宋伊圩，王鵬，連琛芹，代雪健，王斌

(1.西安礦產(chǎn)資源調(diào)查中心，陜西 西安 710100；2.西寧自然資源綜合調(diào)查中心，青海 西寧 810012；3.呼和浩特自然資源綜合調(diào)查中心，內(nèi)蒙 呼和浩特 010000；4.成都軍民融合地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610000)

巖性填圖與蝕變信息提取是遙感地質(zhì)學(xué)應(yīng)用研究中的重要方向(田淑芳等，2013)。國內(nèi)外地質(zhì)工作者對(duì)利用遙感技術(shù)進(jìn)行巖性填圖和蝕變信息提取進(jìn)行了大量的研究(Mars et al.,2006；妙超，2013；宿虎等，2020；閆穎等，2015)，并成功地應(yīng)用于地質(zhì)找礦勘查中。

ASTER多光譜遙感數(shù)據(jù)以其豐富的波段信息、較高的空間分別率、數(shù)據(jù)易獲取的特點(diǎn)成為找礦勘查數(shù)據(jù)源的重要選擇。然而基于ASTER礦物光譜特征對(duì)礦區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)巖性填圖和蝕變信息提取，以此服務(wù)找礦勘查的實(shí)例在國內(nèi)鮮有報(bào)道。青藏高原雅魯藏布江是中國重要的金成礦帶(侯增謙等，2008；Wang et al.,2020；王慶飛等，2020)，該區(qū)帶內(nèi)的念扎金礦是區(qū)域成礦學(xué)研究的重點(diǎn)區(qū)域。礦區(qū)海拔高、自然環(huán)境惡劣，給找礦勘查帶來了較大困難，因而進(jìn)行遙感調(diào)查具有很高的實(shí)用和研究意義。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)位于青藏高原南部，行政區(qū)劃隸屬于西藏自治區(qū)日喀則市仁布縣。該區(qū)地形起伏較大，基巖多裸露，植被稀少，溝谷地區(qū)部分被第四系覆蓋，十分適合開展遙感調(diào)查工作。

研究區(qū)大地構(gòu)造位置位于雅魯藏布江縫合帶(圖1a)，空間上近東西向展布，南以岡底斯逆沖大斷裂(GCT)、岡底斯大斷裂(GT)，北以仲巴-江孜斷裂為界，夾持于拉薩地體與喜馬拉雅地體之間，縫合帶內(nèi)由北向南被區(qū)域斷裂分割為不同地體，依次為日喀則弧前盆地、雅魯藏布江蛇綠混雜巖帶以及朗杰學(xué)增生楔3個(gè)構(gòu)造單元(圖1b)(Chung et al.,2005;Ding et al.,2005;侯增謙等，2006；Yin et al.,2000)。沿縫合帶發(fā)育一系列造山型金礦，包括馬攸木金礦、念扎金礦、邦布金礦。其中，念扎金礦位于縫合帶中段，金儲(chǔ)量25 t，Au品位平均值為3.08×10-6(圖1b)(李華健等，2017；張雄，2017)。礦區(qū)北部為白堊紀(jì)—始新世岡底斯火山弧，夾有少量白堊紀(jì)火山碎屑沉積巖，發(fā)育有一系列脆韌性構(gòu)造；南部仁布蛇綠混雜巖帶構(gòu)造侵位于朗杰學(xué)巖群中，帶內(nèi)發(fā)育北東向大型逆斷層(圖1c)。礦體即產(chǎn)生于閃長(zhǎng)巖與超基性巖接觸處。

2 數(shù)據(jù)處理

ASTER遙感數(shù)據(jù)共有譜段14個(gè)，其中包括3個(gè)可見光至近紅外波段(VNIR)、6個(gè)短波紅外波段(SWIR)、5個(gè)熱紅外波段(TIR)，空間分辨率依次為15 m、30 m、90 m(表1)。

