基于高分辨率遥感数据的稀有金属矿化带勘查

范玉海， 王 辉， 杨兴科， 彭齐鸣， 秦绪文， 杨金中， 张少鹏， 谭富荣

(1.长安大学地球科学与国土资源学院，西安 710054； 2.中煤航测遥感局地质勘查院，西安 710054；3.国土资源部，北京 100812； 4.中国地质调查局，北京 100037；5.中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

0 引言

西昆仑地处青藏高原西北缘，与塔里木盆地西南缘邻接，是秦祁昆构造带的重要组成部分[1-4]。该区地层、构造、变质作用、岩浆活动等成矿地质条件优越[5]，已发现的矿床种类繁多，具备良好的找矿前景[6]。该区海拔高度3 500～5 000 m，具有“山高、坡陡、谷深”的地貌特征[7-8]，恶劣的自然地理及交通条件给常规地质找矿工作带来较大难度，使该区成为我国地质研究和矿产开发程度最低的地区之一。近年来，随着遥感技术的快速发展，卫星遥感数据的空间分辨率不断提高，利用高分辨率遥感技术在我国西部基岩裸露、半裸露地区指导找矿已成为一种快速、经济的手段[9-11]。因此，在西昆仑成矿带，采用具有更宽光谱范围及更高空间分辨率的卫星遥感数据[12-15]，易于发挥卫星遥感技术宏观高效、不受地形和交通条件限制的优势[16]，加快区域矿产勘查的步伐。

WorldView-2卫星提供的遥感影像产品光谱信息丰富，能够提供1.84 m空间分辨率的多光谱影像和0.46 m空间分辨率的全色波段影像，它不仅具有4个业内标准谱段(红、绿、蓝和近红外)，还增加了4个额外谱段(蓝靛、黄、红边和近红外2)，在0.4～1.040 μm的光谱范围内其多样性的谱段包含了丰富的光谱信息，并具有较高的空间分辨率，能够精确地表现出地物的结构、形状、纹理等特征，是精细地质遥感应用的新兴数据源之一[17]。ASTER是安装在Terra卫星上的多光谱成像仪，其接收到的信息包括： 可见光与近红外(visible and near infra-red，VNIR)与短波红外(short wave- length infra-red，SWIR)波段范围内产生的是地物光谱反射率，热红外(thermal infra-red，TIR)波段范围内的地物热辐射值[18]。综合ASTER数据涵盖的波长范围宽、波段多、性价比合理等因素，ASTER数据在提取遥感(矿化)蚀变异常信息领域应用广泛[19-20]。

本文以西昆仑大红柳滩地区花岗伟晶岩型稀有金属矿化带为研究对象，以WorldView-2高空间分辨率数据为主要信息源，在制作符合规范及应用要求影像图的基础上，有针对性地进行图像增强处理，突出控矿要素和矿化信息，开展该矿种的遥感综合解译； 利用ASTER数据提取开展与花岗伟晶岩型稀有金属成(控)矿作用相关的遥感异常信息提取； 配合野外调查验证，分析该其区高分卫星遥感影像特征及成矿地质条件，建立遥感地质找矿模型，为今后在西昆仑成矿带上寻找类似矿产提供依据。

1 研究区概况

图1 研究区构造位置示意图Fig.1 Structure map of the study area

研究区位于康西瓦—大红柳滩铅、锌多金属、稀有金属成矿带，已发现矿(化)点15处。矿床类型复杂多样，包括沉积型的石榴石砂矿及石盐矿、热液型的铜铅锌铁矿、伟晶岩型的白云母矿及锂铍矿床[23-25]，其中伟晶岩型锂、铍稀有金属矿化带主要分布于燕山期酸性侵入岩外接触带的花岗伟晶岩脉中，为本次研究的主要矿化带。花岗伟晶岩脉多顺层贯入岩体边部外围的变质地层中，含矿性与岩脉产态、规模、形成深度、类型、分带性、交代作用的复杂程度及强度等关系密切[6,24-26]。

2 遥感图像处理及矿化蚀变信息提取

本文以WorldView-2高分数据为主要信息源，运用图像预处理、几何纠正、图像融合处理、图像增强、图像镶嵌这些技术，制作满足技术规范及使用要求的遥感影像图； 运用波段组合变换、主成分分析、去相关分析、差别化拉伸等方法增强各种地物在遥感图像上的色调和纹理等特征，提高图像解译效果，同时，以ASTER数据为基础，开展铁化、硅化、泥化及碳酸盐化等多种蚀变矿物遥感异常信息的提取[7,24-26]。

