Question

矿产地质解译

Answer 1

系指对内生金属矿产生成起控制作用的成矿地质背景信息、容矿构造信息和指示成矿作用发生的遥感异常信息或直接指示矿化现象存在的矿化信息的分析解译，服务于区调遥感找矿预测。

5.4.1 成矿地质背景信息提取

系指为成矿作用发生提供有益成矿物质或组分的矿源层、成矿母岩体和有利含矿气液流体迁移的导矿构造信息的分析与解译提取。

5.4.1.1 矿源层信息

系指为层控型或层控-热液型矿床形成提供初始成矿有益物质或组分，并受地层层位控制，且呈层状产出的地层体或岩组体。由于矿源层形成的沉积环境、构造环境、岩浆喷发环境、变质环境不同，岩性性质不同，所形成的矿产种类不尽相同，因此，在对矿源层信息解译提取过程中，可结合研究区实际矿产情况，通过分析研究已知矿床成矿地质条件，筛选确定矿源层，同时建立遥感信息模式，指导矿源层信息的解译提取。现列举几种矿源层简述提取方法如下。

(1)黑色含炭岩系

该岩系是穆龙套型金矿的矿源层。成矿作用表现为岩石中的有机碳对金元素富集起到吸附作用。由于该套岩系颜色灰黑，成层性特征明显，因此，暗色条带状影像特征是其典型的解译标志。但对于采用不同的图像处理方法和波段组合方式，影像特征有所差异，如采用ETM⁺融合方式，含炭质砂板岩以蓝色调显示(穆龙套);若采用TM743波段彩色合成方式，图像则以暗灰间浅黄色调显示［图5.26(a)］，暗灰色代表含炭质砂板岩，浅黄色反映的是脉岩体、蚀变带、破碎带等与矿化有关的岩石，而采用TM743波段彩色合成方式，图像色彩鲜艳，含炭质砂板岩仍显灰色，其他岩系显褐红色调［图5.26(b)］。

(2)太古-元古宙基底变质岩系

是层控热液型、蚀变剪切型、石英脉型金矿形成的有利矿源层，尤其原岩为火山岩的基底变质岩系更有利于金矿生成。它的主要成矿作用是因岩石中的金元素初始丰度相对较高，为成矿活化作用发生提供物质来源。如胶东、蓟北金矿等。由于该套岩系受变质、变形作用影响，形成特定的地形地貌单元组合与盖层岩石差异明显，易于提取。

(3)中-基性火山岩系

该岩系是火山沉积型、海相火山岩型块状硫化物铜多金属矿和层控热液型金矿形成的有利矿源层。它的主要成矿作用是源于火山喷发作用所携带的有益成矿物质与水(大气水、海水、同源水、岩浆水)作用沉淀聚集成矿体或有益成矿物质经后期构造的、热液的改造而生成矿体。如新疆阿舍勒铜锌矿、阿希金矿和美国、加拿大、日本等国家的此类矿床。对该种矿源层信息解译提取即可以通过建立遥感影像模式对比来实现，也可以通过图像增强处理方法来完成。如选择TM3/1、TM4/2与TM4比值合成方式，安山岩分布区则以明显的浅蓝绿色调显示。

图5.26 黑色含炭岩系影像(新疆乌孜别里山口)

(4)碳酸盐岩-碎屑岩系

是层控-热液型铅、锌、锑(银)矿形成的有利矿源层。控矿岩性组合为灰岩-砂岩-含炭板岩;砂岩、含炭板岩互层;白云岩-含炭泥质灰岩-硅质岩。它的成矿作用除为成矿作用提供有益成矿物质外，灰岩与含炭板岩能起到上下屏蔽作用，限制后期含矿热液沿孔隙度发育的砂岩或砂岩与灰岩接触界面产生矿化作用。在对该套岩系进行信息提取过程中，主要根据岩石组合特点，从层型影像单元中鉴别出互层型和夹层型影像单元。通常情况下，灰岩、白云岩在TM741假彩色合成图像上显蓝色调，含炭板岩显暗灰色调，砂岩显浅黄色调。