表1 ASTER遙感影像波段參數(shù)表Tab.1 ASTER remote sensing image band parameters

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

主要采用以下流程對(duì)遙感數(shù)據(jù)預(yù)進(jìn)行處理：①對(duì)ASTER數(shù)據(jù)做輻射定標(biāo)，使影像DN值轉(zhuǎn)換為傳感器層面的輻射值。②利用三次卷積法(Cubic Convolution)對(duì)SWIR和TIR波段重采樣至15 m的空間分辨率。③將重采樣后的VNIR-SWIR-TIR波段區(qū)進(jìn)行大氣校正，將傳感器層面的輻射值轉(zhuǎn)換為地表反射率。④將大氣校正的結(jié)果進(jìn)行打包。

AKSZ.阿尼瑪卿-昆侖造山帶；JSSZ.金沙江縫合帶；BNSZ.班公-怒江縫合帶；IYS.印度河-雅魯藏布江縫合帶；MBF.中央主斷裂；ATF.阿爾金斷裂;GCT.岡底斯逆沖大斷裂；GT.岡底斯斷裂；ZGT.仲巴-江孜斷裂圖1 (a)研究區(qū)大地構(gòu)造位置和地質(zhì)圖青藏高原構(gòu)造格架(Chung et al.,2005;Yin et al.,2000)、(b) 雅魯藏布江縫合帶構(gòu)造-地質(zhì)簡(jiǎn)圖(Ding et al.,2005)、(c) 念扎金礦地質(zhì)簡(jiǎn)圖(張雄等，2019)Fig.1 (a)Schematic tectonic map of the study area of the Tibet plateau (Chung et al.,2005;Yin and Harrison,2000)，(b) Structure-geological sketch of Yarlung Zangbo Suture (Ding et al.,2005)，(c) Simplified geological map of the Nianzha gold deposit (Zhang et al.,2019)

2.2 造巖礦物信息提取

前人系統(tǒng)總結(jié)了不同礦物的光譜特征，造巖礦物(石英、方解石等)在一定的波譜范圍內(nèi)具有特征性光譜，并且ASTER波譜范圍內(nèi)具有可鑒定性(圖2)(Hunt et al.,1973;Hunt,1979;Phillipset al.,2015;Rowan et al.,2003;Rowan et al.,2005)。不同的巖石具有不同的礦物組合，蝕變發(fā)生伴隨著蝕變礦物的富集，基于ASTER巖石礦物光譜特征提取的礦物識(shí)別指數(shù)和蝕變因子，在巖性界線和蝕變帶附近會(huì)有數(shù)值突變，這種數(shù)值突變指示了礦化蝕變分帶的界線。由于各蝕變帶的特征礦物有所差異，光譜特征也有巨大差異，因此基于光譜特征的蝕變帶識(shí)別方法具有可靠的理論依據(jù)。

其中，F(xiàn)e3+指數(shù)(Fe3)：Fe3+離子信息運(yùn)用波段比值公式band2/band1值可以對(duì)其進(jìn)行識(shí)別與增強(qiáng)，是提取褐鐵礦、黃鐵礦等礦物信息的有效手段(圖2)(Rowan et al.,2005)。

Fe2+指數(shù)(Fe2)：運(yùn)用波段運(yùn)算公式band1/band2+ band5/band3可以突出Fe2+離子的信息顯示(圖2)(Rowan et al.,2005)。大量的研究實(shí)踐表明，含Mg-OH的富鐵硅酸鹽礦物，如綠泥石、綠簾石同樣適用于該波段比。

Al-OH指數(shù)(RBD6)：Al-OH基團(tuán)的光譜特征表現(xiàn)為在2.20 μm附近有較寬的吸收谷，運(yùn)用波段運(yùn)算(band5+band7)/ band6能突出富Al-OH基團(tuán)的礦物信息,可以識(shí)別白云母、高嶺土等黏土礦物(圖2)(Rowan et al.,2005)。

