收稿日期: 2012-11-19; 改回日期: 2013-05-30项目资助: 中国地质调查局“机载高光谱测量项目”(编号: 基[2011]02-21-04)资助 第一作者简介: 任广利(1984–), 男, 博士, 矿床学专业。
Email: renguangli9977@ 卷(Volume)37, 期(Number)4, 总(SUM)139 页(Pages)765~776, 2013, 11(November, 2013)大 地 构 造 与 成 矿 学Geotectonica et Metallogenia高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用任广利1, 杨军录1, 杨 敏1, 李健强1, 高 婷1,易 欢1, 韩海辉1, 赵英俊2(1.中国地质调查局 西安地质调查中心, 陕西 西安 710054; 2.核工业北京地质研究院 遥感信息与图像分析技术国家重点实验室, 北京 100029)摘 要: 利用机载高光谱遥感数据(CASI/SASI), 对甘肃北山成矿带金滩子-明金沟一带的蚀变矿物异常信息进行提取和分析, 总结了区内蚀变矿物异常信息的分布规律及成因; 结合典型岩石、矿物ASD 地面光谱测量, 对不同地质体中蚀变矿物的光谱曲线特征进行分析、总结; 选取研究区北部明金沟金矿床的矿化蚀变地质剖面开展光谱测量, 结合成矿地质条件分析, 建立基于区内金矿床的高光谱遥感找矿模型。
以找矿模型为指导, 综合成矿地质背景及地球化学异常特征, 筛选出成矿有利区段, 进而通过野外查证检验高光谱异常信息在成矿预测中的应用效果。
野外查证表明圈定出的找矿预测区金矿化发育, 成矿潜力较好, 说明高光谱遥感能为找矿提供较为准确且可靠的信息。
关键词: 高光谱遥感；蚀变矿物；CASI/SASI ；找矿模型；甘肃北山中图分类号: P627 文献标志码: A 文章编号: 1001-1552(2013)04-0765-0120 引 言从20世纪70年代末美国提出高光谱遥感概念模型并研制出成像光谱仪以来, 高光谱遥感技术已形成涵盖不同光谱波段、具有不同空间分辨率的技术体系。
其以多波段、高光谱分辨率、高空间分辨率受到国内外学者的关注。
近几年来, 高光谱遥感在地质应用方面, 尤其是矿物识别与填图、岩性填图、矿产资源勘探、矿业环境监测、矿山生态恢复和评价等方面取得了重大进展(周可法等, 2008; 张宗贵和王润生, 2000; 李志忠等, 2009; 王润生等, 2010)。
国内外不同学者利用高光谱技术分别在太古代地层区(Cudahy et al., 2000), 太古代脉型金矿、浅成低温热液型矿床(Bierwirth et al., 2002; Brown et al., 2006)以及典型蚀变矿物的识别及岩性填图(Ruitenbeek et al., 2006; Bell et al., 2010; Bedini, 2011; 王润生等, 2010)等方面进行研究报道, 取得丰富的成果, 显示其在地质调查和找矿勘探等领域将发挥出重要作用。
北山地区是我国重要的成矿带之一, 其矿床类型多样、资源丰富。
经过几十年的勘查研究, 北山成矿带已成为我国重要的矿产基地之一。
成矿带内许多重要矿床的成矿作用与岩浆作用关系密切, 已发现的Au 、Cu 、Fe 、W 、Ni 等矿床多为岩浆作用产物, 或与岩浆作用期后的热液活动密切相关, 围岩蚀变发育较好。
该区属温带大陆干旱性气候, 戈壁丘陵地貌, 植被覆盖稀疏, 基岩出露较好。
山体相766第37卷对高差小切割弱, 局部地区受地表风化影响碎石残留原地, 有利于机载高质量图像数据的获取和开展野外光谱测量。
以上资料表明该区具备开展航空高光谱测量地面的有利地质条件和良好的自然地理环境。
本次选取甘肃北山成矿带金滩子-明金沟一带开展高光谱研究工作。
在研究区CASI/ SASI高光谱遥感数据获取、预处理及蚀变矿物异常信息提取的基础上, 对区内蚀变矿物分布及其异常组合进行分析, 通过野外实地光谱测量对区内不同蚀变矿物光谱特征进行剖析、总结; 通过典型金矿床的光谱测量及地质成因分析, 对本区基于高光谱数据的金矿化地段蚀变矿物分布、分带进行系统剖析, 构建高光谱遥感异常模式; 综合成矿地质条件分析、化探异常特征建立综合找矿模型, 以此为指导, 进而圈定区内找矿有利地段并进行野外查证。
本次研究为探索高光谱遥感技术在成矿预测领域的应用提供了思路及依据。
1 地质概况研究区位于甘肃北山造山带的西南段, 属塔里木板块之敦煌地块中的北山晚古生代陆内裂谷带(图1左上)(杨合群等, 2008a)。
该构造带基底为太古代-元古代中深变质岩, 盖层为石炭纪-二叠纪的火山-沉积岩。
区内地质演化历史复杂, Au、Cu、Fe、W、Ni等矿产资源丰富。
具多旋回多期次构造作用叠加, 动力学运动学机制多样, 岩浆活动频繁, 变质变形作用和成矿作用强烈等特征(杨建国等, 2004)。
研究区内出露地层为中泥盆统三个井组(D2s), 岩性为浅变质中细粒长石石英砂岩、长石砂岩夹粉砂岩、泥质粉砂岩。
断裂发育, 以近EW向压扭性断裂为主, 沿走向局部向NEE向偏离, 形成弧形构造线(图1)。
研究表明其为多期、持续、有继承性的挤压应力场作用下形成。
