高光谱遥感异常信息在阿尔金索拉克地区铜金矿找矿工作中的应用

王茜， 任广利

(1.中铁干部管理培训学院，咸阳 712000； 2.中国地质调查局西安地质调查中心，西安 710054)

0 引言

高光谱遥感技术以其丰富的光谱波段、较高的空间分辨率的特点相继被应用于地质矿产、农业、生态及环境调查等领域[1-2]。高光谱遥感在地质矿产领域应用主要包括以下几个方面： 矿物识别与填图、岩性填图、矿业环境监测、矿山生态恢复和评价等[3-5]，尤其是近年来该技术体系在高寒山区的地质调查和找矿勘探方面发挥了重要作用和取得良好的效果[6-12]。

阿尔金造山带位于青藏高原北缘，是我国重要的Au，Cu，Pb，Zn多金属成矿带，目前已经形成多个大、中型矿床发育的矿集区。阿尔金成矿带内许多重要矿床与岩浆作用关系密切，已发现的Au，Cu，Fe，Pb，Zn等矿床多为岩浆作用、热液作用的产物，其围岩蚀变发育较好。然而，由于阿尔金地区为高寒山区，严重制约了区域地质找矿工作。前人在该区通过高光谱遥感技术已取得较好的找矿效果[10-13]。本文以阿尔金索拉克地区金铜矿为研究区，利用CASI/SASI机载高光谱遥感数据和地面光谱测量对其蚀变信息进行了详细剖析，构建高光谱标志性蚀变矿物组合及遥感找矿模型，以期为该区快速识别找矿有利地区提供支撑。

1 研究区地质背景和矿区地质特征

前人综合区域地质特征、地层学、岩石学、地球化学及年代学的研究结果，将阿尔金造山带从北至南划分为阿北地块、红柳沟—拉配泉蛇绿混杂岩带、阿中地块 (也称米兰河—金雁山地块)和南阿尔金俯冲碰撞杂岩带等4个构造单元[14-18]。阿北地块主要由太古宙麻粒岩相变质的中酸性-基性火山岩系、具孔兹岩系特征的变质岩系组成，包括斜长角闪岩、基性麻粒岩和长英质片麻岩等[19]，其上不整合覆以中—新元古界蓟县系—青白口系地层[20]或南华系地层[21]。红柳沟—拉配泉蛇绿混杂岩带为早古生代蛇绿构造混杂岩[16-18]，索拉克地区位于阿北地块和红柳沟—拉配泉蛇绿混杂岩带结合部位。

索拉克地区出露地层为南华系索拉克组 (Nhs)，为一套浅变质火山碎屑岩、火山岩、碎屑岩夹碳酸盐岩建造，次为第四系(Q)。索拉克组地层普遍发生区域变质，其变质程度以浅变质为主，达到绿片岩相。变质矿物组合有绿泥石-方解石-绿帘石-黄铁矿-钠长石或绢云母-绿泥石-方解石-石英等组合。火山岩主要以南华系索拉克组 (Nhs)为主，可分为3个岩性段： 基性角砾熔岩段、破碎蚀变岩段和基性火山熔岩夹角砾熔岩段。侵入岩以中性及中酸性为主，有斜长花岗岩、闪长岩、石英闪长 (玢)岩等。其中，石英闪长岩体蚀变发育，见黄铁矿化，少量孔雀石及黄铜矿[11, 22]。区域内断裂构造以压性或压扭性逆断层为主，均形成碎裂岩带，沿走向呈负地貌，断裂两侧发育片理化现象，其中F3,F4和F5是主要控矿断层，对区内铜金矿化及与铜金矿化有关的蚀变有明显的控制作用。次级断裂十分发育，产状与主断裂基本一致，长度数十米至数百米，形成宽0.1～0.5 m的破碎蚀变带，沿断层及节理裂隙黄铁矿化蚀变强烈发育，并伴有铜矿化、硅化、绿泥石化、碳酸盐化等，为主要赋矿构造。矿区地质图如图1所示。

1.第四系； 2.下二叠统英格布拉克组； 3.南华系索拉克组角砾熔岩； 4.南华系索拉克组破碎蚀变带； 5.南华系索拉克组玄武岩； 6.闪长岩； 7.石英闪长岩； 8.石英闪长玢岩脉； 9.闪长玢岩脉； 10.英安玢岩脉； 11.花岗闪长斑岩； 12.断层 (虚线为推测断层)； 13.铜矿化蚀变带

地球化学异常显示Au，Ag，As，Sb，Cu，Pb，Zn，Mo，Sn元素含量高值区总体呈线状分布在矿区中部F3，F4和F5断层带上，或分布于次一级小断层上，远离断层出现低值区，含量高低起伏，近于平行线状排列。Au，As，Cu，Mo异常沿破碎蚀变带分布，且Cu，Mo元素高值与石英闪长 (玢)岩分布吻合； Pb，Zn，Ag在蚀变带内相对较富集，局部有较大面积高值区出现。元素组合以Au，As，Mo，Cu，Au，As，Zn，Ag元素较明显，蚀变带内与成矿相关的中—高温热液活动具有与低温热液活动多次叠加的地球化学特征。

