遥感技术在内蒙古东乌珠穆沁旗萨麦地区的找矿应用

贺瑾瑞，陈国浒,2，张翊超，宋庆伟

（1.北京市地质研究所，北京100120；2.中国地震局，北京100036）

遥感技术在内蒙古东乌珠穆沁旗萨麦地区的找矿应用

贺瑾瑞1，陈国浒1,2，张翊超1，宋庆伟1

（1.北京市地质研究所，北京100120；2.中国地震局，北京100036）

本文以内蒙古东乌珠穆沁旗萨麦地区1∶5万巴彦塔拉等4幅区域地质调查范围为研究区，以ETM+影像数据为信息源，以波谱理论为基础，从遥感图像中提取蚀变信息继而进行遥感找矿实践。针对区内铁染、羟基蚀变类型使用主成分分析等方法，将研究区划分为10个异常区，结合区域构造特征情况，对异常区域开展了1：1万路线调查，综合判定后，选择了4个找矿靶区进行了化探剖面探测并进行了成果分析，结果显示遥感蚀变信息与野外调查和化探异常吻合较好。

ETM+蚀变信息提取；化探异常，找矿靶区；内蒙古东乌珠穆沁旗

0 引言

近年来遥感找矿异常信息提取技术，在地质找矿中取得了较好效果。其中，ETM 具有从可见光到热红外的波谱范围，能满足一定矿物、岩石划分需要。围岩蚀变是成矿作用发生和地质找矿重要标志之一，从遥感图像中提取蚀变信息已成为找矿的一种重要手段。该方法以波谱理论为基础，通过对有关地物波谱特性分析及遥感地质解译，利用ETM数据提取研究区围岩蚀变等信息，并根据区域成矿特点，研究这些信息与成矿作用的关系，进行成矿有利因素分析，并结合野外调查、地球化学数据分析，划分出找矿靶区（丰茂森，2001；张玉君，2002；杨波等，2005；荆凤等，2005；刘志杰，2015）。

1 地质概况

工作区内蒙古东乌珠穆沁旗行政中心正北，其大地构造位置地处华北克拉通与西伯利亚地台之间的中亚－蒙古造山带中东段的兴蒙褶皱带中，属于二连－贺根山基性－超基性岩带（即二连－贺根山板块对接带）和中蒙古－得尔布干深断裂之间西伯利亚板块东南缘的晚古生代安第斯型陆缘增生带（邵济安，1991；李述靖等，1998；张万益，2008）。

工作区出露的地层以泥盆系安格尔音乌拉组和新近系宝格达乌拉组面积最大，石炭—二叠系宝力高庙组分布较为局限，中生界亦有零星分布。自下而上为上泥盆统安格尔音乌拉组（D3a）、石炭—二叠系宝力高庙组（CPbl）、上侏罗统玛尼图组（J3mn）、下白垩统大磨拐河组（K1d）、新近系上新统宝格拉乌拉组（N2b）、第四系更新统（Qp）及第四系全新统（Qh）。

测区侵入岩出露面积较大，约占基岩面积1/3。岩石类型以酸性岩为主，多呈岩基、岩株状产出，总体呈北东向展布，展布方向与区域构造线一致，另有少量中基性侵入岩以脉状产出。本次工作将测区内前人（1︰20万区调）划分为燕山期的中细粒似斑状、斑状黑云二长花岗岩体进行了解体和重新厘定，共划分为石炭纪—早二叠纪和侏罗纪两个期次5个时代的侵入岩单位。最终根据岩性特征、同位素年龄将测区内的侵入岩解体为12种岩性，20余个侵入体。石炭纪—早二叠纪岩石单元主要有：花岗闪长岩，细粒斑状（局部文象）二长花岗岩（339～349Ma），中细粒斑状二长花岗岩（322Ma）、细粒二长花岗岩（316Ma）、细粒斑状黑云母正长花岗岩（316Ma）、中细粒含长石大斑黑云二长花岗岩（314Ma）、细粒黑云母二长花岗岩（306Ma）、中细粒似斑状黑云母二长花岗岩（298Ma）、细粒含石榴石二云母二长花岗岩（292Ma）；侏罗纪岩体主体岩石类型有：细粒（局部斑状）黑云母二长花岗岩（167Ma）、中细粒黑云母二长花岗岩（155Ma）、细粒正长花岗岩。

