Terra Spec波谱仪在西藏多不杂斑岩铜矿区蚀变信息研究中的应用

代晶晶，王瑞江，曲晓明，辛洪波

(1．中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083;2．中国地质科学院矿产资源研究所国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037)

0 引言

矿物光谱测量技术是近年来发展起来并逐步成熟的一种应用于矿物光谱测量的遥感技术［1］。目前，技术上可行并广为应用的高光谱技术可探测300～2 500 nm波长范围内的含水矿物、含氢氧根矿物以及硫酸盐和碳酸盐矿物的吸收特征，通过对这些特殊吸收特征的研究，可实现对与成矿作用密切相关的蚀变矿物的识别，进而建立蚀变分带模型［2－7］;并且基于蚀变分带模型与金属品位等信息的相关分析，可指导地质找矿勘查工作［8－13］。目前，矿物波谱测量技术已在中温和浅成低温热液金矿床、块状硫化物矿床、沉积岩为主岩的金和铜矿床、侵入岩为主岩的金属矿床和蒸发盐矿床等各种类型矿床的勘探中发挥了直接或间接的作用［14－17］。已有研究使用的波谱测量仪器主要为澳大利亚便携式短波红外光谱矿物测量仪(portable infrared mineral analyzer，PIMA)，其工作波长范围为1 300 ～2 500 nm;本文使用的波谱测量仪器为美国TerraSpec便携式地物波谱仪，它与澳大利亚PIMA波谱仪的性能大体相当，但探测的波谱范围更宽(为350～2 500 nm)，同时适用于识别可见光波谱范围内的一些矿物信息(如铁染等蚀变异常信息)。

西藏改则县多不杂矿区近年来在班公湖—怒江成矿带发现的大型斑岩铜矿区，很多地质工作者对多不杂斑岩铜矿床的地球化学特征、流体包裹体、地质特征及遥感蚀变信息提取等进行了相关研究［18－23］。本文在前人研究的基础上，使用美国TerraSpec波谱仪对多不杂矿区野外浅井及探槽样品进行波谱测试，同时对岩石矿物成分进行镜下鉴定，通过对镜下鉴定结果及岩石波谱等地学资料的综合分析，探讨多不杂矿区蚀变特征;通过采样样品实测波谱特征与其在ASTER图像中的波谱特征的对比分析，提取出与成矿相关性最为密切的绢英岩化信息，对今后在多不杂地区进一步开展遥感找矿研究具有一定的借鉴意义。

1 多不杂矿区地质概况

西藏改则县多龙铜多金属矿集区的构造位置处于班公湖—怒江缝合带北侧、羌塘地块的南缘［24］(图1)。该矿区是新近发现的具有超大型远景的典型富金斑岩铜矿床［18－19］，是与浅成斑岩体侵入有关的高温岩浆热液型矿床［20］。

多龙铜多金属矿集区包括多不杂、波龙、拿顿、拿若、色那、铁格龙、塞角和尕尔勤等8个矿区，其中，多不杂与波龙2处的铜储量已达到超大型矿床的规模。

多不杂矿床出露的地层主要有下侏罗统曲色组(J1q)、下白垩统美日切组(K1m)和新近系中新统康托组(N1k)，地表多有第四系残坡积层覆盖(图2)。

图2 多不杂矿区地质简图Fig．2 Geological sketch map of the Duobuza deposit

下侏罗统曲色组(J1q)主要为浅变质泥质砂岩—粉砂岩夹薄层泥质岩，上部发育玄武安山岩和火山角砾岩，为多不杂矿床分布最广的地层;玄武安山岩主要分布于多不杂矿床西侧，火山角砾岩主要分布于多不杂矿床南部。下白垩统美日切组(K1m)为一套以紫红色英安岩为主的火山岩地层。中新统康托组(N1k)为棕红色粘土及砂砾石层［21］。区域侵入岩主要为花岗闪长斑岩和辉绿岩;火山岩主要为火山角砾岩和安山岩;其中多不杂矿区与波龙矿区的含矿斑岩均为花岗闪长斑岩。成矿时代为燕山期，成矿构造环境为碰撞后的区域性“隆升”构造环境。矿区内的矿化主要有孔雀石化、蓝铜矿化、黄铜矿化、黄铁矿化、锰矿化、辉铜矿化和褐铁矿化。蚀变主要为硅化、绢云母化、钾长石英化，斜长石化、绿泥石化和绿帘石化等［24］。

