张云峰， 焦超卫， 李剑斌， 任涛， 张西社

(1.西北有色地质研究院，西安 710054； 2.西北有色地质勘查局七一三总队，商洛 726000)

0 引言

近年来，矿产地质勘查逐步加快，地表覆盖较严重的勘查区内常常需要布置大量勘探工程，在投入成本增高的同时也对地表环境带来了不容忽视的破坏。遥感地质勘查技术具有视域广阔、快速经济及地表工程少等特点，可有效弥补浅覆盖区野外地质工作的某些不足。特别是随着航空航天遥感技术的不断提高，高空间分辨率、高光谱分辨率的卫星数据不断涌现，为大比例尺遥感地质勘查提供了有力支持。多种遥感数据源的配合使用可以准确圈定地质体的界线，同时通过光谱技术可以提取与蚀变有关的遥感异常信息，为地质找矿服务。董建乐等[1]应用ETM数据在吉(林)黑(龙江)东部地区通过对线性构造、环形构造的解译以及遥感异常信息提取总结了工作区的遥感地质特征，并借助GIS平台圈定了13个金矿找矿远景区； 王锋德等[2]应用SPOT5等多源遥感数据在云南绿春地区开展了遥感地质特征提取以及找矿远景综合分析，圈定了20多个找矿有利地段； 章钦瑜等[3]在浙江板桥地区开展1∶5万比例尺稀土矿遥感找矿信息提取与找矿预测，建立了离子吸附型稀土矿遥感找矿预测模型，圈定了找矿范围； 张远飞等[4]通过对遥感图像的二维散点图类型划分及蚀变信息提取的研究，在青海巴音山地区取得了良好的实验效果。但目前大比例尺遥感地质特征提取和遥感找矿预测区圈定仍在探索阶段，笔者在陕西柞水冷水沟地区应用WorldView-I，ALOS和ASTER等多源遥感数据开展了1∶1万比例尺遥感地质解译和蚀变异常信息提取，旨在通过对遥感地质特征的分析，圈定遥感找矿预测区，加速找矿突破进程。

1 成矿地质背景

研究区位于南秦岭北部，凤镇—山阳断裂南侧，柞水县杏坪镇一带。区内主要出露地层为泥盆系，岩性以凝灰质千枚岩、灰岩和大理岩为主。区内岩浆岩以冷水沟多旋回复式岩体为主，侵入于竹园沟短轴背斜核部，主要岩性为闪长岩、斜长花岗岩和花岗闪长(斑)岩等[5]。区内断裂构造大致有4组，以NW和NE向为主，NNW和NEE向断裂发育程度次之。

已有地质研究表明，柞水地区上地幔熔浆上升，基性物质结晶残存少量的酸性物质结晶形成高位侵入体[6]，即形成了柞水冷水沟—山阳下官房一带中酸性小岩体群。区域上与小岩体有关的矿产丰富，已发现的有小河口铜(金)矿床、下官房铜(金)矿体和池沟—双元沟铜金(钼)矿体等。与冷水沟岩体有关的铜矿化位于石瓮沟—洋芋沟一带，矿化体位于岩体内部斜长花岗岩与闪长岩接触带上，受近SN向破碎带控制。研究还发现该区也存在矽卡岩型铜矿化。区内与岩体接触带主要的围岩蚀变有钾化、绢云岩化、矽卡岩化和角岩化等[5]。

2 遥感数据及影像特征

2.1 遥感数据源

用于制作遥感解译基础图像的卫星数据为美国WorldView-I卫星的全色波段数据以及日本ALOS卫星的多光谱数据。前者的地面分辨率为0.5 m，后者为10 m，通过两者融合制作成研究区1∶1万比例尺的基础遥感图像(图1)。

