广阔的前景和实际意义。

因此, 本文以新疆西准噶尔谢米斯台地区为研究区, 利用多种遥感数据源和图像处理方法, 探索中酸性小岩体型矿化的遥感探测方法, 为该区找矿提供指导。

工作区位于准噶尔地块西北缘, 处于达尔布特蛇绿岩带与洪古勒楞蛇绿岩带之间。区域上, 工作区横跨塔尔巴哈台—阿尔曼太金、铜成矿带和谢米斯台—库兰卡孜干金、铜、稀有金属成矿带(张良臣等, 2006)。石炭纪中酸性侵入岩发育, 有利的构造及热动力条件使该区形成许多金属矿床, 如石英脉型、蚀变岩型哈图金矿(余学东, 1998)、包古图花岗闪长斑岩型铜金矿(Shen et al., 2009)、斑岩型吐克铜矿(张兵等, 2009)和加甫沙尔苏钼矿。邻区已发现的矿床中, 布尔克斯岱金矿为浅成岩-构造蚀变岩型金矿(尹意求等, 2004), 阔尔真阔腊金矿则受隐爆角砾岩筒控制(尹意求等, 2003), 谢米斯台铜矿为火山岩型铜矿(申萍等, 2010), 表明研究区主要矿产与晚古生代火成活动关系密切(王居里等, 2013)。

工作区出露地层主要为中泥盆统呼尔吉斯特组(图1), 岩性主要为中-酸性喷出岩及其凝灰岩。上泥盆统朱鲁木特组主要出露于工作区东南, 岩性主要为砂岩、砾岩、粉砂岩。下石炭统和布克河组仅少量出露于工作区西南部, 岩性为钙质粉砂岩、砂质灰岩、泥灰岩、砂岩、砂砾岩。新近系独山子组主要为砾岩、砂岩、砂质泥岩。工作区南北两侧分布大量第四系冲、洪积物。工作区内中酸性侵入岩发育, 主要有黑云母花岗岩、钾质花岗岩、正长岩等。工作区构造主要为NEE、NE和NWW向, 控制着中酸性侵入岩体分布。

工作区已有矿点很少, 仅有2个铜矿点(图1)。谢米斯台铜矿为火山岩型铜矿, 热液蚀变强烈, 伴随强烈孔雀石化, 在强硅化流纹岩中普遍发育孔雀石网脉, 围岩蚀变主要为硅化、泥化、绿泥石化、绿帘石化等(申萍等, 2010)。

1 数据与方法

中酸性小岩体型矿床为研究区找矿工作的重点,由于部分小岩体规模过小, 利用 ETM+识别较困难,因此采用如下工作方法: 首先利用 ETM+数据进行岩性、构造识别, 解译岩性单元界线和规模较大的岩体; 对于优选的重点区域, 利用高分辨率数据(中巴资源卫星02B HR数据)与ETM+数据融合后识别规模较小的岩体; 利用 ETM+数据提取矿化蚀变信息, 并与中酸性岩体解译结果叠合, 经多元信息综合分析后优选靶区进行野外检查。

1.1 数据

所用ETM+数据轨道号为145/27, 时相为2000 年6月27日。首先对遥感图像进行预处理, 包括几何精校正、坐标配准、辐射校正, 并将各波段灰度值拉伸到0—255区间。

对于重点地段, 选用中巴资源卫星 02B卫星(CBERS-02B)HR数据(空间分辨率为 2.36 m)与ETM+数据融合。本研究采用的 HR数据轨道号为35/48, 时相为2008年4月13日。

1.2 图像处理方法

1.2.1 岩性增强

ETM+数据 3、2、1波段分别与红、绿、蓝光所在范围对应, 因此将 ETM+ 3、2、1波段分别置于R(红)、G(绿)、B(蓝)通道合成自然彩色图像, 组合后图像接近自然色彩, 一些岩性易于识别、解译。

