西藏尕尔穷铜金矿多光谱遥感地质特征与外围找矿预测

张廷斌， 唐菊兴， 李志军， 易桂花,4， 别小娟， 吴华， 郭娜,4， 张志

(1.成都理工大学地球科学学院，成都 610059； 2.地学空间信息技术国土资源部重点实验室， 成都 610059； 3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037； 4.数学地质四川省重点实验室， 成都 610059； 5.西藏地质调查院，拉萨 650000)

0 引言

斑岩铜矿是当前国内外地质找矿的重点对象之一。在西藏已经划分了玉龙、冈底斯和班公湖-怒江等3条斑岩铜矿成矿带； 特别是近年来在冈底斯和班公湖-怒江成矿带(以下简称“班-怒成矿带”)取得了地质找矿的重大突破，遥感地质工作对斑岩型铜矿的成功发现和深入勘查起到了积极的作用[1-6]。尕尔穷铜金矿床是班-怒成矿带西段第一个达到详查程度的矿床[7-9]，该矿床位于西藏自治区阿里地区革吉县城西约33 km 处，大地构造位置位于狮泉河晚燕山期缝合带与冈底斯-念青唐古拉板片与南羌塘-三江复合板片缝合带西段构造单元的交汇处[10]。与该矿床东北部毗邻的嘎拉勒铜金矿、尕尔穷和嘎拉勒铜金矿的金资源量均已达到大型以上规模，是班-怒成矿带南缘十分重要的矽卡岩型铜金矿床[11]，并发现了成矿潜力较好的含矿斑岩。按照班公湖-怒江特提斯洋(以下简称“班-怒洋”)双冲模式[12-14]，如果把多龙铜金矿集区作为班-怒洋向北俯冲形成的岛弧型斑岩铜金矿的典型代表，那么尕尔穷和嘎拉勒等铜金矿床应该是班-怒洋向南俯冲碰撞的产物[7]，因此，在区内寻找斑岩铜矿的潜力巨大。

2009—2012年，中国地质科学院矿产资源研究所在尕尔穷矿区开展了面积约43 km2的地质填图(1∶1万)、水系沉积物地球化学测量(1∶5万)和岩石地球化学测量(1∶1万)[10-11]，但尕尔穷矿区外围尚存在大面积的大比例尺地面工作空白区。对尕尔穷铜金矿区及其外围开展遥感地质特征研究，将有助于深化对尕尔穷铜金矿及其外围的宏观性和综合性找矿认识。

鉴于上述背景，本文选取尕尔穷铜金矿区及外围约310 km2范围为研究区，以寻找斑岩型矿床为重点，利用ETM+多光谱遥感图像，开展了遥感线性构造、环形构造、铁帽和围岩分带的解译与遥感羟基异常和铁染异常信息的提取，推断了进一步找矿的重点区域，为斑岩型铜金矿的找矿预测提供依据。

1 研究区矿床地质特征

尕尔穷铜金矿区内出露的地层有白垩系则弄群多爱组碳酸盐岩、火山碎屑岩和第四系(图1)。碳酸盐岩类在矿区分布广泛，以灰岩和大理岩为主，是形成矽卡岩矿床有利的岩性条件[8]。

图1 尕尔穷铜金矿地质简图(修改自唐菊兴等[10]地质报告)

区内燕山晚期岩浆活动强烈，以中酸性侵入岩为主，分布较广。早期为闪长玢岩、石英闪长岩、花岗闪长岩和花岗闪长斑岩； 晚期为花岗斑岩及细晶岩。矿体主要位于以岩株方式产出的石英闪长岩和花岗斑岩的内外接触带上[9]。

矿区内发育NE向断层(F1和F2)及近SN向断层(F3)2组班公湖-怒江缝合带的次级构造。其中，NE向的F1 断层具有明显的张性特征，发育连续的构造角砾岩，并见褐铁矿化、赤铁矿化和孔雀石化，是Ⅲ号矿体的直接赋存部位[7，15]。