矿区铜金矿化蚀变破碎带控制长度1.6 km，宽100～200 m，走向近EW向，倾向南，倾角60°～70°，主体受F3，F4和F5断层控制。蚀变带以黄铁矿化、黄铜矿化(孔雀石化)为主，伴有金矿化。由3条矿脉(带)组成。

矿石矿物见黄铁矿、黄铜矿。氧化矿物以褐铁矿为主，次为孔雀石、蓝铜矿，呈微粒状、似细脉状、薄膜状分布。黄铁矿呈半自形—他形粒状，以细脉状分布为主。黄铜矿呈它形粒状，局部呈团块状、脉状，多与黄铁矿共生。围岩蚀变发育绿泥石化、硅化、绢云母化、碳酸盐化 (方解石化)、绿帘石化，石膏化，局部见有钠长石化、阳起石化、闪石化等。矿区内金矿化产于蚀变石英闪长岩、破碎带、碎裂蚀变安山质角砾熔岩中，说明矿区的火山活动及后期的岩浆侵入活动，为矿区内铜、金成矿提供物质来源。索拉克铜金矿中金的含矿母岩为石英闪长岩，铜的含矿岩性为闪长玢岩。其金和铜平均含量分别为281 g/t和693.82 g/t，远高于区域背景值，石英闪长岩中局部地段单独形成铜金矿化体。铜金矿化属产于次火山岩中的热液型矿床。

2 数据源及其预处理

本次使用的CASI/SASI 机载成像光谱仪和地面光谱测量采用Field Spec Pro FR光谱仪，详细参数见参考文献[6]，通过机载成像光谱和地面光谱测量相结合的方法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。

CASI/SASI 机载成像光谱数据获取时间为2013年6—7月, 飞行时间为北京时间10： 00—15： 00; 考虑获取数据的信噪比，要求天气晴朗，云量低，能见度大于20 km； 飞行高度相对地面航高为1 500～2 000 m； 旁向重叠率为10%～15%。影像采用定位定向系统(positioning and orientation system，POS)+后差分全球定位系统(global positioning system，GPS)数据进行初步几何纠正，采用高精度激光雷达数据进行正射校正 (数字高程模型(digital elevation model，DEM)精度达厘米级)，误差控制在2像元以内。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 m2，与CASI/SASI数据的观测尺度 (空间分布率)大致相当。

航空高光谱影像数据获取后经过数据预处理 (包括几何纠正、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[22], 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、绿帘石、褐铁矿、赤铁矿和透闪石等多种蚀变矿物进行了异常信息的提取。

3 索拉克铜金矿矿石光谱特征

3.1 索拉克铜金矿光谱特征

CASI影像上索拉克矿区呈灰黑色色调，影纹较粗糙，线性构造发育，以NW向、近EW向、NE向为主。蚀变矿物异常有褐铁矿、透闪石、绿帘石、高铝绢云母、中铝绢云母、低铝绢云母 (图2)。异常多呈团块状、带状产出。受断裂控制作用明显，沿断裂分布区域发育强高铝绢云母、绿帘石异常等。

图2 索拉克金铜矿区蚀变矿物分布

区内铜矿化见于闪长玢岩的裂隙、破碎蚀变带中 (图3(a))，光谱测量显示含孔雀石化石英闪长岩具较低光谱反射率特征(图3(b))，具有600～1 000 nm处平坦的孔雀石Cu2+离子吸收峰、Fe3+吸收峰，2 350 nm处弱Al-OH，-OH和Mg-OH吸收峰等 (图4(a))。区内中基性火山岩有玄武岩、安山岩、英安质凝灰岩等，其表现出较为一致的特征峰，主要有600～800 nm，800～1 000 nm，1 000～1 200 nm处的Fe2+离子吸收峰，并在2 250 nm处和2 345 nm处具有Fe-OH和Mg-OH吸收峰，具有绿泥石化特征(图4(b))。金铜矿化多位于石英闪长岩的硅化蚀变破碎带中，其反射率较高，具有明显的Fe3+和Fe2+吸收峰，黄钾铁矾吸收峰、蒙脱石类泥化吸收峰 (图4(c))，个别样品见Al-OH吸收峰，具绢云母化。区内蚀变破碎带Au平均品位为0.39 g/t(HL-017)，褐铁矿化石英闪长岩 Au品位为0.34 g/t(HL-019)。对比围岩样品具有明显的600～800 nm, 800～1 000 nm处Fe3+吸收峰，以及2 220 nm处的Al-OH吸收峰。

