1、多/高光譜遙感找礦模式與典型案例中國國土資源過航空物探遙感中心2011.10 王 潤 生 遙 感 地 質 找 礦 信 息地質背景、成礦環境（條件）、成礦作用形跡成礦地質背景： 大地構造背景 區域成礦區帶成礦地質條件： 礦源層、賦礦地層 “帶” 成礦母巖、熱動力：巖體（隱伏）、火山機構 “環” 控礦、導礦、容礦 構造 “線” 構造巖塊 “塊”礦化作用形跡： 礦化蝕變 “色”后期剝蝕、破壞信息 成礦理論、 類比 、 求異 多/高光譜遙感地質找礦模式五要素遙感找礦模式（于學政、楊日紅） “線”控礦、導礦、容礦等構造信息 “環”火山機構、侵入體等信息 “帶”礦源層信息 “塊”構造巖塊信息 “色”色塊、

2、色暈、色斑、色帶等熱液蝕變信息礦源場-成礦節-遙感異常找礦模式（趙福岳） 礦源場礦源層、成礦母巖、控礦導礦構造等 成礦節礦源場各要素的空間展布和空間組合型式 遙感異常色調異常、線、環構造、蝕變組合分帶多元數據 找礦預測蝕變作用：巖石、礦物受到熱液、地表水、海水以及其他作 用的影響下，產生適合新的物理化學條件下新的礦物或礦 物組合的過程（地球科學大辭典）。圍巖蝕變、風化、變質圍巖蝕變：成礦過程中的熱液作用 與一定類型的熱液礦床相聯系，并能反映熱液礦床形成過 程的物理化學條件及礦床的成因。蝕變帶：矽卡巖化、云英巖化、絹英巖化、青盤巖化、 蛇紋石化、陽起石化、葉蠟石化、明礬石化、絹云母化、 綠泥石化

3、、綠簾石化、高嶺石化、粘土化、泥化、碳酸鹽化、 赤鐵礦化、石膏化這些蝕變帶和主要蝕變礦物都能被遙感所探測。 圍巖蝕變和蝕變礦物 鐵、錳等過渡元素的氧化物和氫氧化物 含OH-、H2O的礦物 部分層狀硅酸鹽、粘土礦物 碳酸鹽 部分水合硫酸鹽 在反射光譜上都有獨特的光譜特征（吸收譜帶）多光譜：色調異常、用圖像處理方法提取高光譜：根據光譜特征直接識別礦物遙感蝕變異常、蝕變礦物是找礦更直接的標志 圍巖蝕變和蝕變礦物圖像識別 圖像分類：將特征空間劃分為互不交 疊的區域 目標或異常檢測：檢測和區分與環 境或背景存特征差異的物體 光譜識別：根據地物光譜特征（特征譜帶 等）直接識別地物、地物組分 多/高光譜地物

4、探測 多光譜蝕變信息提取主成分分析 (K-L變換) 對于MSS、TM等遙感圖像，第一主分量往往是各原始波段的加權和，反映的是地物總的輻射亮度。其它主分量是不同波段的加權差值圖像，反映了地物不同波譜段的波譜差異，往往包含某些地質體的特征波譜信息。 幾種有用的TM和ETM波段選擇主成分分析： TM1、4/3、TM5、TM7作主成分分析，區分蝕變和未蝕變巖石。 比值TM4/3的作用是利用植被發育狀況信息(植被指數)區分植被和蝕變巖 TM1、TM3、TM4、TM5的主成分分析，增強鐵氧化物信息。 TM1、TM4、TM5、TM7的主成分分析，提取含羥基礦物信息。 TM1、TM3、TM4、TM5、TM7的

5、主成分分析，區分高嶺石-伊利石、石膏等不同的粘土礦物。 多光譜蝕變信息提取2、比值彩色合成圖像： TM5/7（紅）、TM3/1（綠）、TM3/4（蘭） TM5/7： 含羥基礦物、水合硫酸鹽和碳酸鹽礦物； TM3/1 ；識別褐鐵礦化；TM3/4： 區分植被與熱液蝕變異常 赤鐵礦和針鐵礦化呈綠至青色；黃鉀鐵釩黃至白色；含羥基 礦物： 水和硫酸鹽和碳酸鹽化巖石呈品紅色；植被橙紅色 TM5/4（紅）、TM4/3（綠）、TM5/7（蘭） TM5/4（R）、TM3/1（G）、TM7/5（B）3、 “歸一化差值礦物指數”： TM（3-1）/（3+1），褐鐵礦化(氧化鐵)指數； TM（5-4）/（5+4），氧

