巴基斯坦山達(dá)克礦區(qū)ASTER遙感數(shù)據(jù)蝕變信息提取及找礦預(yù)測(cè)

劉磊，蒲小楠，洪俊，張輝善，YASIR Shaheen Khalil

1) 長(zhǎng)安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，中國(guó)西安，710054；2) 自然資源部巖漿作用成礦與找礦重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，中國(guó)西安，710054；3) 巴基斯坦地質(zhì)調(diào)查局，巴基斯坦白沙瓦，25100

內(nèi)容提要: 巴基斯坦查蓋火山巖漿巖帶屬于特提斯成礦域的重要組成部分之一，是巴基斯坦境內(nèi)最重要的斑巖型銅礦帶，但目前其相關(guān)的遙感研究還較少，制約了對(duì)該成礦帶的找礦潛力分析。筆者等以山達(dá)克礦床及其周邊為研究區(qū)，對(duì)先進(jìn)星載熱輻射與反射輻射計(jì)(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer, ASTER)數(shù)據(jù)進(jìn)行RBD (Relative absorption band depth)比值假彩色合成、主成分分析、光譜角制圖等處理，獲得蝕變遙感異常信息分布特征，通過對(duì)蝕變特征和主要控礦要素進(jìn)行遙感研究，建立了山達(dá)克礦床遙感找礦模型并開展成礦預(yù)測(cè)，為該成礦帶礦產(chǎn)勘查提供借鑒。根據(jù)建立的遙感找礦模型，圈定了找礦預(yù)測(cè)靶區(qū)10處。對(duì)礦區(qū)東礦體和礦區(qū)北部的2個(gè)靶區(qū)進(jìn)行野外驗(yàn)證，證實(shí)了提取結(jié)果與實(shí)際地質(zhì)事實(shí)吻合較好，對(duì)礦區(qū)巖石樣品進(jìn)行光譜實(shí)測(cè)，表明樣品實(shí)測(cè)光譜曲線與標(biāo)準(zhǔn)礦物光譜曲線的吸收特征位置高度相似，證實(shí)了研究區(qū)絹云母化、青磐巖化等蝕變較強(qiáng)且分布較廣。結(jié)果表明本次研究提取的礦化蝕變結(jié)果可信度較高，可為后續(xù)找礦勘查工作提供參考。

遙感技術(shù)由于其經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于巖性識(shí)別和找礦工作中(張玉君等, 2009; 耿新霞等, 2010; Liu Lei et al., 2013; 任廣利等, 2013; 尹芳等, 2014; 劉德長(zhǎng)等, 2017; 王欽軍等, 2017)?？梢姽狻t外區(qū)間反射波譜特征與礦物晶體中電子躍遷有關(guān)，F(xiàn)e2+、Fe3+、Mn2+、Cu2+、Ni2+、Cr3+等金屬陽離子在可見光—近紅外區(qū)間具有特征性吸收；短波紅外區(qū)間反射波譜特征與礦物晶體中分子振動(dòng)有關(guān)，主要為陰離子基團(tuán)倍頻、合頻產(chǎn)生，—OH、CO32-等陰離子基團(tuán)在短波紅外區(qū)間形成吸收特征(Hunt, 1977)。不同巖石和礦物在可見光—短波紅外區(qū)間存在的波譜特征差異為這些研究提供了理論基礎(chǔ)(Hunt, 1977)。

ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)數(shù)據(jù)由于其在可見光—近紅外(VNIR)、短波紅外(SWIR)和熱紅外(TIR)區(qū)間具有較高的光譜分辨率，近年來被廣泛用于巖性識(shí)別和礦化蝕變信息提取研究(張玉君等, 2009)。ASTER數(shù)據(jù)已被成功應(yīng)用于鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖體巖性區(qū)分及相應(yīng)銅—鎳硫化物礦化找礦方面，學(xué)者提出了多種鎂鐵巖指數(shù)(MI)以突出鎂鐵—超鎂鐵質(zhì)巖石(Ninomiya et al., 2005; Rowan et al., 2005; Amer et al., 2010; Nair and Mathew, 2012; Liu Lei et al., 2014; Ding Chao et al., 2014)；ASTER數(shù)據(jù)在金礦、鉛鋅礦等找礦中也發(fā)揮了重要作用(Pour et al., 2013; 王軍年等, 2018; 劉磊等, 2022)；與其他類型礦床相比，ASTER數(shù)據(jù)在斑巖型銅—金—鉬礦找礦方面應(yīng)用最為廣泛且效果更好，主要得益于斑巖型礦床一般具有較大面積的蝕變及分帶(Rowan et al., 2006；Tommaso et al., 2007; 姚佛軍等, 2012; Alimohammadi et al., 2015; 王欽軍等, 2017; Liu Lei et al., 2018)。

圖1 (a) 查蓋火山巖漿巖帶構(gòu)造格架簡(jiǎn)圖(據(jù)Kazmi and Rana, 1982; Perelló et al., 2008,有修改); (b) 巴基斯坦山達(dá)克礦區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)1∶253440巴基斯坦西部地質(zhì)圖?修改)Fig. 1 (a) Tectonic framework sketch map of the Chagai volcanic magmatic belt (modified from Kazmi and Rana, 1982; Perelló et al., 2008); (b) Geological map of Saindak deposit, Pakistan (modified from the 1∶253440 Reconnaissance Geology of West Pakistan?)