岩体接触带及围岩中发育有大理岩化、矽卡岩化、角岩化、绢云母化和硅化等蚀变，其中矽卡岩化和硅化蚀变与成矿关系密切[16]。

尕尔穷矿区的3个主矿体为隐伏-半隐伏矿体，其中I号矿体受石英闪长岩、花岗斑岩体和大理岩之间的接触带所控制； Ⅱ号矿体主要受石英闪长岩内的矽卡岩控制； Ⅲ号矿体则主要赋存于F1断层的构造角砾岩中[10]。

2 遥感数据源与数据处理

2.1 数据源选取

多光谱遥感图像由国际科学数据镜像网站(http: //www.gscloud.cn)提供。研究区涉及1景ETM+图像(景号为P145R037)，共获取了2001-10-20(太阳高度角42.19°)和2002-07-03(太阳高度角65.35°)2个时相的Level 1级别据。太阳高度角越大、地形阴影越少越有利于遥感蚀变信息的提取； 而一定程度的地形阴影又有助于地质构造的遥感解译。因此，本文选取太阳高度角较小的图像作为遥感矿产地质特征解译的基础图像(图2(a))，选取太阳高度角较大的图像作为遥感蚀变信息提取的目标图像(图2(b))。

(a) 2001-10-20(太阳高度角42.19°)(b) 2002-07-03(太阳高度角65.35°)

2.2 数据预处理

遥感图像的预处理主要包括辐射定标、大气校正、几何纠正和增强处理等。数据预处理的大部分方法为通用方法[5，17-18]，在此不再赘述。其中，对蚀变信息提取而言，大气校正是数据预处理中最为关键的步骤，本文采用ENVI图像处理软件中的FLAASH(fast line-of-fight atmospheric analysis of spectral hypercubes)大气校正模块进行了研究区ETM+图像的大气校正。云及其阴影、地形阴影、雪盖、河流、植被以及第四系等地物会对矿化蚀变信息提取结果造成一定的干扰，故在信息提取之前采用掩模运算的方法予以剔除。

2.3 解译内容与方法

遥感地质的解译内容以与找矿关系密切的线性构造、环形构造和由围岩蚀变引起的色调异常为主。本文在遥感数据预处理和图像增强的基础上，采用目视解译为主、人机交互解译为辅的方法进行遥感地质解译。

基于多光谱遥感数据提取矿化蚀变信息的方法主要有波段比值、主成分分析和光谱角分类等[18-21]，其中主成分分析法综合了ETM+图像多个波段的地物光谱特征，是本文矿化蚀变信息提取的主要方法； 基于异常主分量图像灰度统计值，采用“平均值+n倍标准差”法将异常分为3个级别[18]。

3 遥感地质特征分析

3.1 遥感地质解译

3.1.1 线性构造

研究区位于狮泉河断裂以北，构造具有多期性、多方向性特点。区内线性构造非常发育，按其展布方向大致可以分为NW-NNW向、NE-NNE向和近SN向3组，这3组方向的线性构造在区内大部分地区相互交割，关系复杂(图3)。

vb+tf+dol： 火山角砾岩、凝灰岩、白云岩； tf+ls+vb+ss+mb： 凝灰岩、灰岩、火山角砾岩、砂岩、大理岩； dol+ls： 白云岩、灰岩； mb+vb： 大理岩、火山角砾岩； tf+dol： 凝灰岩、白云岩； mb+vb+ls：

在2012年填绘的西藏自治区革吉县尕尔穷铜矿区1∶1万比例尺地质图中，仅有3条性质不明断裂[11]。本文在研究区共解译出80多条线性构造，仅在尕尔穷矿区范围内就有30余条，绝大多数为性质不明断裂； 线性构造的影像特征较明显，以直线状色调界面为主。其中，NE向的F1 断层是Ⅲ号矿体的直接赋存部位，从解译结果看，该断裂还可向NE方向延展，全长近3.3 km。在F1和F2断层之间还解译出1条NE向线性构造，有多处已知小型矿体沿该线性构造断续分布。该区NE向线性构造与班-怒带南缘的总体断裂构造方向一致，且尕尔穷和嘎拉勒的线性构造方向亦为NE向。此外，班-怒带北缘多龙矿集区的多不杂、波龙铜矿也在NE线性构造上。因此，推断NE向线性构造是区内重要的控矿、导矿构造。

