新疆彩霞山铅锌矿及外围遥感蚀变信息提取及找矿应用

涂其军，高景刚，高云霞

(1.新疆维吾尔自治区地质调查院，新疆 乌鲁木齐 830000；2.长安大学，陕西 西安 710064)

遥感技术具宏观性强、经济、快速、便于数据综合分析的优势，在地质矿产勘查中广泛应用。随着遥感成像机理研究不断深入及计算机图像处理技术的发展，可从遥感图像中识别并提取蚀变信息，蚀变遥感异常信息作为一种新的、独立的找矿标志越来越受到关注，已成为遥感地质应用热点之一。

近年来，国内外发展了很多提取蚀变遥感异常信息的方法，并在不同地区成功提取了蚀变遥感异常信息。例如，戈茨就用短红外波段的1.6 μm和2.2 μm两波谱带反射率的比值划分蚀变岩和未蚀变岩[1]；Crosta和Loughin利用Landsat TM图像数据圈定巴西等半干旱地区铁染和泥化现象[2-3]；马建文提出的TM“掩膜+主成份分析+分类识别”提取矿化信息[4]；张玉君等采用“比值+主成份分析”、光谱角法等提取基岩裸露区蚀变遥感异常信息[5]；王海平等采用神经网络法提取矿化蚀变信息等[6]。但因资源卫星受大气散射、拍摄季节、地形、土壤、植被等因素影响，为地质应用过程中的图像分析、解译带来困难，为此应合理地将遥感技术与地质实践结合起来，通过数字图像处理对目标地物进行快速提取[7]。

以东天山地区唯一的大型铅锌矿化区为例，通过对矿化区成矿规律的认识，典型地质体及地物在不同波段的波谱特征分析研究，建立提取蚀变信息的遥感地质模型，在该模型指导下完成彩霞山铅锌矿及外围蚀变遥感异常信息提取。通过野外验证，蚀变遥感异常信息分布与已知矿化带吻合度较好，证实该方法在东天山荒漠戈壁及同类地区可行。

1 矿化区地质特征

矿化区位于阿其克库都克区域性大型推覆断裂与卡瓦布拉克断裂之间夹持的中间地块，即卡瓦布拉克地块。区内出露地层主要为青白口系卡瓦布拉克群，该群在区域上分为2个岩性段。第一段为矿区主要地层，分布在F2断裂两侧，分为二层。以北为卡瓦布拉克群第一段第一层，主要由变质含碳粉砂岩、黝帘绢云板岩、粉砂质板岩及硅质岩夹含石墨、透闪石化白云大理岩透镜体等组成。铅锌矿体赋存于多期活化含微晶石墨白云大理岩层之中。断裂南部为第二层，岩性以变质石英砂岩、变质粉砂岩为主，局部见微晶白云大理岩透镜体，岩石普遍遭受糜棱岩化(图1)。

区内岩浆活动较强烈。侵入岩主要分布于矿区北部，为华力西中期石英闪长岩、闪长岩、闪长玢岩、石英二长岩、辉长岩等组成的复式岩体。该岩体与矿体在地表未显示出直接的接触关系，矿化带主要沿岩体南缘展布，带内中-基性岩脉较发育。

区内断裂构造发育，北部为阿其克库都克区域性大断裂，并伴随次级断裂或派生断裂，大致可归为3组：NEE向、NNE-NE向、NW向。其中，NE东向断裂F1，F2，F3走向与地层走向大致一致，为顺层断裂，两侧糜棱面理发育，糜棱面理走向与断裂走向一致。由于挤压应力减弱，断裂后期活动表现为左行走滑和脆性特征。断裂带内较刚性的岩石(白云大理岩)呈碎裂角砾状，形成了导矿和容矿空间。

图1 彩霞山铅锌矿区地质简图及构造分区略图Fig.1 Geological sketch and constructed subarea map in Caixiashan lead-zinc deposit

彩霞山铅锌矿床目前共圈出4个矿段，11个矿体和13个矿化体。矿体主要赋存于青白口系卡瓦布拉克群第一岩性段碎屑岩+碳酸盐岩组合之中，受碳酸盐岩和构造破碎带控制。矿体形态主要为脉状、透镜状。

围岩蚀变较发育，岩石呈碎裂状，发育碳酸盐化、黝帘石化、绿泥石化、黄铁矿化、磁黄铁矿化、透闪石化及绢云母化等。细脉、网脉状碳酸盐脉、石英脉充填于构造裂隙中。各种矿化蚀变与矿体混合赋存，不存在分带性。

2 地物波谱特征

据彩霞山铅锌矿及外围主要岩类的分布，在ETM+图像的对应位置选取样区，并进行亮度值统计，参与统计的是经过无损拉伸等预处理的除TM6外的6个波段数据。研究区内像元亮度值统计选取的主要岩类有石炭系中基性火山岩、第四系砂砾层、第四系盐渍地、石炭纪石英闪长岩、花岗闪长岩、青百口系第一岩性段变质粉砂岩、第二岩性段石英砂岩等。矿区地表矿化蚀变以褐铁矿化为主(图1)❶❶彭眀兴,李玉林,王强,等.新疆维吾尔自治区鄯善县彩霞山铅锌矿床Ⅱ3号富矿体详查报告,2005。通过对样本数据最大值、最小值、均值、方差进行分析，发现不同岩类的波谱特征。

图2 不同岩石在ETM+波段图像的像元光谱均值曲线Fig.2 The pixels spectrum average value graph of different rocks In ETM+image of wave bands

