内蒙北山阿木乌苏遥感异常信息提取及成矿预测

王一伟，谢启兴，何雪峰，梅刚



内蒙北山阿木乌苏遥感异常信息提取及成矿预测

王一伟1，2，谢启兴2，何雪峰2，梅刚2

（1.成都理工大学地球科学学院，成都 610059；2.四川省地质矿产勘查开发局川西北地质队，四川绵阳 621000）

以遥感ETM+数据为信息源，圈定出8个遥感蚀变异常区，从宏观上预测了阿木乌苏地区重点找矿靶区，结合地质、化探进行综合分析，以金、锑、铜、铁、萤石为主攻矿产，兼顾银、钼，综合分析各类矿产找矿标志在北西-南东和东西向断裂带、岩体与围岩接触带、不同期次岩体接触带、岩体边缘及各种矿化蚀变带等部位，最终在研究区圈定了4个找矿远景区：阿木乌苏-沙红山远景区、月牙山找远景区、黑石山找远景区和沙红沟找远景区。

ETM+数据；成矿预测；找矿远景区；阿木乌苏

阿木乌苏位于内蒙古自治区西部北山地区，地处甘蒙交界附近，该区以往基础地质工作主要是中小比例尺的区域地质调查、物化探测量及局部的遥感地质调查，发现了一些矿（床）点、矿（化）点，圈定了一批物化探异常。近年来，遥感影像数据处理在地质工作中显得尤为重要，其中ETM+数据提取矿化蚀变异常技术逐渐成熟，遥感技术的成熟为找矿预测和靶区筛选提高更有力的手段，遥感技术的应用在国内都取得了很好的成果[1-7]。

1 区域地质背景

1.1 地层

属塔里木—南疆地层大区，中南天山—北山地层区，马鬃山地层小区，出露地层有：中元古界青白口系大豁落山组（Qnd） 石英岩、灰岩、硅质岩；古生界志留系公婆泉组（S2-3g）中基性火山碎屑岩、片岩、混合岩；二叠系双堡塘组（P1sh）灰岩和金塔组（P1j）玄武岩、流纹岩及流纹质火山碎屑岩，中生界白垩系赤金堡组（K1ch）砾岩、砂岩，新生界新近系苦泉组（N2k）砂砾岩、泥岩及第四系风积沙等（图1）。

1.2 岩浆岩

区内岩浆活动频繁，规模大小不一，分布较广泛，岩性复杂，各期的构造体系复杂，加里东、华力西到燕山期等构造形迹均有显示，特别是区内的北东、北西向侏罗纪的断陷盆地较为发育。加里东和华力西各期构造带均受到后期的燕山期构造运动改造。在空间上，各期次岩体长轴方向与区域构造线相一致，侵入体形态多样，不同期次、不同方向的断层对其控制较为明显，以充填方式展布在各期构造带内。主要类型有：①志留纪二长花岗岩岩基；②石炭纪-二叠纪中酸性岩岩株；③三叠纪中酸性岩岩株、岩基；④白垩纪二长花岗岩岩株状。火山活动为裂隙式喷发，成分由中性-中基性和基性—中性—酸性的一套喷出岩组成，属多旋回喷发，厚度较大，分布在志留纪公婆泉组和二叠纪金塔组地层中。志留纪公婆泉组以安山岩为主；二叠纪金塔组岩性组合具有基性—中性—酸性的特点，并夹有少量薄层和透镜体状沉积岩，岩石类型有蚀变玄武岩、安山岩、流纹岩 区内侵入岩岩浆活动的派生脉岩是十分发育的。近南北向的沿张性节理贯入的基性岩脉较早，而沿北西、北东向张扭性节理贯入的脉岩较晚些。按其相互穿插关系，排列顺序如下：辉绿岩脉→闪长（玢）岩脉→花岗岩脉→花岗斑岩脉→石英脉等。

