基于多光谱ASTER和高光...花岗岩体遥感解译与成矿预测_胡金.pdf

第 卷 第期 ，年 月 ，：基于多光谱 和高光谱 对峨山花岗岩体遥感解译与成矿预测胡金，莫美仙，吕伟，邱文龙，贺皎皎，李洋（玉溪师范学院，云南 玉溪 ）摘要：峨山花岗岩体位于云南省玉溪市峨山与红河州石屏县西北交界处，出露面积约 。文章将峨山花岗岩体地质数据与多光谱 和高光谱 遥感数据相结合，采用 波谱角算法（）获取峨山花岗岩体淡色花岗岩分布区域，利用主成分分析法（）对 数据进行特定因子求反确定蚀变带位置；再根据蚀变矿物的精微波谱特征，利用 高光谱波段数据对蚀变矿物特征光谱波段开展主成分分析与特定因子求反，对比 与 遥感数据提取的特征矿物位置以便定位热液蚀变带，结合矿化点野外地质调查，预测研究区成矿潜力。综合分析区域地质特征及遥感解译成果，认为蚀变矿物明显与岩浆演化晚期淡色花岗岩体相伴生，区域成矿规律趋向于矿床分布特征偏向于岩体周边以及淡色花岗岩零星出露的小岩株附近。关键词：遥感解译；主成分分析；波谱角分析；峨山花岗岩体；成矿规律中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）引言遥感找矿异常信息提取是遥感地质应用领域研究的热点，较为适合于研究岩石、矿物光谱特征的最佳大气窗口有两个：和，目前应用较为广泛的有多光谱遥感技术和高光谱遥感技术。其中多光谱遥感中具有 个波段的 遥感数据贡献较突出，在定性和定量遥感蚀变信息提取都已有相对完善的方法和技术体系，如从简单的假彩色合成图像凸显岩矿，到主成分分析寻找羟基蚀变再到线性构造等综合信息成矿；但是 遥感数据短波红外波段（）在 年月达到设计年限，在此之后获得的数据已缺失短波红外波段。另一方面，高光谱遥感技术在矿物识别、地质填图、蚀变异常分带和找矿预测等领域也发挥了重要作用，但高光谱数据源主要来源于机载传感器，其成本大、周期长的特点严重制约该技术在地质领域的推广应用，航天高光谱数据的应用已成为趋势，特别是 年月我国成功发射 卫星，其中搭载可见短波红外高光谱相机的波段数 个，光谱范围覆盖 ：可见近红外（）光谱范围 ，光谱分辨率为；短波红外（）光谱范围为 ，光谱 分辨率为 。高光谱遥感技术可使光谱与图像结为一体，探测各类物质的具体成分。实践证明应用遥感技术可以提高效率和找矿准确率，但针对遥感找矿应用的深化问题，陈述彭院士在“矿产资源与遥感信息深度开发应用”报告中指出：遥感应用须从“控矿构造”迈向与成矿机理研究相结合的高度，从技术层面上升到科学层面才能产生从遥感信息到找矿规律的飞跃，才能使遥感在找矿中发挥更大的作用。据此，本文选取云南滇中峨山花岗岩收稿日期：；修回日期：基金项目：云南省教育厅科学研究基金项目“滇中峨山花岗岩体成矿条件分析及遥感找矿预测”（）、云南省科技计划地方高校联合专项 面上项目“滇中峨山花岗岩体淡色花岗岩成因及成矿关系研究”（）共同资助。第一作者：胡金（），女，讲师，主要从事岩浆岩石学基础研究及遥感地质解译工作。：通信作者：莫美仙（），女，高级工程师，主要从事地质资源与地质工程专业工作。：引文格式：胡金，莫美仙，吕伟，等基于多光谱 和高光谱 对峨山花岗岩体遥感解译与成矿预测矿产与地质，（）：地区为研究区，从研究成矿模式出发，找到与成矿密切相关的岩石类型以及围岩蚀变岩类型；根据标志性岩矿光谱特征，采用“主成分分析特定因子求反”法，先利用 数据初步预测成矿靶区；再细化特征矿物波谱位置，利用 高光谱技术精准定位。由于大多岩浆热液成矿区均是山高坡陡，找矿线索多具隐蔽性，采用航天遥感 高光谱技术可以减少调查成本，且具有精确定位优势，其成矿预测研究结果对峨山花岗岩地区地质勘探工作具有参考意义。地质背景峨山花岗岩体位于华南扬子地块，康滇裂谷带南端，地理位置处于云南省玉溪市峨山与红河州石屏县西北交界处，出露面积约 。