多源信息在莫阿特铜矿区找矿预测中的应用

王娜，田淑芳，马丽丽,3，张勇，刘新星,5

(1.中国地质环境监测院 ，北京 100081；2.中国地质大学 地球科学与资源学院，北京 100083；3.北京星天地信息技有限公司，北京 100080;4.内蒙古自治区地质环境监测院，内蒙 010020；5.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037)

1 引 言

从20世纪70年代末期至今，国内学者利用遥感技术在矿产资源勘测、区域地质调查、环境和灾害地质监测等方面做了大量的研究工作[1]。特别是对蚀变矿物特有的波谱特征做了大量研究，使得利用遥感数据提取蚀变信息，评价矿产资源成为可能。

本文采用多源信息结合的方法对莫阿特铜矿区进行成矿预测，多源信息包括数据多源化与现有资料多源化2个方面：①采用的数据源有30m空间分辨率的美国陆地卫星Landsat-7 ETM+与具有0.5m分辨率的WorldView-2的多光谱数据，其中WorldView-2数据在光谱分辨率、空间分辨率和辐射分辨率等方面都具有很强优势，数据信息量极为丰富，在地质应用中具有很大的潜力。②现有资料包含有遥感地质信息、地质矿产、地球物理及地球化学资料。本文主要从地层岩性、线性构造和蚀变信息等方面总结了该区遥感地质特征，结合已有资料进行综合评价圈定出具有勘查价值的成矿远景区，为研究区开展下一步精细工作提供依据。

2 遥感图像地质解译依据

遥感图像地质解译就是依据成矿理论，根据遥感影像特征，结合相关地、物、化等地质资料，在图上判读与成矿、控矿相关的地层、岩性、构造等地质信息[2]。

遥感影像能够客观、真实地记录地质体的多种特征，包括几何特征和光谱特征，以及松散堆积物下一定深度的“透视信息”。一方面由于地物因各自物质成分、结构构造、物理化学性质和所处环境的不同，呈现出不同的外表特征，遥感成像时，探测器将地物的这些外表特征按照一定的投影规律如实地摄入画面，经过一系列信息处理后再现出来，从而构成遥感影像上各种形状、大小、影纹图案等特征。另一方面，不同地物反射、发射电磁辐射的能力不同，人们根据需要，有针对性地选择不同类型的遥感器和探测波段，将地物反射、辐射的电磁能量记录下来，在影像上表现为色调或色彩的差别。上述两方面使不同地物在影像上表现出的不同形状、大小、色调、影纹等，统称为影像特征。

用来区分和识别不同地物或确定地物属性的特定影像特征则称之为遥感解译标志。解译标志可以分为直接解译标志和间接解译标志2类。直接解译标志是地物或地质体本身属性特征在影像上的直接反映，如形状、大小、色调(色彩)、影纹结构等。间接的解译标志是指与地物的属性有内在联系，通过相关分析能够推断其性质的影像特征。例如某一地质体的岩性、构造特征可以通过地貌形态、水系格局、植被分布、土地利用和人类活动等影像特征间接地表现出来。

3 蚀变异常地质及波谱依据

岩石的交代蚀变主要是不同类型的热液与原生岩石相互作用的产物。某种有用元素的逐步富集是形成矿床的必要条件，而这种成矿物质通常由成矿热液进行迁移搬运和卸载沉淀。近矿围岩蚀变是成矿物质逐步富集成矿过程中留下的印迹。找矿实践得知，尽管有蚀变岩存在不一定有矿，然而大型，特大型内生矿床一般均有强烈且较大范围的围岩蚀变[3]。

遥感获得的是地表信息，因此只要有一定面积的蚀变岩石出露，遥感都有可能测出。也就是说，即或矿体隐伏，只要有蚀变岩出露，就有可能用遥感影像数据发现，当然蚀变信息的强弱也很重要，强度越大，对蚀变信息提取越有利。这便是以找矿为最终目的提取蚀变遥感异常的地质依据。