工作区属于大兴安岭Ⅱ级铜多金属成矿带的东乌旗—梨子山—鄂伦春铜、金、银多金属成矿带（Ⅲ）。大兴安岭Ⅱ级铜多金属成矿带横跨北部的西伯利亚板块和南部的华北板块，经历了太古宙—中（新）生代漫长的演化历史，形成了特定的区域成矿地质构造背景（图1）。

图1 工作区所在地理位置及所属成矿远景区Fig.1 The location of the work area and the formation of the area of the ore

2 ETM+数据

ETM+是美国航空航天局（NASA）于1999年4月15日发射升空的美国陆地卫星7号（Landsat-7）所携带的对地观测传感器。Landsat ETM+影像数据包括可见光、近红外、短波红外和热红外波段在内共8个波段，波段1至波段5和band7的空间分辨率为30m，band6的空间分辨率为60m，波段8的空间分辨率为15m，南北向扫描范围大约为170km，东西向扫描范围大约为183km。本次工作收集的ETM+影像获取时间为2000年7月10日。

3 蚀变信息提取

矿化蚀变信息提取技术，是遥感地质学近年来新的发展方向。由于自然界异物同谱现象的广泛存在，云、阴影、水体、植被等干扰物的祛除是矿化蚀变信息提取技术的关键所在。选用不同的数学方法，将可能形成干扰的非目标地物经数学处理归入干扰窗，经掩膜运算祛除非目标物，尽可能的减少干扰物对异常提取所产生的影响（冯茂森，2001；荆凤等，2005）。

本次遥感矿化蚀变信息提取采用主成分分析（PCA）法。该方法通过正交线性变换去除多波段图像中的相关信息，使新的组分图像之间互不相关，各自包含不同的地物信息，是一种重要的图像增强方法。其基本原理是根据蚀变矿物的波谱特征选择主成分变换波段，分析变换后特征向量载荷因子的大小和符号，确定每个波段对矿化蚀变矿物的光谱响应贡献，判别适合提取蚀变矿物异常的主分量图像，利用蚀变矿物在主分量图像中的分布特征提取遥感异常。下面分别对不同矿物遥感异常信息提取的方法做详细描述。

3.1铁染蚀变异常信息提取

测区内褐铁矿化发育较多，寻找铁氧化物对于测区内找矿具有重要意义。采用ETM+1、3、4、5共4个波段进行主成分分析来提取铁染蚀变信息。由于铁的氧化物具有在TM1强吸收，TM3有一个小的反射峰值特征，所以其特征向量载荷因子必须同时满足TM1、TM3 强负载荷并具有相反的贡献标志。因此铁氧化物蚀变异常信息的提取实质上是通过主成分变换来扩展TM1、TM3 的光谱反差。

通过对遥感影像做TM 1、3、4、5波段的主成分分析，得到波段间的本征向量矩阵（表1）。根据上述分析中特征向量载荷因子所需满足的条件，在矩阵中只有PC4较为符合异常分量的分布规律，所以选取PC4作为提取铁染蚀变的图像。对PC4图像作直方图拉伸、低通滤波处理去除噪声，之后采用阈值法进行密度分割，得到铁染蚀变异常信息提取图，高亮度区为铁染蚀变强烈地区，将其赋予红色（图2）。

3.2 含羟基矿物蚀变异常信息的提取

富含OH—或CO32—的绿泥石、白云母、方解石、高岭石、明矾石等常见蚀变矿物可利用ETM+1、4、 5、7波段进行主成分分析提取蚀变异常信息。此类矿物在TM5波段存在反射峰，在TM7波段则存在吸收谷；对代表羟基化物主分量的判断准则是：构成该主分量的本征向量，其TM5系数应与TM7及TM4的系数符号相反，TM1一般与TM5系数符号相同。