(a) 索拉克矿区破碎蚀变带(b) 孔雀石化石英闪长岩

(a) 闪长玢岩(b) 中基性火山岩(c) 破碎带

分析对比矿区内不同地质体的光谱曲线特征，矿物含量光谱解算结果，X射线衍射分析以及金矿化情况 (表1)，含金矿化样品中发育有Fe3+特征峰，Al-OH特征峰和-OH特征峰，光谱解算显示主要由褐铁矿、黄钾铁矾、石膏、伊利石、蒙脱石、绿泥石等组成。X射线衍射矿物成分分析显示具有石英、斜长石、黄铁矿、黄钾铁矾、石膏、蒙脱石、伊利石、绿泥石等组成。区内围岩样品其矿物成分除了继承原岩的矿物成分 (石英、斜长石等)外，主要还有方解石、绿泥石、伊利石、石膏等蚀变矿物。对比金矿化样品、围岩样品，认为金铜矿化样品内褐铁矿、黄钾铁矾、含Al-OH矿物 (伊利石)相对含量较高，可以作为金铜矿化的有利找矿标志。因此，在异常查证过程中，褐铁矿化 (黄钾铁矾、钠铁矾)+绢云母化 (伊利石化)可以作为金矿化找矿的标志性蚀变。

表1 索拉克铜金矿区不同地质体矿物组成特征

3.2 研究区高光谱异常找矿标志

研究区隶属于阿尔金北缘铜-铁-金成矿带，位于阿尔金北缘断裂以南的早古生代火山-沉积岩区。其矿床类型以火山-沉积改造型、岩浆热液型矿床为主[23]。在红柳沟等地的蛇绿岩底部超镁铁岩中发现有铬矿，在红柳沟附近发现贝壳滩镍矿，以及索拉克岩浆热液型铜金矿。阿北地块南部边缘发育韧性剪切带，已发现破碎蚀变岩-石英脉型金矿。本次典型矿床剖析索拉克热液蚀变型金 (铜) 矿床。结合其高光谱蚀变矿物分布特征、地面光谱特征测量分析，以及蚀变矿物类型分析，总结其高光谱遥感找矿标志如表2所示。

表2 研究区铜金矿床高光谱遥感找矿标志

4 找矿预测区查证和圈定

4.1 马特克萨依沟口西查证区

该区断裂构造发育，蚀变矿物异常类型多样，绢云母+褐铁矿蚀变矿物组合发育。典型矿床剖析显示该异常组合为金矿化的标志性蚀变矿物组合，且位于断层交汇部位。岩性为索拉克组杏仁状玄武岩，火山角砾岩、中酸性凝灰岩为主，其次为因格布拉克组灰岩、岩屑砂岩、石英砂岩等。北部见有强糜棱岩化的长城系其盖布拉克岩群细砂岩、含碳质粉砂岩夹薄层大理岩等。区内断裂构造发育包括NWW向、近EW向，以及后期NE向等 (图5)。异常提取显示该区发育有绿泥石、白云石、绿帘石、褐铁矿、中铝绢云母、低铝绢云母、高铝绢云母、透闪石、蛇纹石等，异常分布不均 (图5)。绿泥石+绿帘石+透闪石+蛇纹石异常组合分布在南部索拉克组地层中硅质岩及火山角砾岩中。中-高铝绢云母+褐铁矿异常组合主要分布在查证区北部，呈带状产出，明显受断层控制，且该区位于金化探异常区范围。因此，在该区异常组合发育地段主要进行金矿化的查证工作。查证结果如下：

图5 马特克萨依沟口西查证区高光谱蚀变矿物异常分布

1)查证点DBK-025处分布有绢云母、褐铁矿蚀变矿物异常。高铝绢云母-低铝绢云母具分带特征。褐铁矿异常与中-高铝绢云母异常有较好的叠合性。查证显示该点位于因格布拉克组碎屑岩与索拉克组硅质岩的接触部位，二者断层接触。异常形态呈NE向与该区硅质碎裂岩相吻合。硅质碎裂岩光谱曲线测量显示，具有2 205 nm处Al-OH吸收峰，以及800～1 000 nm处的Fe3+吸收峰，与褐铁矿化、中-高铝绢云母异常相吻合，可见其褐铁矿化和绢云母化异常由碎裂硅质岩引起。

2)查证点DBK-027查证点异常类型为褐铁矿+中-高铝绢云母组合，近EW向线状构造发育，查证显示该处为褐铁矿化硅化破碎带，宽3～5 m，走向约50°，围岩为灰绿色绿泥石化、碳酸盐化凝灰岩，受断层作用影响，岩石破碎强烈。褐铁矿化硅质碎裂岩光谱曲线发育Fe3+吸收峰和Al-OH吸收峰，表现出褐铁矿化、绢云母化特征，与该处异常提取类型相吻合。硅化蚀变带分析显示其具有较好的Au元素异常，Au品位为0.22 g/t。褐铁矿化硅化蚀变带延伸较远，出露较宽，具有较好的金找矿前景。