在可见光至近红外光谱区(0.325μm～2.5μm)内，在岩石反射谱带中占据主导地位的是岩石中为数不多的次要矿物Fe2+、Fe3+、OH-、CO3-2等离子或离子基团，它们形成了反射谱的特征吸收谷[4]。本文提取的相关离子或基团的吸收谱带列举如表1所示。

表1 反射光谱特征起主导作用的离子和基因

4 主要控矿因素遥感地质信息提取

4.1 研究区地理位置及地质矿产概况

莫阿特铜矿位于新疆维吾尔自治区西北部，研究区地理坐标：东经85°42′00″～85°48′30″，北纬46°35′30″～46°37′45″，东西长约8.3km，南北宽约4.16km，总面积34.51km2。研究区交通位置如图1所示。

图1 莫阿特铜矿交通位置图

研究区出露地层主要为中泥盆统呼吉尔斯特组上亚组(D2hb)，其次为上泥盆统朱鲁木特组(D3z)及少量第4系。岩浆岩主要形成于华力西中期，一般呈规模较小的岩株或岩脉状侵位于中泥盆统呼吉尔斯特组地层中，以中酸性侵入岩为主，反映本区侵入岩与中酸性火山岩具有较为密切的成因联系。其中规模较大的岩体长轴方向整体呈北东-南西向，与区域构造线方向一致，脉岩多受北东向、北西向等断裂控制。研究区构造主要为断裂构造，褶皱构造仅在上泥盆统朱鲁木特组中局部可见，但普遍规模较小。其中北东向断裂是区内主要的导矿、容矿、控矿构造。

根据新疆地矿局新1轮区划资料，本区位于赛米斯台-野马泉-塔黑尔巴斯套斑岩铜矿成矿带内(图2)。带内目前已发现4个斑岩铜矿点和3个次火山-斑岩型铜矿床(点)。其中，哈木斯特铜钼矿位于本区西侧，与本区所处区域构造背景大致相近，成矿斑岩体的岩性有斑状中细粒石英二长岩、中细粒二长花岗岩、中细粒石英闪长岩、花岗斑岩等，均以钙碱性-中酸性侵入岩为特征。除铜外，在谢米斯台山南坡白杨河一带，核工业216地质队近几年于碱性-钙碱性浅成-超浅成次火山岩内外接触带发现了资源量有望超万吨的大型-超大型铍矿床，新增了本区的矿产种类，并进一步拓展了该区的找矿前景。

图2 区域成矿带划分图

由于研究区系统的金属矿产勘查、研究程度总体较低，目前发现的铜等金属矿床(点)不多。但据最新的区划资料，赛米斯台-野马泉-塔黑尔巴斯套斑岩铜矿成矿带分布范围较大，且处在寒武-奥陶纪拉张形成的残余洋盆带和晚古生代岛弧叠加于早古生代岛弧之上的复合岛弧带中，具有长期多次复杂的构造-岩浆活动，带内浅成-超浅成的钙碱系列中-酸性浅成侵入体较为发育，具备形成斑岩铜矿的基本地质条件，尤其在不同方向深大断裂的交汇部位更是斑岩铜矿的成矿有利区段。目前在谢米斯台山中东段洪古勒楞一带以及本次研究区内泥盆系火山岩中均已发现了较为普遍的铜矿化和强烈的蚀变作用，进一步显示出了较好的铜成矿远景。

研究区内已知铜矿点主要分布在北东向断裂带的北西旁侧次级小断裂带内，位于钾长花岗斑岩、流纹斑岩、辉绿玢岩(脉)与中泥盆统呼吉尔斯特组上亚组中酸性火山岩的接触部位，赋矿岩石多较破碎，裂隙发育，原生硫化物组合较为简单，以辉铜矿为主，少量斑铜矿、黄铜矿，主要呈细脉浸染状分布，并伴有绿帘石化、碳酸盐化、硅化、绿泥石化等围岩蚀变。根据以上特征分析，区内铜矿化应属中、低温热液成因，工业类型属中酸性火山岩中的脉状铜矿。