1.3 变质岩

区内变质作用较明显，变质岩石分布较广泛，以轻微的区域变质岩石尤为发育，其次为动力变质岩，接触变质岩较少。测区中元古代、古生代地层均遭受了不同程度的区域低温动力变质作用，形成一系列轻微变质岩石，属低绿片岩相的变质组合。在断裂带附近形成动力变质岩，沿断裂带及其两侧广泛分布，岩石类型有糜棱岩及各种碎裂岩，具绿泥石化.绿帘石化。

1.4 构造

工作区一级构造单元属于塔里木板块，二级构造单元塔里木东部陆源增生带，三级构造单元为马鬃山-红柳园火山型被动陆缘。据五道明幅1∶20万资料14]，研究区位于阿木乌苏—沙红山近东西向挤压带，是一个与盘陀山—古硐井东西向挤压带相毗邻的挤压带，它们之间大部分为中新生代槽地隔开，只有东部以断裂为界。这个带的南侧是五道明水—碱泉子北西向挤压带。东西皆被中新生代沉积物掩盖，出露最宽处20多公里。构成该挤压带的地层主要是二叠系地层，其内形成了一系列褶皱、断裂、劈理、片理等构造形迹。

1.5 矿产资源概述

该区位于内蒙古自治区和甘肃省交界处北山地区，是我国重要的金属矿产成矿带之一。前人统计[11]，该区已发现各类矿点（床）500余处，己探明一定储量的矿床就有90余处，其中，数量最多的是铁矿床，有30余处，其次是金矿床，有29处，其他较多的矿产依次是铜矿床（4处），钨矿床（4处），铝矿床（3处），铜一镍矿床（2处），稀有金属矿床（2处），钒一磷一铀矿床（2处）。本区金属矿床大体可划分为6种类型：①斑岩型钥一金和铜矿床（点）;②夕卡岩型铁一铜矿床（点）;③火山气液型铁和锑矿床（点）;④热液脉型钨、锡和稀有金属矿床（点）;⑤岩浆岩型铬、钒一钦一铁矿床（点）和⑥变质热液型金和铁矿床（点）。区域上位于额济纳—雅干华力西期铁、金、铜、钼、镍成矿带中阿木乌素-老硐沟金、钨、锑成矿亚带[12-13]；1∶20万五道明幅[8]将工作区划分为阿木乌苏一沙红山近东西向挤压带，该带主产矿产有：铁、锑、萤石等。

区内已发现阿木乌素小型锑矿床1处，小型铁矿床1处，金矿化点1处，铁矿化点、铜铅矿点数处，近年新发现有进一步找矿意义的沙红山铜矿点1处。矿产常分在花岗闪长岩与下二叠统中基、中酸性火山岩接触带及其附近，主要受北西西向断裂、裂隙造控制，如阿木乌素锑矿产于北西西向断裂构造带中。在上述地层、构造带内有较多的以金、锑、铜为主的化探异常[12]，并有砷、汞、银等元素的组合异常分布，浓集中心明显，异常值较高，这些异常区是寻找中低温热液型锑和金、铁、铜等矿产有较大潜力的地区。

1.第四系；2.第三系苦泉组；3.白垩系赤金桥组；4.二叠系金塔组；5. 二叠系双堡塘组；6.志留系公婆泉群；7.青白口系大豁落山组；8.燕山期二长花岗岩花岗岩；9. 印支期石英闪长岩；10.印支期石英二长岩；11.华力西期斜长花岗岩；12.华力西期花岗闪长岩；13. 华力西期石英闪长岩；14. 华力西期辉长岩；15.加里东期二长花岗岩；16. 花岗岩脉/花岗斑岩脉；17.闪长玢岩脉/辉绿岩脉；18.石英脉；19.压性断裂/推测断层；20.地质界线/沉积岩层的假整合界线；21. 岩层产状/褶劈理产状；22.赤铁矿(化）点/锑矿(化）点；23. 金矿(化）点/萤石矿(化）点

