川西可尔因稀有金属矿集区拥有丰富的LiO₂稀有金属资源,以及BeO,Nb₂O₅,Ta₂O₅,Rb₂O和Sn等伴生稀有金属资源,是我国重要的稀有金属矿资源基地之一,仅LiO₂已探明资源量就达200万t以上。矿集区内已建设有金川县李家沟锂辉石矿(超大型)、马尔康党坝锂辉石矿(超大型)、业隆沟锂辉石矿(大型)、观音桥锂辉石矿(中型)等矿山。自20世纪60年代以来,前人在矿集区内先后开展大量地质矿产调查工作,对区域地层、构造、岩浆岩、矿产等开展了较为系统的地质调查,对可尔因岩体及花岗伟晶岩型锂辉石矿床的形成机制进行了深入研究,提出了相应的成岩成矿模式,总结了成矿规律^[1-4],提出了热穹窿构造区伟晶岩型稀有金属矿床的“五层楼+地下室”勘查模型。该区成矿潜力巨大^[5-6],但绝大多数地段因交通不便、植被覆盖茂密、地形陡峭等因素人员无法到达,传统地质调查存在一定的局限性,找矿效率较低。

近年来,国内遥感地质技术作为辅助找矿的新方法、新技术,在寻找稀有金属矿方面取得了较好的成果与进展^[7-11]。但矿集区内遥感地质找矿技术应用程度总体较低,仅中国地质科学院矿产综合利用研究所“四川马尔康可尔因地区4幅1∶50 000矿产地质调查”项目(2019年)和四川省地质调查院“川西可尔因稀有金属矿集区综合地质调查”项目(2019年)在实施过程中开展了遥感地质专题研究,均以高分一号卫星数据(空间分辨率2 m)及Landsat8卫星数据为主要遥感数据源,在区域上对地层、岩石、褶皱和断裂构造等地质体进行了遥感解译及蚀变异常信息提取,提取的遥感铁染和羟基异常基本反映了热液蚀变和褐铁矿化的分布特征,但无法反映花岗伟晶岩脉的蚀变信息,遥感异常信息提取在花岗伟晶岩型稀有金属矿预测中未能发挥作用,也未针对花岗伟晶岩脉进行专题解译研究。

因此,本次研究充分利用更高空间分辨率的国产高分二号卫星数据(空间分辨率1 m)以及收集的Airbus,Copernicus和Maxar等全球知名商业卫星提供商发布的高精度遥感影像数据,以可尔因稀有金属矿集区内花岗伟晶岩脉为研究对象,以寻找重大稀缺矿产资源为目的,利用遥感地质技术手段,以川西可尔因稀有金属矿集区内已有矿床含矿花岗伟晶岩脉在高分辨率遥感影像图上的影像特征和解译标志为基础,开展花岗伟晶岩脉室内解译及找矿信息提取,辅以必要的野外验证,以期查明可尔因稀有金属矿集区内花岗伟晶岩脉的分布规律及特征,建立川西可尔因稀有金属矿集区高植被覆盖区遥感地质找矿方法,划分重点找矿地段,提出新一轮找矿突破战略行动方向。

川西可尔因稀有金属矿集区行政区划隶属于四川省阿坝藏族羌族自治州的马尔康市和金川县,属构造剥蚀深切割高山区,海拔在2 200~4 400 m之间,相对高差达2 000 m,地形陡峭,交通条件差,植被覆盖率极高,除可通行公路外绝大多数地段人员无法到达。

川西可尔因稀有金属矿集区位于松潘—甘孜成矿带东段,大地构造位置属于羌塘—三江造山系(Ⅰ级)玉龙塔格—巴颜喀拉前陆盆地(Ⅱ级)可可西里—松潘前陆盆地(Ⅲ级)^[12],成矿区(带)属于特提斯成矿域(Ⅰ级)巴颜喀拉—松潘(造山带)成矿省(Ⅱ级)北巴颜喀拉—马尔康成矿带(Ⅲ级)壤塘—马尔康—金川Au-Li-Be-Nb-Ta成矿亚带(Ⅳ级)。松潘—甘孜造山带北侧以东昆仑—阿尼玛卿古特提斯缝合带与劳亚古陆(华北陆块)的西昆仑—东昆仑—柴达木—祁连地体毗邻,西侧以金沙江古特提斯缝合带与冈瓦纳大陆外缘的羌塘—昌都陆块相隔,东南侧以龙门山逆冲断裂与扬子板块相连。中—晚三叠世古特提斯洋盆沿着双向俯冲体系闭合(昆仑—阿尼玛卿洋盆向北俯冲、金沙江洋盆向南俯冲),羌塘—昌都陆块、扬子板块和华北板块(劳亚板块)陆块三向汇集和碰撞形成巨大的增生楔,在晚三叠世—中侏罗世形成了松潘—甘孜造山带^[13-17],岩石地层产生褶皱变形、扭转。之后,经历喜马拉雅运动,新特提斯洋继续向北俯冲,松潘—甘孜造山带继续遭受来自印度板块、太平洋板块及欧亚板块的共同作用及影响^[1],造就了如今的构造格局(图1)。

