基于ASTER的哈密土墩地区构造及蚀变信息提取与找矿预测

陈 菁，周 萍

(中国地质大学地球科学与资源学院，北京100083)

黄山—镜儿泉成矿带位于古亚洲成矿域，是我国重要的大型铜镍矿分布区。研究区哈密土墩位于该成矿带中，具有很大的找矿勘查潜力。目前为止，对于研究区的报道较少。彭方红等［1］通过东天山赤湖—土墩地区1∶50000化探普查和异常查证，新发现红滩金矿、沙海金矿以及一批具有重要找矿意义的Au、Cu、Ni、Pb异常。永文富［2］对土墩地区基性—超基性岩体进行了研究，认为岩体分异作用完善，岩相分带呈“似层状”，矿体分布明显，受岩相控制，其中南岩体含S、CaO高，含SiO2、K2O、Na2O低，成矿条件更为有利。王敏芳等［3］对该矿区内岩石和矿石的铂族元素地球化学特征开展了研究，指出土墩矿区的成矿镁铁质岩体形成于碰撞后的拉张环境。周强等［4］利用航空高光谱HyMAP数据识别出该区与成矿关系密切的6种蚀变矿物及其空间分布趋势。本文将利用ASTER数据进行土墩地区的构造解译和蚀变矿物填图，并据此进行找矿预测，以期为该区域的找矿勘查提供参考。

1 研究区概况

研究区大地构造位置处于准噶尔板块东南缘活动带康古尔塔格泥盆—石炭纪岛弧带南带与塔里木板块东北边缘活动带觉罗塔格石炭纪岛弧带北带的对接部位，康古尔塔格俯冲碰撞带铜镍钼金成矿带之赤湖—黄山—镜儿泉铜镍钼金成矿区中［2］。区内出露地层主要有古生界泥盆系、石炭系、二叠系，中生界侏罗系，新生界第三系和第四系松散堆积物。其中石炭系岩石分布最广，占研究区面积的30%左右，是一套海相火山沉积-正常沉积岩。本区出露的石炭系主要包括雅满苏北山组 (夹有少量火山碎屑岩的正常沉积碎屑岩)和梧桐窝子组(喷发-溢流相火山碎屑岩、火山熔岩)。侏罗系零星出露于研究区东北角与西北角，是一套正常沉积碎屑岩，岩性为灰色、灰绿色、黄褐色砂岩、砾岩、粉砂岩和砂砾岩。二叠系在研究区西南部有小片出露，是一套由紫红色砂岩、灰绿色粉砂岩、褐红色砾岩组成的正常沉积碎屑岩 (见图1)。

图1 研究区所在的大地构造环境 (据邵行来等，2010，略修改)Fig.1 Geographical map of Tudun，Hami，Xinjiang Province

区内已发现了土墩铜镍矿，含矿岩体是一个分次侵入形成的复式岩体，分为南岩体和北岩体，边部被辉长岩环绕。矿石类型主要有3种，分别为稀疏浸染状矿石、稠密浸染状矿石和块状矿石，金属矿物主要有磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、铬铁矿、磁铁矿等，非金属矿物主要有橄榄石、辉石、普通角闪石、斜长石等［2］。区内围岩蚀变严重，主要有黄钾铁矾和黄铁矿为主的铁染蚀变，高岭石绢云母为主的铝羟基蚀变以及绿泥石为主的镁羟基蚀变。本文将利用ASTER数据通过主成分分析法对蚀变矿物进行提取。

2 SiO2的定量反演

SiO2是地质体分类及成因演化分析的重要化学参量，也是地壳的主要成分［5］。研究区内构造与岩浆活动频繁，形成多条石英脉。因此分析研究区石英脉的空间展布对研究区构造特征的提取具有重要意义。

在遥感地质应用中，人们一直努力寻找岩石中SiO2含量与光谱特征的相关关系，并以此作为通过遥感进行SiO2含量定量反演的依据。研究表明，硅酸盐在可见光—近红外 (0.4～2.5μm)波段范围内只覆盖有些含水化合物基频振动的合频与倍频，而在8～14μm范围的热红外大气窗口内存在热红外光谱发射率谱带，具有明显的诊断特征 (见图2)［6］。

图2 硅酸盐矿物发射率光谱曲线 (引自ASU光谱库)Fig.2 Spectral emissivity curve of silicate minerals

如图2所示，石英在8～12μm波段存在明显诊断特征，即2个代表高发射率的波峰夹1个代表低发射率的波谷。本文将据此利用ASTER的4个热红外波段对SiO2含量进行反演。

关于SiO2的反演，国内外学者已进行了不少研究。Ninomiya［7］利用反向传播神经网络的方法对ASTER模拟数据进行了SiO2含量的定量反演，并且将误差控制在7%之内;二宫芳树等［8］针对ASTER数据提出了可以定性表征硅酸盐SiO2含量的光谱指数，并进行了实例研究，但只是定性研究，没有达到定量化;陈江等［9］把ASU波谱库的矿物重采样至ASTER各热红外波段，对矿物的波谱进行波段比值处理，对各矿物成分进行相关分析，选择波段比值与SiO2含量最大相关系数，最后运用最小二乘匹配法的对数函数进行数值模拟，其函数为:

王俊虎等［5］以华南某花岗岩型铀矿田为例，利用ASTER热红外数据进行了SiO2含量的定量反演，在反演图上识别出了研究区内明显的硅化断裂带以及花岗岩和红层分布区，并且识别结果得到了实地验证。

