基于高光谱数据的甘肃花西山金矿蚀变特征分析与应用

引言

花牛山矿集区位于中亚造山成矿域南部花牛山地体，属于花牛山岛弧和敦煌地块的衔接地带，是花牛山-金场沟金、银、铅、锌、钼、钨等多金属成矿带的重要组成部分，区内金矿显示出良好的找矿前景。该区矿产勘查工作程度相对较高，但实现找矿突破的难度越来越大。区内金矿床与岩浆热液活动关系密切，蚀变相对发育，且基岩出露好，非常适合开展遥感找矿预测应用。前人在研究区开展过较多的基础地质工作，认为区内与金矿化关系密切的蚀变带均发育绢云母化。但区内岩浆、变质作用强烈，地层岩石中的绢云母化也很发育，而区内金矿床的蚀变范围相对较小，这些因素为遥感找矿预测应用增加了难度，机载高光谱数据因其高空间分辨率、高信噪比等特点，能够识别较小范围的矿化蚀变信息，同时还可区分不同成分云母信息。因此，机载高光谱数据为该区域的遥感找矿提供了良好的数据支持。自20世纪90年代后期以来，机载高光谱仪在矿物信息识别、地质找矿应用等方面开展了大量的应用研究，在识别蚀变矿物、界定划分蚀变带、圈定找矿预测区及解释成矿热液系统等多个方面发挥了重要作用。21世纪以来，国内利用引进的机载高光谱仪在西部重要成矿区带开展了大量应用研究，在矿物信息提取、蚀变异常信息筛选及区域找矿预测等方面取得一系列成果。同时，在20世纪90年代末期，野外便携式光谱仪已广泛应用于热液蚀变填图工作中，用于采集矿区地表和钻孔内岩矿样品的 光谱信息。其一方面可以准确识别蚀变矿物；另一方面能探测关键蚀变矿物化学成分的细微变化，为研究矿床蚀变矿物组合、分析热液流体、建立矿产勘查模型提供重要依据。本文结合航空及地面高光谱遥感技术的优势，首先利用便携式光谱仪获取地表样品光谱信息，并利用航空高光谱遥感数据提取矿区及周边的蚀变矿物信息，以剖析花西山金矿床的高光谱蚀变矿物种类及其分布特征；然后结 合区内金矿床成／控地质背景和蚀变信息等成矿要素，构建基于高光谱蚀变信息的金矿找矿预测模型，开展找矿预测；最后通过野外查证，验证找矿效果，为该地区今后的金矿找矿预测提供技术支撑。

区域及矿床地质特征

花牛山矿集区大地构造分区位于中亚造山带南缘的甘肃北山地区，为星星峡断裂以南的花牛山岛弧和敦煌地块的衔接地带（图1a）。区内地层隶属于天山-兴蒙地层区北山地层分区印尼喀拉 -红柳园地层小区，主要地层有震旦系洗肠井群（Zx）和中奥陶统花牛山群（O２ｈｎ）。

图 １ 甘肃花牛山矿集区地质简图

以花西滩-花牛山大断裂为界，北侧出露震旦系洗肠井群（Zx）第二、三、四岩组，呈东西向带状展布，总体上属于浅变质的浅海相泥岩、碳酸盐岩建造,岩性主要为板岩、角岩、大理岩、石英片岩、千 枚岩等，其第三岩组下岩性段为区内铅锌等多金属的重要含矿层位。南侧以奥陶系中统花牛山群（O２ｈｎ）为主，主要岩性为变质 砂岩、角岩、蚀变玄武岩和大理岩等。区内构造复杂，褶皱、断裂均较发育，主要断裂为花西 滩-花牛山深大断裂及其控制的次级断裂，按展布方向可分为北西、北东向两组，是重要的导/控矿构造；主要褶皱构造为近东西向的石人子井-五井河复式向斜褶皱组合。区内主要岩体为印支期花牛山正长-二长花岗岩体，出露于花西滩-花牛山大断裂北部，呈不规则状近东西向分布，具工业意义的金、钨、钼矿化基本上分布在该岩体外接触带或岩枝上。花西山金矿位于花牛山矿集区中南部花西滩-花牛山深大断裂的断裂带中（图1b），共圈出金（金 银）矿体20余条，主要赋存于印支期花牛山岩体花岗斑岩、蚀变花岗斑岩的构造裂隙和破碎带中，属中低温热液型金矿（图2）。