图1 冷水沟地区WorldView-I与ALOS融合图像

由于以上2种卫星数据分辨率相差较大，即ALOS图像中的1个像元在WorldView-I图像中对应为400个像元，为保证融合效果，在图像制作过程中首先以WorldView-I图像为参考，对ALOS假彩色合成图像进行几何纠正配准。在控制点选择过程中，由于常规方法中的水系交汇点、道路交叉点、桥梁等特征点在2种图像中均不容易选择， 因而笔者在WorldView-I图像中选择面积较小的等轴状(或似等轴状)的高亮或低暗灰度值的地物作为控制点； 该地物在ALOS图像中一般显示为特殊亮度值的单个像元，控制点分别选在2景图像的中部位置，纠正效果较理想。对ALOS数据采用立方插值的方法进行重采样，并对经几何纠正的ALOS图像和WorldView-I图像通过IHS变换进行数据融合。融合后的遥感图像不仅分辨率提高，而且无重影现象，色彩较为丰富，影纹特征清晰，满足1∶1万比例尺基础遥感图像制图的要求。

遥感异常信息提取使用了日本ASTER卫星数据。该数据的光谱分辨率较高，短波红外(SWIR)图像的光谱分辨率达40 nm，为精确提取各种含水矿物信息提供了物理前提[7]。

2.2 遥感影像特征

基础遥感图像(图1)显示，研究区内无雪，无云覆盖，影像质量良好。从该图像可以看出，研究区属于中山地貌，山峦起伏不大，水系冲沟发育，植被覆盖较为严重，人文活动较多，影像纹理清晰，但色调相对比较单一。地质解译过程中主要通过不同影纹特征对地质体进行分类。

3 遥感地质特征

研究区遥感地质特征主要从岩性(或岩性组合)、线性构造以及环形构造等方面进行解译分析，并制成遥感地质解译图件(图2)。

3.1 岩体特征

不同岩性的物理、化学特征差异可在遥感图像中反映为色调和影纹特征差异。依据已有岩性地质资料[5，8]建立解译标志，进行岩性解译。因冷水沟岩体为研究重点，故仅对不同岩性侵入体的主要遥感影像特征(图3)表述如下：

斜长花岗岩主要分布于研究区中部，影像纹理在总体上比较细碎，山脊阳坡色调较亮，不发育粗大冲沟，多为较短的似平行状冲沟，局部可见钳状沟头，冲沟类型以U-V型为主(图3(a))。闪长岩主要位于研究区中西部，呈不规则状，长轴方向近SN，影像特征显示为浅色调，开阔的V型冲沟，尖棱状山脊，坡面发育平行状较浅的冲沟(图3(b))。石英闪长岩主要位于研究区东南部，岩体面积均较小，影像上有梳状水系的特征，发育较短的U型冲沟(图3(c))。花岗岩主要位于研究区西南部，影像上以较亮的色调、粗大的影纹为特征，开阔的V型沟谷，末级冲沟不发育，其内部有部分区域影纹特征有差异，从解译角度难以厘定岩性(图3(d))。岩体外围主要以千枚岩、灰岩、大理岩为主，影像以粗大的水系冲沟、平滑的坡面为主要特征。

从上述岩体不同岩性的分布来看，研究区经历了多期(次)岩浆活动，不同期(次)岩浆成分具有较大差异，从而造成了如今地表影像特征的差异。

3.2 断裂构造特征

研究区内断裂构造发育(图2)，主要有：

1)线性断裂构造。在影像上多以直线状冲沟、连续或断续的陡坎为显示特征，形迹比较清晰。凤镇—山阳断裂(图2中的F1)是区内的较大断裂，在区域上控制着柞山盆地的南界，而冷水沟岩体紧邻该断裂南侧。该断裂仅在研究区北部出现，旁侧发育走向相同的次级断裂。其余线性断裂构造主要为NW向，规模较小，分布较为密集； 其次为NE向或近EW向，分布较少。断裂构造之间的交切关系不明确，形成时代难以确定。NW向断裂构造与凤镇—山阳断裂(F1)有一定夹角，并且均在遥感解译的冷水沟大型环形构造之上或旁侧，其密集分布是否与隐伏的岩浆穹窿有一定关系，值得进一步验证分析。

