青海都兰拉克洼尔玛地区遥感蚀变信息提取与成矿预测

2022-05-18吴明刚马文虎马占青李明杰徐洪朝

中国锰业 2022年2期

吴明刚，马文虎，马占青，李明杰，徐洪朝

(1. 中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛 266100； 2. 烟台黄金职业学院，山东烟台 265401； 3. 青海省柴达木盆地盐湖资源勘探研究重点实验室，青海格尔木 816099； 4. 青海省柴达木综合地质矿产勘查院，青海格尔木 816099)

0 前言

在金、铜、铅、锌、钼等多金属矿床中，受断裂和热液活动影响，黄铁矿化、高岭土化、绿泥石化和硅化等围岩蚀变与成矿关系往往比较密切且是重要的找矿标志[1-2]，其强弱程度和分布范围对成矿预测具有较好的指示作用[3]。在自然界中，岩矿石对可见光和近红外光的反射波谱特征受化学成分及矿物中典型离子影响明显，利用Fe2+、Fe3+、OH-离子基团和硅化蚀变矿物波谱曲线特征提取遥感影像中铁染、羟基和硅化等蚀变信息进行成矿预测应用较为广泛且效果较好[4-5]，在西部海拔较高、勘探工程不易展开且植被覆盖率低的地区经济和适用效果更为显著[6]。

拉克洼尔玛地区地处祁曼塔格-都兰多金属成矿带、大海滩-什多龙多金属成矿亚带[7]，区内北西向和北东向断裂构造发育，印支期和燕山期岩浆活动频繁，成矿地质条件优越，区内已发现小型钼矿床沙柳河南钼矿床，找矿潜力较大，受海拔较高、地形切割强烈等条件限制，区内地质工作程度较低，地层划分和成矿规律等资料较为匮乏，找矿工作进展缓慢。近年来，随着遥感技术的进步和遥感蚀变信息找矿理论的发展，为该区的遥感蚀变信息提取奠定了基础，已有学者通过遥感影像提取区内标志性蚀变矿物褐铁矿和绢云母进行矿物填图进而指导找矿，取得一定的效果[8]。利用landsat8 OLI遥感数据，通过主成分分析法对拉克洼尔玛地区铁染、羟基和硅化蚀变信息分别进行提取、分级和分析，在圈定铁染、羟基和硅化蚀变异常范围基础上，结合地质基础资料，在区内圈定了成矿远景区，以期对该区多金属矿产找矿工作提供参考。

1 拉克洼尔玛地区地质概况

1.1 地层

区内出露地层可见下元古界达肯大坂群、奥陶-志留系滩间山群、上三叠统鄂拉山组和第四系。其中达肯大坂群零星出露于研究区北部，为浅海—滨海相碎屑沉积并伴随中基性火山喷发，岩性以下部片麻岩夹大理岩、斜长角闪片岩、云母石英片岩和上部二云石英片岩、石英岩、长石石英岩夹二云斜长片麻岩为主；滩间山群主要分布于研究区中部，在南部及西南部零星出露，其上部为一套以大理岩为主的碳酸盐岩石组合，原岩为灰岩，而中下部为火山岩、片岩，片岩的原岩为泥砂质砂岩、杂砂岩类；鄂拉山组主要分布与研究区东南部，主体为一套由火山碎屑岩和火山熔岩组成的火山地层，岩性以安山岩、英安岩和流纹岩为主；第四系主要在研究区北部和南部大面积分布，以冲积物、坡积物、残积物及冰碛物和风成物等为主。

1.2 构造

区内断裂构造发育，多为区域性深大断裂的次一级构造，总体上可分为北西向和北东向2组，其中北西向断裂在研究区西北部和西南部分布较为广泛，走向315°～335°，延伸0.5～4 km不等；北东向断裂构造不发育，数量和规模均较少，区内仅发现3条，延伸0.2～0.5 km。区内褶皱构造不发育，仅滩间山群局部呈倾向南西的单斜构造。