巴基斯坦查蓋(Chagai)火山巖漿巖帶屬于全球特提斯成礦域的重要組成部分(Richards et al., 2012)，是伊朗薩漢德—巴茲曼(Sahand—Bazman)銅礦帶在巴基斯坦境內(nèi)的延伸。作為巴基斯坦最為重要的斑巖銅礦帶，其代表性礦床包括山達(dá)克(Saindak)銅礦和雷克迪克(Reko Diq)銅礦等(圖1；張洪瑞等, 2010；呂鵬瑞等, 2015, 2020)。針對(duì)伊朗薩漢德—巴茲曼銅礦帶已有大量遙感找礦應(yīng)用研究(Pour and Hashim, 2011; Alimohammadi et al., 2015)，目前針對(duì)查蓋斑巖成礦帶內(nèi)典型礦床的遙感研究較少(Rowan et al., 2006)，制約了對(duì)該成礦帶找礦潛力的認(rèn)識(shí)。近年來大量中國(guó)企業(yè)在海外投資礦產(chǎn)勘查、開發(fā)，查蓋銅礦帶唯一在開采的山達(dá)克銅礦床即為中國(guó)企業(yè)在開發(fā)，開展該礦床及外圍遙感蝕變特征及找礦模型研究，可以為該礦床外圍及查蓋斑巖銅礦帶后續(xù)找礦勘查提供借鑒。

因此，本研究以山達(dá)克銅礦礦區(qū)周邊為研究區(qū)，通過對(duì)典型斑巖礦床蝕變礦物光譜特征進(jìn)行分析，選擇RBD比值(Relative absorption band depth, 相對(duì)吸收波段深度)假彩色合成、主成分分析、光譜角制圖等遙感圖像處理方法處理ASTER數(shù)據(jù)，通過對(duì)比兩種方法提取結(jié)果，定量分析提取的礦物種類及空間分布特征，通過蝕變特征和關(guān)鍵控礦要素遙感研究，建立山達(dá)克礦床遙感找礦模型并開展成礦預(yù)測(cè)，利用像元光譜、野外檢查和樣品實(shí)測(cè)光譜等確定蝕變類型，本研究不僅對(duì)該礦區(qū)及外圍找礦具有指導(dǎo)意義，形成的方法也可以用于查蓋斑巖銅礦帶找礦勘查工作。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

查蓋火山巖漿巖帶又稱查蓋島弧或莫克蘭(Makran)巖漿弧，地處巴基斯坦俾路支省西北部，東西向延伸約500 km，最大寬度約150 km，主要由鈣堿性深成巖、火山巖組成(Siddiqui et al., 2007; Perello et al., 2008; 呂鵬瑞等, 2015, 2020)。查蓋火山巖漿巖帶位于歐亞板塊南部阿富汗地塊和莫克蘭復(fù)理石盆地之間，是莫克蘭—扎格羅斯(Zagros)巖漿帶的組成部分(Farhoudi and Karig, 1977; Razique, 2013)。查蓋火山巖漿巖帶由查蓋巖漿弧、山達(dá)克—達(dá)爾本丁(Dalbandin)凹陷、拉斯科(Ras Koh)陸隆、馬斯科赫(Mashkhel)凹陷4個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元組成(圖1a; Kazmi and Rand, 1982; 呂鵬瑞等, 2015)。山達(dá)克斑巖型銅金礦位于查蓋火山巖漿巖帶西部，是巴基斯坦境內(nèi)重要的斑巖型銅金礦床之一，也是查蓋火山巖漿巖帶內(nèi)唯一正在開發(fā)的斑巖型銅金礦床。

山達(dá)克礦區(qū)出露的地層主要有漸新統(tǒng)阿瑪拉夫(Amalaf)組、始新統(tǒng)薩因達(dá)克(Saindak)組、古新統(tǒng)朱扎克/拉克薩尼(Juzzak/Rahkshani)組(圖1b; Siddiqui et al., 2007; Perelló et al., 2008; Razique, 2013)。

山達(dá)克斑巖型銅金礦床礦化作用主要與3個(gè)中新世斑巖巖株(索爾科侵入巖)有關(guān)，巖性主要為石英閃長(zhǎng)斑巖、安山玢巖和閃長(zhǎng)巖，構(gòu)成了北礦體、南礦體、東礦體3個(gè)主要礦體(Malkani, 2011)，石英閃長(zhǎng)斑巖是主要含礦巖體。圍巖主要為山達(dá)克組和阿瑪拉夫組粉砂巖(圖1b)。礦區(qū)及其周邊圍巖蝕變強(qiáng)烈且發(fā)育良好的分帶，自中心向外分別為鉀化、絹云母化、青磐巖化等，局部伴有泥化。其中銅礦化與鉀化和絹云母化關(guān)系密切(Siddiqui et al., 2007)。研究區(qū)褶皺、斷裂構(gòu)造均較發(fā)育，礦區(qū)位于軸向NW的阿瑪拉夫向斜核部，斷裂構(gòu)造以近E—W、N—S向?yàn)橹?，?duì)成礦具有一定的控制作用。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

