陕西省凤县高植被覆盖区高光谱遥感找矿新发现及其勘查意义

Graphical abstract

0 引言

研究区位于凤太Pb‑Zn‑Au 矿集区西部，处于西秦岭造山带与华北、华南板块及祁连、松潘- 甘孜等多个构造单元聚合部位（图1a，1b），是陕西省新一轮战略性找矿突破行动的重点地区，属高植被覆盖区. 区内地层发育较齐全，地质构造复杂，NW ‑NWW 向和NE‑NEE 向断裂与复式褶皱构造发育（图1c），为区域金、铅锌等多金属成矿奠定了良好的基础（王瑞廷等，2007；王义天等，2009；胡乔青，2015；张亚峰等，2018；赵端昌等，2021；王颖维等，2022）. 区域上矿产资源丰富，以金、铅锌为主，铜次之，具备较好的找矿潜力.

遥感技术作为一种技术手段，由于具有经济、高效等优势，在低植被覆盖区矿产勘查中已被广泛应用，并取得了较好的找矿应用成效（刘磊等，2022）. 随着遥感技术和遥感蚀变信息提取方法的进一步发展，利用高光谱遥感技术可快速地提取蚀变矿物信息、划分蚀变分带、圈定矿化异常等，在矿产勘查应用中具有重要的意义（白杨林等，2023）. 但卫星高光谱遥感数据因空间分辨率不足与混合像元问题，难以有效识别植被覆盖区的基岩露头与蚀变矿物分布信息. 如何在增强高光谱遥感影像空间分辨率的同时有效保留其光谱特征，有效获取代表性端元光谱并准确提取植被覆盖区的矿化小露头是当前面临的技术难点，有待进一步研究解决.

近年来，研究区虽开展了大量地质找矿勘查与研究工作，但因地处高植被覆盖区而进展缓慢，缺乏遥感技术找矿相关应用. 因此，自2024 年至今，自然资源陕西省卫星应用技术中心联合长安大学，选取南秦岭凤太Pb‑Zn‑Au 矿集区作为典型示范区，收集现有的基础地质、矿产地质、遥感影像等资料，开展高植被覆盖区高光谱遥感找矿应用技术研究，新发现碎裂化蚀变闪长玢岩脉2 处、金矿化点4 处，证实了高光谱遥感技术在高植被覆盖区找矿应用的适用性.

1 研究方法

采用航天-航空-地表-深部高光谱遥感技术，将地表基岩、深部钻孔岩心实测光谱数据与卫星高光谱、无人机高光谱遥感影像数据结合，建立区域标准蚀变矿物光谱库；采用SFIM、CNMF、Hysure和NonRegSRNet等4种空间分辨率融合算法，对30 m资源一号02D卫星（ZY1⁃02D）高光谱影像与2 m高分六号卫星（GF⁃6）高分辨率影像进行空间分辨率融合，通过对比融合前后影像的光谱一致性，最终优选Hysure方法融合结果用于后续提取；利用空间-光谱端元提取方法对融合前后影像提取端元光谱，通过光谱角制图法处理融合前后高光谱数据，进行矿化蚀变弱信息及小露头提取；结合区域成矿地质特征及1∶5万水系沉积物地球化学特征，综合分析圈定遥感异常并进行野外查证，根据野外验证情况选定异常重点区进行亚米级无人机高光谱遥感数据获取与找矿应用，形成可迁移、可推广的高植被覆盖区高光谱遥感找矿技术流程.

2 结果分析

通过对比SFIM、CNMF、Hysure、NonRegSRNet四种空间分辨率融合算法融合前后影像光谱，发现Hysure法获得的光谱基本保留了原始影像中的光谱吸收位置与深度特征，利用该方法获得研究区空间分辨率为2 m的高光谱影像（图1d）.基于融合后的高光谱影像（图1d），结合实测光谱中与成矿有关矿物光谱，以JPL光谱库中方解石、绿泥石、白云母、高岭石、白云石的光谱曲线为参考，利用空间-光谱端元提取方法提取端元光谱，采用光谱角制图法提取矿化端元和5种矿物空间分布.通过对比融合前（图1e）与融合后（图1f）高光谱影像绢云母化蚀变提取与叠加结果（图1g），发现由于融合后影像空间分辨率提高，提取结果空间分布与融合前较接近，但融合后的提取结果面积更小，且细节更为清晰，对于分析异常真伪、选择野外检查点更为有利.通过对比与成矿密切相关的5种蚀变矿物及端元光谱异常空间分布与叠加情况，经综合分析，在区内圈定125处综合遥感蚀变异常（图1d），异常区多处于构造、岩性界线附近（图1c）.经野外查证，将两处综合遥感蚀变异常集中区（6 km²）划定为找矿重点区（图1c、1d中的A区与B区），开展无人机高光谱遥感数据采集与信息提取研究.基于无人机高光谱遥感影像蚀变信息提取结果，在A区（康家垭豁；图2a）和B区（狗背梁；图2b）圈定了存在矿化蚀变信息的小露头132处，经野外查证表明，无人机高光谱遥感提取结果与实际地质现象具有良好的一致性.

3 应用成效

将构建的高光谱遥感找矿技术流程应用于陕西省凤县高植被覆盖区，通过野外查证，于康家垭豁、狗背梁地区成功发现2处碎裂化蚀变闪长玢岩脉（图3a、3b）、4处金矿化点（图2a、2b）.金矿化皆与碎裂化蚀变闪长玢岩直接相关（图3f~3k），金矿化主要赋存于碎裂化蚀变闪长玢岩及其与蚀变围岩接触部位（图3c、3e），受区域断裂构造控制明显（图3a、3b）.围岩为千枚岩夹变质粉砂岩，局部夹有薄层灰岩，片理化、劈理化构造破碎较强，矿化蚀变以碳酸盐化、硅化、褐铁矿化为主.其中，3件岩石化学样分析显示狗背梁金品位达0.56 g/t、0.39 g/t、0.30 g/t；55件刻槽化学样分析显示，康家垭豁存在2条Au矿体，主矿体宽约2 m，露头可见长度约30 m，Au加权平均品位约3.31 g/t，最高品位达5.34 g/t，且Au异常高值点出现在碎裂化蚀变闪长玢岩中（图3c、3d）.通过对康家垭豁、狗背梁地区金矿化点成因初步研究，认为其矿化类型与区域现有的以石英脉型和蚀变岩型为代表的Au成矿类型存在差异，其成因类型应为岩体中的破碎带蚀变岩型.

4 勘查意义

高植被覆盖区覆盖严重且地形复杂，地质勘查找矿存在诸多障碍，找矿进展缓慢.随着航天和航空高光谱遥感技术的进一步发展，高光谱遥感找矿技术体系有望实现更加精准的矿化预测与绿色高效的找矿目的，推动地质勘查找矿领域的技术创新.本研究通过深入分析研究区的遥感数据与实测光谱数据，研究矿化与矿物、光谱的关系，优选了适合高光谱影像的弱畸变融合方法，提高了卫星高光谱影像植被覆盖区小露头提取能力，据此优选重点区开展无人机高光谱蚀变露头精准提取.上述技术在陕西省凤县取得了成功应用，有助于推进国产高光谱遥感影像在高植被覆盖区找矿勘查中的进一步应用，可为高植被覆盖区战略性矿产资源找矿突破提供技术借鉴.

参考文献

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基金资助

陕西省公益性地质调查项目(202413)