2.1 图像增强处理方法

按照波段辐射量的方差越大越好和波段间相关性越小越好的波段选取原则，通过最佳指数(optimum index factor，OIF)计算，WorldView-2高分数据波段8(R),4(G),3(B)组合的OIF值最大，所含信息量最丰富，能突出不同岩性间的差异； 采用波段5(R),3(G),2(B)和波段6(R),8(G),1(B)的主成分变换信息分解，将两者结果进行融合得到新图像，不仅包含多个波段信息，而且由于不同波段相关性较小，增强了不同岩性之间的反差； 采用去相关分析对图像的主成分进行对比度拉伸处理，增大不同地质体信息之间的反差； 采用差别化拉伸，增强不同岩性之间遥感色调的差异性。

2.2 基于ASTER数据遥感矿化蚀变异常信息提取

提取遥感(矿化)蚀变异常信息的方法有多种，较常用的有主成分分析、比值分析及光谱角分析等方法[24]。根据各种异常的特征吸收波谱与ASTER波段的对应关系(表1)，通过主成分变换分别提取铁染、铝羟基及镁羟基遥感异常。

表1 铁染异常、羟基异常、碳酸根异常的重要吸收谱带Tab.1 Important absorption bands of iron staining abnormalities, hydroxy abnormalities and carbonate abnormalities

为了减小人为误差，对提取后的矿化异常进行阈值处理，获得矿化蚀变异常强度分级图，其中铁染异常的阈值为： 一级异常2.5σ、二级异常2σ、三级异常1.5σ； 羟基异常(OHA)的阈值： 一级异常3σ、二级异常2.5σ、三级异常2σ。

根据波谱特征、异常特征、成矿地质条件等，对调查区所有遥感异常区(带)进行筛选与找矿意义分析，采用光谱特征识别、不同类型异常相互验证、光谱角优选、异常地质体解译识别等多种方法对干扰信息进行二次去除，得到遥感异常图。

3 矿化带遥感地质特征

3.1 花岗伟晶岩型稀有金属矿化带遥感特征

WorldView-2(8(R)，4(G)，3(B)波段合成)图像上(图2)花岗伟晶岩为亮白色、灰白色和浅亮黄色色调，条带状影纹特征，常沿岩体外接触带及其附近围岩成带出现，与围岩反差明显，易于判识。

图2 花岗伟晶岩脉高分遥感影像特征Fig.2 High resolution remote sensing characteristics of granite pegmatite veins

花岗伟晶岩型锂、铍、铌、钽、铷、铯稀有金属矿带，主要由长石、石英、白云母、黑电气石及石榴石组成，含大量的锂辉石、含铷钠长石、绿柱石等矿物，其蚀变多为钠长石化，ASTER数据遥感异常特征为羟基异常。通过对已知1，2，3矿(化)点进行野外验证，可知花岗伟晶岩型稀有金属矿化带主要发育在一级羟基异常区(图3)，二级和三级羟基异常区见少许蚀变矿物，但未见稀有金属矿化点(图3，表2)。

图3 花岗伟晶岩脉发育区ASTER遥感异常图Fig.3 ASTER anomaly map of granitic pegmatite veins development zone

表2 花岗伟晶岩脉发育区ASTER遥感异常野外验证表Tab.2 Field verification table of ASTER anomaly in granitic pegmatite veins development zone

3.2 含稀有金属花岗伟晶岩地质特征

含稀有金属花岗伟晶岩主要出露于研究区东北部巴颜喀拉晚古生代-中生代边缘裂陷带内的康西瓦群(PtK)中，上覆地层为二叠系黄羊岭群(PH)和三叠系巴颜喀拉山群(TB)，呈断层接触。地层中见燕山期黑云二长花岗岩体沿W向呈带状展布，围岩蚀变较强； 岩浆期后酸性伟晶岩脉多顺层侵入于康西瓦岩群与巴颜喀拉山群中。花岗伟晶岩一般分带性好，交代作用强，结晶度好，含矿性好。区内含稀有金属矿产的花岗伟晶岩脉形成与燕山期岩浆热事件有关[20,22]。

花岗伟晶岩稀有金属矿带内富集元素主要为Be，其次为Li，Th和La。Be异常呈带状分布，走向近NW，与岩体吻合。Li，Th和La局部富集，但含量高。根据新疆地矿局第二地质大队对大红柳滩南1号矿脉(图4矿化点1)检查结果，锂辉石含量大于17 kg/m3的样品，Li2O品位大于0.6×10-2，BeO平均大于0.061×10-2，Ta2O5品位0.007×10-2。