图 ２ 花西山金矿床地质简图

矿体形态为脉状和透镜体状，受控于断裂构造，多倾向北东，个别 倾向南西，倾角近直立，有沿倾向深延品位变富的趋势，与含金脉体有关的围岩蚀变有硅化、黄铁矿化、绢云母化等。

3 高光谱蚀变特征分析

3.1 地面光谱仪测量结果及蚀变特征分析

本次研究共实施２条光谱测试剖面，采集样品21块。所采样品均为地表岩石捡块样，对矿体、近矿围岩、远矿围岩、外围正常围岩进行了控制（取样位置见图 ２）。需要说明的是，本次仅对赋存在蚀变花岗斑岩中的金矿化体进行了采样研究，原因是通过野外对比，发现蚀变岩型矿体的蚀变相较于石英脉型矿体更为发育，类型也更加全面。母根据测试结果，在样品中识别出钠云母、白云 、多硅白云母（下文将以上三种云母统称为绢云母）、蒙脱石、黄钾铁矾、伊利石、石膏、水铝石、绿帘石、皂石、方解石、铁镁绿泥石（ 下文简称为绿泥石）、明矾石、针铁矿、赤铁矿等蚀变矿物（图３）。

图 ３ 主要蚀变矿物光谱示意图

由图4可见，在大多数样品中均出现2200nｍ附近的AI-OH吸收峰，即典型的绢云母特征吸收。但矿体和围岩的特征吸收位置略有不同，且呈一定变化趋势：矿体样品（hxstc1-5、-7、-8；hxxtc2-2、-3)集中在2206~2215nｍ之间，而围岩样品(hxstc1-1、-3、-4、-6、-19、-k；hxstc2-4、-5、-6、-7、-8、-9）集中在2190~2206ｎｍ之间。已有研究表明，绢云母2200ｎｍ处的特征吸收会随Ａｌ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｉ几种元素的含量变化而移动，向2190ｎｍ移动代表Ｎａ含量增加（即钠云母），而向2206ｎｍ方向移动则代表Ｋ含量增加（即白云母），若出现在2210~2225ｎｍ之间则代表Ａｌ被Ｓｉ取代，Ｓｉ:Ａｌ大 于３:1（即多硅白云母）。从围岩到矿体，绢云母特征吸收由2190ｎｍ 逐渐向右漂移，这一变化趋势即代表钠云母逐渐被白云母和多硅白云母取代。从蚀变矿物空间分布与组合上可看出，在矿（化）体部位主要发育白云母、多硅白云母、黄钾铁 矾、针铁矿（褐铁矿）和赤铁矿几种蚀变矿物，且越 靠近矿体蚀变强度越大，表现为在岩矿光谱上矿物特征吸收程度变深。在矿（化）体赋矿围岩中，蚀变矿物主要为钠云母、蒙脱石（蒙脱石 ＋ 皂石）、绿帘石、绿泥石、水铝石和方解石（图５）。

图 ４ 样品光谱与ＵＳＧＳ典型绢云母光谱对比图

图 ５ 花西山金矿蚀变矿物分布图

由矿物组合特征可将花西山金矿蚀变带分为中心带和外围带两个蚀变带。中心带主要为绢英岩化，分布于矿（化）体部位，是蚀变的中心区域，代表蚀变矿物组合为绢云母（白云母＋多硅白云母） ＋黄钾铁矾＋赤铁矿＋针铁矿。中心带与金矿化关系密切，是金矿化的重要指示标志。外围带分布于矿（化）体外围，发育范围相对中心带较大，是矿（化） 体与围岩的过渡区域，主要蚀变矿物组合为绢云母（钠云母）＋绿帘石＋绿泥石＋蒙脱石＋水铝石。