2 典型矿点实例分析

阿木乌苏锑矿点位于阿木乌苏井南1.7km处。矿点处地层出露为二叠系金塔组黑绿色安山岩、安山质凝灰岩夹凝灰砂岩。含矿石英脉产于安山岩内，东侧有华力西晚期辉长岩呈岩株状侵入地层之中，南部2km处，被燕山晚期花岗岩侵入，该期岩浆活动是与锑矿有成因关系。北西走向的压扭性裂隙为容矿构造。矿体为含锑石英脉，沿北西向压扭性裂隙充填，矿脉断续出现，呈扁豆状（尖灭再现），长14m，最宽处30cm般为5~20cm，倾向65°~75°，倾角70°~80°，向下延伸3-4m左右即有尖灭的趋势。锑矿石在石英脉上盘较为富集，呈团块状或细脉状及星点状侵入石英脉中。矿石结构为致密块状、浸染状两种，前者由辉锑矿组成团块状，后者锑矿呈星散状分布石英脉中。矿物成分有辉锑矿、黝铜矿等，次生矿物有锑华、锑赭石等。围岩蚀变有蚀变有：硅化、碳酸盐化、高岭土化，次为赤铁矿化及少量锰化。矿点成因为低温热液裂隙充填型，与花岗岩岩浆期后热液活动有关。1995年，孟新[15]采用1990年12月的TM图像，根据自测波谱特征曲线，结合与矿区自然环境相同、大地构造位置相近的北山地区资料，采用比值法、HIS变换和定向主组分变换等方法组合来提取褐铁矿化信息（图2）。从提取出的褐铁矿化蚀变信息分布图上可见，褐铁矿化蚀变主要沿矿区中部的东西向断裂分布，大致可分为四个区域:东部的阿木乌苏锑矿床附近；角岩化带附近；中部燕山晚期花岗岩体边缘；断裂东端的南北两侧。内蒙古地矿局遥感站利用其所提取的褐铁矿化蚀变信息作为一个定量的遥感变量参加了综合成矿预测，在提取出的中部燕山晚期花岗岩体西侧的褐铁矿化蚀变区发现了一个含Sb、Au、Fe较高的新矿点。这不仅验证了提取出的蚀变信息的可靠性，更说明了遥感蚀变异常应用于该区具有良好的指导作用。

3 遥感蚀变异常特征

3.1 遥感图像数据预处理

本次采用美国Landsat-7卫星ETM+数据，由四川省地质调查院于2013年4月成图。首先对遥感影象进行几何校正，具体方法为在1∶10万地形图上选择参照点，对卫星图像进行几何校正、投影，使其具有地理坐标。区内影响遥感异常提取的不利因素主要有：阴影、云团、戈壁荒漠等，本次工作中采用的遥感数据预处理的方法主要有：剩余对数法、亮度值域法、光谱剖面法。经以上方法遥感数据预处理后，消除干扰因素的影响，工作区的不同典型地物之间的光谱剖面特征和亮度值域变化特征较明显，相互差异较大，有利于遥感异常提取。

3.2 遥感蚀变异常提取

ETM遥感影像进行遥感异常信息的提取，以主成分分析法为主要方法，辅以比值法、光谱角制图法。

1）主成分分析法，主该方法在数学上是一种去相关方法，利用不同的波段获得的主分量可能反映不同的岩矿蚀变。根据热液矿物和背景地物的光谱特征，主成分分析技术即可以选择6个TM波段，又可以选择4个TM波段。选择4个TM波段进行主成分变换，提取遥感异常的依据是与热液蚀变有关矿物的实验室光谱特征。用TM1、TM3、TM4和TM5波段进行主成分变换，可以识别铁氧化物遥感异常，避免TM5、TM7波段同时参加运算，是为了排除粘土类矿物蚀变信息干扰，结果在PC4负值图像中氧化铁类矿物得到增强；用TM1、TM4、TM5和TM7波段进行主成分变换，可以识别羟基矿物遥感异常，删去TM2、TM3波段，避免3个可见光波段同时参与运算，主要是为了排除铁氧化物的干扰，这样在PC4负值图像中，绿泥石等矿物将以浅色调特征突出出来。大量研究还表明[16-20]，在主成分变换后，用PC4图像可识别和提取由羟基矿物产生的遥感异常；用PC5、PC6图像可识别和提取由铁氧化物产生的遥感异常。即可以通过对PC4、PC5和PC6图像的量化、分割和叠加，获取遥感异常信息。

