航空高光谱遥感区域成矿背景研究—以甘肃柳园-方山口地区为例2.0

引言

高光谱遥感是当前地质领域应用的前沿和热点，国内外都在积极进行探索。高光谱遥感在地质领域的应用具有两大技术优势：一是通过高光谱矿物填图，可以快速、大面积地提取蚀变矿物；二是图谱合一，谱可以识别矿物及其种类，图可以直观提取蚀变矿物的位置、范围、形态、控制要素和分布特征等。航空高光谱遥感技术由于可以获得高空间分辨率（可达亚米级）的高光谱遥感数据，能够识别规模小的近矿围岩蚀变，从而具有直接找矿的效果。遥感找矿必须点面结合，首先要研究区域成矿背景，做到胸有全局，只有掌握了全局，才能从区域的高度，充分发挥找矿模型的作用，准确地确定目标矿物类型和最佳找矿区段。

书接上文

4、航空高光谱遥感矿物填图结果的地质诠释

应用航空高光谱遥感所填的柳园—方山口地区的矿物区域分布图，围绕该区的区域成矿背景问题进行了地质诠释。所谓区域成矿背景，主要是指区域成矿条件、区域控矿要素、区域矿产的空间分布规律、区域找矿方向和最佳找矿地段。

4.1 基于航空高光谱遥感构建区域成矿构造格架

金属矿的热液成矿作用不仅与成矿岩体、成矿地层有关，更重要的是与成矿构造有关，特别是金属矿的空间分布更是与区域成矿构造格架密切相关。因此，构建成矿构造格架是研究金属矿产区域分布规律的重中之重。多光谱遥感由于光谱分辨率低，波谱带宽，只能提取蚀变矿物的大类型，不易提取具体的蚀变矿物，也就难以精确地构建成矿构造格架。如前所述，从所填的航空高光谱遥感矿物区域分布图上可以直观地识别出哪些断裂有蚀变现象，哪些断裂没有蚀变现象。有蚀变矿物沿其分布的断裂构造可以视为成矿构造，经筛选并将其组合起来，就可以构建区域成矿构造格架。图10是对有蚀变现象的断裂构造的筛选与组合，建立的柳园—方山口地区的成矿构造格架图。

因此，在这张图上反映的断裂构造格架是剔除了非成矿构造，识别和筛选出的成矿断裂构造的组合体。通过分析该成矿构造格架，发现黑石山-花牛山大断裂带为成矿构造格架的主干断裂带，可能在柳园—方山口地区的成矿过程中起了主导作用。经地质分析，认为黑石山-花牛山主干断裂带具有如下特点：

（1）规模巨大，延伸长度300km以上，是花牛山-察客尔乎都大断裂带的西延部分。

（2）在柳园—方山口地区断裂带从西南向东北呈北东→东西→北东折线状展布，反映其形成是追踪了早期北东和东西向断裂构造。

（3）沿断裂带除发育长条状酸性岩体外，还发育超基性岩体，岩体年龄为海西和印支期，主要为印支期。这不仅表明该大断裂带为从硅铝壳切入硅镁壳的深大断裂带，而且其主要活动时代为印支期。

图10柳园—方山口地区成矿构造格架图（红色线为断裂）

4.2 基于航空高光谱遥感矿产区域分布规律与成矿作用的探讨

柳园—方山口地区矿产丰富，种类多，目前已发现的矿床（点）有金矿、钨钼矿、铜矿、铅锌矿、铬（镍）等。将其矿床（点）位置投到构建的柳园—方山口地区成矿构造格架图上可以看出，所有金属矿床（点）均受成矿构造格架控制，而95%以上的矿床（点）是沿着成矿构造格架的主干构造——黑石山-花牛山深大断裂带分布。对沿断裂带矿床（点）分布特征的进一步分析还发现，已知矿床（点），不是分布在深大断裂的整个地段，而是集中在深大断裂带走向呈东西向的区段里（图11）。

图11黑石山-花牛山深大断裂带与矿床（点）分布关系图（红色线为断裂）

那么矿床（点）为什么会分布在这一区段呢？对上述信息注入地质知识和成矿理论进行延伸研究发现，这一区段正好是海西、印支期长条状中-酸性花岗岩和超基性岩侵入体发育的地段（图12），很可能是在海西-印支期处于地应力拉张的地段，从而造成深部岩浆的侵入。从超基性岩体侵入于花岗岩类岩体的现象分析，花岗岩浆侵入在早，超基性岩将侵入在晚，这反映了断裂的发展过程是先切入铝硅壳、然后再向硅镁壳切入的，也即反映了断裂带由地壳浅部向深部发展的过程。岩浆的侵入为这一地段的成矿作用提供了矿源和热源，由于围岩的含矿性不同，从而形成了不同类型金属矿床（点）。同时，也表明深大断裂带的这一区段是最具潜力的构造-岩浆带区段。

图12黑石山-花牛山深大断裂带与中-酸性岩体分布关系图（A图示绿框内深大断裂带与长条状岩体的关系，粉色部分为岩体分布情况）

该大断裂带近东西走向的区段在海西-印支期之所以局部张开，表明该“折线”状的深大断裂带在这一时期发生了右行扭动。由于黑石山-花牛山深大断裂带岩浆侵入期的右行扭动，结果在东西段由于地应力的分解造成了局部张开（图13（a）），这一张开部位无疑有利于岩浆的侵入。佐证岩浆侵入时深大断裂带右行扭动的有力证据是印支期长条状花岗岩体与其分支岩体所夹的锐角方向指向东，长条状分支岩体的展布在航空高光谱遥感图像上呈锯齿状，说明控制岩浆侵入的分支断裂在岩体侵入时为张性（图13（b））。张性分支断裂与主干断裂所夹的锐角方向指示了主干断裂带本盘的扭动方向。因此，推断长条状岩体岩浆侵入时该深大断裂带的活动为右行滑动。