6、化亞鐵礦物指數； TM（5-7）/（5+7），含羥基礦物指數。 多光譜蝕變 信息提取 鐵的氧化物、氫氧化物和硫酸鹽：褐鐵礦、赤鐵礦、針鐵礦、黃鉀鐵礬 紫外部分的強烈吸收；波譜在TM1、2、3區間上升梯度很陡；TM4 波段內(0.8-0.9m)較強的近紅外吸收帶； TM3、5、7 高反射， TM1、2 低 羥基礦物，包括粘土礦物和云母 水合硫酸鹽礦物(石膏和明礬石)、碳酸鹽礦物(方解石和白云石) TM7波段都有較強的吸收谷， TM5 高反射 植被： TM2、4 高反射， TM1、3、7 低高光譜分辨率： 精細光譜特征 圖像特征退居次要地位 量變：提高了分辨地物本領、識別精細程度 識別和分類的精度

7、，減少不確定性 質變：探測地物成分、組分、結構 宏觀微觀 圖像識別光譜識別 、圖譜結合 遙感技術的發展 高光譜和多光譜特性比較西藏澤當地區ASTER蝕變異常閆柏琨等提取了9大類礦物或成分鐵氧化物硅酸鹽鐵全鐵、明礬石、方解/白云石綠泥/綠簾石高嶺石、白云母/蒙脫二氧化硅 反射光譜 可見近紅外光譜區間：電子過程 鐵氧化物和氫氧化物 短波紅外晶格分子振動的倍頻和合頻 粘土礦物、碳酸鹽、部分水合硫酸鹽 發射光譜 中熱紅外光譜區間（340m）分子振動基頻 無水硅酸鹽類(架狀硅酸鹽 、 島狀硅酸鹽、 單鏈狀硅酸鹽） 碳酸鹽、硫酸鹽 造巖礦物：石英（SiO2） 、長石、橄欖石、 角閃石、輝石等 譜段全譜段礦

8、物識別圖4-21 圖新疆東天山土屋東三岔口地區 礦物分布圖巖石成分探測礦物填圖 探測層次 礦物組成（蝕變礦物、造巖礦物） 礦物豐度（相對含量） 礦物化學成分和結構類質同象 SiO4-4、O3-2、OH-、SO4-2 、CO3-2、 H2O等陰離子基團 Fe、Mn、Al、Mg、Na、K 、Ca等金屬離子 礦 物 豐 度 識 別 HyMap反演的新疆東天山土墩礦區蛇紋石（左）、方解石（右）百分含量多/高光譜遙感地質找礦模式以蝕變異常/蝕變礦物為中心的找礦模式 對異常分級、分類、解譯、評價、查證，研究地質背景、成礦條件，擺出非礦異常和干擾。異常的地質評價： 與已知礦床的類比 異常的地質條件或地質環境

9、分析與成礦作用密切相關的蝕變礦物找礦礦物學蝕變礦物組合、分帶理論找礦熱動力過程和熱液運移時空演化分析、重建 成礦模型檢測植被中毒和油氣微滲漏引起的地植物異常 新疆東天山地區蝕變異常與構造新疆東天山地區蝕變異常與成礦區帶 地 質 圖A：已知礦床葉臘石蝕變B：新發現的 葉臘石蝕變(光譜)白云石豐度變化(光譜)澳大利亞皮爾巴拉地區葉蠟石蝕變（1） 發現新礦化據 Bierwith et al, 1999在出露差，風化物覆蓋強的地區，少量殘坡積物和轉石可能足以提供有用的光譜信號。 在皮爾巴拉，葉蠟石是與成礦有關的蝕變 。CSIRO用航空光譜在該區發現多處葉蠟石分布澳大利亞皮爾巴拉葉蠟石蝕變（1） A：已