2.1.1 ASTER數(shù)據(jù)

ASTER數(shù)據(jù)涵蓋的波長(zhǎng)范圍寬、波段多，在VNIR、SWIR、TIR區(qū)間共有14個(gè)波段，對(duì)應(yīng)的空間分辨率分別為15 m、30 m、90 m，光譜范圍為0.52～11.65 μm(朱黎江等, 2003)，特別是SWIR區(qū)間6個(gè)波段可有效提取絹云母、綠泥石、方解石等礦物(張玉君和姚佛軍, 2009)。本研究所采用的ASTER數(shù)據(jù)編號(hào)為AST_L1T_00307052007064426_20150520040647_81113，時(shí)相為2007年7月5日，數(shù)據(jù)獲取自USGS，無云、雪、植被，僅采用可見光—短波紅外區(qū)間9個(gè)波段(1至9波段)進(jìn)行后續(xù)處理。

2.1.2Hyperion數(shù)據(jù)

Hyperion傳感器于2000年11月搭載美國(guó)Earth Observing-1衛(wèi)星發(fā)射，傳感器獲取的高光譜影像在VNIR—SWIR區(qū)間共242個(gè)波段，空間分辨率為30 m，光譜分辨率為10 nm，光譜范圍為350～2500 nm(Kruse et al., 2003)。筆者等選用的Hyperion影像文件名為EO1H1570392004217110KZ，獲取時(shí)間為2004年8月4日，無云、雪、植被，該影像主要用于對(duì)ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正。

2.2 圖像處理方法

2.2.1 光譜特征分析

斑巖型銅金礦床一般都具有明顯的蝕變分帶現(xiàn)象，自巖體中心向外依次為鉀化帶、絹英巖化(石英—絹云母化)帶、泥化帶和青磐巖化帶。鉀化帶主要礦物包括鉀長(zhǎng)石、黑云母和石英；絹英巖化帶主要礦物為石英、絹云母和少量黃鐵礦；泥化帶礦物成分為高嶺石、絹云母、石英和綠泥石；青磐巖化帶礦物成分主要為綠泥石、綠簾石和方解石等(Lowell and Guilbert, 1970)。其中，絹云母、高嶺石、綠泥石、綠簾石、方解石5種礦物在VNIR—SWIR區(qū)間具有光譜吸收特征(圖2a; Hunt, 1977; Hunt and Ashley, 1979; Baldridge et al., 2009)。

絹云母由于含有Al—OH而在2.2 μm具有強(qiáng)吸收和2.35 μm弱吸收特征，分別位于ASTER的第6、8波段；高嶺石則在2.165 μm和2.2 μm具有雙吸收特征，位于ASTER的第5、6波段；綠泥石、綠簾石由于含有Fe—OH和Mg—OH而在2.335 μm具有強(qiáng)吸收及2.24～2.26 μm間具有弱吸收特征，強(qiáng)吸收位于ASTER第8波段，同時(shí)由于Fe2+影響而在0.94～2 μm反射率較低，導(dǎo)致ASTER第4波段反射率較低；方解石則由于含有CO32-而在2.35 μm存在強(qiáng)吸收特征，對(duì)應(yīng)于ASTER數(shù)據(jù)第8波段(Fig. 2；Hunt, 1977; Hunt and Ashley, 1979)。將實(shí)驗(yàn)室光譜重采樣至ASTER波段范圍，經(jīng)光譜重采樣這些特征吸收中心波長(zhǎng)的位置雖然略有偏移，但吸收特征保留較好(圖2b)。

圖2 巴基斯坦山達(dá)克礦區(qū)5種典型蝕變礦物光譜曲線：(a) JPL光譜庫礦物光譜；(b) 重采樣至ASTER波段范圍光譜Fig. 2 Laboratory reflectance spectra of some common minerals in Pakistan Saindak deposit (a) JPL Spectral Library; (b) spectra re-sampling to ASTER bandpass

2.2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

ASTER傳感器在SWIR波段存在探測(cè)器單元的光子泄露，第4波段探測(cè)器的能量會(huì)對(duì)與之相鄰的第5波段和第9波段探測(cè)器產(chǎn)生影響，產(chǎn)生光學(xué)“串?dāng)_”效應(yīng)，使得第5、9波段反射率與實(shí)際值存在較大偏差，ASTER數(shù)據(jù)準(zhǔn)確大氣校正一直是一個(gè)難題(Pour and Hashim, 2011)。因此，為了有效消除串?dāng)_效應(yīng)，進(jìn)行準(zhǔn)確大氣校正，本研究中采用同區(qū)域Hyperion高光譜影像對(duì)ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，保證后續(xù)蝕變信息提取的準(zhǔn)確性。