最小噪声分离法(Minimum Noise Fraction, MNF)可以将有效信息集中到尽可能少的低维数据中, 并有效分离噪声(Green et al., 1988)。已被广泛应用于多光谱、高光谱数据处理中, 但将最小噪声分离法应用于区分岩性信息的相关研究还较少(Khan et al., 2007)。因此, 本研究利用自然彩色合成和最小噪声分离法处理研究区 ETM+数据以区分岩性信息。

图2a为研究区ETM+ 3、2、1自然彩色图像, 各岩性单元界线、构造在该图像中均可有效识别。其中, 钾质花岗岩在该图像中呈暗红色, 黑云母花岗岩呈灰白色, 与地层影像特征差异明显(图2a)。

将MNF2、MNF3、MNF4分别置于R、G、B通道, 合成假彩色影像(图2b)。该图像色彩丰富, 对岩性界线识别效果较好。其中, 钾质花岗岩呈淡紫色, 黑云母花岗岩呈黄褐色-黄绿色。利用自然彩色图像和MNF假彩色图像共解译出1: 20万地质图遗漏的3个钾质花岗岩和3个黑云母花岗岩体, 其中,①、②、③为新识别的钾质花岗岩体, 1、2、3为新识别的黑云母花岗岩体, 这些岩体已为野外验证所证实(图2b)。

图1 谢米斯台地区地质图(据新疆维吾尔自治区地质矿产局, 1980, 1986)Fig. 1 Geological map of Xiemisitai area (after Bureau of Geology and Mineral Resources of Xinjiang, 1980, 1986)

图2 ETM+ 3、2、1自然彩色图像(a)和研究区MNF2(R)、3(G)、4(B)假彩色合成图像(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 小岩体识别

ETM+数据限于其空间分辨率, 只能识别稍大的侵入岩体, 对于规模过小的岩体必须借助高空间分辨率数据进行识别。研究区东部新识别钾质花岗岩体(图2b中③)由于距离已知铜矿点较近且区域上存在 Cu元素地球化学异常, 因此选取该区为重点区域, 将ETM+数据与中巴资源卫星02B HR数据融合以识别中酸性小岩体。本研究采用IHS法对ETM+ 3、2、1图像与HR数据进行分辨率融合(孙小丹等, 2011)。融合后图像保存了 ETM+图像的色调, 同时具备了HR数据2.36 m空间分辨率(图3)。钾质花岗岩由于具有较多钾长石而呈肉红色, 在自然彩色图像上也显示为微红色调, 形态上呈带状、椭圆状, 多为正地形, 根据色调、形态较易于识别。利用融合后图像共解译出11个钾质花岗岩小岩体, 其中, 最大的花岗岩体面积仅0.168 km2。

图3 ETM+ 3、2、1与HR融合图像Fig. 3 Fused result of ETM+ 3, 2, 1 (in RGB) image with HR data

1.2.3 蚀变信息提取

矿化蚀变信息提取在国际文献上称为蚀变矿物填图(alteration mineral mapping), 目前较常用的方法主要有比值法、Crosta法、多光谱数据主成分分析法、光谱角法等(Fraser, 1991; Liu et al., 2011)。经过图像处理实验, 研究区采用多光谱数据主成分分析法提取矿化蚀变信息效果较为理想, 大量的干扰信息被剔除(表1)。由表1可知, 主成分分析后, PC4图像反映的主要是铁氧化物信息, 而对PC5取反后主要反映羟基蚀变矿物信息。

所获得的异常图像按阈值(均值+2×标准差)进行异常切割, 仅保留高于阈值部分, 低于阈值部分赋0。图4为蚀变遥感异常图, 铁染异常、羟基蚀变矿物(碳酸盐岩)被分别被赋予蓝和红色后叠加于ETM+ 3、2、1自然彩色图像上。蚀变遥感异常信息与解译的中酸性小岩体关系密切, 铁染异常主要分布在钾质花岗岩内, 主要由于钾质花岗岩中钾长石在蓝、绿波段强吸收而在红波段反射较强; 羟基异常主要分布在岩体边部、沿断裂构造分布; 工作区东