10、知的與葉臘石蝕變有關 的金礦床B：根據葉臘石蝕變發現的礦床C：葉蠟石+低鋁白云母D：低溫熱液金礦，硅-白云母 蝕變，低鋁白云母+電氣石E：電氣石+低鋁白云母 澳大利亞皮爾巴拉地區據 Bierwith et al, 2002 D：低溫熱液金礦，指示標志：富Mg電氣石 澳大利亞皮爾巴拉地區據 Bierwith et al, 2002電氣石含量電氣石成分 R = tourmaline 紅：富Mg G = white mica(low Al), 綠：富Fe B = talc MT. Owen 銅/金/銀礦 Westerm Tasmania, Australia離子數鈉云母白云母多硅白云母葉蠟石鈉云母為

11、近礦指示標志Rick Valenta2011,2金礦品位與伊利石/高嶺石空間分布 Fasterville 礦區, Victoria (產于奧陶紀灰巖和頁巖）云南普朗地區 Hyperion離子數已發現14個含礦斑巖體普朗斑巖銅礦：鉀化硅化帶黃鐵絹英巖化帶青盤巖化帶 鉀化、硅化、絹云母化、 褐鐵礦化 絹云母+褐鐵礦異常沿普朗河斷裂和和力中全達斷裂展布 以其強度圈出15個找礦靶區礦物知識礦物光譜遙感數據混合像元分解礦物共生組合規則礦物識別礦物共生組合共生組合空間變化及分帶成礦、地質知識礦產資源預測與地質應用綜合分析 兩 種 應 用 模 式基于單礦物識別模型工作區地質條件礦物光譜礦物共生組合規律組合光

12、譜遙感數據蝕變帶、礦化帶識別成礦、地質知識資源礦產評價與地質應用綜合分析混合礦物（蝕變帶）識別模型礦物填圖的地質分析香山銅鎳礦礦物分布特征東巖體兩個超鐵鎂相巖體。向西厚度、礦化和富集程度增大。礦物有蛇紋、方解、綠泥、綠簾和白云母。向西綠泥、綠簾石增多。中巖體出露4個超鐵鎂巖體，主礦體產于南部輝石、輝長巖與圍巖接觸帶上礦物：蛇紋、綠泥、綠簾、白云母。含礦巖體及附近綠泥、綠簾白云母增多西巖體少量超鐵鎂巖相出露，地下有隱伏巖體。西端收縮處發現礦化，產于輝石、輝長巖接觸帶中。礦物以蛇紋石為主，西南緣有綠泥、綠簾和白云母零星分布蛇紋石超鐵鎂巖體的分布和范圍；蛇紋石、綠泥石、綠簾石組合成礦有利區段 二 紅

13、 洼 地 段 北、南兩巖體，深部可能相連。橄欖石普遍蛇紋石化，局部滑石化、皂石化。輝石局部滑石化。 北巖體蛇紋石呈3條弧形：中弧短，強，局部有滑石橄欖巖；外弧橄欖輝長巖；內弧輝長蘇長巖。南巖體弱蛇紋石在東、北緣斷續出現。橄欖巖相找礦重點地段 MT. Owen 銅/金/銀礦 Westerm Tasmania, Australia地質解釋剖面鈉云母 白云母 多硅白云母 葉蠟石 鈉云母為近礦指示標志 Rick Valentam201.2 Big Rock Candy 熱液交代明礬石礦床，Utah13紅：高嶺石化綠：低Al（長波）絹云母 藍：高Al（短波）絹云母 黃：綠泥石化白星：驅龍礦區 西藏驅龍斑

14、巖銅礦區礦物識別與找礦斯特林格熱液合成實驗T-PH礦物分布圖離子數 熱液系統的熱液運移概念模型 1、長英質：石英-絹云母2、長英質和鐵鎂質： 鉀長石-絹云母-石英3、鐵鎂質：鉀長石-綠泥石-石英4、長英質和鐵鎂質：綠泥石-石英J. A. Frank, et al, 2005, Geology, 33(7) 熱液系統的熱液運移地球化學蝕變指數: 古火山系統 Ishikawa 蝕變指數綠泥石-碳酸鹽-黃鐵礦蝕變指數白云母蝕變指數J. A. Frank, et al, 2005, Geology, 33(7) 熱液系統的熱液運移1、長英質：石英-絹云母 qse2、長英質和鐵鎂質： fse 鉀長石-絹