利用Hyperion高光譜影像頭文件中提供的參數(shù)對(duì)該影像進(jìn)行輻射定標(biāo)，將DN值轉(zhuǎn)換為輻射亮度值。為了獲得較準(zhǔn)確的反射率反演結(jié)果，筆者等利用ENVI5.5.3中FLAASH大氣校正工具對(duì)Hyperion高光譜影像進(jìn)行大氣校正(Berk et al., 1998)，主要參數(shù)包括傳感器高度(705 km)、平均地面高程(0.9 km)、氣溶膠模型(Rural)、初始能見度(40 km)、大氣模型(U. S. Standard)、水吸收特征(1.135 μm)。其中平均地面高程采用ASTER GDEM數(shù)據(jù)對(duì)Hyperion影像范圍求取平均，大氣模型選擇則根據(jù)與Hyperion影像同時(shí)獲取的MODIS MOD_05數(shù)據(jù)產(chǎn)品的平均值確定(Mars, 2018)。大氣校正結(jié)果中典型蝕變區(qū)像元光譜表明蝕變吸收特征較明顯，大氣校正結(jié)果較為準(zhǔn)確。

將大氣校正后的Hyperion影像光譜重采樣至ASTER數(shù)據(jù)可見光—短波紅外波段范圍，以ASTER數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)對(duì)Hyperion影像進(jìn)行幾何校正，在兩種影像上選擇反射率分別為低、中、高且分布較均一的3個(gè)區(qū)域，利用ENVI5.5.3中Empirical line建立3組光譜對(duì)，計(jì)算獲得9個(gè)波段校正參數(shù)，利用這些參數(shù)對(duì)ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正，得到ASTER反射率數(shù)據(jù)。對(duì)大氣校正后ASTER數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，得到山達(dá)克礦區(qū)范圍ASTER反射率遙感影像。

基于大氣校正后的ASTER影像和重采樣的Hyperion影像提取研究區(qū)3組像元光譜(圖3)，由圖3可知，ASTER和Hyperion像元光譜較為接近，含Al—OH礦物在ASTER第6波段(2.2 μm)具有強(qiáng)吸收特征，含綠泥石、綠簾石礦物在ASTER第8波段(2.335 μm)具有強(qiáng)吸收特征，與實(shí)驗(yàn)室礦物光譜特征相近。

圖3 ASTER影像和Hyperion影像像元光譜Fig. 3 Endmember spectra of ASTER and Hyperion images① 高嶺石化；② 青磐巖化；③ 絹云母化① Kaolinization；② Propylitization；③ Sericitization

2.2.3RBD比值

根據(jù)巖石、礦物光譜吸收特征選擇合適的波段進(jìn)行比值運(yùn)算可以有效突出巖性和蝕變帶(Rowan and Mars, 2003; Liu Lei et al., 2014, 2018; Alimohammadi et al., 2015)。相對(duì)吸收波段深度(RBD)利用特征吸收波段兩側(cè)兩個(gè)相對(duì)高反射率波段之和與該特征吸收波段建立比值，RBD8 [(Band7+Band9)/Band8]、RBD6 [(Band4+Band7)/Band6]、RBD5 [(Band4+Band6)/Band5]可分別有效突出青磐巖化、絹英巖化、泥化(Rowan and Mars, 2003)。將RBD8、RBD6、RBD5分別置于紅、綠、藍(lán)通道獲得假彩色合成影像，在該影像中不同巖性、褶皺和斷裂構(gòu)造均較清晰，不同蝕變帶呈不同色調(diào)。

2.2.4主成分分析

主成分分析法是礦化蝕變信息提取中最常用、最穩(wěn)定的方法，其本質(zhì)為壓縮多光譜信息中遙感變量的數(shù)目，通過一定的數(shù)學(xué)重組形成在多光譜上內(nèi)在聯(lián)系較為合理或意義更加明確的主成分，從而突出特定地質(zhì)內(nèi)容(Singh and Harrison, 1985; 張兵等, 2008)。由JPL光譜庫中典型礦物光譜可知(圖2; Baldridge et al., 2009)，絹云母在ASTER第6波段具有強(qiáng)吸收，而在第4波段強(qiáng)反射，因此選擇1、3、4、6波段進(jìn)行主成分分析提取絹云母；高嶺石在ASTER第5、6波段存在吸收，在第4波段強(qiáng)反射，因此選擇1、3、4、5波段主成分分析提取高嶺石；綠泥石、綠簾石和方解石均在第8波段具有強(qiáng)吸收，因此選擇1、3、4、8波段主成分分析提取青磐巖化蝕變。按照特征向量矩陣從3個(gè)主成分分析結(jié)果中分別選取第4波段和第6波段、第4波段和第5波段、第4波段和第8波段載荷較大且符號(hào)相反的主成分，根據(jù)符號(hào)確定是否需取反，按亮度值大于μ(均值)+2.5σ(標(biāo)準(zhǔn)差)進(jìn)行閾值分割確定異常(Crosta et al., 2003; 張玉君和姚佛軍, 2009; Carrino et al., 2014)。

