西藏冲江-厅宫斑岩型铜矿区遥感蚀变信息提取与找矿预测

汪子义，张廷斌,2,3，易桂花，别小娟，王 琦，何奕萱

(1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.地学空间信息技术国土资源部重点实验室，四川成都 610059；3.成都理工大学工程技术学院，四川乐山 614000)

西藏冲江-厅宫斑岩型铜矿区遥感蚀变信息提取与找矿预测

汪子义1，张廷斌1,2,3，易桂花1，别小娟1，王 琦1，何奕萱1

(1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610059；2.地学空间信息技术国土资源部重点实验室，四川成都 610059；3.成都理工大学工程技术学院，四川乐山 614000)

西藏尼木县冲江和厅宫矿床是典型的斑岩型铜矿床，围岩蚀变强烈、类型丰富。对陆地卫星运行陆地成像仪(Operational Land Imager，OLI)光谱数据二维散点图做了结构分析，发现在提取铁染蚀变信息时，若选用OLI2和OLI4波段，则没有干扰端元；提取羟基蚀变信息时，选用OLI6和OLI7波段，干扰端元只有植被；剔除干扰端元之后，用主成分分析方法提取了该地区的围岩蚀变信息。最后，结合该研究区遥感蚀变信息、控矿和成矿地质特征，圈定了11个找矿靶区。

遥感蚀变信息 斑岩型铜矿 OLI 二维散点图 找矿预测

Wang Zi-yi, Zhang Ting-bin, Yi Gui-hua, Bie Xiao-juan, Wang Qi, He Yi-xuan. Extraction of remote sensing alteration information and prospecting prediction of Chongjiang-Tinggong porphyry copper deposits in Tibet[J]. Geology and Exploration, 2016, 52(6):1129-1137.

0 引言

西藏冈底斯成矿带是我国著名的斑岩铜矿成矿带之一，碰撞造山和碰撞后期伸展走滑作用下逆冲断裂、走滑断裂发育，岩浆活动强烈，为含矿热液的运移和富集提供了良好的条件(侯增谦等，2006)，热液作用下斑岩型铜矿床围岩蚀变呈中心式蚀变分带特点(Sillitoe，2010)。Huntetal.(1978)对300多种岩石矿物进行了实验室波谱测试和分析，其研究结果表明岩石矿物中所含的Fe3+、OH-和CO32-等离子或离子基团对波谱的吸收和反射特性起主导性作用，因此，富含这些离子的围岩蚀变矿物高岭土、绢云母、褐铁矿、针铁矿和绿泥石等表现出特定的光谱特征，通过一定的遥感技术可以识别这些围岩蚀变信息(黄照强等，2009；张廷斌等，2009a)。热液作用下围岩蚀变矿物信息的多光谱遥感提取方法主要有波段比值法(Ratios Method，RM)(张廷斌等，2009b；Cui Jingetal.，2014)、主成分分析法(Principal Component Analysis，PCA)(Ranjbaretal.，2004；张廷斌等，2014；Gabretal.，2015)、波谱角识别法(Spectral Angle Mapper，SAM)(Rowanetal.，2003；张廷斌等，2015)。另外，混合像元分解(邹林等，2006；陈勇敢等，2011；Pouretal.，2012a)、匹配滤波(Rowanetal.，2006)、基于最小噪声分离的混合调谐匹配滤波(Tayebietal.，2014；Pouretal.，2015)和支持向量机(Brandmeieretal.，2013)等高光谱数据处理方法，也被研究并应用到多光谱遥感蚀变信息的提取过程中。与此同时，遥感蚀变信息的定量化表达也在不断发展，主要有最优密度分割法(吴德文等，2002)、平均值加k倍标准差法(张玉君等，2003)和分形分维法(张廷斌，2013)等。有的学者从光谱数据的二维空间结构上(二维散点图)来分析遥感数据中背景、异常和干扰三者之间的关系，达到了对干扰的剔除、蚀变信息与背景信息的分离(张远飞等，2008，2010，2011；Yangetal.，2009)，取得较好效果。