4.2 研究区数据源及预处理

本文采用美国陆地卫星Landsat-7 ETM+145-28景影像与WV-2高分辨率遥感影像作为数据源。数据有部分积雪覆盖，基本无云覆盖，大部分地区影像纹理清楚，整体能满足遥感地质解译和蚀变信息提取的要求。

本文对图像进行了包括大气校正、几何校正和地理配准等的数据预处理，其中大气校正为蚀变信息提取的必要前提。

4.3 岩性-构造信息提取

岩性-构造解译采用先整体后局部的方法进行逐层深入，ETM+影像用于大的岩性界线和区域性断裂的初步解译，WV-2影像用于局部地区精细解译。

根据研究区地层岩性以及围岩蚀变情况，ETM+选取7(R)、4(G)、1(B) 3个波段，WV-2选取 8(R)、5(G)、1(B) 3个波段进行假彩色合成，作为地层岩性信息提取的基础图像(图3)。局部不易区分的岩性可依据其波谱特性进行信息增强，其方法有拉伸法、比值法、滤波增强法、主成分分析法、HIS变换法等，以利于地层岩性信息的对比和提取。

将ETM+与WV-2的多光谱波段分别与全色波段进行IHS变换分辨率融合，提高了图像的空间分辨率，同时对融合后的图像进行亮度反转，增强了细微线性构造[5-6]。在以上图像增强的基础上，提取了研究区的线性构造信息及岩性信息，完成了布克赛尔县莫阿特铜矿区1∶1万遥感地质解译图，如图4所示。

图3 研究区1∶1万遥感影像图

图4 研究区1∶1万构造—岩性遥感地质解译图

4.4 蚀变信息提取

区内中性-中酸性火山岩普遍具较强的蚀变特征，其中以绿泥石化、绿帘石化最为突出，特别是在靠近岩体的外接触带一侧较多的出现了大范围的青磐岩化及硅化、绢云母化、泥化、黄铁矿化等蚀变。其中绿帘石化及硅化绢云母化与孔雀石化有较密切的关系。这些蚀变矿物(组合)都是提取遥感找矿信息异常的重要目标。

本文主要采用应用广泛的主成分分析法提取铁化与泥化异常。WV-2数据被雪覆盖较为严重，需要进行干扰去除。对去除雪干扰后的影像采用比值法+阈值分割的方法提取铁化异常，其结果为ETM+提取的大片铁化信息起到验证与精确定位的作用。

4.4.1 铁化蚀变遥感异常

(1)ETM+1、3、4、5的主成分分析法获得“铁染”图像

在ETM+遥感图像各个波段中，1～4波段包含了绝大部分铁氧化物的光谱特征信息。ETM+l、ETM+4表现为吸收带，ETM+3表现为高反射带。为了更好地突出铁然蚀变信息，在主成分分析中ETM+l及ETM+3需要同时选择[3]。为了避免除铁离子以外的其他矿物(如羟基及碳酸根矿物)干扰，不选择ETM+7。对ETM+l、ETM+3、ETM+4、ETM+5波段进行主成分分析，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

依据铁染类蚀变矿物波谱特征，在主分量中选择“铁染”图像的标准为：该主分量中ETM+3的系数符号应当与ETM+l的系数符号相反，故选择PC4作为“铁染图像”(铁化)。PC4图像上亮色调部分应为铁染蚀变信息。

(2)WV-2影像比值法获得“铁染”图像

提取铁染的依据是WV-2蓝波段表现为吸收谱带而WV-2红波段表现为高反射带，分别对应为WV-2数据的2波段与5波段，得到5/2比值影像后再采用阈值分割的方法提取铁染信息。高分辨率影像提取异常一方面可以验证ETM+提取的铁染异常；另一方面可以为ETM+提取的大片铁化蚀变异常精确定位，为野外验证做铺垫。