Mg-OH指數(shù)(RBD8)：Mg-OH基團(tuán)在2.30～2.40 μm有明顯的強(qiáng)吸收特征，ASTER波段比(band6+band9)/band8可以突出富Mg-OH礦物的信息，可以此來鑒定含角閃石、黑云母等礦物巖石(圖2)(Rowan et al.,2005)，并且對(duì)于含綠泥石、綠簾石蝕變的變質(zhì)巖同樣有效，而在此波段范圍內(nèi)碳酸根離子具有較為相似的特征，因此會(huì)混入部分碳酸根離子的信息，需要根據(jù)其他指數(shù)加以區(qū)分。

(a).特征礦物可見光-近紅外波段反射率曲線；(b).特征礦物熱紅外波段反射率曲線圖2 主要巖石礦物的反射光譜圖(虛線為實(shí)際光譜，實(shí)線為重采樣至ASTER的光譜)(Rowan et al.,2005) Fig.2 Reflectance spectra of major minerals (dashed line is actual spectrum,solid line is resampled to ASTER spectrum)

石英指數(shù)(Qi)：該指數(shù)運(yùn)用的計(jì)算方法為：band11/ (band10+band12)*(band13/band12)，指示了SiO2在巖石礦物中的含量，前人多次驗(yàn)證了該方法的有效性(Rockwell et al.,2008)?；鸪蓭r一般隨SiO2含量的降低，巖石由酸性向基性演化(花崗巖至橄欖巖)。因此，公式band12/band13可以作為巖石中鐵鎂含量高低的衡量依據(jù)(圖2)(Rockwell et al.,2008)，稱為鐵鎂指數(shù)(MI)。

輝石指數(shù)(RBD13)：在實(shí)際運(yùn)用過程中，鐵鎂指數(shù)其識(shí)別地層中的超基性巖片效果不是很明顯。普通輝石在10.52 μm附近具有光譜吸收極大值特征(圖2)，本次工作根據(jù)輝石的光譜特征，運(yùn)用ASTER波段比(band10+band14)/band13來提取富輝石礦物的信息，該波段比記作輝石指數(shù)(RBD13)。

3 巖性單元識(shí)別

本次研究通過系統(tǒng)分析念扎金礦巖石礦物的光譜特征，在數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)巖石礦物光譜的光譜信息進(jìn)行強(qiáng)化，共提取了8種礦物識(shí)別指數(shù)，包括：① 石英指數(shù)(QI)。② 鐵鎂指數(shù)(MI)。③ 方解石指數(shù)(Ci)。④ 輝石指數(shù)(RBD13)。⑤Fe2+指數(shù)(Fe2)。⑥ Fe3+指數(shù)(Fe3)。⑦Al-OH指數(shù)(RBD6)。⑧Mg-OH指數(shù)(RBD8)。將各礦物識(shí)別指數(shù)進(jìn)行假彩色合成，可以實(shí)現(xiàn)巖性單元的可視化(圖3)。

念扎金礦南部構(gòu)造仁布蛇綠混雜巖主要混雜了板巖、玄武巖和大理巖，整體而言該巖組相對(duì)富集輝石和富碳酸鹽礦物(胡敬仁，2014；張雄等，2019)。因此，輝石指數(shù)與方解石指數(shù)會(huì)呈現(xiàn)高值特征(圖3a)。岡底斯巖漿島弧帶大面積出露于研究區(qū)北部，主要巖性為白堊紀(jì)和始新世的中酸性侵入巖，侵入巖體由中酸性向酸性巖漿演化，巖性由閃長(zhǎng)巖過渡為花崗巖，石英礦物含量增加。因此，始新世的侵入巖中石英指數(shù)具有區(qū)域極大值的特征(圖3a、圖3b、圖3c)。同時(shí),白堊紀(jì)巖體中輝石作為次要礦物出現(xiàn)(胡敬仁，2014)，導(dǎo)致該世代巖體中輝石指數(shù)高于北部背景值(圖3a)。比馬組(K1b)是一套火山碎屑沉積巖，以安山巖、英安巖為主夾砂巖大理巖，空間上主要與酸性侵入巖接觸，其鐵鎂指數(shù)(MI)要高于北部的中-酸性侵入巖，大理巖中含有大量的白云石，因此會(huì)使地層中方解石指數(shù)表現(xiàn)出高值特征(圖3a)。比馬組中英安巖、安山巖發(fā)生了強(qiáng)烈的高嶺土化、絹云母化(胡敬仁，2014)，其中的Al-OH可通過ASTER波段比(band5+band7)/ band6進(jìn)行識(shí)別(圖3c)。