表1 ETM+1、3、4、5主成分分析特征矩阵Tab.1 ETM+1、3、4、5 Principal component analysis of the characteristic matrix

图2 蚀变异常区及化探剖面部署位置图Fig.2 Alteration anomaly and geochemical profle deployment locations map

将上述掩膜处理的图像做TM 1、4、5、7波段的主成分分析，得到波段间的本征向量矩阵（表2）。根据上述分析中特征向量载荷因子所需满足的条件，在矩阵中只有PC4较为符合异常分量的分布规律，所以选取PC4作为提取羟基蚀变的图像。对PC4图像作直方图拉伸、低通滤波处理去除噪声，之后采用阈值法进行密度分割，得到含羟基矿物蚀变异常信息提取图，高亮度区为羟基蚀变强烈地区，将其赋予黄色（图2）。

表2 ETM+1、4、5、7主成分分析特征矩阵Tab.2 ETM+1、4、5、7 Principal component analysis of the characteristic matrix

3.3 蚀变异常信息分析

区内蚀变异常信息的分布主要受断裂构造的控制，其次与花岗岩脉、石英脉的分布相符合，多数发育黄铁矿、褐铁矿化。根据蚀变异常信息的分布特征可以划分出10个异常区，异常区位置如图2所示。

4 异常区野外调查及化探查证结果分析

根据遥感矿化蚀变异常及区域构造特征情况，在原来1：5万路线调查的基础上，对重点区域开展了1∶1万详查。在野外路线调查查证蚀变信息异常的基础上进行综合判定后，选择了4个找矿靶区（1、2、4和5号异常区）进行了化探剖面探测（图2），现将综合地调和化探异常结果对比遥感蚀变提取的10个异常区综合分析如下：

1号异常区

该异常区位于巴彦敖包幅东南角，哈沙图布顿以西，中细粒似斑状黑云母二长花岗岩与安格尔音乌拉组地层的接触带位置，以铁染异常为主。铁染异常呈带状沿北东东向分布，与带内构造线走向、石英脉走向相一致，与1∶20万区调珠尔嘎呼都格Cu异常区较为吻合，野外验证发现细粒黑云母花岗岩、细粒二云母花岗岩与泥盆系接触带平直，围岩蚀变较强，脉岩较为发育，同时见有大量黄铁矿、褐铁矿化和孔雀石化蚀变。

本次化探工作在该区内实测土壤化探剖面4条，样品分析结果如图3所示。数据显示该处具有Cu-As-Bi-Sn的综合异常，详见表3。异常呈带状沿近东西向分布，与安格尔音乌拉组地层角岩化带相符合，异常中心位于哈沙图以西构造挤压带西缘，有较好的成矿条件，应开展进一步的勘查工作。

图3 1号异常区化探（Ht1）结果图Fig.3 1（Ht1）anomaly geochemical exploration results

表3 各异常区综合异常特征Tab. 3 The abnormal area comprehensive anomaly characteristics

2号异常区

该异常区沿北东向横跨巴彦敖包、巴彦塔拉图幅，位于受乌兰呼都根布敦逆断层西南部，主要地层为安格尔音乌拉组。铁染异常主要沿山脊分布，羟基异常多分布在山坡位置。野外调查验证发现大量褐铁矿化蚀变，构造破碎现象发育，沿断裂面有石英脉等侵入，石英脉中偶含萤石，可见铜矿化和褐铁矿化现象。

本次工作实测土壤化探剖面3条，样品分析结果如下图4所示。该处具有Cu-As-Sb-Bi-Mo的综合异常，详见表3。异常呈带状沿北东东向分布，异常与区内断裂带位置吻合较好，铜多金属应具有较大的成矿潜力，是寻找与中生代火山岩浆活动有关的铜多金属及金矿的有利地段，应开展进一步的勘查工作。

