多高光谱遥感找矿模式与典型案例

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斯特林格热液合成实验T-PH矿物分布图
离子数
热液系统的热液运移
概念模型
1、长英质：石英-绢云母 2、长英质和铁镁质： 钾长石-绢云母-石英 3、铁镁质：钾长石-绿泥石-石英 4、长英质和铁镁质：绿泥石-石英
J. A. Frank, et al, 2005, Geology, 33(7)
热液系统的热液运移
遥感技术的发展
高光谱分辨率：
精细光谱特征 图像特征退居次要地位
量变：提高了分辨地物本领、识别精细程度 识别和分类的精度，减少不确定性 质变：探测地物成分、组分、结构 宏观——微观 图像识别—光谱识别 、图谱结合
高光谱和多光谱 特性比较
西藏泽当地区ASTER蚀变异常
闫柏琨等提 取了9大类 矿物或成分
J. A. Frank, et al, 2005, Geology, 33(7)
Panorama VHMS成矿体系
recharge Discharge
magmatic
Hyperion
T Cudahy 1998
Panorama VHMS成矿体系
Volcanic massive sulphide and magmatic hydrothermal systems
图像识别 图像分类：将特征空间划分为互不交 叠的区域 目标或异常检测：检测和区分与环 境或背景存特征差异的物体 光谱识别：根据地物光谱特征（特征谱带 等）直接识别地物、地物组分
多光谱蚀变信息提取
主成分分析 (K-L变换)
对于MSS、TM等遥感图像，第一主分量往往是各原始波段的加权和，反映 的是地物总的辐射亮度。其它主分量是不同波段的加权差值图像，反映了地 物不同波谱段的波谱差异，往往包含某些地质体的特征波谱信息。
TM1、TM3、TM4、TM5、TM7的主成分分析，区分高岭石-伊利石、石膏等
不同的粘土矿物。
多光谱蚀变信息提取
2、比值彩色合成图像： TM5/7（红）、TM3/1（绿）、TM3/4（兰） TM5/7： 含羟基矿物、水合硫酸盐和碳酸盐矿物； TM3/1 ；识别褐铁矿化；TM3/4： 区分植被与热液蚀变异常 赤铁矿和针铁矿化呈绿至青色；黄钾铁钒黄至白色；含羟基 矿物： 水和硫酸盐和碳酸盐化岩石呈品红色；植被橙红色 TM5/4（红）、TM4/3（绿）、TM5/7（兰） TM5/4（R）、TM3/1（G）、TM7/5（B） 3、 “归一化差值矿物指数”： TM（3-1）/（3+1），褐铁矿化(氧化铁)指数； TM（5-4）/（5+4），氧化亚铁矿物指数； TM（5-7）/（5+7），含羟基矿物指数。
澳大利亚皮尔巴拉叶蜡石蚀变（1）
Fra Baidu bibliotek
在出露差，风化物覆盖强 的地区，少量残坡积物和 转石可能足以提供有用的 光谱信号。 在皮尔巴拉，叶蜡石是 与成矿有关的蚀变 。 CSIRO用航空光谱在该 区发现多处叶蜡石分布
澳大利亚
皮尔巴拉地区
A：已知的与叶腊石蚀变有关 的金矿床 B：根据叶腊石蚀变发现的矿床 C：叶蜡石+低铝白云母 D：低温热液金矿，硅-白云母 蚀变，低铝白云母+电气石 E：电气石+低铝白云母
地球化学蚀变指数: 古火山系统
Ishikawa 蚀变指数
绿泥石-碳酸盐-黄铁矿蚀变指数
白云母蚀变指数
J. A. Frank, et al, 2005, Geology, 33(7)
热液系统的热液运移
白云母蚀变指数
1、长英质：石英-绢云母 qse 2、长英质和铁镁质： fse 钾长石-绢云母-石英 3、铁镁质：钾长石-绿泥石-石英 fcq 4、长英质和铁镁质：绿泥石-石英 cq
多/高光谱遥感
找矿模式与典型案例
王 润 生 中国国土资源过航空物探遥感中心 2011.10
遥感地质找矿信息
地质背景、成矿环境（条件）、成矿作用形迹 成矿地质背景： 大地构造背景 成矿地质条件： 区域成矿区带
“带” “环” “线” “块” “色”
矿源层、赋矿地层 成矿母岩、热动力：岩体（隐伏）、火山机构 控矿、导矿、容矿 构造 构造岩块
矿源场—矿源层、成矿母岩、控矿导矿构造等 成矿节—矿源场各要素的空间展布和空间组合型式 遥感异常—色调异常、线、环构造、蚀变组合分带