区域断裂从宏观上控制地层、岩浆岩展布及矿产的空间分布(杨合群等, 2008b①)。
纵观北山地区的矿产地分布, 多个矿集区都定位于断裂的交汇部位, 尤其在NE向和EW向构造交汇处, 金矿化与NE向断裂具有明显的空间耦合性(杨建国等, 2004)。
研究区即位于北山成矿带柳园矿集区西南部, 具有良好的成矿构造背景。
区内岩浆活动强烈, 以海西期为主, 次为印支期, 从基性-酸性均有产出。
海西早期的辉长-辉绿岩(ν41), 呈岩株状产出; 海西期石英闪长岩(δo41)呈岩基出露于研究区中南部; 印支早期二长花岗岩(ηγ51)呈北东向不规则状侵入于石英闪长岩及三个井组地层中; 印支早期花岗斑岩(γπ51)呈岩脉状或不规则岩株状产出, 穿插于石英闪长岩中。
图1 甘肃北山地区金滩子-明金沟一带地质图(据甘肃省地质矿产局, 1989②修改)Fig.1 Geological map of the Jintanzi-Mingjingou area of Beishan, Gansu province①杨合群, 李英, 赵国斌, 杨建国, 李文明, 杨林海, 李百祥, 赵善定. 2008b. 北山成矿带找矿重大疑难问题研究成果报告. 西安地质矿产研究所: 15-87.②甘肃省地质矿产局. 1989. 明舒服井幅-明舒井东幅区域地质调查报告。
第4期任广利等: 高光谱遥感异常提取在甘肃北山金滩子-明金沟地区成矿预测中的应用7672 测量技术及参数本次工作所使用的CASI/SASI 机载成像光谱仪, 具有高信噪比、高空间和高光谱分辨率的特点。
其基本技术参数见表1。
数据获取时间为2011年7~8月, 飞行时间为北京时间: 11点~16点; 考虑获取数据的信噪比, 减少云、雾等天气条件影响, 要求天气晴朗, 云量低, 能见度＞20 km; 飞行高度相对地面航高1500~2000 m; 旁向重叠率: 10%~15%。
影像采用POS 系统+后差分GPS 数据进行初步几何校正, 采用高精度激光雷达数据进行正射校正(DEM 精度达厘米级), 误差控制在2个像元以内。
数据处理: 航空高光谱影像数据获取后经过数据预处理(包括几何校正、辐射校正、大气校正、噪声及坏波段去除)、航带和跨航带照度调整和光谱重建, 通过ENVI 平台采用基于波谱沙漏工具的矿物识别方法进行分航带矿物异常信息提取(邓书斌, 2010), 而后经过图像分析及图像镶嵌与地理编码等过程, 最终形成蚀变矿物分布图。
本次研究对绢云母、绿泥石、绿帘石、褐铁矿、黄钾铁帆、方解石、白云石、芒硝等8种蚀变矿物进行了异常信息的提取。
地面光谱测量采用FieldSpec Pro FR 光谱仪, 目的是为航空高光谱遥感数据解译工作提供一定的光谱地面控制, 并为高光谱数据异常提取成果的质量评价提供依据, 其技术指标见表2。
采用野外实地光谱测量, 探头离地面约 1.2 m, 视场角选择5°探头, 视场范围约0.96 m 2, 与CASI/SASI 的观测尺度(空间分布率)大致相当。
表1 CASI/SASI 基本技术参数Table 1 Basic technical parameters of CASI/SASI参数 CASI SASI 光谱范围 380~1050 nm950~2450 nm每行像元数 1470 640 连续光谱通道数288 100 光谱带宽 2.3 nm15 nm帧频 14 100 空间分辨率0.9 2.2表2 FieldSpec Pro FR 光谱仪技术指标Table 2 Main technical indexes of FieldSpec Pro FR光谱范围 350~1050 nm1050~2100 nm光谱分辨率 3 nm 10 nm 光谱采样间隔 1.4 nm2 nm采样时间100 ms视场角 1°、5°、8°及25°可选3 蚀变矿物分布特征特定的分子键在可见光-短波红外反射光谱的某些波长位置能够产生诊断性吸收特征谱带, 这些特征谱带在不同的矿物中具有较稳定的波长位置和较稳定的独特波形, 能够指示离子类矿物、单矿物的存在(甘甫平等, 2003)。
高光谱成像光谱矿物识别技术即是通过发现矿物特征吸收峰的波长位置和吸收深度等光谱参数的存在和变异, 研究岩矿中的光谱特征与其类型、成分、结构等的内在联系(刘圣伟等, 2006)。
该技术也使遥感地质发展到识别单矿物以至矿物的化学成分及晶体结构(Pieters and Englert, 1993)。
在可见光-短波红外谱段, 识别出的矿物有Fe 、Al 、Mg 、Mn 等元素的氧化物、含羟基矿物、碳酸盐矿物及部分水合硫酸盐矿物等(Clark et al., 2003)(图2)。
被识别的部分矿物属于与成矿作用密切的蚀变矿物, 这对圈定矿化蚀变带, 分析蚀变矿物组合和蚀变相(王润生等, 2010), 追索矿化热液蚀变中心和圈定找矿靶区(Berger et al., 2003; Bedini et al., 2009; 张紫程等, 2011)发挥着重要作用。
光谱异常提取成果显示区内发育有褐铁矿、绿泥石、黄钾铁矾、富铝绢云母、中铝绢云母、方解石、白云石、少量绿帘石、芒硝等蚀变矿物异常(图3)。
空间上整体分布不均, 呈现出沿岩体接触带、断裂及后期岩脉富集发育的特点。