研究区区域地层具有基底、盖层“双层构造”特征，基底出露广泛，由中元古界昆阳群褶皱基底组成，为一套厚度巨大的滨海浅海相泥质岩碎屑岩类复理石碳酸盐岩构造，局部夹碎屑岩建造，后期晋宁运动使昆阳群遭受“顺层”剪切，形成顺层掩卧褶皱、“顺层”剪切带，并伴随一期低绿片岩相绢云母绿泥石级的区域地温动力学变质作用；盖层由新元古代陆相磨拉石陆相冰川海相碎屑岩泥质岩碳酸盐岩建造，包括新元古界南华系、震旦系；中生代晚三叠世陆缘近海河流湖相碎屑岩泥质岩含煤建造；早侏罗世干旱气候条件下的红色湖相盆地的泥质岩碎屑岩碳酸盐岩建造组成。研究区岩浆岩面积约 ，岩浆活动以侵入为主，喷发活动次之；岩石类型以酸性岩为主，占全部岩浆岩的，基性岩浆仅占。其特点：酸性岩：具多期幕式活动特点，主要岩石类型为红褐色似斑状黑云母二长花岗岩，灰白色似斑状黑云母、二云母花岗岩到肉红色黑云母正长花岗岩；基性岩：岩石类型主要为辉绿岩、辉绿辉长岩、辉长辉绿岩。主要呈岩瘤侵入于中元古界昆阳群各组中；脉岩：分散分布于峨山花岗岩体各单元中，呈细小脉状产出。锆石 测年显示岩体岩石为新元古代晋宁期岩浆活动产物。通过 测得柏钼租钼矿成矿年龄在 之间。矿床形成的必要条件之一是有用元素通过一定的地质作用发生迁移并富集达到成为矿床的程度，矿化蚀变通常是由含矿热液迁移沉淀所致。研究区域矿床类型具有火山岩地区矿床成矿序列之斑岩型矿床矽卡岩型矿床浅成低温热液型特征，包括斑岩钼、斑岩铜，矽卡岩型钨、铅锌，热液脉型铅锌、铜、铁。成矿模式由深至浅有如下规律：在较深位置，成矿流体从灰白色花岗岩岩浆分异 出高温富、的流体，沿侵入体裂隙充填和交代碳酸岩。在中深部位置，多期热液活动在相对较封闭的体系中发育，晚期阶段加入的雨水进一步延长了热液体系的持续时间。在浅部位置，成矿流体的强烈沸腾，形成了热液角砾矿石，因雨水加入热液系统，导致铅锌、铁和石英等在浅成条件下迅速沉淀。与岩浆热液活动有关的矿床在形成过程中，都会伴随有蚀变现象，它是成矿过程留下的印迹，不同成矿类型围岩蚀变有所不同，其中斑岩型蚀变类型包括钾化、硅化及褐铁矿化，矽卡岩型矽卡岩化、绿泥石化、绿帘石化、角岩化、硅化、绢云母化等，热液脉型围岩蚀变以碳酸盐化、绿泥石化、褐铁矿化、硅化、角岩化为主。其共同特征包括绿泥石化、碳酸盐化、硅化、褐铁矿化、角岩化。在遥感应用中，常常根据组成蚀变矿物的离子和基团不同将矿化蚀变划分为羟基蚀变、铁 染 蚀 变、碳 酸 盐 化 蚀 变 和 硅 化 蚀 变 四 大类。其中，羟基蚀变主要与有关，包括绢云母化、黑云母化、伊利石化、高岭石化、绿泥石化、绿帘石化等；铁染蚀变异常主要与 和 有关，包括褐铁矿化等；碳酸盐化主要与 有关，包括方解石化；硅化蚀变主要与 有关 。研究方法与数据处理 研究方法首先 对 影 像 数 据 开 展 波 谱 角 算 法（）以识别并提取与成矿密切相关的淡色花岗岩分布 区 域。波 谱 角 制 图（，）方法，是通过已有的波谱曲线与匹配样本的光谱曲线之间的相似性来进行相关岩性的识别和制图；该算法是利用维空间向量的“夹角”来定义已知向量和分类向量的相似性，两者之间的角度越小，向量的相似性越大，通过设定最大角度阈值，比较角度与阈值之间的距离，越小则越接近参考光谱，超出阈值将不被分类。其次，利用主成分分析法（）以及特定因子求反算法（方法）识别并提取蚀变信息确定蚀变带位置。主成分分析是基于信号二阶统计特性的分析方法，通过对多个波段进行多维正交线性变换可产生一组新的互不相关的组分以达到分离信息，减少相关，突出不同地物的效果，由于所获各主成分之间不相关，主成分之间信息没有重复或冗余，通过 所第 卷第期胡金等：基于多光谱 和高光谱 对峨山花岗岩体遥感解译与成矿预测获每一主成分常常代表一定的地质意义，且互不重复，即各主成分的地质意义有其独特性。再利用特征矿物的标准波谱曲线在数据集的光谱响应特征，即强反射与强吸收波段具有相反贡献值，从矿物特征向量矩阵中确定蚀变矿物所处分量。本文首先对多光谱遥感数据 的波段组合开展 分析，获得具有独特地质意义的主成分分量。再利用高光谱遥感数据 进一步开展主成分分析，依据蚀变矿物的精微波谱特征，精细刻画矿物反射与吸收波段以确定蚀变矿物特征分量。