5.4.1.2 成矿岩体信息

系指为岩浆型、斑岩型、矽卡岩型矿床形成提供成矿物质或有益组分的岩浆侵入体。由于成矿作用受侵入岩体性质、围岩性质、构造活动等多因素控制，所形成的矿产种类不尽相同。因此，在对成矿岩体信息进行解译提取过程中，仍应结合不同调查区的实际情况，采用从已知到未知的对比分析方法，建立不同成矿岩体遥感信息影像模式，指导成矿母岩体信息的解译提取。

一般情况下，岩浆型铜镍矿或铜矿与基性-超基性岩体有关，常沿深大断裂分布。在TM741合成图像上，多以天蓝色色团、色块标志显示［图5.13(a)］;中酸性岩体与斑岩型铜矿、热液型多金属矿有生成关系，岩体规模不等，呈岩基(深成型)、岩株(浅成型)状产出，在TM743合成图像上以灰黑色色彩显示［图5.13(b)］，形态完整。另外，可采用遥感蚀变信息异常提取技术或结合物探能谱异常，提取钾长花岗岩体的分布范围，为寻找金矿或与其有关的其他矿床类型提供条件;而对于与矽卡岩型矿产有关的中酸性成矿岩体，应通过岩体与围岩空间结构的分析，利用特征色调、形态、影纹结构等标志解译圈定岩体、碳酸岩盐以及凝灰岩等围岩条件。

5.4.1.3 导矿构造信息

系指为成矿作用提供有利空间的构造条件。它的作用主要表现在导矿和诱发再生矿源层的形成这两方面，尤其是后者常伴随深大断裂形成而产生，位于深大断裂两侧。结合板块构造找矿理论，遥感对导矿构造特别是对深大断裂(板块缝合线)和韧性剪切带两种导矿构造有较好的显示。

(1)深大断裂(板块缝合线)

从成矿理论上讲，导矿构造只能起到为矿液迁移提供活动通道的作用，但实际应用结果表明，除上述作用外，形成构造场效应是导矿构造的另一成矿作用特征，主要表现出再生矿源层的形成和对成矿作用范围的限定。分析认为，沿深大断裂上升活动的含矿热液流体，受上下盘岩层物理化学性质控制可以产生迁移渗润滞留或扩散滞留现象，促使或诱发原本贫化的背景岩石矿化度增高，形成再生矿源层。这点可利用构造地球化学异常带的存在加以佐证。由于受含矿热液流体自身的温度、压力、浓度、容量等多因素控制，其纵向迁移与横向扩散距离是有限的，它应伴随温度、压力的降低而终止。也就是说，在有限迁移距离或范围内存在矿源层，并发育控容矿构造，成型矿床生成的可能性极大(层控型)，否则即使有矿源层、控容矿构造存在，矿床生成的可能性也极小。所以，解译圈定深大断裂构造是寻找大、特大型矿床的必要条件。该种构造切割深、规模大，具有跨越区域性特征，在遥感图像上，显示出的线性影像带规模宏伟，负地形、河流、沟谷等组合标志发育，断裂两侧岩石单元特征、影纹结构特征、地形地貌特征差异明显(图5.27)。

图5.27 导矿构造影像

另外，也可以通过构造混杂岩、超铁镁质岩的解译，间接判定深大断裂的存在。

(2)韧性剪切带构造

韧性剪切带是剪切应力作用的变形产物。它是金矿化形成的有利构造。由于其从韧性到脆性变形过程中，有利硅质组分析出，为后期剪切变形作用叠加与有益成矿组分活化提供了构造环境和成矿场所。因其特定的变形结果所产生的空间结构特征，导致岩石的抗物理化学风化作用和剥蚀程度相对均一，因此在遥感图像上展示出的菱块状带体结构(图5.21)、平滑垄岗地形等影像特征是韧性剪切带解译提取的重要标志。