基于遥感技术提取的矿床围岩蚀变、线性、环形构造和地层岩性等信息在多源找矿预测方面发挥了重要的作用。Pour A Betal.(2012b)利用ASTER数据提取了白云母、高岭石和绿帘石等矿物信息，与斑岩铜矿地表蚀变分带特征对应较好，以此指导已知矿床的外围找矿预测工作。郭娜等(2010)基于遥感异常信息和线性构造信息并结合地质信息成功开展了甲玛铜矿的找矿预测。张廷斌等(2012)研究了玉龙-马拉松多地区找矿预测中环形构造的示矿作用。易桂花(2011)基于化探和遥感异常信息的响应关系，提出了“R-D成矿盲预测法”，在东昆仑五龙沟地区进行综合找矿预测工作。

1 研究区概况

图1 研究区地质简图Fig.1 Geological map of the study area1-第四系；2-楚木龙组；3-设兴组；4-典中组；5-帕那组；6-二长岩；7-石英闪长岩；8-黑云母花岗岩；9-花岗闪长岩；10-二长花岗岩；11-黑云母二长花岗岩；12-二长花岗斑岩；13-斜长花岗斑岩；14-脆韧性剪切带；15-断裂；16-地质界线1-Quaternary; 2-Chumulong Fm; 3-Shexing Fm; 4-Dianzhong Fm; 5-Pana Fm; 6-monzonite; 7-quartz diorite; 8-biotite granite; 9-granodiorite; 10-monzogranite; 11-biotite adamellite; 12-monzonitic granite porphyry; 13-plagio-granite porphyry；14-brittle duc-tile shearing belt; 15-fracture; 16-geological boundary

研究区大地构造位置属雅鲁藏布江缝合带北侧冈底斯火山-岩浆弧EW向构造带东段桑日前缘弧。经历了板块俯冲、碰撞造山运动以及多期次火山-岩浆热液作用，为铜多金属矿床形成提供了动力和充足的热液来源(晏子贵等，2007；王成林等，2015)。受近EW向断裂破碎带、韧性剪切带及NE向主断裂影响，区内NE向、NNW向和近EW向逆冲性质次级断层发育，且具有碰撞造山后期伸展走滑特点。研究区出露地层主要有设兴组(K2s)、楚木龙组(K1ch)、帕那组(E2p)和典中组(E1d)，后期有第四系冲积和洪积物覆盖(图1)。

2 数据源以及预处理

运行陆地成像仪(Operational Land Imager，OLI)较增强型专题制图仪(Enhanced Thematic Mapper，ETM+)和专题制图仪(Thematic Mapper，TM)在辐射分辨率和光谱分辨率方面有较大提高(表1)，OLI 6和OLI 7两个短波红外波段波谱宽度变窄，OLI 7波段波谱分辨率的提高，有利于减弱CO32-对羟基蚀变信息的影响，OLI数据的所有波段信噪比也都有提高。影像数源日期是2014年12月2日，其云量较小、影像纹理清晰、层次鲜明。为削弱大气散射和吸收等对蚀变信息提取的影响，对遥感影像数据进行了辐射定标和基于MODTRAN辐射传输模型的大气校正预处理。

表1 TM、ETM+与OLI波段设置对比

3 蚀变信息提取技术与方法

3.1 蚀变矿物光谱特征

美国地质调查局(United States Geological Survey，USGS)波谱库中主要围岩蚀变矿物波谱曲线显示(图2)，含Fe3+蚀变矿物褐铁矿和针铁矿，在0.47μm和0.89μm波谱附近具吸收特征，分别对应OLI1、OLI2和OLI5波段；在0.74μm和近红外1.39μm波谱附近表现出相对反射特征，分别对应OLI4和OLI6波段。含Al-OH矿物高岭土、白云母和绢云母，含Mg-OH矿物绿泥石和绿帘石，分别在2.2μm和2.3μm波谱附近具强吸收特征，对应OLI7波段；在0.6μm～1.2μm和1.5μm～1.65μm波谱之间产生相对反射特征，对应OLI4 、OLI5和OLI6波段。

图2 研究区主要蚀变矿物USGS光谱曲线Fig.2 USGS spectral curves of main alteration minerals in the study area