1.3 岩浆岩

区内岩浆活动强烈，以印支期和燕山期侵入岩为主。印支期发育有花岗闪长岩和石英闪长岩，其中花岗闪长岩在研究区中部大面积分布，矿物成分以斜长石、普通角闪石和石英为主，其次为黑云母和钾长石；石英闪长岩呈捕掳体零星出露，矿物成分以斜长石、普通角闪石和石英为主。燕山期可见二长花岗岩和花岗岩，二长花岗岩分布面积也较广，主要分布于研究区中部、西部和西南部的部分地段，矿物成分以钾长石、斜长石、石英和黑云母为主；花岗岩主要分布于研究区北部，总体呈北东向断续展布，矿物成分以钾长石、斜长石、石英和黑云母为主。

1.4 区内典型矿床

拉克洼尔玛地区内以小型钼矿床沙柳河南钼矿床最为典型，该矿床地表为第四系沉积物，深部钼矿体多赋存于蚀变的燕山期二长花岗岩内，其含矿岩石和围岩皆为蚀变二长花岗岩，围岩蚀变中钾化、硅化、云英岩化和黄铁矿化等与钼矿化关系密切，且黏土化、绢云母化及绿泥石化等岩石蚀变现象发育[9]。

2 遥感数据处理

2.1 遥感数据来源

为使遥感影像数据符合要求，选取拉克洼尔玛地区4月份的遥感影像，该时间段内植被稀疏，云量较少，有利于有效避免植被和云层对研究的影响。最终采用的是地理空间数据云平台2018年4月21日的landsat8 OLI遥感数据作为数据源(数据ID：LC81340352018111LGN00)，该数据云量6.14，含量少对研究基本无影响。

2.2 数据预处理

利用遥感数据处理软件ENVI 5.3对landsat8 OLI遥感数据进行辐射定标、FLAASH大气校正、数据裁剪和归一化等预处理(见图1)，考虑到拉克洼尔玛地区4月份基本无植被覆盖植被且水体较少，且归一化植被指数(NDVI)[10]和归一化差异水体指数(MNDWI)[11]处理结果均未显示植被和水体信息，故本次数据预处理未提取植被和水体信息。

图1 拉克洼尔玛地区真彩色遥感

考虑到拉克洼尔玛地区局部被冰雪覆盖，利用常用的冰川自动提取方法中的波段比值法OLI5∶OLI6进行冰雪信息的提取并建立掩膜(见图2)[12]。

图2 拉克洼尔玛地区冰雪掩膜(黑色区域)

3 蚀变异常信息提取

3.1 铁染蚀变信息提取

3.1.1 主成分分析

黄铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿等铁染矿物波谱曲线(见图3)显示，受Fe2+、Fe3+离子基团影响，铁染矿物总体上在OLI2和OLI5波段表现为强吸收，在OLI4、OLI6和OLI7波段表现为强反射，即含有铁染矿物的岩石，可使其在OLI2和OLI5波段图像上亮度值降低，在OLI4、OLI6和OLI7波段图像上亮度值呈现高值。根据铁染矿物光谱特征曲线，选取OLI2、OLI4、OLI5和OLI6波段进行主成分分析，其中为避免含羟基和碳酸根矿物的干扰，在波段选取时舍弃了OLI7波段。依据Crosta方法及其准则，特征向量(见表1)中只有主成分PC4中OLI4波段和OLI2、OLI5波段特征向量值相反，且在OLI4波段无特征吸收呈高反射，在OLI2和OLI5波段有吸收峰呈高吸收，与铁染矿物光谱特征一致，即主成分PC4集中了铁染蚀变信息。

表1 OLI2、OLI4、OLI5、OLI6主成分分析特征向量

3.1.2 铁染蚀变异常筛选

为进一步提取主成分PC4影像中的铁染蚀变异常信息，采取铁染异常FCA(Ferric Contamination Anomaly)门限化进行异常的等级划分和密度渲染[11]，异常分级中利用数倍方差δ的方式进行3个异常等级的划分，经计算统计，主成分PC4遥感影像地物反射率最小值-0.084 040，最大值0.063 878，方差δ=0.006 050，根据FCA门限化分别以2.5δ、2δ和1.5δ确定铁染一级、二级和三级异常参数值，基于铁染异常分级参数利用surfer软件对主成分PC4遥感图像进行铁染蚀变异常信息提取。