5.4.2 容矿构造信息

系指发育在矿源层、成矿母岩体之内，并为矿液沉淀、富积和矿化体赋存提供储存空间的构造。具体包括褶皱构造和容矿断裂构造两种信息。

5.4.2.1 褶皱构造信息

褶皱构造核部或转折端部位形成的构造虚脱空间是矿体赋存的有利构造场所。另外，也包括褶皱翼部控制的含矿层。解译中，主要根据遥感图像显示出性质不同影像岩石单元的对称分布、圈闭、褶曲等影像特征存在加以判定。但并非褶皱构造的核部和转折端均能有矿产生成，这主要取决于组成褶皱构造的地层(岩层)是否具有矿源层性质或具有提供热液活动的成矿岩体存在。

5.4.2.2 次级断裂构造信息

以新疆地区为例，次级断裂构造指发育在矿源层、成矿岩体之内的次级断裂。它是矿体赋存的有利构造场所。按其几何形态体特征划分为线带形、交叉形、透镜形、入字形、菱线形、环形、环线形、环放形和复菱形九种影像标志:

(1)线带形

以单线、带状影像体分别反映断裂和破碎带等容矿构造的存在。

(2)交叉形

以两组相互垂直或斜交的线性体(带)反映容矿断裂的存在。

(3)透镜形

以透镜状影像体反映挤压断裂的存在。

(4)入字形

以两条线性影像斜交复合反映容矿构造的空间组合关系。

(5)菱线形

以菱形影像体与线性影像体的空间复合关系反映容矿断裂的存在。

(6)环形

以色调环或线性环(单环、同心环、内外切环)影像形式反映环形构造的存在。

(7)环线形

以环形影像体与线性影像体的空间复合关系反映环形构造和断裂构造的存在。

(8)环放形

以环形影像体与放射状线性影像体的空间复合关系反映环形构造、断裂构造的存在。

(9)复菱形

以复菱形带体影像反映韧性剪切带构造的存在。

因此，容矿断裂构造信息特征可根据不同地区特点，总结具特定特征的信息。

5.4.3 遥感异常信息提取

目前，针对遥感异常信息提取主要采取目视解译和计算机自动提取两种方法进行。

5.4.3.1 目视解译提取

系指以遥感图像为解译平台，利用遥感解译标志，通过目视解译直接提取与矿化有关的蚀变信息异常。该类信息异常在空间分布位置上与矿源层、成矿母岩体、容矿构造密切共生，其影像特征多以色调异常和形态特征显示。应用结果表明，多光谱遥感图像对与硫化物有关的氧化带、矿化体和与金矿有关的石英脉、硅化体(带)有较好的解译效果。

(1)与硫化物有关的矿化信息异常

特征的色彩异常信息，如彩红外航片上显示的浅黄、黄色、灰白色彩是提取与硫化物有关矿化现象存在的指示标志。它是由硫化矿体经氧化所形成的铁帽或氧化带而引起。多发育在矿源层、成矿岩体内的断裂破碎带中，呈透镜状、团块状等形态分布。对于铁帽信息的提取，可通过TM5/TM2、TM7/TM1、TM4/TM3比值合成图像中显示出的青绿色调来实现。

(2)与金矿有关的矿化异常信息

透镜状、蠕虫状白色色调异常信息是蚀变剪切型金矿信息提取的指示标志。它是由含金硅化带、石英脉所引起，多出露于韧性剪切带、破碎带内，以条带状、短线状形态特征显示。

以灰黑色信息异常为地质背景间夹的浅黄、白色色调异常是穆龙套型金矿有关矿化体信息提取的指示标志。它是由发育在黑色含炭岩系之内的含金石英脉、含矿破碎带所引起，条带状形态特征明显。