(a).ASTER RBG:QI-RBD13-CI;(b).ASTER RGB:QI-RBD8-MI;(c).ASTER RGB:QI-RBD6-MI;(d).ASTER RGB:RBD8-Fe2-RBD6圖3 研究區(qū)各礦物識(shí)別指數(shù)假彩色合成影像 Fig.3 False-color composite images of the mineral identification indexes of the study area

朗杰學(xué)巖群中宋熱巖組(T3s)可表現(xiàn)為板巖夾變質(zhì)砂巖、變玄武巖，發(fā)育了綠泥石-綠簾石蝕變，可見黃鐵礦化(胡敬仁，2014)。在岡底斯深大斷裂(GCT)南部主要將其與蛇綠巖進(jìn)行區(qū)分，通常宋熱巖組具有較低的輝石指數(shù)和較高的RBD8、Fe2指數(shù)(圖3a、圖3b、圖3d)。

岡底斯弧前盆地大竹卡組在研究區(qū)也有少量范圍出露，砂礫巖物源區(qū)主要為巖漿島弧碎屑砂礫巖、砂礫巖大竹卡組，礦物類型多樣(胡敬仁，2014)，在假彩色合成影像上表現(xiàn)為雜色特征。

此外，研究區(qū)內(nèi)廣泛分布了第四系沉積物，通過目視解譯的方法識(shí)別較為容易(圖4a)，解譯結(jié)果見圖4b。

4 蝕變信息提取

造山型金礦床少有蝕變分帶的特征，內(nèi)蝕變帶受到流體成分的控制，外蝕變帶以圍巖為主導(dǎo)，礦化遠(yuǎn)端的圍巖蝕變與金礦化并無關(guān)聯(lián)(王慶飛等，2019)，因此內(nèi)蝕變帶是造山型金礦床的重要找礦標(biāo)志。

(a).ASTER band3-2-1合成影像；(b).基于礦物光譜指數(shù)解譯的研究區(qū)巖性單元圖4 研究區(qū)巖性單元遙感解譯結(jié)果圖 Fig.4 Remote sensing interpretation results of lithology units in the study area

念扎金礦產(chǎn)生于鎂鐵巖席與閃長(zhǎng)巖體的接觸處，金主要以自然金的形式賦存在蝕變閃長(zhǎng)巖中(李華健等，2017)。礦化主要發(fā)生在蝕變閃長(zhǎng)巖中，越靠近超基性巖片，蝕變?cè)綇?qiáng)，蝕變類型主要包括強(qiáng)硅化、褐鐵礦化、碳酸鹽化和綠泥石化。

4.1 蝕變信息加強(qiáng)

筆者采用石英指數(shù)(Qi)、三價(jià)鐵指數(shù)(Fe3)、方解石指數(shù)(Ci)、二價(jià)鐵指數(shù)(Fe2)作為硅化、褐鐵礦化、碳酸鹽化、綠泥石化的蝕變因子。在研究區(qū)北部選取了穿越礦體和不同世代火山巖約20 km的遙感光譜剖面(圖5a)，采集了不同蝕變因子光譜曲線，分析各類型蝕變與金礦的空間位置關(guān)系(圖5b)。