3.1.2 环形构造

区内环形构造按构造组合可划分为5个环形构造系(图3)。

1)Ⅰ号环形构造系。位于研究区西北角，结构简单，由3层环形构造组成。第1层为小型环形构造，表现为“豆状”正地貌影像特征，发育有铁帽类蚀变(因规模较小，未能在图面上表达)，推断为岩浆侵入体； 第2层由2个相离、等大的环形构造组成； 第3层为一规模宏大的弧形构造。环形构造的内、外主要发育NE向和近SN向线性构造。

2)Ⅱ号环形构造系。位于尕尔穷矿区北部，由2组环形构造组成： ①近EW向展布的3个相切环形构造； ②NE向展布的多个相切、相交及同心状环形构造。该环形构造系内石英闪长玢岩最发育，闪长岩和花岗斑岩次之。环形构造系的周围线性构造发育，以NW，NNW，NE及近SN向线性构造为主，多条NW-NNW向线性构造切穿该环形构造系。

3)Ⅲ号环形构造系。位于Ⅱ号环形构造系西南部并与之毗邻。其结构相对简单，由2层环形构造组成，内层环形构造为一大、一小的2个相交环形构造，小环形构造具有铁帽类色要素； 外层为向西北开口的三分之二环形构造； 整体构成一同心状环形构造组合。该环形构造系被3条近于平行的NE向线性构造切割，此NE向构造与Ⅳ号环形构造系的NE向构造可能隶属于同一个断裂构造体系。环形构造系内外还发育NW和NNW向构造，这些构造是Ⅳ号环形构造系内NW向线性构造的延伸。内层环形构造的南部出露晚燕山期石英闪长岩(区内主要的成矿岩体)，外层环形构造的西部和东部分别出露晚燕山期闪长岩和闪长玢岩。

4)Ⅳ号环形构造系。位于尕尔穷矿区，3个已知矿体均位于此环形构造系内。该环形构造系主要由5层同心环形构造组成，自内而外： 第1层由2个相切的环形构造组成，在ETM+7(R)4(G)1(B)假彩色合成图像中呈褐红色“豆状”，显示正地形特征，直径约200 m，规模较小，可能为小岩株，南北被NE向线性构造所狭持； 第2层为一单环构造，影像上表现为环形的色调界线，在西北和东南部与2条NE向线性构造相切，在西南部与1条NW向线性构造相切，而F1断层则贯穿该环形构造并向东北、西南延伸至第3层和第4层环形构造终止； 第3层为一向西北方向开口的三分之二环形构造，北部发育一个与之相切的小型环形构造，东南部发育一个轴向NE的椭圆形构造，该椭圆形构造可能为岩浆侵入体，周围发育浅蓝色环带状青磐岩化蚀变带； 第4层环形构造规模较大，直径达4 600 m，推测与区域性岩浆侵入有关，在该环形构造的西南部解译出2个小型环形构造，均发育有铁氧化物蚀变矿物； 其北部为NE向线性构造向西南方向的延伸，2个小型环形构造同时又被一个NW向断层所分离； 第5层环形构造为半环形，位于西部地区。

总之，Ⅳ号环形构造系结构复杂，在各层环形构造系内外广泛发育燕山晚期各类中酸性侵入岩体(如第2层环形构造发育花岗闪长岩，第3层环形构造发育花岗闪长岩、闪长岩和石英闪长岩，第4层环形构造发育石英闪长岩、花岗闪长岩、花岗斑岩和石英闪长岩，第5层环形构造发育闪长玢岩和石英闪长岩)。Ⅳ号环形构造系复杂的环形结构代表了多期次的岩浆侵入活动(事件)。

5)Ⅴ号环形构造系。位于研究区西南的5700高地，由多个环形构造和弧形构造组成，由内而外可分为3层： 第1层由2个相切的小型环形构造组成； 第2层由一环形构造和弧形构造组成； 第3层为东部的2条弧形构造，内侧的弧形构造为弧形山脊，外侧的弧形构造表现为影像色调异常界面。该环形构造系内被多条近平行的NW向线性构造切割，此外还发育近SN和NE向等多组线性构造。查阅狮泉河幅1∶25万比例尺地质图可知，该环形构造系的西侧紧邻大面积出露的花岗闪长岩，推断该环形构造为隐伏中酸性岩体在遥感图像中的反映。