根据铁染蚀变异常在区内圈定铁染蚀变异常区3个Fe1、Fe2和Fe3，3个异常区总体上呈北西向展布，与区内主要断裂构造、山脉走向基本一致。其中Fe1异常区位于研究区东南，总体上面积较大且分带明显，北西方向延伸约4.18 km，宽约2.8 km，区内岩性以燕山期二长花岗岩、上三叠统鄂拉山组安山岩、英安岩和流纹岩为主。Fe2异常区位于研究区西部，异常总体上分布稍显分散，但在花岩性分界处、中部地段有多处蚀变分带明显异常，北西向延伸约6.3 km，宽约2.9 km，岩性以印支期花岗闪长岩为主，西北部分布有燕山期二长花岗岩。Fe3异常区面积较小且分带不明显，但其异常分布较为集中，北西方向延伸约2.1 km，宽约1.2 km，岩性为燕山期二长花岗岩。

3.2 羟基蚀变信息提取

3.2.1 主成分分析

高岭石、石英绢云母片岩和绿泥石等羟基蚀变矿物和岩石波谱曲线显示(见图4)，受OH-基团影响，羟基蚀变矿物和岩石总体上在1.4 μm处和OLI7波段处表现为强吸收，在OLI6波段均表现为强反射特征，在OLI2波段表现为反射特征，即含有羟基的矿物和岩石，可使其在OLI7波段图像上亮度值降低，而在OLI7波段和OLI2波段图像上亮度值呈现高值。根据羟基矿物和岩石光谱曲线特征，选取OLI2、OLI5、OLI6和OLI7波段进行主成分分析。依据Crosta方法及其准则，羟基蚀变矿物和岩石中，OLI7波段和OLI2、OLI6波段特征向量值系数相反，且OLI7波段特征向量值为负，特征向量(见表2)中只有主成分PC4取反满足要求，故主成分PC4取反后可用于提取羟基蚀变信息。

表2 OLI2、OLI5、OLI6、OLI7主成分分析特征向量

3.2.2 羟基蚀变异常筛选

对主成分PC4影像取反后，采用羟基异常OHA(Hydroxyl Anomaly)门限化进行异常的等级划分和密度渲染[13]。异常分级中同样利用数倍方差δ的方式进行3个异常等级的划分，经计算统计，主成分PC4取反后遥感影像地物反射率最小值-0.043 514，最大值0.055 642，方差δ=0.005 190，根据OHA门限化分别以3δ、2.5δ和2δ确定羟基一级、二级和三级异常参数值，基于羟基异常分级参数利用surfer软件对主成分PC4取反后的遥感图像进行羟基蚀变异常信息提取。

根据羟基蚀变异常在区内圈定铁染蚀变异常区5个OH1、OH2、OH3、OH4和OH5。其中OH1异常区位于研究区南部，分带明显且一级蚀变异常面积较大，总体上呈北东向展布，延伸约1.0 km，宽约0.6 km，区内岩性为燕山期二长花岗岩。OH2异常区位于研究区东南角，总体上呈南北方向展布，分带明显且一级蚀变异常面积较大，延伸约1.3 km，宽约0.6 km，岩性为三叠系鄂拉山组安山岩、英安岩和流纹岩。OH3异常区位于OH2异常北部，总体呈北西向展布，延伸约2.2 km，宽约0.9 km，岩性包括三叠系鄂拉山组、印支期石英闪长岩和第四系。OH4异常区位于研究区中部偏东南，由2个异常组成，总体上延伸约1.6 km，宽约1.1 km，岩性为印支期花岗闪长岩。OH5异常位于研究区中部偏西，总体上面积较小，主要分布在印支期花岗闪长岩内。OH6异常位于研究区西部，总体上面积较小，主要分布在燕山期二长花岗岩和印支期花岗闪长岩分界处。

3.3 硅化蚀变信息提取

3.3.1 主成分分析

石英、蛋白石和玉髓等常见硅化蚀变矿物波谱曲线显示(见图5)，受SiO2晶体结构影响，硅化蚀变矿物在OLI5和OLI6波段表现为强反射，在OLI7波段表现为强吸收，即存在硅化蚀变的岩石，在OLI5和OLI6波段图像上亮度值呈现高值，在OLI7波段图像上亮度值降低。根据硅化蚀变矿物波谱曲线，选取OLI1、OLI5、OLI6和OLI7波段进行主成分分析。依据硅化蚀变矿物波谱曲线特征，OLI7波段应和OLI5、OLI6波段特征向量值系数相反，且OLI7波段特征向量值为负，特征向量(见表3)中只有主成分PC3取反满足要求，故主成分PC3取反后可用于提取硅化蚀变信息。