多元数据 找矿预测
围岩蚀变和蚀变矿物
蚀变作用：岩石、矿物受到热液、地表水、海水以及其他作
用的影响下，产生适合新的物理—化学条件下新的矿物或矿 物组合的过程（地球科学大辞典）。围岩蚀变、风化、变质
几种有用的TM和ETM波段选择主成分分析：
TM1、4/3、TM5、TM7作主成分分析，区分蚀变和未蚀变岩石。 比值TM4/3的作用是利用植被发育状况信息(植被指数)区分植被和蚀变岩 TM1、TM3、TM4、TM5的主成分分析，增强铁氧化物信息。 TM1、TM4、TM5、TM7的主成分分析，提取含羟基矿物信息。
矿物丰度识别
HyMap反演的新疆东天山土墩矿区蛇纹石（左）、方解石（右）百分含量
多/高光谱遥感地质找矿模式
以蚀变异常/蚀变矿物为中心的找矿模式
对异常分级、分类、解译、评价、查证，研究地质背景、成 矿条件，摆出非矿异常和干扰。
异常的地质评价：
与已知矿床的类比 异常的地质条件或地质环境分析
与成矿作用密切相关的蚀变矿物—找矿矿物学 蚀变矿物组合、分带—理论找矿 热动力过程和热液运移时空演化分析、重建
蚀变是热液成矿作用的组成部分，反映成矿的物理化学环境、 热液性质和成分，矿物沉淀和分布规律 蚀变可发生在成矿流体运移途中（头晕蚀变，通道蚀变，成 矿前蚀变）、矿质沉淀期（矿晕蚀变，成矿期蚀变）、矿质卸载 后（尾晕蚀变，成矿后蚀变）绝大部分内生矿床都伴有蚀变带， 且远大于矿床范围 特定的成矿作用常伴随特定的围岩蚀变 蚀变分布模式（水平、垂直、环状）可指示矿体位置 主要蚀变或蚀变矿物都能为多或高光谱遥感所检测
离子数
两种应用模式
工作区地质条件 矿物光谱
矿物知识 遥感数据 矿物共生组合规则
矿物共生组合规律
组合光谱
矿物光谱
矿物识别
混合像元分解
遥感数据
矿物共生组合
共生组合空间变化及分带 蚀变带、矿化带识别 成矿、地质知识
成矿、地质知识
矿产资源预测与地质应用综合分析 资源矿产评价与地质应用综合分析
混合矿物（蚀变带）识别模型
基于单矿物识别模型
矿物填图的地质分析
香山铜镍矿矿物分布特征
东岩体两个超铁镁相岩体。向西厚度、矿 化和富集程度增大。矿物有蛇纹、方解、 绿泥、绿帘和白云母。向西绿泥、绿帘石 增多。中岩体出露4个超铁镁岩体，主矿 体产于南部辉石、辉长岩与围岩接触带上 矿物：蛇纹、绿泥、绿帘、 西岩体少量超铁镁岩相出露 白云母。含矿岩体及附近 ，地下有隐伏岩体。西端收 绿泥、绿帘 缩处发现矿化，产于辉石、 白云母增多 辉长岩接触带中。矿物以蛇 纹石为主，西南缘有绿泥、 绿帘和白云母零星分布 蛇纹石—超铁镁岩体的分布 和范围；蛇纹石、绿泥石、 绿帘石组合—成矿有利区段
矿化作用形迹： 矿化蚀变 后期剥蚀、破坏信息
成矿理论、 类比 、 求异
多/高光谱遥感地质找矿模式
五要素遥感找矿模式（于学政、杨日红）
“线”—控矿、导矿、容矿等构造信息 “环”—火山机构、侵入体等信息 “带”—矿源层信息 “块”—构造岩块信息 “色”—色块、色晕、色斑、色带等热液蚀变信息
矿源场-成矿节-遥感异常找矿模式（赵福岳）
Cracking front
问题讨论和思考
遥感蚀变异常、蚀变矿物是找矿更有价值的标志 假异常问题 直接找矿与间接找矿 地表信息与深部信息 地质理论：成因矿物学和找矿矿物学、 成矿流体、 成矿模型 岩石和矿物精细光谱特征的研究——寻找差别
问题讨论和思考
遥感蚀变异常、蚀变矿物是更直接、更有价值的 找矿标志
地质解释剖面
钠云母 —— 白云母 —— 多硅白云母—— 叶蜡石 钠云母为近矿指示标志 Rick Valentam201.2
Big Rock Candy 热液交代明矾石矿床，Utah
西藏驱龙斑岩铜矿区矿物识别与找矿
红：高岭石化 绿：低Al（长波）绢云母 蓝：高Al（短波）绢云母 黄：绿泥石化 白星：驱龙矿区
Westerm Tasmania, Australia
离子数
钠云母 白云母 多硅白云母 叶蜡石 钠云母为 近矿指示标志
Rick Valenta 2011,2
金矿品位与伊利石/高岭石空间分布
Fasterville 矿区, Victoria
(产于奥陶纪灰岩和页岩）
0.5 0.0
Gold
ppm