本文根据公式 (1)，利用ENVI中的波段计算工具得出研究区的SiO2含量图，然后根据SiO2含量百分数 (酸度)对灰度图像进行彩色密度分割，并从中解译出研究区的硅化断裂带 (见图3)。

3 线性构造信息提取

本文对ASTER的6个短波红外波段进行了主成分分析。其中，PC1主要包含地形、地貌信息;PC4突出表现为构造信息，对PC4进行3×3低通卷积滤波处理，标记为PC4';ASTER的Band3与ETM+4相同，均位于水的强吸收区，主要包括与水有关的地质构造、地貌等。将PC1(R)、Band3(G)、PC4'(B)进行假彩色合成，以突出区内的断裂构造［10］。结合上文得出的硅化断裂带，经过解译得到研究区的线性构造信息解译图 (见图4)，区内断裂主要呈北东东向和北西向展布，其中干墩大断裂 (F2)贯穿整个矿区，是区域成矿的主要控矿断裂［3］。

图3 研究区SiO2含量及硅化断裂带分布Fig.3 Content figure of SiO2 and silicified fracture distribution in study area

图4 研究区断裂分布Fig.4 Fracture distribution in study area

4 蚀变信息提取

对ASTER数据进行几何校正、Flaash大气校正等预处理。由于研究区受道路、阴影等因素影响，因此在蚀变信息提取前利用ENVI软件中的掩膜运算将这些干扰因素剔除。去除干扰信息后，采用Crosta技术提取出研究区中的铁染和羟基蚀变信息。

图5所示为含羟基基团矿物波谱曲线，图中除绿泥石外其他矿物均在波段6具有明显的吸收峰，而绿泥石在波段8有一吸收峰，这是Mg-OH区别于Al-OH的主要依据，因此可以利用ASTER数据分别提取Mg-OH基团和Al-OH基团信息［11］。

图5 含羟基基团矿物波谱曲线Fig.5 Spectral curve of hydroxyl group-containing minerals

选取波段1，3，4，8进行主成分分析，以提取Mg-OH基团蚀变信息。异常主成分PC3显示的band4和band8的贡献系数符号相反 (见表1)，且band8具有强负载值 (表现为正值)，故PC3反应了Mg-OH基团蚀变信息。

表1 Aster 1，3，4，8波段的PCA统计Table 1 PCA statistics of Aster 1，3，4，8

选取波段1，4，6，7进行主成分分析，以提取Al-OH基团蚀变信息。异常主成分PC4具有的band4和band7的贡献系数与band6的贡献系数符号相反 (见表2)，且band6具有强负载值 (表现为正值)，故PC4反应了Al-OH基团蚀变信息。

选取波段1，2，3，4进行主成分分析，以提取三价铁离子蚀变信息。异常主成分PC4具有的band1和band3的贡献系数与band2的贡献系数符号相反 (见表3)，且band2具有强负载值 (表现为正值)，故PC4反应了三价铁离子蚀变信息。

综上所述，Mg-OH基团蚀变信息在波段1，3，4，8的异常主成分PC4中;Al-OH基团蚀变信息在波段1，4，6，7的异常主成分PC3中;三价铁离子蚀变信息在波段1，2，3，4主成分的第四主成分中。对包含主要信息的主成分进行阈值分割［12］，可得到蚀变异常分布图 (见图6)。

表2 Aster 1，4，6，7波段的PCA统计Table 2 PCA statistics of Aster 1，4，6，7

表3 Aster 1，2，3，4波段的PCA统计Table 3 PCA statistics of Aster 1，2，3，4

图6 土墩遥感蚀变异常信息图Fig.6 Remote sensing alteration map of Tudun

5 遥感找矿预测

5.1 综合信息分析

综合分析研究区的岩浆岩分布、构造信息、蚀变矿物信息以及化探信息可知，区内化探异常、蚀变矿物以及岩浆岩分布大致相同，且化探异常和蚀变矿物主要集中在断裂构造附近，以交叉性断裂为甚。这两点充分说明岩浆岩为矿床的形成提供了充分的物源基础，而断裂作为导矿构造，在金属元素的富集与传输中更是具有重要作用。因此，岩浆岩与构造是本区成矿的主要因素。

5.2 找矿靶区的圈定

根据上述分析，选择铁染蚀变、铝羟基与镁羟基蚀变强烈、有岩浆岩分布且位于断裂附近的区域，圈定了3个级别6个找矿有利区 (见图7)。

图7 哈密土墩找矿预测图Fig.7 Prediction map of mineral prospect in Tudun，Hami

一级找矿靶区:Ⅰ号靶区，岩浆岩分布区，区内蚀变强烈，有Au、Cu元素异常，有断裂构造分布，且区内已发现铜镍矿床。

二级找矿靶区:Ⅱ、Ⅲ号靶区，岩浆岩分布区，区内蚀变强烈，存在多金属元素异常，有断裂构造存在。

三级找矿靶区:Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ号靶区，其中，Ⅳ号靶区内有蚀变信息与金属元素异常出现;Ⅴ、Ⅵ号靶区有岩浆岩分布，构造与蚀变较强烈。

6 结论

基于ASTER热红外波段得到的SiO2含量图可以用来解译研究区中大的硅化断裂破碎带，为研究区成矿远景区预测提供了重要依据，同时也证明了热红外遥感技术在找矿工作中的重要性。

研究区内有明显的铁染蚀变与羟基蚀变，且与化探异常、岩浆岩以及断裂分布大致相同。说明岩浆岩为矿床的形成提供了充分的物源基础，而断裂作为导矿构造，在金属元素的富集与传输中具有重要作用。因此，岩浆岩与构造是本区成矿的主要因素。

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