表3 OLI1、OLI5、OLI6、OLI7主成分分析特征向量

3.3.2 硅化蚀变异常筛选

对主成分PC3影像取反后，经计算统计，主成分PC4取反后遥感影像地物反射率最小值-0.051 022，最大值0.074 410，方差δ=0.013 159，为突出异常，以3δ、2.5δ和2δ确定硅化一级、二级和三级异常参数值，利用surfer软件对主成分PC3取反后的遥感图像进行硅化蚀变异常信息提取[6]。

根据硅化蚀变异常在区内圈定硅化蚀变异常区4个Si1、Si2、Si3和Si4(见图6)。其中Si1异常区位于研究区东南部，由三叠系鄂拉山组内异常和燕山期二长花岗岩内异常组成，2个次级异常总体上呈北东向展布，异常面积较少。Si2异常位于Si1异常北部，异常延伸约0.8 km，宽约0.5 km，异常内岩性为燕山期二长花岗岩。Si3异常和Si4异常位于研究区西部，二者异常均较为集中且分带明显，总体上呈北西向展布，其中Si3异常北西向延伸约3.2 km，宽约1.6 km，异常内岩性为印支期花岗闪长岩；Si4异常北西向延伸约3.2 km，宽约1.7 km，异常区内岩性均为印支期花岗闪长岩。

4 远景区圈定

4.1 远景区圈定

根据铁染蚀变、羟基蚀变和硅化蚀变异常分带组合及分布特征，结合成矿地质背景分析，在拉克洼尔玛地区共圈定5个成矿远景区(I1、I2、I3、I4和I5)(见图6，表4)。成矿远景区内铁染蚀变异常、羟基蚀变异常和硅化蚀变异常有叠加重复现象，反映了较好的矿化蚀变特征，为矿床勘探找矿工作提供了有效参考，是找矿的重点区域。

1.第四系；2.三叠系鄂拉山组；3.奥陶-志留系滩间山群；4.下元古界达肯大坂群；5.燕山期钾长花岗岩；6.燕山期花岗岩；7.燕山期二长花岗岩；8.印支期花岗闪长岩；9.印支期石英闪长岩；10.石英脉；11.花岗细晶岩脉；12.花岗斑岩脉；13.斜长花岗斑岩脉；14.二长花岗斑岩脉；15.钾长花岗岩脉；16.断裂构造；17.铁染一级异常；18.铁染二级异常；19.铁染三级异常；20.羟基一级异常；21.羟基二级异常；22.羟基三级异常；23.硅化一级异常；24.硅化二级异常；25.硅化三级异常；26.铁染蚀变异常及编号；27.羟基蚀变异常及编号；28.硅化蚀变异常及编号；29.成矿远景区及编号；30.发现矿(化)点及编号

表4 拉克洼尔玛地区成矿远景区特征

4.2 验证工作

在研究区中部开展地质踏勘工作，在I2远景区内发现铅锌元素含量异常点Y1，岩性为蚀变花岗闪长岩，含方铅矿、闪锌矿和褐铁矿，经测试平均w(Pb)为4.87%，w(Zn)为3.28%，达到工业品位，具有较好的找矿前景。在I3远景区内发现钼矿化点Y2，该点未见地表矿体，但可见辉钼矿转石，岩性为蚀变斑状二长花岗岩，矿石中矿石矿物以辉钼矿和黄铜矿为主，脉石矿物以钾长石、斜长石和石英为主，其次为绢云母、高岭土和绿泥石等，辉钼矿呈半自形晶体弯曲的片状、鳞片状晶形，该点周围断裂较为发育，二长花岗岩蚀变明显，有利于成矿。验证结果显示硅化蚀变和铁染蚀变的组合信息、羟基蚀变和硅化蚀变组合信息均可有效指示成矿部位。