图13成岩期黑石山-花牛山深大断裂扭动方向图

黑石山-花牛山深大断裂具有多期活动的特点，将黑石山-花牛山深大断裂带旁侧的含矿断裂与主干断裂夹角的锐角方向与上述长条状岩体所形成的锐角方向对比，其方向正好相反。含矿硅化带的力学性质经野外观察属压性，反映成矿期黑石山-花牛山深大断裂带的活动方式发生了反转，从原来的右行扭动转变为左行扭动。这一点还可以从深大断裂带主断面上的含矿结构面呈明显片理化得到印证，也表明深大断裂带的东西区段在成矿期遭受了强烈的挤压。这一挤压过程造成热液流体的沿深大断裂带的上升，不仅为成矿带来了直接矿源，而且为大断裂带附近的含矿地层的改造进一步带来了热源，从而形成了沿深大断裂带分布的金、银、铜、铅锌、钨钼、镍、铬等矿床（点）。尽管这些矿床类型各异，但其共性反映了金属矿床受构造-岩浆-热液成矿带控制的总规律。同时，沿深断裂带上升的热液流体使海西-印支期长条状岩体普遍发生了褐铁矿化、赤铁矿化和绢云母化，而远离深大断裂带分布的大型花岗岩基却未见普遍蚀变。

可见，构造带应力活动的反转造成深大断裂带的先张后压，这一构造反转有利于岩浆的侵入和侵入岩体的后期破碎及成矿热液的上升，有利于金属矿的成矿，从而使该地段成为区域控矿断裂带上最佳的成矿区段。

4.3 航空高光谱遥感探索的区域找矿方向和最佳区域找矿地段

研究矿产区域分布规律的目的是要最终明确研究区的区域找矿方向和最佳找矿地段，以指导区域找矿工作。经研究，柳园—方山口地区沿黑石山—花牛山深大断裂带分布的矿床（点）具有如下特点：

（1）镍、铬与超基性岩有关的岩体型矿床（点），因超基性岩体沿深大断裂带主干断裂分布，矿床（点）也受深大断裂主干构造控制。

（2）钨钼等接触带型的矿床分布在印支期长条状蚀变花岗岩体的外接触带，特别是接触带的内凹部位。由于这一部位是矿液易于滞留，并易于赋存的部位，因此往往形成赋矿部位。矿床产出的位置由长条状岩体与主干断裂带的关系而定，产于主干断裂带内或其旁侧的分支岩体的接触带附近。

（3）金矿、银矿、铅锌矿（硫化物型）等中低温热液型矿床受深大断裂带旁侧的次级构造-蚀变带控制，而深大断裂带本身未见控制该类型矿床的现象。通过航空高光谱遥感的上述研究，笔者提出柳园—方山口地区区域找矿方向应主要沿黑石山-花牛山深大断裂带，而区域找矿的最佳区段是该断裂带呈东西走向的地段。根据这一认识，采用我们建立的基于航空高光谱的成矿环境分析法、矿床定位模式识别法和含矿构造追踪法等预测方法，沿黑石山花牛山断裂带的东西区段开展了成矿预测和模式找矿，新发现了7处找矿靶区，其中金矿3处、镍矿1处、钨钼矿1处、铜矿1处、银矿1处，所有发现的矿化均沿黑石山-花牛山深大断裂带分布，且集中于断裂带的东西区段（图14）。这不仅说明航空高光谱遥感在该区取得了显著的找矿效果，更表明了利用高光谱遥感确定的区域找矿方向和最佳找矿区段对找矿的有效性和价值。

图14利用航空高光谱遥感技术圈定的7处找矿靶区分布示意图

5、结论

航空高光谱遥感除具有高光谱遥感技术的特殊优势外，还具有遥感技术的区域性优势，二者结合，可以从全新的角度来研究一个地区的区域成矿背景，做到高光谱遥感找矿中的点面结合，克服目前高光谱遥感地质应用中重视蚀变信息提取，忽视地质环境分析，重视模型构建，忽视区域应用的倾向，以提升高光谱遥感的地质应用效果。针对传统的依靠单一蚀变填图进行成矿预测的方法，提出了将地质学，矿物学知识和研究区可能存在的矿物及组合的了解贯穿于矿物填图的全过程的新方法，并建立了相关流程。并且，运用航空高光谱遥感提取的蚀变矿物与断裂关系的分析，进行了成矿构造与非成矿构造的鉴别，并据此建立了研究区的“成矿构造格架”。通过航空高光谱蚀变矿物填图，发现以下地质规律：

（1）柳园—方山口地区遭受蚀变的岩体是受区域大断裂控制的长条状岩体，而大型花岗岩基仅局部有蚀变现象；

（2）地层遭受热液蚀变一般蚀变面积小，受断裂构造控制明显，对沉积矿产来说，热液流体叠加改造作用更有利形成富矿、大矿；

（3）目前柳园—方山口地区所发现的矿床均受高光谱遥感解译的成矿构造格架控制，而95%左右的金属矿床沿黑石山-花牛山深大断裂带展布。利用高光谱遥感技术研究区域成矿背景，是一个全新的角度，也将是今后高光谱遥感地质研究的一项重要内容，本文只是作了有关尝试，其系统研究的思路、途径和方法，还有待深入探索。

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审核编辑 黄宇