3号异常区

该异常区位于苏勒敖包西南部，向东段延伸到苏勒敖包幅中部，受控于乌兰呼都根布敦逆断层东北端。铁染异常和羟基异常套合较好，主要沿断裂分布，野外验证见大量花岗岩脉及石英脉等。

4号异常区

异常位于巴彦呼勒幅西部，巴润查干陶勒盖附近，安格尔音乌拉组地层内。西段铁染和羟基异常套合好，主要受断裂控制。野外验证见该矿化点位于安格尔音乌拉组泥质粉砂质板岩、细砂岩地层中，含有较多的铁锰矿化体，矿化表现为似层状、浸染状、细脉状，矿化带夹于沉积地层中。构造上受控于巴润查干陶勒盖断裂，构造破碎现象发育，见大量褐铁矿化蚀变。东段主要为铁染异常，野外验证与花岗斑岩脉相符合。

本次工作实测土壤化探剖面5条，样品分析结果如图5所示，该处具有Cu-Zn-As-Sb-Bi的综合异常，详见表3。异常呈面状分布于工区东部，整体呈近东西向水平略向东南缓倾，元素异常套合较好，应开展进一步的勘查工作。

5号异常区

图4 2号异常区化探（Ht2）结果图Fig.4 2（Ht2）abnormal area geochemical exploration results

图5 4号异常区化探（Ht3）结果图Fig.5 4 (Ht3) anomaly geochemical exploration results

异常位于布顿包儿陶勒盖、巴嘎儿陶勒盖及以西，铁染和羟基异常套合较好，主要受北东向展布的断裂控制。野外调查见矿化点位于安格尔音乌拉组泥质粉砂质、板岩、细砂岩地层中；构造受控于布敦包儿陶勒盖、巴嘎儿陶勒盖断裂，构造破碎现象发育，见大量褐铁矿化现象。

定义5 简单信号概率计算法.假设电路f中的信号间不存在相关性，按拓扑排序根据逻辑门gk关于其输入信号的逻辑函数由式(3)计算信号gk的信号概率Pr(gk)，并向将信号gk作为输入的逻辑门传播Pr(gk)，最终计算出f的信号概率Pr(f).

该区内4条实测土壤化探剖面的样品分析结果如图6所示。该处具有Cu-Zn-Cd-Sb的综合异常，详见表3。异常呈带沿北东向梯度分布，应开展进一步的勘查工作。

图6 5号异常区化探（Ht4）结果图Fig.6 5 (Ht4) anomaly geochemical exploration results

6号异常区

异常位于巴彦呼勒幅中北部，查干敖包及其以北地区。铁染异常呈南北向展布，与野外验证发现的石英脉、花岗岩脉相符合；羟基异常较少，呈北东向分布于沟谷内，为干扰信息。

7号异常区：位于苏勒敖包幅中北部，铁染异常成团分布，野外验证为花岗岩脉所致。

8号异常区：位于苏勒敖包幅中南部，铁染异常和羟基异常套合呈纺锤状，长轴沿北东向分布，野外验证与花岗斑岩脉相符合。

9号异常区：位于巴彦胡勒幅西北部，铁染异常呈团块状沿北东向分布，野外验证与石英脉相符合。

10号异常区：位于巴彦呼勒幅中部，铁染异常呈团块状分布于山脊处，羟基异常见于沟谷处。野外验证见大量褐铁矿化蚀变。

5 成矿可能性分析

工作区经历了华力西期和燕山期两期强烈的构造-岩浆作用，形成了研究区独特的成矿地质条件。该区早古生代属古亚洲洋活动陆缘，发育了泥盆系海相地层，为本区成矿较为有利的地层。中生代受环太平洋边缘构造活动的影响，转入构造活化阶段。大陆裂谷活动自中晚侏罗世开始，在继承古生代基底构造的基础上，受NE向断裂差异性升降作用，形成以NE向为主的隆坳相间的构造格局。受其控制，中晚侏罗世—早白垩世发生了大规模中基性火山喷发活动，火山旋回末期伴随花岗质岩浆强烈侵位，促成本区燕山期金属成矿活动（邵积东等，2007）。