最后，对比不同数据集提取的蚀变信息位置，将蚀变带与野外调查矿化点结合，预测成矿远景区，分析成矿规律。数据采集与预处理采集 高 光 谱 数 据 集 两 景（，），时间分别为 年月 日，年月 日，波段数 个，波长范围 （）：，（）：。采 集 数 据 集 一 景，（），时间为 年月日，波段数 个，波长范围 ：；：；：。具体参数详见表。表采集 和 数据参数 参数 时间 云量 空间分辨率（）（）（）谱段范围 ：（）：（）：光谱分辨率 ：高光谱 数据预处理：对两幅高分五号数据进行辐射定标，大气校正，再利用 文件进行正射校正。对波段进行整理，删除受到水汽影像的坏波段，两景影像进行镶嵌，镶嵌影像需具有相同波段数，通过比对，留下 个波段，将可用波段重新合并为个文件后进行无缝镶嵌，裁剪出研究区范围。对研究区进行密度分割，提取云覆盖区域制作掩膜文件，并应用到研究区文件中，掩膜区域不参与计算。多 光 谱 数 据 预 处 理：由 于 的个波段空间分辨率为，的个波段空间分辨率为，热红外个波段空间分辨率为，为消除大气影响，需要对不同波段进行大气校正。首先将 波段重采样到，与 合并为个文件，采用辐射定标，将电压值转换成云顶辐射亮度值以用于 大气校正，即将 图像转换为 数据格式。由于大气校正的辐射值数据量纲不一致，将辐射亮度值的比例因子设置为，完成量纲转换后进行 大气校正，对校正后的影像进行研究区裁剪得到研究区 波段文件。同样，利用裁剪区对热红外个波段进行相应裁剪，再将 波段文件与热红外 文件进行合并。遥感数据分析与结果 岩浆岩及淡色花岗岩解译淡色花岗岩是岩浆演化的晚期，因其暗色矿物含量较低（通 常 小 于）而 得 名，通 常 表 现 为 高 的 、含量与较低的铁镁和微量元素含量，以及过铝质特征（），常伴生有、和 等重要的稀有金属矿床，通过寻找淡色花岗岩分布情况则可以推测金属矿物的分布情况。实验岩石学研究，表明熔体的微量元素丰度和特征是部分熔融过程中微量元素在残留矿物与熔体之间分配的矿 产 与 地 质 年结果，随着温度降低，岩浆进入冷凝阶段，单一液相将自发地变成双液相（即不混溶域），两相中矿物结晶作用进行时，残余熔体还会离开不混溶域，在重力分离作用下，较轻的富硅熔体向上迁移，并最终穿过稳定不混溶域的等温线，而变得不稳定，此时富 的熔体需要重新平衡，并从晶粥层带入额外的硅和碱，成分上类似钠长石和正长石，形成富碱熔融带，即可观察到钾长石中包含石英与钠长石，在不混溶域上方，为了“缓冲”系统中加入的硅铝质成分，富镁铁质的单斜辉石会溶解，当更多钠长石（）成分加入，系统中单斜辉石消失。在熔体迁移过程，由于熔融区孔隙度和渗透性的增加，会使早期形成的堆晶矿物部分熔融，从而导致浅色层的形成。对于富铁熔体，不论留在原地还是在重力作用下向下迁移，伴随熔体液态不混溶作用的持续进行，将会导致浅色矿物的消失和暗色层的形成。这种作用会导致种熔体分离：硅酸盐碳酸盐熔体的分离；系统的相分离，尤其是富铁的金属相与硅酸盐熔体的分离；硫化物熔体和硅酸盐熔体的相分离 。峨山花岗岩岩体淡色花岗岩矿物颗粒粒径为细粒，以 波谱库中细粒花岗岩数据作为参考（图），开展波谱角分类，获得峨山花岗岩地区淡色花岗岩分布区域（图）。在羊毛冲褐铁矿化点附近（图）实地采集淡色花岗岩手标本（图）。镜下观察岩石矿物成分以钾长石为主，其次为斜长石、石英和少量黑云母（图）：矿物相互呈镶嵌状；钾长石呈自形他形粒板状，负低突起，具一级灰干涉色，表面不同程度发生高岭土化、泥化；钾长石中包含有钠长石和石英晶体，粒度在 之间，说明岩石发生了钠长石化，原斜长石和石英被钠长石交代，推测是由于不混溶域导致硅酸盐熔体的分离形成；斜长石呈半自形他形粒板状，正低突起，绢云母化、硅化，具聚片双晶纹，部分斜长石聚片双晶有发生弯曲的现象，说明岩石后期受动力作用影响；石英呈他形粒状；黑云母呈雏晶状，一组极完全解理发育，几乎全部白云母化，只保留有少量残晶，其中零星可见锆石、磷灰石和磁铁矿微粒。图峨山花岗岩地区淡色花岗岩分布特征 （）波谱角分类法获得峨山花岗岩地区淡