5.4.3.2 计算机自动提取

系指利用计算机技术从遥感数据中提取与矿化有关的遥感异常信息，为找矿靶区圈定服务。

(1)遥感异常信息提取的波谱基础

主要利用蚀变岩石中含有的Fe²⁺、Fe³⁺离子或者OH^－、CO^2－₃离子，以及电子跃迁、振动过程产生的明显特征谱带规律，提取与矿化蚀变有关的异常信息。

(2)围岩蚀变信息提取的地质依据

成矿作用过程中经常伴随有围岩蚀变现象。岩石中常见的蚀变类型有:绿泥石化、绢云母化、高岭土化、褐铁矿化等，它们均含有Fe²⁺、Fe³⁺离子或者OH^－、CO^2－₃离子。由这些基团构成的岩石矿物与硅、铝、镁和氧形成的主要造岩矿物在0.45～2.35μm谱段上存在有明显的特征谱带，其中，铁化和泥化是蚀变信息提取的主要目标。一般认为，铁化(褐铁矿化)具有独特的颜色(褐红色、黄褐色)，在波谱曲线上有两个明显的吸收带，第一个吸收带位于0.4～0.5μm处，第二个吸收带位于0.8～1.0μm处;在0.63～0.69μm附近反射率相对较高;与热液作用有关的泥化蚀变如高岭土化、绿泥石化、绿帘石化、绢云母化、碳酸盐化等在2.08～2.35μm附近有一个较强的光谱吸收带;在1.55～1.75μm附近反射率较高。选择与蚀变特征波谱段相对应的最佳波段图像，通过组合增强处理，可圈定出蚀变异常的范围和强度，而围岩蚀变异常的范围与强度常常与矿床的规模及矿化强度相关。因此，蚀变异常信息的提取可为地质找矿提供重要依据。

(3)遥感异常信息提取方法及步骤

目前，基于遥感图像光谱特征的蚀变信息提取方法较多，如比值分析、主成分分析(克罗斯塔技术)、彩色空间变换、光谱角技术等，但最基本的主要为前两种，即比值分析和主成分分析。

1)信息增强处理提取方法。

a.波段比值法。或叫比值增强，是增强不同岩石、土壤之间的差别，研究地物类型及分布的最简便、最常用的方法。一种地物或岩石在两个波段上波谱辐射量的差别，常常也被称为波谱曲线的坡度。不同地物在同一段曲线上坡度有大有小，有正有负。比值法在增强不同地物或岩性之间这种“坡度”微小差别的同时，还会消除或减弱地形信息和亮度(反照率)的差别。在植被分布较少的基岩裸露地区，比值分析技术可增强热液蚀变典型矿物的光谱响应，是圈定可能与成矿围岩蚀变矿物分布有关的遥感异常的常用方法。例如，利用TM多波段遥感数据的比值能提取的热液蚀变矿物类型主要有:

用TM3/TM1、TM3/TM4、TM5/TM4等提取由铁的氧化物和硫酸盐，包括褐铁矿、黄铁矿［图5.28(a)］、黄钾铁钒等引起的蚀变异常。

用TM5/TM7、TM5/TM4、TM7/TM4提取由羟基矿物，包括黏土矿物［图5.28(b)］、云母及水合硫酸盐矿物(石膏和明矾石)等引起的蚀变异常。

图5.28 比值方法提取蚀变信息

b.主成分分析。又称克罗斯塔技术(面向特征的主成分选择分析方法)，在数学上常称为KL变换，它是在统计特征基础上的多维(如多波段)正交线性变换。主组分变换的目的就是要把原来多个波段中的有用信息集中到数目尽可能少的新的组分图像中，并使这些组分图像之间互不相关，即各自包含不同的地物信息，并大大减少总的数据量。通过分析主成分分析后获得的特征向量值，可判别包含特定物质光谱信息的主分量图像及每个原始波段对感兴趣物质的光谱响应的贡献，并可根据特征向量的大小和符号，确定特定物质在主成分图像中的像元分布特征。