2)断裂破碎带。与线性断裂构造形迹较相似，但有一定宽度，横切冲沟时，冲沟形态由V型变为U型(图4)。

图4 断裂破碎带遥感影像特征

研究区内解译的断裂破碎带主要分布在解译的闪长岩与二长花岗岩接触带附近及南部的石英闪长岩中。断裂破碎带走向近SN，并被后期NEE向小型断裂切错，在断裂破碎带北部已发现铜矿体。

3)构造密集带。影像特征比较隐约，在小比例尺图像中可从宏观上看到其延伸趋势，地貌上多为同方向、断续的小型冲沟，密集分布在一定宽度之内。在研究区北部松树沟一带解译的构造密集带呈向NW凸出的弧形分布(图2)，位于解译的岩体外接触带。中部周家沟—普陀沟一带有2条构造密集带沿NEE向平行展布，横贯研究区(图2)，影像特征更为隐约； 在区域上该带向东延伸与凤镇—山阳断裂交汇，向西延伸有向NW拐折的趋势。构造密集带一般为深部构造在地貌上的反映，推测北部松树沟构造密集带与深部岩浆穹窿有关，中部周家沟—普陀沟构造密集带与深部韧性断裂有关。

3.3 环形构造特征

研究区内解译的5个环形构造大致呈近EW向展布，均位于近EW向构造密集带之上或紧临其旁侧(图2)。其中最大的为冷水沟环形构造，呈椭圆状，长轴近EW向，长约5.7 km，由近似弧形的山脊围成； 环形构造内部影纹相对比较细腻，冷水沟岩体就位于环形构造之内。从解译的岩体出露范围以及环形构造发育范围推测，该环形构造为深部岩浆穹窿在地表的反映。在该环形构造内部，Cu, Au, As和Pb地球化学异常发育。东部云蒙乡环形构造由环形山脊围成，与云蒙乡岩体吻合较好。南沟环形构造位于冷水沟大环的内部，以内切圆形态出现，环内影纹相对粗大，色调较深； 该环形构造内部为遥感解译的花岗岩，推测与该岩体的侵入有关。普陀沟垭环形构造的东部为弧形水系，西部为弧形山脊，在地貌上显示为一个完整的椭圆形，其内部及旁侧均有弧形水系发育； 但目前野外地质工作尚未发现地表有岩体出露，推测与隐伏岩体有关(图5(a))； 该环形构造内外发育有As和Pb化探异常，值得进一步勘查。周家沟环形构造较小，直径约460 m左右，位于冷水沟大环外部，环内色调较亮，影纹特征与环外有明显不同，推测与埋深较浅的隐伏岩体有关(图5(b))。

(a) 普陀沟垭环形构造(b) 周家沟环形构造

4 遥感异常信息特征

4.1 遥感异常信息提取方法

4.1.1 异常信息提取依据

近年来，应用多光谱遥感数据提取与矿产有关的遥感异常信息的技术取得了长足进展，特别是ASTER数据在遥感地质工作中的应用尤为明显，应用该数据可以有针对性地提取某些特征矿物(组合)信息[7,9]。

冷水沟岩体群外围主要为中泥盆统古道岭组灰岩、大理岩和大枫沟组凝灰质大理岩夹千枚岩，岩体与围岩接触带部位矽卡岩化发育[10]。常见的矽卡岩化蚀变矿物有钙铝榴石、钙铁榴石、透辉石、透闪石、绿帘石、阳起石和绿泥石，这些矿物的光谱曲线特征(图6)显示，在2.3～2.4 μm波谱范围内(即分