3.1.3 色调异常

色调异常是对矿床围岩蚀变信息目视解译的重要标志，在多光谱遥感图像中可解译的与斑岩-矽卡岩成矿系统相关的色要素主要有铁帽和角岩化等。其中，区内铁帽具有磁铁矿和赤铁矿共生的现象，上部以铁氧化物为主，下部为Cu-Au组合的异常或矿化[22]，是重要的地面找矿标志。

铁帽在Ⅰ号环形构造系东南的5100高地周围和Ⅲ号、Ⅳ号、Ⅴ号环形构造系的内外均有分布(图3)。其中Ⅲ号环形构造系内呈NW向展布的铁帽将Ⅲ号环形构造系和Ⅳ号环形构造系相连，推断Ⅲ号和Ⅳ号环形构造系可能隶属于同一个构造岩浆系统。角岩化在区内广泛发育，如Ⅰ号环形构造系及其周围发育大规模蓝色、深蓝色及蓝黑相间的特征影像色调(图2(a))，推断与区域性热变质作用有关。Ⅱ号、Ⅲ号和Ⅳ号环形构造系中角岩化的大面积分布，则暗示区域深部热液的存在。

3.1.4 围岩分带

围岩是斑岩铜矿成矿物质富集成矿的有利场所，张云国等[23]将对斑岩铜矿有利的围岩岩性分为2类： ①硅铝质岩。主要为中-酸性侵入岩或喷出岩、火山碎屑岩、泥质粉砂岩以及各种角砾岩等； ②碳酸盐岩(如石灰岩、白云岩及灰岩等)。在尕尔穷矿区出露的地层为白垩系多爱组，岩性以火山碎屑岩、大理岩和灰岩为主，矽卡岩型矿体为钙矽卡岩型铜矿； 在嘎拉勒矿区出露的地层为白垩系郎久组和捷嘎组，岩性分别为火山碎屑岩和灰岩、白云质大理岩，矽卡岩型矿体为镁矽卡岩型铜金矿。因此，围岩分带对于在矿床外围寻找“尕尔穷式”或“嘎拉勒式”矿床具有重要意义。根据遥感影像特征，将研究区划分为6个岩性带(图3)。这些岩性带在图像中的影纹结构虽然相似(均发育树枝状水系)，但影像色调及色调组合迥异(图2(b))。各岩性带的影像特征简述如下：

1)vb+tf+dol。岩性以火山角砾岩(含火山碎屑岩)、凝灰岩和白云岩为主，影像具蓝、紫或蓝紫色调，位于研究区西北部Ⅰ号环形构造系周围。

2)tf+ls+vb+ss+mb。该带岩性最为复杂，以凝灰岩、灰岩、火山角砾岩、砂岩和大理岩为主，位于Ⅱ号环形构造系及其北部和东部区域，色调以暗红色为主，间蓝绿色调。

3)dol+ls。以白云岩为主、灰岩次之； 区内白云岩是嘎拉勒铜金矿的赋矿围岩，具浅蓝、蓝紫或黄白色调。

4)mb+vb。以大理岩为主，火山角砾岩次之； 区内大理岩是尕尔穷铜金矿的赋矿围岩，位于Ⅵ号环形构造系周围，是一套蓝紫、暗红和黄白色调组合。

5)tf+dol。位于研究区西部，岩性以凝灰岩、白云岩为主，具浅蓝间黄白色调。

6)mb+vb+ls。位于研究区西南部Ⅴ号环形构造系周围，以大理岩、火山角砾岩、灰岩为主，具粉红色调，局部间黄白色调。

3.2 遥感矿化蚀变信息提取

遥感矿化蚀变信息是基于遥感信息的物理机制和岩石矿物的光谱特征、从遥感图像中提取的与围岩蚀变矿物有关的遥感找矿信息。区内地表发育的褐铁矿化、赤铁矿化和绢云母化等蚀变矿物及其组合是斑岩-矽卡岩型矿床的重要找矿标志。利用遥感数据提取的铁染异常主要反映了含Fe3+矿物的可能分布范围； 提取的羟基异常则代表了绿泥石化、高岭土化和绢云母化等矿物及矿物组合的可能分布范围。遥感矿化蚀变异常为区域找矿预测提供了重要的地表矿化线索。2种矿化蚀变异常的遥感特征简述如下：