4.4.2 泥化蚀变遥感异常

在ETM+遥感图像各个波段中，ETM+7为粘土矿物的特征吸收带，而且在ETM+5波段具有较高的反射率。为了能突显出羟基蚀变信息，在主成分分析中ETM+5与ETM+7需要同时选择。由于可见光波段(ETM+l、ETM+2、ETM+3)对铁氧化物较为敏感，为了避免除羟基以外的其他矿物(如铁氧化物)干扰，故仅选择1个含信息量大的可见光波段。将ETM+l、ETM+4、ETM+5、ETM+7波段进行主成分分析，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

依据羟基类蚀变矿物波谱特征，在主分量中选择“羟基”图像的标准为：该主分量中ETM+5的系数符号应当与ETM+7的系数符号相反且特征向量值较大；ETM +1波段的系数符号与ETM+5波段的系数符号相同，故选择PC4作为“羟基图像”(碳酸盐化、粘土化)。PC4图像上暗色调部分应为羟基蚀变信息。

4.4.3 异常剔除及筛选

后处理的目的是为了进一步优化所提取的异常。由于进行多种干扰的去除时，工作者一般都存在担心去除过多，伤害有价值信息的顾虑，故而在异常提取之后尚需进一步仔细观察是否存在残余干扰造成的假异常[7]，本文采用人机结合的方式进行剔除假异常。遥感异常的筛选应在区域典型矿床遥感找矿模型研究的基础上，根据波谱特征、异常特征、成矿地质条件等，对研究区所有遥感异常进行筛选。

本文主要参照以下原则进行异常筛选：①2种或2种以上方法提取出的遥感异常能够相互验证的，优先推荐；②利用英安质火山角砾岩岩体与凝灰岩接触地带的铜矿点为依据，进行光谱角筛选，将与异常重叠的地方优先推荐；③与矿产地质遥感解译圈定的成矿有利地段吻合的遥感异常优先推荐。此外，对于其他蚀变信息，还可根据光谱特征及多元地质因素综合分析进行筛选推荐。

5 遥感成矿预测

根据前人资料研究，研究区位于赛米斯台-野马泉-塔黑尔巴斯套斑岩铜矿成矿带内，以提取的铁化和泥化遥感异常为主体，结合遥感地质解译结果，根据研究区内各地段成矿地质背景，矿产分布规律以及各地段出现的与成矿有关的岩石地层单位、控矿构造和区域化探异常等，利用人工包络线将若干空间位置紧密相连、成矿地质条件相近的遥感异常圈定在一起，在研究区圈出9个远景区，并按蚀变发育情况、岩性构造分布、综合异常等将远景区划分为3个级别：A类、B类和C类(图5)，其中红色线条圈出的范围为远景区，黑色线条圈出的范围为化探异常区。其中A级区域异常呈团块状密集发育且与莫阿特1∶1万地质图(综合异常图)中异常区域吻合较好；B级区域异常发育程度较高且与化探异常区较为吻合；C级区域异常发育程度相对较低且与单一元素化探异常套和好。

图5 成矿远景区划分示意图

下面以A类异常的2种典型区域为例进行成矿综合分析：

(1)远景区A1主要发育团块状铁染异常，发育在流纹斑岩岩体内部及与围岩的接触部位，异常展布形态与遥感地质解译出的赛勒肯特楞卡日勒岩体吻合。区内发育的多条次级断裂构造，为成矿热液的搬运、富集提供了场所。该异常区与Au、Ag、Cu、As综合异常区位置吻合。地化异常中心北东向断裂带上分布有S2铜矿点，与Au、Cu、Ag部分高值点相对应，说明异常属矿致异常。在S2铜矿点北东和南西两侧，顺北东向断裂带Au、Cu、Ag还有较为明显的高值点反映，表明远景区内北东向断裂是主要的导矿、控矿、容矿构造。此外，本文根据WV-2提取的铁染异常推荐了2处有待查看的成矿有利地区，即A1-1、A1-2，2处皆为2种数据提取异常的共同位置，且异常程度较高，如图6所示。