15、云母-石英3、鐵鎂質：鉀長石-綠泥石-石英 fcq4、長英質和鐵鎂質：綠泥石-石英 cqJ. A. Frank, et al, 2005, Geology, 33(7)白云母蝕變指數Panorama VHMS成礦體系rechargeDischargemagmaticHyperionT Cudahy1998Mineral map550CSi-richSi-poor Panorama VHMS成礦體系No crackingfront330CCrackingfrontdischargedischargedischargerechargerechargerechargeSeawater convect

16、ive cellsSeawater convective cellsMagmatic convective cellsVolcanic massive sulphide and magmatic hydrothermal systemsTom Cudahy，1998RocksOceanMagMetal SulfidesHyMap遙感蝕變異常、蝕變礦物是找礦更有價值的標志假異常問題直接找礦與間接找礦地表信息與深部信息地質理論：成因礦物學和找礦礦物學、 成礦流體、 成礦模型巖石和礦物精細光譜特征的研究尋找差別 問題討論和思考遙感蝕變異常、蝕變礦物是更直接、更有價值的找礦標志 蝕變是熱液成礦作用的組

17、成部分，反映成礦的物理化學環境、熱液性質和成分，礦物沉淀和分布規律 蝕變可發生在成礦流體運移途中（頭暈蝕變，通道蝕變，成礦前蝕變）、礦質沉淀期（礦暈蝕變，成礦期蝕變）、礦質卸載后（尾暈蝕變，成礦后蝕變）絕大部分內生礦床都伴有蝕變帶，且遠大于礦床范圍 特定的成礦作用常伴隨特定的圍巖蝕變 蝕變分布模式（水平、垂直、環狀）可指示礦體位置 主要蝕變或蝕變礦物都能為多或高光譜遙感所檢測 問題討論和思考驅龍TM異常、化探、Hyperion礦物紅：高嶺石化綠：低Al（長波）絹云母 藍：高Al（短波）絹云母 黃：綠泥石化 甲馬異常分類問題 礦致異常：與礦化作用有關的異常（直接、間接）、 非礦地質異常：區域變質

18、、風化、河灘、白板地等 非地質異常：云、雪、水體、（植被、陰影） 誤差或錯誤：數據質量、輻射畸變、算法誤差 相對性和模糊性：閾值，背景異常 共性問題 問題討論和思考直接找礦與間接找礦 遙感能檢測礦化作用的直接產物，僅個別方法、個別礦床類型可與其相比擬地表信息與深部信息 問題討論和思考地質理論： 成因礦物學和找礦礦物學：礦物成分、結構的成因意義和找礦意義礦物精細光譜特征 成礦模型：蝕變礦物組合和分帶（水平、垂直、環狀） 成礦流體：礦物識別流體填圖過程復原成礦模型 流體巖石相互作用是成礦流體及礦質沉淀的主要條件，流體經水巖反應和其他地質作用形成成礦流體，由于物理化學條件（溫度、壓力、PH）的改變，

19、礦質沉淀形成礦床 圍巖在流體（氣相、汽相、液相）的作用下所發生的化學變化和物理變化，從而引起圍巖化學成分和結構構造的變化蝕變 流體運移和作用的不同階段（礦前、成礦、礦后）析出不同的礦物，或礦物成分、結構的變化 問題討論和思考巖石和礦物精細光譜特征的研究 不同礦物或不同礦物組合 不同成分 不同結構 不同成因 不同礦帶或蝕變帶 表層、植被的對識別特征的影響 尋找差別可區分性成因聯系 問題討論和思考礦物化學成分的變化Mg - FeCHLORITESALUNITESCa-K-Na-NH4礦物化學成分的變化 Marysvale, Utah ALUNITES K-明礬石，高級泥化帶，可見明顯的黃鉀鐵釩2270年nm的譜帶 Na-明礬石，存在高嶺石Na增加，Al-OH吸收譜帶向長波方向移動(B.W.Rockwell, 2000)不同蝕變帶中的黃鉀鐵釩離子數ABMarysvale, Utah火山型鈾礦和交代明礬石 A、綠盤巖化中局部淺成氧化帶，細粒黃鉀鐵釩 B、富含明礬石和