2.2.5光譜角制圖

光譜角制圖法(Spectral angle mapper, SAM)利用解析手段計(jì)算像元光譜(待查區(qū))與光譜庫光譜或訓(xùn)練區(qū)光譜(已知礦體)之間的矢量夾角，依據(jù)其大小來判定兩光譜間的相似程度，從而歸類未知地物或?qū)ふ铱赡艿某傻V部位(Kruse et al., 1993)。光譜角制圖法被廣泛用于處理ASTER和各類高光譜影像(Liu Lei et al., 2014, 2018; 王曦等, 2022)，每一條參考光譜均可獲得一個(gè)光譜角圖像，并依據(jù)一定的光譜角度閾值確定每個(gè)像元是否屬于該類別。

本研究選取JPL光譜庫中絹云母、高嶺石、綠泥石、綠簾石和方解石5種礦物光譜作為參考光譜，選擇ASTER第4～8波段進(jìn)行光譜角運(yùn)算，5個(gè)結(jié)果圖像直方圖均接近正態(tài)分布，因此按照μ-2.5σ確定各礦物的角度閾值，絹云母、高嶺石、綠泥石、綠簾石和方解石的角度閾值分別為0.145、0.1、0.13、0.167、0.03，閾值分割后得到研究區(qū)5種礦物分布圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 假彩色影像蝕變特征

在ASTER RBD865(紅、綠、藍(lán))假彩色合成圖像中，絹英巖化和泥化由于RBD6、5值較高而呈青色，青磐巖化由于RBD8值較高而呈紅色(圖4)。山達(dá)克銅礦南礦體和北礦體因絹英巖化蝕變強(qiáng)烈而呈青色，在兩個(gè)采坑范圍蝕變較普遍。礦區(qū)北部溝谷內(nèi)、山前及北東部均存在不規(guī)則狀絹英巖化和泥化蝕變(白色箭頭)，而在礦區(qū)西側(cè)地層中存在大量脈狀、條帶狀分布的泥化、絹英巖化蝕變帶，主要受近N—S、NNE—SSW向小斷裂控制(黑色箭頭)。綠泥石化和綠簾石化在影像上呈亮紅色，在礦體東

圖4 山達(dá)克礦區(qū)ASTER RBD865假彩色合成影像Fig. 4 ASTER RBD 865 false color composite image of Saindak deposit青色為絹英巖化和泥化蝕變，紅色為青磐巖化Cyan represents sericite and argillization alteration, red represents propylitization

西兩側(cè)近等間距呈近N—S向延伸(黃色箭頭)，指示了巖體侵入產(chǎn)狀，同時(shí)表明礦體北側(cè)絹英巖化蝕變區(qū)具有較好的找礦前景。研究區(qū)西南部NW—SE向延伸的紅色條帶為晚始新世侵入巖，綠泥石化、綠簾石化較普遍。礦區(qū)北西側(cè)地層內(nèi)灰?guī)r呈NW—SE向延伸的粉紅色條帶(綠色箭頭)。

3.2 主成分分析結(jié)果

3.2.1 含Al—OH礦化蝕變信息提取

研究區(qū)內(nèi)含Al—OH的礦物主要為絹云母和高嶺石。絹云母在ASTER 6波段呈強(qiáng)吸收特征，在ASTER 4波段強(qiáng)反射，因此選擇第1、3、4、6波段進(jìn)行主成分分析，提取絹云母化蝕變。通過分析特征向量矩陣(表1a)，第3主成分(PC3)中絹云母化信息載荷較大，4、6波段符號(hào)相反且6波段特征向量為負(fù)，因此PC3符合條件，作為提取絹云母化蝕變的主分量。

表1 ASTER數(shù)據(jù)主成分分析特征向量矩陣Table 1 Eigenvector matrix of the principal component analysis for the ASTER data

高嶺石由于含Al—OH基團(tuán)而在ASTER 5、6波段均具有吸收，在ASTER 4波段強(qiáng)反射，為了與絹云母相區(qū)分，選擇第1、3、4、5波段進(jìn)行主成分分析，提取高嶺石化蝕變。通過分析特征向量矩陣(表1b)，可知PC4中4、5波段信息載荷較大且符號(hào)相反，第5波段的特征向量值為正，第4波段的特征向量值為負(fù)，需要取反使得高嶺石信息以高值顯示。因此選擇PC4取反作為提取高嶺石化蝕變的主分量。

3.2.2青磐巖化蝕變信息提取

綠泥石、綠簾石和方解石均在ASTER 8波段存在強(qiáng)吸收，基于這一特征，選擇ASTER第1、3、4、8波段組合進(jìn)行主成分分析提取青磐巖化蝕變。由表1c可知，PC3對(duì)應(yīng)4和8波段載荷較大，且符號(hào)相反，第8波段特征向量為負(fù)，因此PC3符合條件，作為提取青磐巖化蝕變的主分量。