1)铁染异常。主要呈片状、点簇状分布在Ⅲ号、Ⅳ号和Ⅴ号环形构造系内外及其结合带部位(图4(a))，与遥感解译的铁帽类色要素异常空间位置较为对应，异常分带特征较为明显。此外，在申格藏布的西南处和5100高地周围也有异常浓集中心明显的片状铁染异常分布，Ⅰ号和Ⅱ号环形构造系内外铁染异常呈稀疏散点状分布。

2)羟基异常。主体以三级异常为主，在5个环形构造系内外均有分布(图4(b))，其中在Ⅱ号和Ⅴ号环形构造系内分布较多，在其他环形构造系上则呈稀疏散点状分布。

(a) 铁染异常(b) 羟基异常

4 找矿预测

矿床成因的科学厘定对找矿方向的确定具有重要的指导意义。如西藏甲玛铜矿，经历了从喷流沉积型[24-25]到斑岩-矽卡岩型[26-29]的认识过程，2007年以来，以斑岩-矽卡岩型铜多金属矿床的成矿系列理论指导找矿勘查，为区域找矿指明了方向，取得了重大的找矿突破[26，29]。

在尕尔穷矿床中目前发现的矿体分为2种类型： ①接触交代矽卡岩型，如Ⅰ号矿体和Ⅱ号矿体； ②构造角砾岩型(构造破碎带型)，如Ⅲ号矿体。已发现的矿体与花岗斑岩存在密切的成生联系，如矽卡岩型铜金矿体位于斑岩的内外接触带，是铜(金)的主要赋存部位(Ⅰ号、Ⅱ号矽卡岩型矿体)； 斑岩成矿体系边缘发育的断层则为金的富集提供了运移通道和赋存空间，形成Ⅲ号角砾岩型矿体[7]。此外，区内灰岩中常见花岗斑岩脉，推断是由于各方向线性构造和裂隙发育造成的，可能为深部隐伏斑岩沿构造裂隙上侵的结果。而最近的野外调查发现，矿床外围的花岗斑岩和闪长玢岩略具斑岩铜矿的蚀变分带特征[30]； 因此，尕尔穷铜矿可能具有统一的斑岩-矽卡岩成矿系统，目前已发现的尕尔穷、嘎拉勒主矿体可能为该成矿系统外围的矽卡岩型矿体。

以上分析表明，今后在尕尔穷矿床深部及外围的找矿勘查工作，应以斑岩-矽卡岩型铜多金属矿床的成矿系列理论为指导。基于遥感研究成果，提出以下找矿方向：

1)Ⅰ号环形构造系。位于下白垩统多爱组、托称组碳酸盐岩、碎屑岩地层上，地层因受热变质在遥感影像上呈现大面积的蓝色、淡蓝色色调异常(图2(a))，暗示了深部热源的存在； 在环形构造系内外发育有点簇状遥感蚀变异常，特别是在第2层环形构造东南部的环形构造部位提取的铁染和羟基异常与目视解译的铁帽类异常吻合，该部位具一定找矿潜力。

2)Ⅱ号环形构造系。在环形构造系外围略具放射状线性构造，线性构造发育； 各类遥感异常分布较多，尤以三级羟基异常最发育(图4(b))。其西北部发育Au元素水系沉积物异常，西部发育Cu元素水系沉积物异常，2种元素异常浓度分带特征明显(图3)。在环形构造系内出露花岗斑岩和闪长玢岩岩体，经地面调查发现闪长玢岩岩体具钾化→绢云母化、硅化、褐铁矿矿化→绿帘石化+绿泥石化→绿泥石化分带现象[30]； 花岗斑岩和闪长玢岩具斑岩型铜矿成矿潜力。花岗斑岩和闪长玢岩接触带上发育矽卡岩，具孔雀石化、蓝铜矿化和褐铁矿化等，因此该接触带具有矽卡岩型矿体的找矿潜力。