Illite
据 Bierwith et al, 2002
澳大利亚皮尔巴拉地区
D：低温热液金矿，指示标志：富Mg电气石
电气石含量
据 Bierwith et al, 2002
电气石成分 红：富Mg 绿：富Fe
R = tourmaline G = white mica(low Al), B = talc
MT. Owen 铜/金/银矿
Mineral map No cracking front Si-poor discharge
recharge
Ocean
Metal Sulfides
550 C Si-rich
discharge
Rocks
Mag
recharge
330C
dischar
recharge
HyMap Tom Cudahy，1998
Kaolinite Illite
5.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
云南普朗地区 Hyperion
已发现14个含矿斑岩体 普朗斑岩铜矿：钾化硅化带— 黄铁绢英岩化带—青盘岩化带 钾化、硅化、绢云母化、 褐铁矿化 绢云母+褐铁矿异常沿普朗 河断裂和和力中全达断裂展布 以其强度圈出15个找矿靶区
围岩蚀变和蚀变矿物
铁、锰等过渡元素的氧化物和氢氧化物 含OH-、H2O的矿物 部分层状硅酸盐、粘土矿物 碳酸盐 部分水合硫酸盐 在反射光谱上都有独特的光谱特征（吸收谱带） 多光谱：色调异常、用图像处理方法提取 高光谱：根据光谱特征直接识别矿物
遥感蚀变异常、蚀变矿物是找矿更直接的标志
多/高光谱地物探测
新疆东天山土屋东—三岔口地区 矿物分布图
图4-21 图
岩石成分探测——矿物填图
探测层次
矿物组成（蚀变矿物、造岩矿物） 矿物丰度（相对含量） 矿物化学成分和结构——类质同象
SiO4-4、O3-2、OH-、SO4-2 、CO3-2、 H2O等阴离子基团 Fe、Mn、Al、Mg、Na、K 、Ca等金属离子
二 红 洼 地 段
北、南两岩体，深部可能相连。橄榄石普遍蛇纹石化， 局部滑石化、皂石化。辉石局部滑石化。 北岩体蛇纹石呈3条弧形：中弧短，强，局部有滑石— 橄榄岩；外弧—橄榄辉长岩；内弧—辉长苏长岩。南岩体 弱蛇纹石在东、北缘断续出现。橄榄岩相—找矿重点地段
MT. Owen 铜/金/银矿
Westerm Tasmania, Australia
——成矿模型
检测植被中毒和油气微渗漏引起的地植物异常
新疆东天山地区蚀变异常与构造
新疆东天山地区蚀变异常与成矿区带
澳大利亚皮尔巴拉地区叶蜡石蚀变（1）
发现新矿化
地质图 A：已知矿床 叶腊石蚀变 B：新发现的 叶腊石蚀变 (光谱) 白云石丰度 变化(光谱)
据 Bierwith et al, 1999
多光谱蚀变 信息提取
铁的氧化物、氢氧化物和硫酸盐： 褐铁矿、赤铁矿、针铁矿、黄钾铁 矾 紫外部分的强烈吸收；波谱在TM1、 2、3区间上升梯度很陡；TM4 波 段内(0.8-0.9μm)较强的近红外吸 收带； TM3、5、7 高反射， TM1、2 低 羟基矿物，包括粘土矿物和云母 水合硫酸盐矿物(石膏和明矾石)、碳 酸盐矿物(方解石和白云石) TM7波段都有较强的吸收谷， TM5 高反射 植被： TM2、4 高反射， TM1、3、7 低
铁氧化物 硅酸盐铁 全铁、 明矾石、
方解/白云石
绿泥/绿帘石 高岭石、 白云母/蒙脱 二氧化硅
谱段——全谱段矿物识别
反射光谱 可见—近红外光谱区间：电子过程 铁氧化物和氢氧化物 短波红外—晶格分子振动的倍频和合频 粘土矿物、碳酸盐、部分水合硫酸盐 发射光谱 中热红外光谱区间（3～40m）—分子振动基频 无水硅酸盐类(架状硅酸盐 、 岛状硅酸盐、 单链状硅酸盐） 碳酸盐、硫酸盐 造岩矿物：石英（SiO2） 、长石、橄榄石、 角闪石、辉石等
围岩蚀变：成矿过程中的热液作用
与一定类型的热液矿床相联系，并能反映热液矿床形成过 程的物理化学条件及矿床的成因。
蚀变带：矽卡岩化、云英岩化、绢英岩化、青盘岩化、
蛇纹石化、阳起石化、叶蜡石化、明矾石化、绢云母化、 绿泥石化、绿帘石化、高岭石化、粘土化、泥化、碳酸盐化、 赤铁矿化、石膏化
这些蚀变带和主要蚀变矿物都能被遥感所探测。