（1）泥盆系浅变质地层是主要的赋矿围岩，地球化学测量反映其可形成Cu、As、Bi、Sn等组合异常；各期断层破碎带附近影响Cu、Zn、As、Sb、Bi和Cu、Zn、Cd、Sb等组合异常的出现。

（2）中性—中酸性侵入体与古生代浅变质地层接触带，是主要的成矿部位。

（3）多金属矿化的形成均伴有围岩蚀变出现，矿化强度和规模与围岩蚀变的强度和规模一致，接触变质岩，尤其是接触交代变质岩的形成，往往伴随有各种金属矿床的形成。因此接触变质岩发育的地段往往是各种金属矿产的重要产地。测区西南部哈沙图布敦一带的Cu、Fe矿化异常就是处于热接触变质的内外接触带上。

本区矿化蚀变较好的位置主要在泥盆系安格尔音乌拉组及其与岩体的接触带上，其中在泥盆系中发育多处较好的化探异常，异常区内多发育有北东、北东东向断裂，断裂及石英脉体及其围岩发育的地段多见有褐铁矿化、硅化蚀变。蚀变带多围绕晚期的石英脉及其与围岩的接触部位。

6 结论

遥感在地质找矿工作中具有一定的指导性和优越性，特别是在地质工作程度较低、第四系覆盖较严重的区域或常规方法找矿难度较大的地区，利用遥感的方法可直接在图像上快速高效地圈定各种矿化蚀变异常，从而确定矿化异常体的位置，指出野外查证的部位，缩小工作范围，使野外地质找矿工作有的放矢，事半功倍，遥感异常区与野外实地考察和化探结果的吻合也证实了遥感蚀变异常信息提取结果的可靠性。本次工作通过ETM+遥感影像提取铁染、羟基等蚀变信息，结合野外调查和化探剖面成果在工作区内圈定了4个找矿靶区。这些靶区或与断裂走向一致或与石英岩脉走向一致，表明该地区成矿有利部位及控矿因素主要为北东向断裂带及侵入体与古生代浅变质地层接触带。

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[3]杨波，吴德文，陈云浩，等．矿化信息提取的混合蚀变遥感模型—以鹰嘴山金矿区为例[J]．国土资源遥感，2005，63 (1)：20～25.

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The Prospecting Application of Remote Sensing Technology in Samai Area, East Ujimqin Banner, Inner Mongolia Autonomous Region

HE Jinrui1, CHEN Guohu1.2, ZHANG Yichao1, SONG Qingwei1
(1.Geological Institute of Beijing, Beijing 100120; 2. China Earthquake Administration 100036)

This paper takes four regional geological survey mapping area (1:5 0000) of Samai Bayan Tara and so on, East Ujimqin Banner, Inner Mongolia Autonomous Region, as the study area, using ETM+ image as data source, based on the spectral theory, information extraction and remote sensing prospecting practice from remote sensing images. According to the iron stain and hydroxyl alteration types, results of the principal component analysis methods in the study area, the study area can be divided into 10 anomaly areas. Combined with the regional tectonic features, we have launched a 1:1 0000 route survey of abnormal area, after comprehensive judgment, 4 prospecting target areas of geochemical exploration and profle are chosen. The results show that the remote sensing alteration information is matched with the feld investigation and geochemical anomalies.

ETM+ alteration information extraction; Geochemical anomaly; Prospecting target area; East Ujimqin Banner, Inner Mongolia Autonomous Region

P627

A

1007-1903（2016）04-0099-07

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.04.019

贺瑾瑞（1984- ）男，工程师，从事区域地质调查及地质遗迹调查。E-mail：397546278@qq.com