可以發(fā)現(xiàn)，比馬組夾有灰?guī)r地層導(dǎo)致方解石指數(shù)表現(xiàn)為高值特征，代表了碳酸鹽化的方解石指數(shù)(Ci)在A-A’剖面14 km附近發(fā)生躍變，在礦化中心表現(xiàn)出連續(xù)的高值特征，碳酸鹽化蝕變與金礦范圍表現(xiàn)出高度的空間一致性(圖5b)。礦體遠(yuǎn)端褐鐵礦化、綠泥石化、硅化的蝕變強(qiáng)度由礦體邊部向外圍逐漸減弱，在礦化中心沒有高值特征。因此，筆者將碳酸鹽化蝕變確定為念扎金礦內(nèi)蝕變類型，空間上與金礦化具有一致性。

4.2 蝕變帶圈定

在內(nèi)蝕變帶類型確定的基礎(chǔ)上，采用最優(yōu)密度分割的方法定量計(jì)算蝕變強(qiáng)度的異常下限。最優(yōu)密度分割(劉慶生，1999；吳德文等，2002)的方法使各分割段的段內(nèi)離差總和最小，段間離差總和最大，定量確定各級(jí)分割點(diǎn)，該方法提取的蝕變異常信息可以加強(qiáng)高值區(qū)的信息而壓制其他區(qū)段的顯示(張守林，2006)。

從圖6可以看出，當(dāng)方解石指數(shù)(Ci)、褐鐵礦指數(shù)(Fe3)、綠泥石指數(shù)(Fe2)、石英指數(shù)(Qi)分割段數(shù)分別為4、4、5、5時(shí)，曲線趨于平穩(wěn)，分別為合理分割段數(shù)，從而定量確定了蝕變強(qiáng)度的分割閾值(圖6)。由于比馬組的灰?guī)r地層(圖7a)以及礦區(qū)東北部花崗巖體石英含量總體較高(圖7d)，會(huì)導(dǎo)致方解石指數(shù)以及石英指數(shù)出現(xiàn)高異常。總體來看，強(qiáng)蝕變帶基本沿著雅魯藏布江縫合帶展布，遠(yuǎn)離超基性巖片蝕變強(qiáng)度逐漸減小，以最優(yōu)密度分割法計(jì)算的閾值作為圈定礦區(qū)蝕變帶的依據(jù)。

5 找礦有利區(qū)推測(cè)

雅魯藏布江縫合帶中深大斷裂及其發(fā)育的次級(jí)構(gòu)造系統(tǒng)為該區(qū)帶提供了優(yōu)越的成礦環(huán)境(侯增謙等，2008)。念扎礦區(qū)的金礦化嚴(yán)格受到了次級(jí)斷裂控制(張雄，2017)。因此，對(duì)復(fù)雜的構(gòu)造信息進(jìn)行篩選，提取出控礦構(gòu)造信息，是念扎金礦遙感成礦預(yù)測(cè)的重要步驟。筆者以閃長(zhǎng)巖界線、內(nèi)蝕變帶、構(gòu)造為依據(jù)來推測(cè)找礦有利區(qū)(圖8)。

礦區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造包括了岡底斯逆沖大斷裂(GCT)及F1、F2、F3三條次級(jí)構(gòu)造。區(qū)域地質(zhì)調(diào)查資料表明，北東向的F3斷層切穿了大竹卡組，晚于念扎金礦的成礦年齡(張雄等，2019)。因此，F(xiàn)3不是導(dǎo)礦構(gòu)造。礦體通常在侵入巖構(gòu)造破碎帶中產(chǎn)生，因此比馬組(K1b)火山碎屑巖在靶區(qū)推測(cè)范圍之外。

(a).地遙剖面A-A’ 穿越不同時(shí)代的地質(zhì)體和礦化范圍；(b).不同蝕變因子光譜特征曲線(包括Ci指數(shù)、Fe3指數(shù)、Fe2指數(shù)、Qi指數(shù)，分別指示碳酸鹽化、褐鐵礦化、綠泥石化、硅化蝕變強(qiáng)度)圖5 研究區(qū)綜合地遙剖面圖 Fig.5 Comprehensive geology-remote sensing section in the study area