遥感异常信息提取工作中主成分分析法主要采用的是TM1、TM3、TM4、TM5波段的组合，来提取铁染异常，利用TM1、TM4、TM5、TM7提取羟基异常。

2）比值法，波段比值法是一种增强成矿围岩蚀变信息的方法。利用多波段遥感比值数据，可增强的矿化蚀变信息有：铁的氧化、氢氧化物和硫酸盐，包括褐铁矿、针铁矿和黄钾铁矾。羟基矿物，包括粘土矿物和云母。通常把TM3/TM1称为铁氧化物指数，把TM5/ TM4称为铁矿石指数，把TM5/TM7称为粘土指数。比值值域分析提取遥感异常法是利用多波段数据计算TM3/TM1、TM5/TM7和TM5/TM4等比值图像，然后对比值图像进行正态化拉伸，借鉴地化数据处理中划分异常的方法，即用比值图像的均值加数倍标准差作为分割阈值，提取遥感异常。在本次遥感异常信息提取过程中比值法，在铁染异常提取过程中铁染异常的提取波段比为TM3/1来提取矿物异常，利用TM5/7提取蚀变矿物异常。

3）光谱角法，光谱角法是在由光谱组成的多维光谱矢量空间，利用一个角度测度函数求解参考光谱端元矢量与图像像元光谱矢量的相似程度。它实际上是一种监督分类方法，要求每一类别有一个参考端元光谱，是通过对比多维空间点空间向量角的相似性进行分类的。

在本次遥感异常信息提取过程中，分别尝试利用TM1、2、3、4、5、6、7波段组合和TM1、3、4、5波段组合提取遥感铁染异常，利用TM1、4、5、7波段组合提取了遥感羟基异常，通过对比发现，利用TM1、2、3、4、5、6、7波段组合提取的遥感异常信息更加丰富，但是异常面积较大，异常可信度相对利用TM1、3、4、5波段组合提取遥感铁染异常稍低。

4）异常分级，为突出异常强度的变化信息，应利用统计法对异常强度进行分级，即采用均值加n倍标准离差的方法确定，从高到低划为3（相对级），获得分级异常图。

1.铁染Ⅰ级异常；2. 铁染Ⅱ级异常；3. 铁染Ⅲ级异常；4. 羟基Ⅰ级异常；5. 羟基Ⅱ级异常；6. 羟基Ⅲ级异常；7.赤铁矿(化）点/锑矿(化）点；8 金矿(化）点/萤石矿(化）点；9. Au≥1.5外带异常范围；10. Ag≥0.08外带异常范围；11. Cu≥2.5外带异常范围；12. Pb≥25外带异常范围；13. Zn≥80外带异常范围；14. As≥2.5外带异常范围15. Sb≥8外带异常范围；16. Be≥2.5外带异常范围；17. Bi≥0.5外带异常范围；33.18≥0.2外带异常范围；34. Li≥30外带异常范围；19. Mo≥1.5外带异常范围；20. Sn≥3外带异常范围；21. Hg≥40外带异常范围；22. 找矿远景区

通过上述处理方法，获得工作区遥感蚀变异常图（图3），铁染蚀变异常与羟基蚀变异常分布具有一定地域性，且具重合现象；异常一般呈团块状、带状、面状展布，且异常分布范围和地质构造紧密相连。这类蚀变异常是反映工作区的铁化蚀变、羟基蚀变晕的富集地段，是找矿的重要指示标志。