3.2 干扰机制分析

研究区积雪、植被和暗地物端元集聚分布在背景椭圆(非蚀变岩体)之外，是该区的主要地物端元，干扰机制容易判断，且易剔除；然而，仍有一些分布较离散的弱小端元(干沟、河滩湿地等)，因此，还需对其它较小端元的影响机制进行分析。结合矿物波谱吸收特征和波段间散点图进行干扰机制分析，本研究选用OLI2与OLI4主成分分析提取铁染蚀变信息，无明显干扰端元；选用OLI6与OLI7主成分分析提取羟基蚀变信息，仅受植被干扰，在羟基蚀变信息提取前需剔除植被。

3.3 铁染蚀变信息提取

铁染蚀变信息提取，以深吸收波段OLI2为x轴和高反射波段OLI4为y轴构成二维散点图(图3)，散点图类型属五种类型中的第Ⅱ种(张远飞等，2013)。与干扰机制分析相一致，积雪和暗地物信息分布于PC2低值部分，与蚀变信息相分离，蚀变信息则对应PC2的高值部分，PC2主分量能够很好地表现铁染蚀变信息。蚀变信息异常下限与分级采用“平均值+k倍标准差”方法(张玉君等，2003)，一级、二级和三级对应的k值分别取2.5、2.2、2.0。

图3 OLI2和OLI4散点图Fig.3 Two-dimensional scatter diagram of OLI2 and OLI4

3.4 羟基蚀变信息提取

羟基蚀变信息提取以深吸收波段OLI7为x轴和高反射波段OLI6为y轴构成二维散点图(图4)；散点图类型也属于五种类型中的第Ⅱ种(张远飞等，2013)。植被端元信息与蚀变信息均出现在背景椭圆外PC2的高值区，积雪端元、暗地物端元和干河道信息集中分布在PC2的中-低值区，不会对羟基蚀变提取造成干扰(图3)。因此，OLI6和OLI7主成分分析提取羟基蚀变信息，只需要剔除植被干扰。蚀变信息一级、二级和三级对应的k值分别取2.6、2.2、2.0。

图4 OLI6和OLI7散点图Fig.4 Two-dimensional scatter diagram of OLI6 and OLI7

4 蚀变信息特征与靶区预测

4.1 冲江矿床蚀变信息

冲江矿床成矿斑岩体为斑状黑云母二长花岗岩，矿床成矿年龄为14.85±0.69Ma(芮宗瑶等，2003)。岩浆活动侵位较深，岩体受河流侵蚀切割作用剥蚀程度较深，部分矿体出露，分布于江古曲河床两侧山坡。矿体形成于岩浆活动晚期边缘相带中，含矿岩体分布相对破碎，蚀变类型多样，粘土化发育相对较弱。遥感蚀变信息表现出零散分布状态，围岩蚀变带内遥感蚀变信息内弱外强，铁染蚀变信息对矿床具有较好的指示(表2，图5和图6)。围岩是上白垩统设兴组中性火山岩，与侵入花岗岩体接触部位表现出青磐岩化，其中暗红色安山岩矿物斜长石多已绢云母化、粘土化和碳酸岩化，羟基蚀变信息集中分布在低温热液作用下的青磐岩化带内。矿区主矿体形成和展布受NE向断裂控制，断裂都为逆冲性质，多条断裂两侧都表现出较强矿化现象，断裂附近遥感蚀变信息相对较发育。

表2 冲江矿床遥感蚀变信息分布与地质特征

4.2 厅宫矿床蚀变信息

厅宫矿床含矿斑岩体为中新世二长花岗斑岩，矿床成矿年龄为15.49±0.36Ma(李光明等，2005)。矿床受浅-中程度剥蚀，矿体刚被剥蚀出来，分布在彭岗玛曲河床下部和北侧山坡，厅宫矿床矿体范围内两类遥感蚀变信息都较强，且蚀变信息的分布对矿体有很好的指示作用(表3，图5和图6)。矿体位于弧形构造内，其展布受EW向、NW向和NE向断裂控制明显。EW向断裂形成于成矿期之前，后期有多期次活动，对矿体有改造作用。NW-SE向断裂形成较晚，对矿化有改造和再次富集作用。围岩是帕那组中酸性火山熔岩夹火山碎屑岩，含矿岩体及围岩蚀变具“中心式”蚀变分带特点，遥感蚀变信息浓带分布与围岩蚀变分带平面位置对应较好，主矿体位于硅化钾化带、绢英岩化带和粘土化带，青磐岩化带内分布着小面积的矿体。遥感蚀变信息受断裂控制，线性展布于断裂两侧，断裂交汇部位蚀变信息分布较集中、浓度分带明显并且近环状形态展布等特点。