3.2.3蝕變信息空間分布

將絹云母化、高嶺石化和青磐巖化的提取結(jié)果均拉伸至0～255區(qū)間，按亮度值大于μ+2.5σ進(jìn)行閾值分割確定異常(張玉君等, 2003)，閾值分別為130.08、168.63、119.11，獲得研究區(qū)絹云母化、高嶺石化和青磐巖化蝕變遙感異常信息，分別賦予紅色、黃色和藍(lán)色，再將這些礦化異常信息疊加到ASTER468(RGB)波段假彩色合成圖像上，得到主成分分析綜合結(jié)果圖(圖5)。整體來看研究區(qū)內(nèi)蝕變以面狀、帶狀、星點(diǎn)狀分布，礦體采坑、礦體東側(cè)尾礦庫、西側(cè)地層內(nèi)構(gòu)造發(fā)育區(qū)均有大面積絹云母化蝕變，礦區(qū)北部絹云母化以小面積面狀、脈狀和星點(diǎn)狀為主，可能與出露面積較小的石英閃長(zhǎng)巖等侵入巖體有關(guān)(圖5)。高嶺石化與絹云母化具有較強(qiáng)的共生特征，二者分布范圍重合度較高，高嶺石化主要分布于礦區(qū)采坑、西側(cè)斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)、礦區(qū)北東側(cè)，以面狀、脈狀為主。青磐巖化主要分布于礦體采坑絹云母化蝕變的東西兩側(cè)，在礦區(qū)北西側(cè)褶皺核部灰?guī)r中也提取出條帶狀青磐巖化異常。

圖5 主成分分析蝕變信息提取結(jié)果Fig. 5 Alteration information results extracted by principle component analysis

3.3 光譜角制圖結(jié)果

以圖2中絹云母、高嶺石、綠泥石、綠簾石和方解石5種礦物光譜作為參考光譜進(jìn)行光譜角制圖，按照小于各礦物結(jié)果圖像μ-2.5σ確定各礦物分布范圍，獲得了光譜角蝕變礦物分布圖(圖6)。絹云母和高嶺石蝕變異常的分布結(jié)果與主成分分析結(jié)果相似，主要以面狀、帶狀分布在礦區(qū)采坑及其西部、東部尾礦庫和東北部，北部也有零星出露。綠簾石主要分布在礦區(qū)外圍及研究區(qū)西南角古新世地層。綠泥石在礦區(qū)外圍僅零星出露，在礦區(qū)北部溝谷兩側(cè)分布面積較大。方解石與礦區(qū)北西側(cè)向斜中始新世地層中灰?guī)r分布范圍一致，呈條帶狀分布。

圖6 光譜角制圖蝕變信息提取結(jié)果Fig. 6 Alteration information results extracted by spectral angle mapper

圖7 蝕變疊加及遙感預(yù)測(cè)找礦靶區(qū)結(jié)果Fig. 7 Superposition of the extracted alteration and prediction targets derived from remote sensing results

3.4 兩種蝕變信息結(jié)果對(duì)比分析

為了更清楚地確定礦化蝕變巖體的分布特征，更精確地圈定找礦有利區(qū)，將主成分分析法和光譜角法提取的礦化蝕變信息共同疊加到ASTER468波段假彩色合成影像上，得到Al—OH青磐巖化蝕變信息疊加分布圖(圖7)。統(tǒng)計(jì)計(jì)算兩種方法提取出的蝕變分布面積及重疊面積，得到蝕變信息面積統(tǒng)計(jì)圖(圖8a)和蝕變信息疊加統(tǒng)計(jì)圖(圖8b)。

由圖8a可知，光譜角法提取的絹云母化面積為19.09 km2，高嶺石化面積為3.98 km2，主成分分析法提取的絹云母化面積為10.74 km2，高嶺石化面積為4.56 km2，兩種方法提取的Al—OH面積共38.37 km2，重疊面積為16.24 km2，重疊率為42.32%。光譜角法提取的青磐巖化蝕變面積為9.38 km2，其中綠泥石、綠簾石和方解石的面積分別為0.93 km2、2.83 km2、5.62 km2。主成分分析法提取的青磐巖化面積為12.33 km2，兩種方法提取的青磐巖化蝕變重疊面積為1.55 km2，重疊率為7.14%。

用主成分分析法和光譜角法得到的蝕變分布結(jié)果都有一定程度的相交或相鄰，可以起到互相補(bǔ)充的作用。疊加分析兩種方法得到的蝕變信息，光譜角法提取的Al—OH分布要比主成分分析法提取的多，但重疊率較高，而對(duì)于青磐巖化蝕變，主成分分析法提取的分布范圍則更大。兩種方法提取出的蝕變信息雖有差異，但將兩種結(jié)果綜合對(duì)比分析，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，精確確定蝕變異常分布范圍，從而預(yù)測(cè)有利成礦區(qū)。