3.2 航空高光谱遥感蚀变特征

高光谱遥感数据共提取了褐铁矿、高岭石、蛇纹石、角闪石、绿帘石／绿泥石、绢云母、白云石和方解石等矿物信息，并据此绘制了研究区矿物分布图（图６）。

图 ６ 花牛山地区机载高光谱遥感蚀变矿物分布图

从图６中可以看出，褐铁矿信息主要分布在岩脉与地层的接触带附近，在花西山金矿附近发育明显。同时，区内可见大面积绢云母化和绿泥石／绿帘石化信息，多呈面状和脉状分布，其中绢云母化以白云母为主，多硅白云母相对较少。从绢云母的丰度图上看（图７），绢云母在花西山矿区存在明显富集现象，且呈脉状发育，与矿区已知矿化范围一致。

图 ７ 花牛山地区机载高光谱遥感绢云母丰度图

4、找矿模型构建及找矿应用

4.1 找矿模型构建

从矿床蚀变分带模型和航空高光谱遥感矿物信息出发，综合区域内金矿床的成／控矿条件和找矿规律进行分析，本文建立了花西山式金矿高光谱找矿预测模型：（１）位于中酸性岩体内部和岩体与地层接触带处，且蚀变矿物也主要发育在上述部位；（２）存在有利成矿的裂隙、断裂等构造环境，即位于区内深大断裂的构造破碎带以及次级小断裂中；（３）具有绢云母（外围钠云母，中心白云母、多硅白云母）＋褐铁矿的特征蚀变矿物组合，蚀变矿物有富集中心，且呈脉状产出，表现出断裂控制特点。

4.2 找矿预测区圈定与野外查证

根据构建的找矿预测模型，本次在研究区西南部圈定了１处金矿预测区（图８）。从遥感影像上可以看出，在花岗岩断裂带中可见脉状分布的褐铁矿＋绢云母（白云母、多硅白云母）矿物组合，钠云母分布在周围，绿帘石／绿泥石呈串珠状零星分布于带上。经野外实地查证发现１处矿化线索，该地地表沿断裂走向断续出露一条硅化带，呈北东向展布，地表可控制的长度100余米，宽约３～５ ｍ（图９ａ），多发育褐铁矿化、绢云母化（图９ｂ）。沿硅化带走向进行连续取样化学分析，测得５块样品中Ａｕ的含量为（0.48~1.04）x10-6(表1）。

图 ８ 高光谱遥感找矿预测区分布图

图 ９ 预测区野外查证图

表 １ 预测区样品化学分析测试结果

结论

本文采用地面样品光谱测量分析技术对花牛山矿集区内花西山金矿进行了精细的蚀变矿物综合研究，并利用机载高光谱遥感数据对研究区进行了矿物信息提取，综合获得如下认识：（1）花西山金矿体及围岩发育的蚀变类型主要有绢云母化、褐铁矿化、绿帘石／绿泥石化等。其中钠云母和绿帘石／绿泥石是赋矿围岩的主要蚀变矿物类型，而褐铁矿和白云母／多硅白云母与金矿化关系更为密切，可作为圈定矿化或蚀变中心的指示信息。（２）基于地面典型金矿床蚀变矿物研究，结合航空高光谱遥感蚀变矿物信息，建立了有针对性的高光谱遥感找矿预测模型。依据该模型圈定了一个金矿预测区，野外验证发现有金异常，该找矿预测模型可为该区域后续更大范围的找矿应用提供参考。

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审核编辑黄宇