(a) 钙铁榴石、钙铝榴石、透辉石和透闪石(b) 绿帘石、阳起石和绿泥石

别对应于ASTER数据的B8，B9波段)，它们均具有一定的吸收峰值(表1)。

表1 蚀变矿物吸收特征谱带与ASTER波段对应关系

4.1.2 异常信息提取方法

面向对象的主成分分析方法有利于对不同矿物信息进行分类，同时可以将蚀变矿物信息进一步集中到某个主成分之中[11]。为了比较完整地提取矽卡岩化蚀变矿物信息，根据其光谱特征，将蚀变矿物分成2类，分别进行提取。由ASTER数据B1，B3，B4和B9波段参与的主成分分析有利于突出在B4波段反射且在B9波段吸收的矿物信息，如榴石类矿物、透闪石、透辉石和阳起石等矿物，称为第一类异常(Ⅰ)；由 ASTER数据B1，B3，B5和B8波段参与的主成分分析有利于集中在B5波段反射且在B8波段吸收的矿物信息，如绿泥石、绿帘石、阳起石、透闪石和透辉石等矿物，称为第二类异常(Ⅱ)。主成分分析结果见表2。

表2 2类蚀变矿物信息提取主成分变换的特征向量矩阵及变异系数

①V为变异系数。

从表2可以看出，在Ⅰ类异常PC4中，B4和B9波段具有较强的负载，且符号相反。理论上在B9波段具有强吸收且在B4波段具有强反射的矿物(如榴石类矿物、透闪石、透辉石和阳起石等)信息在PC4中集中，且以高亮度值显示[12]。在Ⅱ类异常PC′4中，B5和B8波段具有较强的负载，且符号相反。理论上在B8波段具有强吸收且在B5波段具有反射的矿物(如绿泥石、绿帘石等)信息在PC′4中集中，且以高亮度值显示。两者特征向量的变异方程分别为

PC4=0.175 94B1-0.201 35B3+0.615 47B4-0.741 42B9，

(1)

PC′4=-0.023 06B1+0.000 08B3+0.774 57B5-0.632 07B8。

(2)

Ⅰ类异常的PC4和Ⅱ类异常的PC′4经滤波、分级后分别形成研究区Ⅰ类、第Ⅱ类异常信息图像。

4.2 遥感异常信息特征分析

遥感异常提取结果如图7所示。

1.第四系； 2.上泥盆统星红铺组； 3.中泥盆统古道岭组； 4.中泥盆统大枫沟组； 5.中泥盆统牛耳川组； 6.闪长岩； 7.斜长花岗岩； 8.花岗岩； 9.石英闪长岩； 10.遥感解译的构造密集带； 11.遥感解译的断裂破碎带； 12.遥感解译的环形构造； 13.遥感解译的线性断裂构造； 14.第I类遥感蚀变异常； 15.第II类遥感蚀变异常； 16.Au次生晕异常； 17.Cu次生晕异常； 18.遥感找矿预测区； 19.已知铜矿点； ph-千枚岩； ls-灰岩； mb-大理岩； sl-板岩

遥感异常提取结果表明，第Ⅰ类遥感蚀变异常主要集中在研究区西北部高家沟—松树沟—石瓮沟一带，在区域上有沿NWW向带状展布的特征。在该异常带内又有3个比较集中的NE向的条带状异常，分别为高家沟异常带、阳沟凹—松树沟—吊庄梁异常带和石瓮沟—长沟异常带。异常与岩性的对应关系显示，除石翁沟—长沟一带的异常位于闪长岩之中以外，大部分异常分布于中泥盆统古道岭组灰岩和大理岩[D2g(ls+mb)]之中。阳沟凹—松树沟—吊庄梁异常带分布面积及强度最大，位于遥感解译的冷水沟环形构造之西北边缘、闪长岩与灰岩的接触带部位，具有一定的找矿指示意义。南部青定坪一带也有面状异常分布，异常位于石英闪长岩之中，与遥感解译的断裂破碎带有区位上的相关关系。

第Ⅱ类遥感蚀变异常呈星点状分布于全区，表明该类蚀变具有普遍性。经滤波处理后发现，第Ⅱ类遥感蚀变异常在研究区西北部的阳沟凹—吊庄梁一带、西南部的西沟—南沟一带、中南部的青定坪一带均有一定的集中趋势，其中阳沟凹—吊庄梁一带异常与第Ⅰ类遥感蚀变异常有一定重叠，也位于岩体与灰岩(大理岩)的内外接触带上。南部的2个异常相对集中区均位于遥感解译的侵入体中，其中青定坪一带的异常与第Ⅰ类遥感蚀变异常有一定的重叠。