图4 大红柳滩花岗伟晶岩脉发育区地质简图Fig.4 Geological sketch map of granite pegmatite development zones in the Big Hong Liutan area

伟晶岩脉多呈NW向展布，与区域构造线方向一致，倾角一般为35°～75°，多沿片(劈)理或构造裂隙，呈不规则脉状、条带状、透镜状、扁豆状、豆荚状、串珠状成群产出，空间上形成一花岗伟晶岩带。岩脉单体大小差异悬殊，小者数米长，数厘米宽，大者数百米长，数十米宽(图5(a)(b))，空间上(含稀有金属)花岗伟晶岩与燕山期含斑黑云母二长花岗岩关系密切，岩体内，外接触带和附近围岩中伟晶岩脉特别富集。

按照云母类型划分，区内以白云母伟晶岩为主，锂云母伟晶岩次之； 按形成深度上划分，以白云母伟晶岩为主，稀有金属伟晶岩次之。伟晶岩脉主要由石英、长石及白云母组成，部分岩脉中含锂辉石、锂云母、绿柱石、含铷钠长石、电气石、锡石、黄玉及铌钽铁矿等富含稀有金属和挥发组分的矿物。伟晶岩组构以粗粒伟晶结构为主，文象结构次之，以带状构造为主，偶见晶洞构造(图5(c)(d))。

(a) 花岗伟晶岩脉1 (b) 花岗伟晶岩脉2

图5-1花岗伟晶岩脉及锂辉石照片

Fig.5-1Photosofgraniticpegmatiteveinsandtriphane

(c) 花岗伟晶岩脉内锂辉石矿样照片1 (d) 花岗伟晶岩脉内锂辉石矿样照片2

图5-2花岗伟晶岩脉及锂辉石照片

Fig.5-2Photosofgraniticpegmatiteveinsandtriphane

区内解译出的花岗伟晶岩脉众多，从遥感图像直接识别伟晶岩脉是否有稀有金属矿化是困难的。但根据花岗伟晶岩成矿规律，今后工作应重点关注规模较大、分带完整、倾角较大的岩脉，然后按主要组成矿物对区内伟晶岩脉进行分类，集中检查稀有金属伟晶岩(主要组分为微斜长石、石英、白云母)，其次检查白云母伟晶岩(主要组分为白云母、微斜长石、石英)。

4 花岗伟晶岩型稀有金属矿遥感找矿模型

根据花岗伟晶岩型稀有金属矿成矿机制、赋矿地层、含矿岩系、成矿/控矿构造、岩浆活动、蚀变类型和高分图像矿体特征、遥感异常特征等标志，建立花岗伟晶岩型稀有金属矿遥感找矿模型(表3)。

表3 花岗伟晶岩型稀有金属矿遥感地质找矿模型Tab.3 Remote sensing geology prospecting model of rare metals of granite pegmatite type

5 结论

1)在WorldView-2的波段8(R)，4(G)，3(B)合成图像上，花岗伟晶岩呈亮白色、灰白色、浅亮黄色色调和条带状影纹特征，常沿岩体外接触带及其附近围岩成群成带出现，遥感影像特征十分明显，与围岩反差明显，易于判识，解译效果较好。

2)花岗伟晶岩型锂、铍、铌、钽、铷、铯等稀有金属矿带，主要由长石、石英、白云母、黑电气石及石榴石组成，含大量的锂辉石、含铷钠长石、绿柱石等矿物，其蚀变多为钠长石化，因此ASTER数据遥感异常特征主要表现为一级羟基异常。

3)利用遥感影像在康西瓦-大红柳滩一带共解译出数百条规模大小不等的花岗伟晶岩脉，经实地调查，部分为岩脉含矿，为今后在该区开展花岗伟晶岩型稀有金属矿调查评价提供了找矿目标。

4)建立了花岗伟晶岩稀有金属矿化带高分遥感解译标志及遥感地质找矿模型，为今后在西昆仑成矿带上寻找类似矿产提供了依据。

5)西昆仑地区海拔高、地形切割深、交通差、自然条件恶劣、工作环境艰险，采用以高分辨率卫星数据为主的遥感方法，能够快速地圈定找矿有利地段，满足对花岗伟晶岩稀有金属等矿产勘查和资源评价的需求。本研究采用的方法可为在相同或类似地区开展同类工作提供借鉴。

志谢： 本文综合了“西昆仑成矿带矿产资源遥感地质调查”项目2012年度的研究成果。感谢项目组全体成员的帮助和支持，在此一并表示感谢！

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