4.2 马特克萨依沟查证区

区内蚀变矿物异常发育，有方解石、绿泥石、白云石、绿帘石、褐铁矿、低铝绢云母、中铝绢云母、高铝绢云母、蛇纹石、透闪石 (图6)。异常组合主要沿河沟两侧分布。呈NNE向、NE向产出，受区内NE向构造控制，其地层为索拉克组火山岩地层。河道南部异常组合呈NWW向，与区内构造向方位一致，该区地层为石炭系—二叠系因格布拉克组碎屑岩地层。区内分布的透闪石、蛇纹石异常，主要为大理岩、超基性岩，验证显示此类高光谱异常提取准确度较低。

图6 马特克萨依沟查证区异常分布

该区南部发育NE向褐铁矿化+绿帘石+绿泥石+低-中-高绢云母+透闪石异常组合，受NE向断层控制，分带明显，以断层为界，西北侧为褐铁矿+中铝绢云母异常组合，东南侧为绿泥石+绿帘石+低铝绢云母+高铝绢云母异常组合 (图6)。查证显示其岩性为灰红色片理化、糜棱岩化凝灰岩。两侧见灰绿色凝灰岩、玄武岩 (图7)。

1.凝灰岩； 2.糜棱岩带； 3.石英脉； 4.黄钾铁矾化蚀变带； 5.钾长花岗岩； 6.孔雀石化； 7.褐铁矿化

查证显示灰红色糜棱岩化凝灰岩中发育孔雀石化，孔雀石断续出露，露头延伸大于40 m； 并见有3条黄褐色黄钾铁矾化破碎蚀变带(图8)，蚀变带宽约0.5～1.0 m，破碎强烈，近NS向展布。化学分析显示，孔雀石化样品中发育较好的铜金矿化，Cu 拣块样品位为3.21%，Au刻槽样品位为0.07 g/t。破碎蚀变带样品光谱曲线普遍具有2 207 nm和2 250 nm处Al-OH，Fe-OH吸收峰，表现出绢云母化 (伊利石化)、黄钾铁矾化蚀变特征，这与X射线衍射矿物分析结果中含黄钾铁矾、伊利石、高岭土一致 (表3)。在500～1 000 nm范围内具有Fe2+和Fe3+吸收峰，表现明显的褐铁矿化蚀变特征 (图9(a))，衍射分析表明其石膏含量也较高，异常结果未显示。而该区的凝灰岩则变化较大，具有2 210 nm处Al-OH吸收峰，表现高岭土化 (BK-33)，其中的石英脉见有碳酸盐化 (BK-40)，另在BK-39糜棱岩化凝灰岩样品见有2 270 nm孔雀石吸收峰，并见有2 210 nm处Al-OH吸收峰 (图9(b))。该区绢云母Al-OH吸收峰表现不同特征，可能与后期花岗岩的侵入有关[24-25]。查证点M-6位于查证区中部 (图6)，位于NS向断裂的延伸部位。位于灰绿色细粒闪长岩接触带上的一褐铁矿化、硅化蚀变带。发育强烈的褐铁矿化蚀变、硅化蚀变，带宽3～4 m，NS向延伸。对其褐铁矿化石英脉取样显示其Au品位为0.14 g/t，该处受地表覆盖的影响高光谱蚀变异常不发育。M-6查证点北部线性构造发育、褐铁矿+绢云母化发育，见有含黄铁矿花岗岩，其内部硅化强烈，见网脉状褐铁矿化石英脉，见有弱的金矿化。通过上述查证结果，区内主要的蚀变矿物绢云母、褐铁矿、绿泥石、绿帘石、白云石、方解石、伊利石的正确率较高，均达到了75%以上，蛇纹石、透闪石的识别效果相对较低。

图8 DBK-044查证点破碎蚀变带及铜矿化照片

表3 查证区样品X射线衍射矿物组分分析

(a) 破碎蚀变带(b) 糜棱岩化凝灰岩

5 结论

1)通过索拉克铜金矿床的高光谱和蚀变矿物光谱测量，建立北阿尔金地区铜金矿床的高光谱遥感金矿找矿标志： 矿化体以发育褐铁矿化+中(高)铝绢云母化+伊利石化为特征，向外发育绿帘石化或绿泥石化，中心矿化部位受断裂控制，线性构造发育。地表多见硅化、黄铁矿化、孔雀石化、黄钾铁矾化、绢云母化等找矿标志。

2)综合区域地质矿产条件及高光谱遥感信息，北阿尔金地区碎裂花岗岩、闪长岩中的断层破碎带及接触带是成矿条件有利部位。