圖6 不同蝕變因子段內(nèi)離差平方總和的變化曲線圖Fig.6 The variation curve of the sum of squared deviations within the segments of different alteration factors

綜上所述，本次工作共推測(cè)了2處找礦有利區(qū)(靶區(qū)A、靶區(qū)B)。其中，靶區(qū)A受控于逆斷層F1，空間上靠近仁布蛇綠混雜巖，碳酸鹽化蝕變強(qiáng)烈，成礦潛力較大；靶區(qū)B位于韌性剪切帶F2一側(cè)，南部有大量的超基性巖片分布，也具有一定的成礦潛力(圖8)。

6 討論

雅魯藏布江縫合帶、哀牢山構(gòu)造剪切帶是青藏高原重要的造山型金成礦帶(王慶飛等，2019，2020；Wang et al.,2020)，其中典型的造山型金礦，如鎮(zhèn)沅金礦、長(zhǎng)安金礦、金廠金礦、邦布金礦、馬攸木金礦等都發(fā)育石英脈型金礦化(裴英茹，2016；孫曉明等，2010；Wang et al.,2020;溫春齊等，2006；張雄等，2019)，硅化與金礦化關(guān)系密切。

(a).碳酸鹽化；(b).褐鐵礦化；(c).綠泥石化；(d).硅化圖7 研究區(qū)各蝕變因子灰度分級(jí)圖 Fig.7 Gray scale map of each alteration factor in the study area

圖8 念扎金礦找礦有利區(qū)推測(cè)結(jié)果圖Fig.8 The prediction result of favorable area for ore prospecting in Nianzha gold deposit

念扎金礦成礦過程復(fù)雜，多期流體活動(dòng)導(dǎo)致了成礦階段的多期次性(張雄，2017)，區(qū)內(nèi)的成礦作用可分為熱液成礦期和表生氧化期，早期中期的礦化作用主要為含石英的硅化作用，晚期的方解石脈對(duì)成礦作用不大，但是覆蓋了早期的硅化，導(dǎo)致基于反映表殼信息的遙感數(shù)據(jù)識(shí)別出的碳酸鹽化蝕變帶與金礦范圍具有空間一致性。

7 認(rèn)識(shí)與結(jié)論

筆者基于ASTER光譜特征，對(duì)念扎金礦進(jìn)行了巖性填圖和蝕變信息提取，以此圈定找礦靶區(qū)，總結(jié)出以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

(1)基于ASTER巖石礦物光譜特征建立了Fe3+指數(shù)(Fe3)、Fe2+指數(shù)(Fe2)、Al-OH指數(shù)(RBD6)、Mg-OH指數(shù)(RBD8)、石英指數(shù)(Qi)、鐵鎂指數(shù)(MI)、方解石指數(shù)(Ci)，以及筆者首次提出的輝石指數(shù)(RBD13)，其波段計(jì)算方法為(band10+band14)/band13。

(2)念扎金礦的中酸性侵入巖、超基性巖、碎屑沉積巖的礦物組成差異明顯，基于ASTER巖石礦物光譜特征建立礦區(qū)的礦物識(shí)別指數(shù)，可以有效的提取礦區(qū)的巖性單元。

(3)念扎金礦具有造山型金礦的蝕變特征，基于“地質(zhì)-遙感綜合剖面+最優(yōu)密度分割法”分析各類型蝕變與礦體的空間位置關(guān)系，是識(shí)別該礦區(qū)內(nèi)蝕變帶的有效手段。

(4)將提取的內(nèi)蝕變帶異常范圍與含礦地質(zhì)體界線、已知的控礦構(gòu)造疊加分析，以此推測(cè)找礦有利區(qū)，具有可靠的理論支持。