表3 厅宫矿床遥感蚀变信息分布与地质特征

4.3 靶区预测

根据冲江和厅宫矿床控矿地质条件，结合遥感蚀变信息分布和线性构造以及环形构造特征，在研究区内圈定了11个找矿靶区(图7)，分述如下：

①号靶区：位于白容矿区西偏北约2km处；蚀变信息分布在近东西向线性构造两侧，亦具内部铁染、外部羟基的蚀变分带特征。黑云母二长花岗岩侵入到典中组地层；色异常表现为呈蓝白色色调的热液变质现象岩体。

②号靶区：冲江铜(金)矿点所在区域，周围含矿岩体的预测，靶区范围内围岩蚀变面积较大，矿区含矿岩体分布比较破碎，蚀变信息呈条带状展布。其中已知矿床NW向延伸方向和南部羟基、铁染蚀变信息密集区是重要的找矿部位。

图5 铁染蚀变信息分布图Fig.5 Distribution of ferric alteration information

图6 羟基蚀变信息分布图Fig.6 Distribution of hydroxyl alteration information

③号靶区：该区位于厅宫矿床北东部约2km处，NE向、NW向线性构造交汇部位，另有两个地表切割破碎的环形构造NE向展布；靶区内以二级和三级铁染蚀变信息为主，分布较广，表现出中等强度蚀变；围岩为帕那组火山碎屑岩，侵入岩岩体为石英闪长岩和有较强角岩化和硅化黑云母花岗岩。铁染蚀变信息主要分布在该段岩体上，是今后找矿重点部位。

④号靶区：位于白容矿区西偏南约2km处，北东东向线性构造经过蚀变信息部位，侵入岩岩性为二长花岗斑岩，与黑云母二长花岗岩体接触，该区具“哑铃”型Au元素浓集中心(孔牧等，2007)。蚀变信息套合较好，形成内部铁染、外部羟基的蚀变分带特征。

⑤号靶区：岗讲铜矿床所在区域，区内遥感蚀变信息由内到外具铁染-羟基蚀变分带特征，多条断层的下部矿体保存条件较好，侵入岩为二长花岗斑岩，岩体具有强钾化、弱-中等硅化蚀变(张庆松等，2012)，矿床剥蚀较浅，蚀变信息的浓集中心是重要的找矿部位。

⑥号靶区：厅宫铜矿床所在区域，靶区范围内围岩蚀变面积较大，剥蚀较浅，矿区围岩蚀变带内遥感蚀变信息广泛分布，受断裂构造控制明显，已知矿床NE方向以及外接触带隐伏矿床(铜矿床和伴生矿床)的勘查仍具潜力。

⑦号靶区：位于厅宫矿床南部，近EW向与NNE向线性构造交汇和线、弧构造交汇处；岩浆岩为二长花岗斑岩和二长岩；两类遥感蚀变信息叠合较好，类似厅宫矿床，异常呈NE向线状展布于线性构造两侧，明显受线性构造控制。

⑧号靶区：区内有已知铜矿化点，韧-脆剪切带穿过该靶区，与NNE向线性构造交错，蚀变信息与构造交错部位叠合较好；遥感蚀变信息分布在花岗闪长岩和黑云母二长花岗岩侵入接触部位，形成内部羟基、外部铁染的分带特征。

⑨号靶区：区内已知铜矿化线索为渡布曲热液型铜矿化点，近EW向韧脆剪切带从靶区通过并与NW向断层交汇，该区具Mo、Hg和Sb元素浓集中心(孔牧等，2007)。遥感蚀变信息分布较广，铁染蚀变信息具大面积片状、环带状分布特点，遥感蚀变信息浓度分带特征明显，是今后找矿工作的重点区域。