4 找礦模型與野外驗(yàn)證

4.1 遙感找礦模型

通過分析斑巖銅礦床的成礦地質(zhì)背景，結(jié)合前人對(duì)山達(dá)克礦床巖性、控礦構(gòu)造、蝕變特征的描述(Siddiqui et al., 2007; Perello et al., 2008; 呂鵬瑞等, 2015)，對(duì)山達(dá)克礦床的控礦要素進(jìn)行綜合分析，包括巖性、構(gòu)造、礦化光譜特征、影像色調(diào)、紋理、蝕變特征等，確定了山達(dá)克礦區(qū)及外圍斑巖型礦床遙感找礦模型(表2)。該區(qū)的主要找礦標(biāo)志為：容礦巖體的巖性為花崗閃長(zhǎng)斑巖、石英二長(zhǎng)斑巖、英云閃長(zhǎng)斑巖等；巖體與近NNE—SSW或E—W向斷裂構(gòu)造及近N—S向次級(jí)構(gòu)造關(guān)系密切；ASTER RBD865假彩色合成影像上，容礦巖體由于具有絹英巖化而呈青色；巖體內(nèi)部常具有強(qiáng)絹云母化(Al—OH)、局部伴有高嶺石化，與圍巖接觸帶具有青磐巖化(Mg—OH)蝕變異常。

4.2 找礦遠(yuǎn)景區(qū)圈定

利用所建立的找礦模型，基于主成分分析和光譜角法處理結(jié)果，結(jié)合控礦要素、影像特征、成礦特征及蝕變信息，圈定找礦遠(yuǎn)景區(qū)10處(圖7)。預(yù)測(cè)的遠(yuǎn)景區(qū)主要分布于礦區(qū)的北部和西部，位于古新世和始新世地層內(nèi)。其中北部區(qū)域內(nèi)的遠(yuǎn)景區(qū)明顯與中酸性小侵入體有關(guān)，巖體出露面積均較小且普遍絹云母化較強(qiáng)，在RBD865影像上呈青色，主成分分析和光譜角結(jié)果中呈明顯蝕變特征，且對(duì)于小型巖體其絹云母化和高嶺石化相對(duì)較強(qiáng)，青磐巖化相對(duì)較弱。

圖8 蝕變信息分布統(tǒng)計(jì): (a) 蝕變信息面積統(tǒng)計(jì)圖; (b) 蝕變信息疊加統(tǒng)計(jì)圖Fig. 8 Distribution statistics of alternation information: (a) statistical map of the areas of alteration information; (b) statistical map of superimposed areas of alteration information

西部?jī)商庍h(yuǎn)景區(qū)主要位于古新世地層內(nèi)，地層內(nèi)近N—S向和近NNE—SSW向斷裂發(fā)育，大量中酸性巖脈沿這些斷裂充填，巖脈普遍具有強(qiáng)的絹云母化和高嶺石化，多呈線狀、帶狀分布，局部斷裂密集處呈面狀，由于山達(dá)克礦床礦化明顯與絹云母化有關(guān)，因此這些區(qū)域也具有較好的找礦前景。

4.3 野外驗(yàn)證

受巴基斯坦俾路支省安全局勢(shì)的影響，2019年8月筆者等所在課題組僅對(duì)礦區(qū)南礦體、北礦體、東礦體及距離礦區(qū)最近且交通較便利的北部2個(gè)遠(yuǎn)景區(qū)開展野外驗(yàn)證，評(píng)價(jià)礦化蝕變信息提取和遠(yuǎn)景區(qū)圈定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

表2 山達(dá)克礦區(qū)斑巖型銅礦床遙感找礦模型Table 2 Remote sensing prospecting model for porphyry Cu deposits in Saindak area

野外檢查結(jié)果表明(位置見圖7中檢查點(diǎn)及編號(hào))，北礦體和東礦體巖性均為石英閃長(zhǎng)斑巖小巖體(圖7、9a、9b)，絹云母化較普遍(圖9c)，伴有鉀化和泥化等蝕變，鉀化帶、絹云母化帶內(nèi)孔雀石、黃銅礦、黃鐵礦較發(fā)育，礦區(qū)外圍則具有廣泛分布的青磐巖化帶(圖9d)。在圖7影像中，幾個(gè)礦區(qū)檢查點(diǎn)附近也具有明顯的絹云母化、局部泥化特征，外圍大范圍青磐巖化，與野外驗(yàn)證點(diǎn)吻合度較高，說明提取的礦化蝕變信息及遙感找礦模型與已知礦體位置相關(guān)度較好。

圖9 山達(dá)克礦區(qū)野外驗(yàn)證照片(照片位置標(biāo)于圖7中): (a)北礦體采坑; (b)東礦體探槽; (c)巖體內(nèi)絹云母化帶; (d)礦體外圍青磐巖化; (e)礦區(qū)北側(cè)靶區(qū)內(nèi)絹云母化巖體; (f)北部靶區(qū)巖體露頭Fig. 9 Saindak deposit field verification photos with the locations labelled on Fig. 7: (a) mining pit of the north orebody; (b) prospecting trench of east orebody; (c) sericitization zone in the intrusive rock; (d) propylitization in the peripheral area of the ore body; (e) the sericitic intrusion located in the target in the north of the deposit; (f) intrusive outcrop in northern target