2 波谱测试仪器及数据源

2．1 Terra Spec便携式地物波谱仪

Terra Spec便携式地物波谱仪的特点主要有:①实时测量并观察光谱曲线;②高信噪比，高可靠性，高重复性;③自带照明光源，光谱测量不受外界环境影响，可在矿井下操作;④重量轻，可使用电池、汽车点烟器或者市电供电。该仪器的探测波长范围为350～2 500 nm，波长精度为±1 nm，光谱采样间隔在350～1 050nm谱段为1．4 nm、在1 000～2 500 nm谱段为2 nm，光谱分辨率在700 nm处为3 nm、在1 400 nm处为6 nm、在2 150 nm处为7 nm。该仪器可以用于识别含羟基的硅酸盐矿物(绿帘石、绿泥石、闪石、叶腊石、黄玉、明矾石、地开石、高岭石、硬水铝石、白云母、蒙脱石、伊利石等)，硫酸盐矿物(明矾石、黄铁钾矾、石膏等)和碳酸盐矿物(方解石、白云石等)。

2．2 ASTER 图像

ASTER是Terra卫星搭载的高级热发射和反射辐射仪，设置有14个波段。其中在波长0．52～0．86μm范围有3个可见光—近红外(VNIR)波段，在波长1．6 ～2．43 μm范围有6个短波红外(SWIR)波段，可同时用于观测太阳反射辐射值，它们的空间分辨率分别为15m和30m;另外在波长8．125～11．65μm范围有5个热红外(TIR)波段，可用于观测地表的发射辐射值，空间分辨率为90 m。ASTER图像的6个短波红外波段可用于对特定矿物的识别，其中第5—9波段主要用来识别层状硅酸盐矿物以及碳酸岩矿物在2．1～2．4μm谱段的典型的吸收特征。

3 波谱测试结果及分析

多不杂矿区地表露头较为有限，给野外采样工作带来了一定的困难，故本文地表采样位置主要位于目前已有的平硐、探槽和浅井，只有少部分样品采于露头。在多不杂地表共采集样品41件。并对每件样品进行了镜下分析及波谱测试，其中镜下分析的主要目的是获取岩石定名及矿物信息，波谱测试则是为了获取岩石的光谱曲线。波谱测试时，每个样品针对岩石的不同位置测量3个数据，对获取的光谱曲线一般进行“去连续统(continuum removal)”处理，以去除背景对波谱的影响;最后将得到的波谱曲线与美国USGS波谱库中的典型矿物波谱曲线进行对比，确定蚀变矿物的种类及特征。对测量结果进行了归类，蚀变信息主要包括绿帘石化和绢云母化;地表矿化信息主要包括孔雀石化、蓝铜矿化和褐铁矿化信息(表1)。

表1 多不杂矿区主要蚀变及矿化信息波谱特征Tab．1 Spectral characteristics of alteration and mineralization of Duobuza deposit

4 样品实测波谱与ASTER图像波谱对比

首先对ASTER图像进行预处理，主要包括波段串扰去除、大气校正和几何纠正等(其中波段串扰去除主要采用CROSSTALK3软件，大气校正采用ENVI软件中的FLAASH模块);然后对ASTER数据进行波段彩色合成及增强处理，结果表明ASTER4(R)，6(G)，8(B)假彩色合成图像比较有利于解译，并将采样点的位置标注到图像上(图3)。

图 3 ASTER4(R)，6(G)，8(B)假彩色合成图像及采样点分布图Fig．3 ASTER4(R)，6(G)，8(B)composition image and sample distribution on the image

针对Terra Spec波谱仪测量获取的具不同蚀变特征的波谱，按照ASTER波段设置对其进行波谱重采样，并将得到的波谱与ASTER图像波谱进行对比(图4)。

图4 图像波谱与重采样实测波谱对比Fig．4 Comparison between the spectrum of ASTER image and measurement spectrum after resampling