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

图4 研究区蚀变遥感异常Fig. 4 Remote-sensing anomalies of the study area

2 结果分析及野外验证

化探、物探等有关信息与地质、遥感等研究成果叠合在一起进行多元信息综合找矿, 可以大大增强找矿效力, 近年来已获得了很多成果(周军等, 2005; 张兵等, 2009; Liu et al., 2011)。本研究通过将遥感异常与研究区已知矿点、小岩体、断层及1: 20万化探异常叠合后进行综合分析(图4), 结果表明利用主成分分析法提取的蚀变信息与已知矿点吻合较好。谢米斯台铜矿存在面型羟基蚀变, 北侧铜矿附近具有星散状羟基及碳酸根异常; 两矿点均受构造控制且位于1: 20万Cu元素化探异常区内或附近(图4)。同时, 遥感蚀变信息受构造控制明显, 蚀变异常具有明显的线状、面状特征。

经综合分析、筛选, 仅对其中 4处重点部位进行野外检查, 这些区域均位于小岩体或岩脉内部或岩体边部内外接触带附近。野外检查发现, 工作区东北部新发现小岩体中的主岩体露头部分南北长550 m, 东西宽300 m, 中部变窄(约110 m), 有枝状部分向西插入地层, 长170余m, 宽50 m左右, 局部间断或被碎石覆盖。铜矿化主要发育于小岩体内外接触带(图4)。岩体肉红色, 主要矿物为红色钾长石(约60%), 一些颗粒较大(0.5 mm), 有似斑状结构特征。岩体边部内外接触带硅化、绿泥石化、绿帘石化明显, 强蚀变带宽几十m至百余m, 所见铜矿化主要沿蚀变带发育。孔雀石主要呈被膜状沿暗色矿物或裂隙发育, 可见团块状黄铜矿。工作区西部钾质花岗岩内外接触带附近硅化绿帘石化、绿泥石化普遍, 局部有不规则石英小脉穿插。工作区中部新识别的岩体(图2b中3)野外检查定名为黑云母二长花岗岩, 该岩体规模较大而并非小岩体, 伴随强烈高岭土化, 主要为长石地表风化所致, 为大面积遥感异常的主因, 未发现明显矿化, 故野外未定点取样。

对野外检查点中的5处取样样品进行化学分析,据国土资源部西安矿产资源监督检测中心分析结果,确定这5处均为铜(或金)矿化点。其中, H521-M3号样品Cu元素含量0.85×10-2, Au元素0.68×10-6。工作区东北部小岩体型铜-金矿化点由于矿化强且范围较大, 作为下一步找矿的重点, 正在开展深部探矿工作。

3 结论

本研究通过在新疆谢米斯台地区利用 ETM+和中巴资源卫星02B HR数据开展小岩体型矿化遥感探测研究, 得出如下结论:

(1)针对中酸性小岩体易被前期地质填图遗漏这一问题, 本研究以谢米斯台地区为例, 利用多种分辨率遥感数据(ETM+、中巴资源卫星02B HR等),通过图像增强、解译识别中酸性小岩体并提取蚀变遥感异常, 综合分析确定重点检查区域, 经野外检查发现了5处铜、金矿化点, 证实了方法的有效性。

(2)中巴资源卫星02B HR空间分辨率高, 图像清晰, 对于地质应用如构造、小岩体识别、解译具有广阔的应用前景。

(3)我国西部广大地区地质工作程度还较低, 中酸性小岩体被地质填图遗漏现象较普遍, 严重制约了该类型矿化的发现。利用遥感技术寻找中酸性小岩体型矿床具有广阔的前景和实际意义, 本研究中采用的技术、方法可以为今后西部地区找矿提供借鉴。

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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业务费专项资金(编号: 2013G1271103; 2014G1271060)、长安大学西部矿产资源与地质工程教育部重点实验室开放基金(编号: CHD2011SY013)和国家自然科学基金项目(编号: 41402288)联合资助。

2013-10-20; 改回日期: 2014-04-12。责任编辑: 魏乐军。

尹芳, 女, 1983年生。讲师。主要从事遥感与GIS应用研究。通讯地址: 710054, 西安市雁塔区雁塔路南段126号。电话: 029-82339083。E-mail: yinf@lreis.ac.cn。