3)Ⅲ号环形构造系。该环形构造系东南部以发育铁染异常为主，异常分布范围与展布方向与目视解译的铁帽类色要素较吻合； 蚀变外围出露晚燕山期石英闪长岩主成矿岩体，岩体外围发育大理岩围岩； 在环形构造系东部和西部各发育一处Cu元素异常，且东部异常分布范围较大(图3)。该环形构造系岩体隆起部位及内外接触带具斑岩-矽卡岩型铜(金)矿找矿潜力。

4)Ⅳ号环形构造系。该环形构造系第4和第5层环形构造西部和西南部，发育点簇状铁染异常和羟基异常，与铁帽类色要素较吻合。1∶5万比例尺水系沉积物测量显示，该环形构造系内Cu，Au，Hg和As元素异常非常发育，各元素异常具环带状浓度分带特征且空间上相互叠置，元素富集趋势明显； 其中Cu和Au异常具有强度大、分布范围广的特点(图3)。在Ⅰ号矿体的钻孔中发现花岗斑岩，局部具矿化显示，且在深部体现出从东北方向侵位的特点； Cu和Au异常中心位于第1，2层环形构造及其西部(图3)。经综合分析认为，该环形构造系的第1层和第2层环形构造可能为斑岩中心所在，斑岩型矿床的找矿潜力巨大。在F1断层的西南部位发现破碎带型矿体，且F1断层在区域上仍向东北方向穿过第1层和第2层环形构造并延伸约3.3 km，在其东北延伸方向上仍具破碎带型矿体的找矿潜力。环形构造系内发育多组近平行的NE向线性构造，在这组构造中线状展布的遥感异常和铁帽处亦具破碎带型矿体的找矿潜力。该环形构造系内发育的矽卡岩则具有进一步寻找寻矽卡岩型矿体的潜力。

5)Ⅴ号环形构造系。该环形构造系地处下白垩统捷嘎组、多爱组和朗久组交接部位，碳酸盐岩和碎屑岩构成了有利的围岩地层，环形构造系内各遥感异常发育。第1层的2个小型环形构造为斑岩型矿床的有利找矿部位，外围各层环形构造发育的矽卡岩处则具矽卡岩型矿床的找矿潜力。目前该区的大比例尺地面勘查工作尚未涉及。

5 结论

1)多光谱遥感研究结果表明，尕尔穷铜金矿床及外围线性构造、环形构造和各类矿化蚀变信息发育； 燕山晚期各类中酸性岩体在多个环形构造系统内外广泛出露，反映区内曾经历了多期次的构造-岩浆活动。

2)已发现的尕尔穷主矿体位于Ⅳ号环形构造系的第3层和第4层环形构造之间，推断为斑岩-矽卡岩型成矿系统的外围矿体； 该环形构造系的第1层和第2层环形构造可能是成矿斑岩中心所在； 解译的环形构造系统为寻找隐伏岩体、特别是成矿斑岩的定位提供了遥感依据。

3)F1断层向东北方向穿过Ⅳ号环形构造系第1层和第2层环形构造，即通过了遥感推断的成矿斑岩中心，故在其东北延伸方向上仍具重大找矿潜力； Ⅳ号环形构造系中解译的多组近平行NE向线性构造亦是下一步找矿工作的重点部位。对已知矿床、区域化探成果(水系沉积物测量Cu和Au元素异常的主体位于该环形构造系内)和遥感找矿信息的综合分析表明，Ⅳ号环形构造系是区内最有找矿突破潜力的区域。

4)尕尔穷铜金矿可能是一个大型的斑岩-矽卡岩型成矿系统，在各环形构造系内外具有进一步寻找斑岩型、矽卡岩型和构造破碎带型矿床(矿体)的潜力。同时，各环形构造系的重要找矿部位一旦得到地面勘查工作的证实，则尕尔穷有望成为班-怒西段继多龙之后的第二个大型斑岩铜矿矿集区。

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