4 成矿潜力分析及找矿标志

研究区位于阿木乌苏一碱泉子矿产远景区（金、铁、锑、萤石V）[11]，区内处于中-上志留统和二叠系组成的阿木乌苏-沙山东西带及中-上志留统组成的五道明水-碱泉子北西向挤压带复合部位，构造发育，对矿产形成和矿体分布方向起着控制作用。二叠系金塔组中酸性火山岩；中—上志留统公婆泉群沉积变质火山岩系，由绿泥钙质片岩、大理岩、条痕状混合岩、变安山岩等组成含矿建造。华力西晚期辉长辉绿岩、辉绿玢岩及辉长岩，多以岩株或岩脉侵入二叠系地层中，印支期石英闪长岩呈岩基侵入到中-上志留统中，又被燕山晚期浅红色花岗岩侵入，岩浆活动是区内铁、锑、金、铜、萤石等矿产的成矿母岩。褶皱断裂构造发育，多以东西向和北西向两组断裂为控矿构造，次一级东西向和北西或北东向裂隙是容矿构造。找矿标志:

1）燕山晚期浅红色花岗岩类是铁、锑、金及萤石等矿产的成矿“母岩”，岩体内蚀变有硅化、绿泥石化、褐铁矿化。岩体与金塔组中基性或中酸性火山岩接触带、北西向和北北东向裂隙为金、锑、铜、萤石等矿产形成空间和时间上的先决条件，即是找寻此种矿产的岩性和构造标志。

2）印支期石英闪长岩岩浆活动，伴随有铁矿液作用，对形成铁矿有联系该远景区矿产主要分布在内外接触带边缘附近及远离岩体的中酸性火山岩、钙质绿泥片岩中裂隙发育地段

3）沉积型铁矿产于双堡塘组碳酸盐岩、黄绿色粗砂岩、砂岩互层间。赤铁矿体呈透镜状呈零散分布，要注意在此层位中寻找沉积型的铁矿标志。

4）铁矿体都直接出露地表。凡是铁矿体出露处，地表显红色，碳酸盐化及赤铁矿化强烈，为铁矿直接找矿标志。

5）近南北向张性裂隙、北北东向扭性裂隙是为萤石脉的控制构造，矿脉产于灰白色流纹岩及浅红色花岗岩内。近矿围岩蚀变有赤铁矿化、褐铁有锰化、硅化现象。

综上所述，此远景区是处于构造复合部位，岩浆活动频繁，对形成内生矿产极为有利， 除找锑、金、萤石矿产外，亦是找铁矿有希望地区。

5 找矿远景区圈定

通过遥感蚀变异常信息提取，并结合成矿地质特征、区域化探异常[17]等资料进行综合找矿分析，在区内优先圈定出4个找矿远景区：乱石山北-阿木乌苏-沙红山远景区、月牙山远景区、黑石山远景区、沙红沟远景区（图3）。

5.1 乱石山北-阿木乌苏-沙红山远景区

远景区内出露有志留系公婆泉组中基性火山岩、片岩等，二叠系金塔组中基性火山岩，华力西期中基性岩沿构造线呈断续侵位，晚期有燕山期中酸性岩体顺构造线侵位。区内北西-南东向断裂、东西向断裂发育，局部叠加有后期的南北向断裂，褶皱构造十分发育。成矿条件较好，已发现有锑矿化点1处、赤铁矿化点1处，金矿化点1处。遥感蚀变羟基Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级异常和铁染Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级异常呈北西-南东向带状分布，羟基异常总体呈集中分布趋势，铁染异常呈相对集中分布，其中羟基Ⅰ异常集中分布较明显，总体与构造线一致。分布有化探Sn、As、Sb、Ag、Li、Cd、Au等异常，异常形态呈椭球形，套合不明显，在阿木乌苏南各元素化探异常相对集中。北西-南东向断裂带、断裂交汇部位、岩体和围岩接触带、岩体和岩体之间接触带以及各类型蚀变带是重要的找矿线索。主攻矿种：金、锑、铜、铁矿，兼顾萤石矿等。