對(duì)北部2個(gè)遠(yuǎn)景區(qū)檢查表明這2處均為石英閃長(zhǎng)巖巖體，巖體露頭規(guī)模均較小，寬度大多不足幾十米，巖體絹云母化較強(qiáng)(圖7、9e、9f)，外圍火山巖青磐巖化較普遍。在圖8e巖體中見孔雀石、黃銅礦，實(shí)驗(yàn)室分析銅含量為0.687%。在遙感提取的礦化蝕變異常分布結(jié)果中，北部2個(gè)檢查點(diǎn)均位于所提取的絹云母化蝕變范圍內(nèi)，蝕變分布與巖體空間范圍吻合較好，證實(shí)了所提取的蝕變礦物信息的準(zhǔn)確性，可以有效篩選找礦有利區(qū)，對(duì)礦區(qū)外圍找礦具有指導(dǎo)意義。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證提取的蝕變礦物信息與實(shí)際信息是否吻合，對(duì)課題組野外采集的巖石樣品采用SR-3500地物光譜儀(350～2500 nm, Spectral Evolution Inc., USA)進(jìn)行光譜測(cè)量，使用白色BaSO4面板提供反射校準(zhǔn)參考。共測(cè)試樣品60件，獲得新鮮面和風(fēng)化面光譜70余條。筆者等挑選3個(gè)典型的樣品光譜與實(shí)驗(yàn)室礦物光譜進(jìn)行對(duì)比分析(圖10)。TK-4-2樣品的光譜曲線在2.165 μm和2.2 μm附近都存在吸收特征，2.2 μm處的吸收更明顯，將其與高嶺石的JPL實(shí)驗(yàn)室光譜曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樣品光譜曲線與高嶺石光譜曲線在2.165～2.2 μm范圍內(nèi)的相似程度較高，因此可以推斷研究區(qū)有高嶺石存在；E402-2樣品的光譜曲線在2.2 μm處具有強(qiáng)吸收，在2.35 μm附近存在有弱吸收特征，與絹云母的JPL標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線對(duì)比分析，兩條曲線的吸收特征具有一定的相似性，都表現(xiàn)為2.2 μm處的強(qiáng)吸收和2.35 μm附近的弱吸收，證明了巖體具有強(qiáng)絹云母化蝕變；SNS-9-1樣品的光譜曲線在2.35 μm附近具有強(qiáng)吸收特征，在2.25 μm附近具有弱吸收，將樣品光譜曲線與JPL光譜庫中綠泥石、綠簾石的光譜曲線對(duì)比表明其特征吸收位置大體相似，驗(yàn)證了研究區(qū)綠泥石、綠簾石的存在。

圖10 山達(dá)克礦區(qū)樣品實(shí)測(cè)光譜曲線Fig. 10 Measured spectral curves of the samples collected from Saindak deposit① JPL光譜庫高嶺石; ② TK-4-2樣品; ③ JPL光譜庫絹云母; ④ E402-2樣品; ⑤ JPL光譜庫綠簾石; ⑥ SNS-9-1樣品; ⑦ JPL光譜庫綠泥石① kaolinite of JPL Spectral Library; ② TK-4-2 sample; ③ sericite of JPL Spectral Library; ④ E402-2 sample; ⑤ epidote of JPL Spectral Library; ⑥ SNS-9-1 sample; ⑦ chlorite of JPL Spectral Library

5 結(jié)論

巴基斯坦查蓋火山巖漿巖帶是特提斯成礦域的重要組成部分，目前針對(duì)查蓋斑巖成礦帶內(nèi)典型礦床的遙感研究較少，制約了對(duì)該成礦帶的成礦潛力認(rèn)識(shí)。筆者等根據(jù)典型斑巖型礦床的礦物光譜特征，以山達(dá)克礦區(qū)及其外圍為研究區(qū)，利用ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)數(shù)據(jù)進(jìn)行RBD比值(Relative absorption band depth)假彩色合成、主成分分析、光譜角制圖等處理方法提取了礦化蝕變信息，結(jié)合礦床樣品光譜特征及研究區(qū)控礦要素，建立了山達(dá)克礦區(qū)及其外圍斑巖型礦床遙感找礦模型，圈定了找礦有利區(qū)，為該成礦帶找礦勘查提供依據(jù)。

主成分分析法和光譜角制圖法提取出的礦化蝕變信息結(jié)果空間分布吻合較好，尤其在礦區(qū)范圍提取結(jié)果存在大面積重合，且與礦體采坑吻合較好，在礦區(qū)外圍也有較多重合。綜合兩種方法的提取結(jié)果，可以更準(zhǔn)確地確定蝕變礦物的分布范圍，并以此為依據(jù)圈定找礦靶區(qū)。

將研究區(qū)巖石樣品的實(shí)測(cè)光譜特征與JPL光譜庫中絹云母、綠泥石、綠簾石等礦物的標(biāo)準(zhǔn)光譜曲線進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)樣品實(shí)測(cè)光譜曲線與標(biāo)準(zhǔn)礦物光譜曲線的吸收特征位置高度相似，與斑巖型礦床典型的圍巖蝕變絹云母化、青磐巖化等相吻合。經(jīng)過野外檢查，也證實(shí)了多處蝕變巖體的存在，說明本次基于ASTER遙感影像的蝕變信息提取結(jié)果較好，可以為研究區(qū)下一步找礦工作及該區(qū)同類型礦床勘查工作提供參考。

注 釋/Note

? The government of Canada. 1958. The 1∶253440 Reconnaissance Geology of West Pakistan.