⑩号靶区：位于帕谷热液型铜多金属矿化点周围，岩体为黑云母二长花岗岩，近东西向韧-脆剪切带延伸进入靶区，蚀变信息受断裂控制明显；两类遥感蚀变信息分别分布于两侧山腰，二级和三级蚀变分布。

图7 遥感找矿预测图Fig.7 Remote sensing based ore-prospecting prognosis1-线性构造；2-环形构造；3-铁染蚀变范围；4-羟基蚀变范围；5-铜矿体平面投影；6-找矿靶区及编号；7-已知矿点和矿化点1-linear structure；2- circular structure；3-distribution of ferric alteration；4-distribution of hydroxyl alteration；5-plane projection of copper body；6-prospecting target areas and serial number；7- known mines and mineralization points

5 结论

本文通过特征波段间的二维散点图分析发现，利用OLI2和OLI4提取铁染蚀变信息时无地物端元的干扰信息，并且能表达地表含Fe3+蚀变矿物信息；利用OLI6和OLI7主成分分析提取遥感羟基蚀变信息时，只有植被端元会造成干扰，通过NDVI能较好剔除植被影响。

整体上，研究区遥感蚀变信息形成“白容-岗讲-渡布曲”、“冲江-帕古” NW向和“厅宫-渡布曲”NE向3条蚀变信息带，显示出区内蚀变信息具集中、规模化发育和成带分布的特点。最后，基于冲江、厅宫矿床控矿和成矿地质特征分析，综合多源信息，圈定了11个找矿靶区。

遥感数据综合表达了复杂地物的光谱信息，本文初步探讨了背景、干扰和异常的关系，把混合地物简化为起主导性作用的单一地物端元，干扰端元和混合像元的简化有可能掩盖了部分微弱的蚀变信息，如何结合多种遥感技术较好的增强并提取弱蚀变信息，仍有待相关研究的逐步深入。

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Extraction of Remote Sensing Alteration Information and Prospecting Prediction of Chongjiang- Tinggong Porphyry Copper Deposit in Tibet

WANG Zi-yi1, ZHANG Ting-bin1,2,3, YI Gui-hua1, BIE Xiao-juan1, WANG Qi1, HE YI-xuan1

(1.CollegeofEarthSciences,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059; 2.KeyLaboratoryofGeoscienceSpatialInformationTechnology,MinistryofLandandResourcesoftheP.R.China,Chengdu,Sichuan610059; 3.TheEngineering&TechnicalCollegeofChengduUniversityofTechnology,Leshan,Sichuan614000)

The Chongjiang and Tinggong deposits are typical porphyry copper mines in Nyêmo county of Tibet. Their country rocks have been altered intensively and have various types. This work has analyzed the two-dimensional scatter diagram of spectra of this area, which are from Operational Land Imager of Landsat. It was noted that when extracting the information of ferric alteration, choosing OLI2 and OLI4 bands has no interference endmember. And when extracting the information of hydroxyl alteration, choosing OLI6 and OLI7 band has only the vegetation interference as the endmember. After elimination of the interference endmember, the principal component analysis method was used to extract the alteration information of country rocks in this region. Finally, combining the remote sensing alteration information and ore-controlling and mineralization characteristics of these two deposits, this work has delineated eleven targets for further prospecting.

remote sensing alteration, porphyry copper deposit,OLI, two - dimensional scatter diagram, prospecting prediction

2016-05-26；[修改日期]2016-10-30；[责任编辑]陈伟军。

国家自然科学基金“西藏典型斑岩型铜矿床遥感蚀变信息重现性机理研究”(编号：41202233)；基础性公益性地质矿产调查“冈底斯—喜马拉雅铜矿资源基地调查项目”(编号：121201010000150014)资助。

汪子义(1989年-)，男，硕士研究生，主要从事遥感地质研究。E-mail：763340359@qq.com。

张廷斌(1978年-)，男，博士，教授，主要从事遥感地质、生态遥感研究。E-mail：zhangtb@cdut.edu.cn。

TP79

A

0495-5331(2016)06-1129-09