5.2 月牙山远景区

远景区内出露有二叠系金塔组中基性火山岩，华力西期中酸性岩体顺构造线侵位；东西向断裂和轴向呈东西向的褶皱构造发育，月牙山东侧构造线具弧形偏转，由东西向转为北东向。成矿条件较好，在南侧甘肃境内发现有赤铁矿化点。羟基Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级异常集中分布，异常形态呈带状、团块状分布，与构造线走向一致，其中羟基Ⅰ异常集中分布明显，指示具较好的蚀变异常特征。分布有化探Cd、As、Sb、Be、Mo、Au、Ag、Hg、Bi等异常，异常形态呈椭球形，总体套合较好，成矿条件优越。东西向和北东向断裂带、岩体和围岩接触带、褶皱核部及蚀变带是重要找矿线索，主攻矿种：金、银。

5.3 黑石山远景区

远景区整体为背斜构造，轴向东西，两翼为二叠系金塔组中基性火山岩，核部被加里东期花岗岩侵位，晚期花岗斑岩脉大致呈东西向侵入花岗岩和火山岩中。黑石山背斜南翼花岗岩和围岩呈断层接触，断层走向北西。遥感蚀变羟基异常有1处，羟基Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级异常集中分布，呈北东向断续线状分布于背斜北翼岩体和围岩接触带；铁染异常有1处，以铁染Ⅲ级异常为主，呈北西-南东向星散带状分布，具有化探Cd、Sn、As、Be、Pb、Ag、Hg、Bi、Mo元素异常，异常形态呈椭球形、不规则形，套合中等。褶皱核部、断裂带、岩体与围岩接触带是重要的找矿部位。主攻矿种：金、钼。

5.4 沙红沟远景区

远景区内出露有二叠系金塔组中基性火山岩，华力西期斜长花岗岩、印支期花岗岩，轴向为东西向的褶皱构造十分发育。印支期花岗岩边缘，靠近接触带附近，发现有2处萤石矿点。分布有遥感蚀变铁染异常，以铁染Ⅲ级异常为主、Ⅰ、Ⅱ级次之，呈星散面状分布，在岩体边缘接触带附近有少量羟基Ⅱ、Ⅲ级异常。具有化探Mo、Be、Sn、Au、Ag元素异常，异常形态呈不规则形状，套合一般。花岗岩边缘带、岩体和围岩接触带附近是重要的找矿部位，主攻矿种：金、萤石。

6 结语

1）在内蒙古北山阿木乌苏地区进行成矿遥感异常信息提取，对研究区蚀变异常（羟基异常、铁染异常）的分布取得了较好结果，同时证明ETM遥感蚀变异常信息提取技术的应用在地质找矿过程中起到重要作用。

2）阿木乌苏地区具有较好的成矿潜力，是寻找中低温热液型金、锑、铜、铁、萤石等矿产的有力地区，地质找矿尤其注重东西向、北北东向断裂带及其次级裂隙、岩体与围岩接触带、不同期次岩体接触带、双堡塘组或者红色铁冒。

3）在内蒙古阿木乌苏地区优先圈定出四个找矿远景区，也体现多元学科的综合研究（地物化遥）在成矿预测中占有不可或缺的地位，做到明确主攻矿种、重点突出、有的放矢。

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Remote Sensing Information Alteration Extraction and Metallogenic Prognosis in Amuwushu, Beishan, Inner Mongolia

WANG Yi-wei1,2XIE Qi-xing2HE Xue-feng2MEI Gang2

(1-College of Earth Science, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059; 2- Northwest Sichuan Geological Party, BGEEMRSP, Mianyang, Sichuan, 621000)

8 alteration anomalies ate delineated by remote sensing information in Amuwusu, Beishan, Inner Mongolia. Accordingly, in combination with geological and geochemical data, 4 prospecting prospective zones such as Amuwusu-Shanongshan, Yueyashan, Heishishan and Shahonggou for Au, Sb, Cu, Fe, Ag, Mo and fluorite are delineated.

Amuwushu; ETM remote sensing information extraction; metallogenic prediction; ore prospective zone; Amuwusu

P627

A

1006-0995（2015）01-0151-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.01.036

2015-04-14

王一伟（1985-），男，研究生，研究方向: 矿物学、岩石学、矿床学