对比结果表明，实测波谱与ASTER数据图像波谱具有良好的一致性，如DBZ－33样品为绿帘石化，具有第8波段的吸收特征;DBZ－26样品为绢英岩化，具有第6波段的吸收特征;DBZ－02由于为砂岩，基本无蚀变。但第7波段图像波谱比实测波谱偏高，可能是大气校正模型不够精确所致。

5 蚀变与成矿分析

前人研究结果表明，多不杂矿床由内向外发育有钾化、绢英岩化和青磐岩化。钾化主要发育于第一期花岗闪长斑岩出露区域;绢英岩化环绕钾化带发育，并叠加在钾化带之上;青磐岩化则在矿床西侧的玄武安山岩和南侧的火山角砾岩中呈团块状发育。多不杂地区发育有3期花岗斑岩，其中第一期花岗闪长斑岩为多不杂矿床的主要成矿斑岩［21］。本文对出露地表的2期花岗斑岩的样品进行了波谱测试，结果表明，与成矿相关的第一期花岗斑岩的蚀变较为严重，而与成矿作用无关的第三期花岗斑岩基本没有蚀变。具体分析如表2所示。

表2 两期花岗闪长斑岩的岩石及波谱特征对比Tab．2 Comparison between characteristics of the rock and spectrum of the two periods of granodiorite－porphyry

多不杂矿区地表蚀变类型主要为绢英岩化及绿帘石化蚀变，与成矿密切相关的蚀变为绢英岩化蚀变，且出露面积较大。根据对实测波谱及ASTER数据的分析，从矿区中间向外围绢英岩化蚀变强度逐渐降低;到矿区外围逐渐变为无蚀变的花岗闪长斑岩体，并分布有零星绿帘石化现象。根据实测波谱特征，基于ASTER数据，本文对与成矿相关的绢英岩化信息进行圈定(图5)，并建议所圈定的绢英岩化区域为今后矿产勘查的重点区域。绢英岩化信息的圈定主要运用光谱角填图(spectral angle mapping，SAM)算法，以实测的绢英岩化岩石波谱为参考波谱，对ASTER图像进行分类。运用SAM圈定绢英岩化区域的结果与地表绢英岩化岩石采样波谱测试结果的对比分析表明，两者具有较好的一致性。

图5 多不杂矿区绢英岩化分布图Fig．5 Phyllic alteration zone of the Duobuza deposit

6 结论

1)西藏多不杂矿区样品波谱测试结果表明，该矿区地表蚀变主要包括绢英岩化和绿帘石化，地表矿化主要包括孔雀石化、蓝铜矿化和褐铁矿化。经与镜下鉴定结果及美国USGS波谱库中的典型蚀变矿物波谱对比，表明Terra Spec波谱仪测试结果具有较高的可靠性。

2)通过对采样样品实测波谱与ASTER图像波谱的对比分析，表明两者具有良好的一致性，这一认识为基于图像波谱进行蚀变信息研究的准确性提供了依据。

3)通过对多不杂2期花岗闪长斑岩——成矿斑岩与不成矿斑岩的波谱对比分析，得出成矿斑岩的绢英岩化蚀变比较强烈、而不成矿斑岩基本无蚀变的结论。这一认识与前人地质研究成果非常一致，为与成矿相关的蚀变斑岩的信息提取提供了思路。

4)基于实测绢英岩化岩石波谱及ASTER图像，运用光谱角填图算法对多不杂矿区与成矿相关最为密切的绢英岩化区域进行了圈定，并建议将绢英岩化区域作为今后矿产勘察重点区域。

5)由于受ASTER数据空间分辨率的限制，对勘查区域范围的精确确定还需要结合野外更加精细的地质资料进行判断;另外，由于ASTER大气校正还存在一定误差，故大气精校正对于蚀变信息提取的准确性至关重要。

6)Terra Spec波谱仪能够快速准确地识别与成矿相关的蚀变矿物，本文仅仅采用地表不连续采样样品进行波谱测试，对于地下岩芯的蚀变矿物并未进行研究，建议今后进一步对岩芯进行波谱测试，建立垂直方向的蚀变分带模型，为地质找矿工作提供更有力的依据。

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