通过2类异常的叠置分析，可以看到2个明显的异常集中区域： ①西北部异常区,2类异常均在冷水沟环形构造内侧、岩体内外接触带的松树沟—吊庄梁一带以高值集中出现，该区域NW，NNE向断裂与NEE向构造密集带交汇通过，为气液上升提供了通道，环形构造预示着深部岩浆活动为蚀变提供能量以及物源； ②中南部青定坪一带异常区,面积较小，主要分布在遥感解译的石英闪长岩中的断裂破碎带旁侧，且以Mg-OH矿物(绿泥石、阳起石、绿帘石等)异常信息为主，明显受岩体及断裂破碎带控制。

5 遥感找矿预测及野外验证

5.1 找矿预测

根据遥感地质解译及异常提取所反映的研究区遥感地质特征分析，结合区内已有地质、物化探成果，在研究区内共圈定2个遥感找矿预测区，即阳沟凹—吊庄梁预测区和青定坪预测区(图7)。

阳沟凹—吊庄梁预测区位于冷水沟环形构造的内侧，地表出露岩体的旁侧。该区内发育NEE向构造密集带，且NW和NNE向断裂发育并与之交汇； 2类遥感异常均以高值集中分布，可作为矽卡岩型矿产的工作重点区。区域化探成果显示，长轴近NW向的Cu异常在岩体中有多个异常中心，但该处异常明显向NW方向突出，包括了大部分预测区面积; 另在阳沟凹地区也有Cu异常分布，与此预测区吻合程度很好。

青定坪预测区位于遥感解译的石英闪长岩之中，区内断裂破碎带发育，区域化探成果显示Cu,Au异常较发育； 而且在该断裂破碎带的北延石瓮沟一带，地质工作已经发现铜矿(化)体。本次研究提取的2类遥感异常在该区均有零星分布，因此可作为破碎带型铜矿的工作重点区。

除上述2处遥感找矿预测区以外，还推测普陀沟垭环形构造及周家沟环形构造均与隐伏岩体有关，且均处于NEE向构造密集带上，应在进一步勘查工作中给予重视。

5.2 野外验证

2013年，西北有色713队在阳沟凹—吊庄梁预测区及其外围开展地质普查工作，1∶2 000比例尺地质草测、地质剖面及槽探揭露表明，该区普遍发育与中酸性岩浆活动有关的热液蚀变作用，以钠长石化、矽卡岩化和角岩化为主。其中矽卡岩化在泥盆系地层中较为普遍，蚀变强度仅次于钠长石化，蚀变矿物为透闪石、透辉石、阳起石和绿泥石。多条剖面显示，矽卡岩化和绿泥石化等蚀变与遥感异常中心对应良好。

6 结论

1)高空间分辨率、高光谱分辨率卫星数据的配合使用在大比例尺遥感地质特征解译及找矿预测中具有一定的优势。利用WorldView-Ⅰ等高空间分辨率遥感图像可以较为准确地圈定目标地质体的界线，利用ASTER数据可以有针对性地提取蚀变矿物异常信息，通过综合分析可以圈定遥感找矿预测区。

2)岩浆侵位与断裂构造关系密切，凤镇—山阳断裂为研究区岩浆运移的通道，NW向次级断裂以及NEE向断裂密集带交汇部位为岩浆侵位提供了空间。环形构造特征表明，研究区深部存在较大的岩浆穹窿，已知岩体周围仍可能有隐伏岩体存在。

3)在阳沟凹—吊庄梁及青定坪地区圈定的遥感找矿预测区的遥感地质特征明显，预测要素齐全，与区域化探成果吻合程度高，初步地质工作在阳沟凹—吊庄梁一带和石瓮沟—洋芋沟一带已发现矿(化)体或矿化蚀变，应在地质找矿工作中给予重视。

志谢： 本文研究及文稿撰写过程中得到李领军高工、王瑞廷教授及代军治博士等的热情指导，在此深表谢意！

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