(2)远景区A2主要发育铁染异常，位于Au-Ag-Cu-Pb-Zn-Sb综合异常区内，蚀变异常浓集中心分布在钾长花岗斑岩体内，处于巴音布拉克-苏鲁断裂带上，明显受侵入岩和断裂构造双重因素控制，可能与构造蚀变岩型金多金属矿化有关。此外，根据WV-2提取的铁染异常在异常区A2内推荐了1处有成矿有利地区，即A2-1，此处为2种数据提取异常的共同位置，且异常程度较高；远景区A4内铁染、羟基异常均有发育，且强度较高，规模较大，且与Be-Zn-Mo综合异常区与Be单元素异常区吻合度较高。靠近不拉特弧后深大断裂处，发育有碱性-钙碱性浅成-超浅成次火山岩，异常区内岩性为流纹岩、流纹斑岩等，并伴有辉绿玢岩倾入，在火山岩内外接触带上且靠近查王陶盖勒-不拉特弧后深大断裂部位具有良好的成矿条件。目前在和布克赛尔县境内发现的白杨河大型-超大型铍矿床，主要赋存在碱性-钙碱性浅成-超浅成次火山岩内外接触带上，成矿背景与本区地质背景极为相近，进一步反映了本区具有一定的铍找矿前景。此外，本文根据WV-2提取的铁染异常推荐了4处有待查看的成矿有利地区，其中A4-1、A4-2与A4-3 3处位于综合异常区内，A4-4为2种数据铁染异常与羟基异常集中区域，且异常程度较高，具有较高的找矿指示意义，如图6所示。

图6 A1、A2 、A4远景区综合分析示意图

6 结束语

目前，遥感己经广泛用于地质找矿，并且已经取得了显著成效。本文采用多源信息结合的方法对莫阿特地区进行了成矿预测。利用多源数据解译出与成矿相关的钙碱性中-酸性侵入岩，并且应用2种数据源提取遥感蚀变异常信息。其中，WV-2高分数据对ETM+提取的铁化异常起到了很好的精确定位作用，最终结合岩性构造解译图、地质矿产资料、蚀变异常图及化物探异常圈定了9个成矿远景区，并按优先推荐的原则对其进行了划分，其中A类远景区优先级别最高即为找矿的有利地区。结果表明，蚀变异常较广的分布在分异程度较高的岩体内外接触带、查王陶盖勒-不拉特弧后深大断裂中的超基性岩带以及北东、北西向2组断裂交汇部位(尤其是2组断裂密集交汇部位)，是本区寻找铜等多金属矿产的主要有利地段。

参考文献：

[1] 陈华慧.遥感地质学[M].北京：地质出版社，1984：82-90.

[2] 杨德生，程钢，卢小平.遥感地质解译及矿化蚀变信息提取在矿产资源评价中的应用研究[J].河南理工大学学报(自然科学版)，2010，29(2)：184-189.

[3] 苏一鸣，李向前，朱叶飞.ETM+(TM)蚀变遥感异常提取方法在宁镇地区的应用[J].地质学刊，2009，33(1)：84-88.

[4] 张廷斌，钟康惠，易桂花，等.东昆仑五龙沟金矿集中区遥感地质信息提取与找矿预测[J].地质与勘探，2009，45(4)：444-449.

[5] 刘腾飞.广西云开地区金银矿成矿地质特征及找矿远景[J].广西地质，1997，10(3)：15-22.

[6] 陈三明，钱建平，陈宏毅.桂东南植被覆盖区的抗干扰遥感蚀变信息优化提取与找矿预测[J].桂林理工大学学报，2010，30(1)：33-40.

[7] 傅文杰.TM遥感影像矿化蚀变信息提取方法研究[J].化工矿产地质，2008，30(1)：53-56.