利用TM数据，根据热液蚀变矿物的光谱特征与对应TM谱段的响应贡献，进行一系列的组合与变换，可提取不同的遥感蚀变信息。例如，既可以选择6个TM波段，又可以选择4个TM波段进行主成分分析。选择4个TM波段进行主成分变换，提取遥感异常的依据是热液蚀变有关矿物的光谱特征和相应波段图像的响应贡献。采用TM1、TM3、TM4和TM5波段进行主成分变换，可以增强含Fe²⁺、Fe³⁺等蚀变矿物信息［图5.29(a)］;采用TM1、TM4、TM5和TM7波段进行主成分变换，可以增强含OH^－、CO^2－₃等蚀变矿物信息［图5.29(b)］。大量研究表明，在进行6个波段主成分变换后，用PC4图像可识别和提取由羟基矿物产生的遥感异常;用PC5、PC6图像可识别和提取由铁氧化物产生的遥感异常，即可以通过对PC4、PC5和PC6图像的量化、分割和叠加，获取遥感异常信息。

图5.29 克罗斯塔技术提取蚀变信息

a.监督主成分分析法。利用已知矿田、矿床或矿化蚀变区带建立的特征向量矩阵对矿田、矿床或矿化蚀变区带外围的遥感数据进行主成分分析，增强与已知矿田、矿床或矿化蚀变区带相类似的矿化蚀变信息［图5.30(a)、(b)］。

图5.30 监督主成分分析法提取矿化蚀变信息对比

b.特定主成分析方法。根据铁氧化物矿物和植被的光谱特征，TM3/TM1和TM4/TM3进行主成分变换，变换后特征向量符号相反的主分量增强了含铁氧化物矿物的矿化蚀变信息，对该图像进行量化分割，提取褐铁矿化蚀变带［图5.31(a)］;对波段比值TM4/TM3和TM5/TM7进行主成分变换，变换后特征向量符号相反的主分量增强了黏土类蚀变信息［图5.31(b)］，量化分割该图像，提取与蚀变有关的信息。在特定条件下，对不同比值组合进行主成分分析，可增强与提取一些特定的蚀变矿物信息，具体波段比值组合见表5.1。

图5.31 特定主成分分析方法提取矿化蚀变信息

2)遥感异常信息强化处理利用遥感的光谱信息提取的由多种蚀变矿物集合体引起的矿化、蚀变信息，通常是在增强图像的基础上，使用统计方法和光谱角方法来实现的。

a.统计方法。通常是根据不同地区的特点，采用增强图像的均值加(减)几倍标准差的方法，从高到低确定图像分割的阈值，按实际需要进行分割，提取矿化蚀变信息(图5.32)。

b.光谱角方法。利用已知矿田、矿床、矿化蚀变区带或波谱库中的特征波谱向量与多波段数据的每个图像像元向量进行向量夹角分析，衡量二者波形的形似性，可根据用户给定的夹角阈值，直接提取与已知矿田、矿床或矿化蚀变区带相类似的矿化蚀变信息。

对于TM(ETM⁺)数据源，通常采用TM(ETM⁺)1、3、4、5波段组合提取含Fe²⁺、Fe³⁺等蚀变矿物的矿化蚀变信息［图5.33(a)］;用TM(ETM⁺)1、4、5、7波段组合提取含OH^－、CO^2－₃等蚀变矿物的矿化蚀变信息［图5.33(b)］;用TM(ETM⁺)1、2、3、4、5、7波段组合提取混合矿物引起的矿化蚀变信息。

图5.32 矿化蚀变信息异常强化处理结果

图5.33 矿化蚀变信息强化处理结果

在矿化蚀变信息提取中，应注意下列因素的影响:

环境因素:大气散射、植被、阴影、水体(河、湖、湿地)、冰雪体、云和云影。

地质因素:黄土、沙漠、坡积、洪积、冲积、湖积层及红层等。

数据质量:遥感蚀变异常提取工作对遥感数据质量要求严格，因此，在进行异常提取工作的初始阶段，必须对要使用的多波段数据进行严格的筛选。为了更多地获得与矿化蚀变有关的信息，一般要求数据的时相尽可能地选择在植被发育不好、冰雪覆盖较少的季节，同时要求数据获取期间，该区域的天空云量较少。