由图2可见，矿化区及外围主要地质体波谱曲线特征明显，据形态可分为5组，即①曲线2，②曲线6，7，8，③曲线4，④曲线1，5，⑤曲线3。其中③曲线4是矿区蚀变岩，波谱特征曲线具双峰现象，它由矿区蚀变带中OH-对TM5波段强反射和TM7波段强吸收，以及Fe3+对TM3波段的强反射和TM1，TM2，TM4波段强吸收造成，是进行蚀变岩信息提取的依据；②曲线6，7，8具TM5高于TM7的特征，故可能造成干扰异常；⑤曲线3为第四系盐渍地及化学沉积，在TM5，TM7波段最低，可剔除其干扰；①曲线2是第四系洪积砂砾层，在各波段均具较高波谱值。

3 蚀变信息提取

3.1 蚀变信息提取模型

通过对研究区以往地质资料的分析，结合野外实地工作，根据研究区所处的大地构造位置、成矿地质背景、岩浆活动、构造特征及矿物组合的研究，总结矿床控矿要素。通过各地物在不同波段像元亮度值曲线分析，建立彩霞山矿区蚀变遥感异常信息提取模型(表1)。

表1 彩霞山铅锌矿遥感蚀变异常信息提取模型Table 1 The geologic model of extracting alteration remote sensing abnormal information in Caixiashan lead-zinc deposit

3.2 基于遥感地质模型的蚀变信息提取

3.2.1 图像处理及特征

蚀变岩遥感信息提取的前提是存在异常谱带，同时有与其他地物区分的波谱特征，否则会出现大量干扰异常，影响找矿预测评价。目前，蚀变遥感异常信息提取常采用比值法、主成份分析、光谱角及各种方法的组合。根据研究区蚀变遥感异常信息提取模型，通过大量实验对比分析，采用效果较好的Crosta法提取蚀变遥感异常信息[2]。图像处理以ENVI-4.1为平台。遥感数据景号是139-31，采集时间为2000年10月23日。

由表2结果可见，PC4中特征向量载荷因子绝对值较大的是ETM+3和ETM+4，且两者符号相反，而ETM+3的载荷因子最大，说明PC4信息基本来自ETM+3和ETM+4，PC4更能够反映铁染异常信息。该数据特征与矿化区成矿地质特征及主要地物光谱特征吻合，具备了提取铁染异常的地质和物理基础。

表2 彩霞山矿区ETM+1、3、4、5波段特征向量及特征值Table 2 The eigenvector and eigenvalues about ETM+1,3,4,5 images in in Caixiashan lead-zinc deposit

3.2.2 蚀变信息提取及效果分析

对经ETM+1，3，4，5波段主成份分析获取的PC4图像取反，做域值处理分割。在异常分割中借助标准误差б。首先对样本数据进行直方图统计，如果不服从正态分布，删除最大值和最小值，获取服从正态分布的样本均值(X)，标准差(s)，利用(X+ks)作为异常下限和确定异常等级。通过对比分析，下限取X+0.8s，上限取X+1.6s时，蚀变异常信息的空间分布与已知矿化带最吻合。将此区间信息以绿色表示，为去除零散分布的像元，采用5×5中值滤波，然后生成ROI文件，并将其叠加到ETM+7(R)、4(G)、1(B)彩色合成图像上，蚀变遥感异常主要呈团块状、条带状和散点状形态，主要分布于NW向断裂、韧性变形带、岩体地层接触界线处(图3)。通过野外调查，研究区地表矿化蚀变带呈NWW向延伸，地表岩石风化面破碎强烈，蚀变岩以土黄色褐铁矿化为主(图4，5)，矿化带与蚀变遥感异常信息吻合程度较好。

为验证矿区外蚀变信息异常的可靠性，通过在彩霞山铅锌矿区地质路线调查成果显示，从南到北，岩性分布依次为含碳粉砂岩、白云大理岩、褐铁矿化蚀变岩和角岩。地质路线北侧的矿化蚀变分布与工作区新发现的Ⅴ矿化带范围基本一致。对于地质路线西北侧面积较大的异常，地表正好位于区域内出露的石英闪长岩与正长花岗岩接触部位，角岩化普遍发育，是非矿化异常，可能是“同谱异物”。

图3 彩霞山矿区及外围蚀变遥感异常信息分布图Fig.3 Extracting alteration remote sensing abnormal information in Caixiashan lead-zinc deposit and periphery

图4 Ⅲ矿化带分布Fig.4Ⅲmineralization distributing

图5 Ⅰ矿化带分布Fig.5Ⅰmineralization distributing

4 结束语

遥感技术是目前实现对地观测的最主要手段之一，已成为地质找矿勘探的主要技术，是现代找矿技术的主流。但矿床的形成过程极其复杂，在目前露头矿发现越来越少的情况下，仅靠传统的地质方法，或某种单一的技术进行矿产勘查是不可取的。从本例的试验过程看，在蚀变信息提取过程中抓住地质成矿与遥感技术二者的结合点。首先从区域成矿背景、矿区成矿地质特征分析入手，总结成矿规律，然后总结地物在不同波段的波谱特征，建立提取蚀变信息的遥感地质模型，在该模型的指导下，完成研究区蚀变遥感异常信息提取，合理地将遥感技术与地质实践结合起来。通过野外地质路线调查，槽探揭露，发现蚀变遥感异常信息分布与已知矿化带吻合度较好，证实该方法可行，为在同类地区开展蚀变遥感信息提取具借鉴意义。