3)遥感异常信息的基本特征。

a.用遥感数据提取的蚀变异常，通常均为多种蚀变矿物的集合体引起。蚀变异常点通常与像元点对应。

b.异常的背景值一般由统计方法确定。为了减少主观任意性，并使操作较为规范化，应对异常进行分级，获得分级异常图。异常强度分级通常采用均值加n倍标准离差的方法确定，n值一般取在2.5～3左右，从高到低分为3或4级，最高一级异常总面积仅约在5‰之内。或者根据实际工作区的特点，利用随异常图一起提供的数据文件，按实际需要进行分割。

c.异常由若干紧密相邻的异常点阵群构成。异常点阵群中，点与点之间为无缝连接，各点异常强度可以不相同。

d.在异常图上，各异常之间可能是背景值区，也可能是没有经过异常提取的空白地带。空白区通常是在异常提取过程中，为了剔除干扰而采取的掩模处理造成的。其识别标志是，上述空白区往往是山体阴影、云和云影、水体(河、湖、冰雪)、植被、沼泽、白泥地等的分布地带。由于空白地带没有进行异常提取，因此，在检查、评价异常或利用异常进行矿床预测时，应分清异常之间的不连续现象是与自然背景有关，还是由于人为掩模处理造成的，绝不能将空白区简单地视为背景值区。

需要指出的是，由于引起异常的物理基础(主要因素)为铁离子、羟基等的电子跃迁和振动过程，因此，遥感异常并不完全代表热液蚀变岩石。遥感异常具有多解性，表生沉积物中的石膏、芒硝、高岭土、黏土、碳酸盐、硼砂、褐铁矿、针铁矿等，均可以引起异常。因此，对遥感异常的内涵认识，还有待于实际应用中的知识积累和深化研究。

4)遥感异常信息筛选。为了便于地质人员方便地使用遥感异常图，从中应对异常进行筛选(俗称打包)。即通过异常间的相互验证和比选，利用人工包络线将若干空间位置紧密相连或成矿地质背景相近的遥感异常圈定在一起，组成遥感异常包。异常包中可以是一个单独的遥感异常点，也可以是多个性质完全不同的异常区或异常带。异常筛选的目的是，结合异常提取者在异常提取过程中对整景图像的认识，划分异常野外检查工作时遥感异常的优先检查级别(图5.34);同时，对由表生沉积物或特定岩性，如红层、碳酸盐岩层引起的假蚀变异常进行人工剔除，缩小异常野外检查工作量。在每一张遥感异常图上，均附有一张遥感异常优先检查点位坐标推荐表，在进行野外异常检查时，可以利用表中提供的数据，在全球定位仪(GPS)引导下，较准确地进入异常点，进行异常查证工作。

一般而言，遥感异常的筛选具有如下优先级:

a.两种或两种以上方法提取出的异常能够相互验证者，优先推荐和打包。

b.利用光谱角方法，以典型矿区或矿体为感兴趣区，对羟基遥感异常或铁染遥感异常进行筛选，得到验证者优先推荐和打包。

c.将遥感异常与传统遥感方法所确定的“线带环色块”异常区进行相互比选，相互验证者优先推荐和打包。

d.异常点点位高程较低，交通比较方便且比较容易到达，点附近异常相对较强，预期可以直接在该点附近见到蚀变现象的，优先推荐。

图5.34 遥感异常信息综合图像

在遥感异常图上，除了被筛选过(打包过)的异常外，还有相当数量的遥感异常点、异常带或异常区，这些异常的找矿意义与异常包中的异常是完全相当的。之所以这些异常没有被优先推荐，除了对异常的认识水平还比较肤浅以及制图原因外，还与蚀变岩石异常被区域异常掩盖、蚀变体的出露面积较小、蚀变体次生分散范围有限以及异常筛选者的研究水平有关。在野外检查和异常评价工作中，不应忽视那些未被圈定的遥感异常点、异常带或异常区的存在和价值。