川西可尔因稀有金属矿集区矿产类型以稀有金属LiO₂为主,伴生BeO,Nb₂O₅,Ta₂O₅,Rb₂O和Sn等稀有金属,以花岗伟晶岩脉为载体,是岩浆结晶分异的产物。

前人普遍认为,在晚三叠世—中侏罗世,伴随着造山运动的构造挤压作用,地壳深部发生重熔形成深部岩浆房,深部岩浆房不断向酸性和稀有金属富集的方向演化,并在可尔因稀有金属矿集区内沿构造薄弱部位发生强烈的岩浆岩侵位(侵位范围受北东侧的壤塘—松岗—小金断裂与西侧的观音桥—二嘎里—娃尔都等断裂控制)。根据岩石类型可划分为8个岩体: 可尔因岩体(灰黄色细-中粒二云母二长花岗岩)、年克岩体(灰白色细粒斑状黑云母二长花岗岩)、太阳河岩体(灰黄色细粒黑云母二长花岗岩)、斯章洛沃岩体(灰黑色、灰绿色细粒黑云母二长花岗岩)、热达门岩体(灰黑色、灰绿色细-中粒石英闪长岩)、斯曼措岩体(灰黄色细粒黑云母二长花岗岩)、木足渡岩体(灰白色细-中斑状钾长石黑云母花岗岩)、根则岩体(灰白色细粒白云母花岗岩)(图2),它们组合成可尔因复式岩体 ^[1]。其中,与稀有金属成矿关系较为密切的岩体主要为印支期晚期的可尔因岩体,该岩体出露在马尔康市脚木足河与绰斯甲河(杜柯河)两侧以及两河交汇后的大金川河谷两侧,东西长约35 km,南北长约20 km,形似蝙蝠,呈不规则的三叉状岩基^[18]。该岩体时代约153±3 Ma,为S型过铝质中粗粒花岗岩,侵位深度约11 km,在20 km深度角闪岩相环境下发生部分熔融,通过结晶分异作用形成 ^[19]。在岩浆岩侵位晚期阶段,形成白云母钠长花岗岩,而残余熔体则向外迁移,并经结晶分异作用在远离岩体0~5 km范围内的围岩裂隙中,以及在可尔因复式岩体西部和中部发育的4条走滑平移断裂带(二嘎里断层、观音桥断层、娃尔都断层、业隆沟断层)中以花岗伟晶岩脉的形式侵位并发生稀有金属矿化而富集成矿^[20-24]。

花岗伟晶岩脉一般具有2期,前期大致平行围岩地层面理侵入,成分主要有微斜长石、钠长石、石英、白云母、黑云母等; 晚期呈岩墙状沿节理面或切割面理侵入,成分主要有微斜长石、钠长石、锂辉石、锂云母等,为主要的矿脉,均具有分支复合的特征,矿体厚度变化不均,局部矿体厚大。

而可尔因复式岩体的围岩为一套区域变质碎屑岩系,原岩为浅海—半深海陆源碎屑浊流沉积物组成,1930年谭锡畴、李春昱在原西康省东部(现今川西地区)从事路线地质调查时命名为三叠系西康群,1975年四川省地质局拟定了统一命名方案,沿用至今。根据区域地质资料及野外调查成果,西康群可划分为三叠系中统杂谷脑组(T₂z)、三叠系上统侏倭组(T₃zw)、三叠系上统新都桥组(T₃x)。受区域变质作用影响,岩石均为浅变质的砂岩、板岩等,靠近可尔因复式岩体或伟晶岩脉接触部位,岩石普遍发生角岩化蚀变,局部变质程度可达片岩、变粒岩,见红柱石、十字石、钙铝榴石等特征变质矿物。

获取了国产高分二号卫星影像数据6景,数据时相为2022年12月,空间分辨率为1 m,星下点空间分辨率为0.8 m; 美国陆地卫星Landsat7增强型专题绘图仪ETM+数据1景,数据时相为2003年4月15日,轨道号为P131R038,多光谱波段空间分辨率30 m、全色波段空间分辨率15 m。收集了Airbus,Copernicus和Maxar等全球知名商业卫星供应商发布的遥感影像数据,涵盖了多种传感器、多种时相、多种空间分辨率、多种光谱分辨率等不同类型的卫星影像数据,形成了多源遥感数据源。获取的卫星影像数据基本无云、雾覆盖,成像季节多为秋、春季,植被覆盖及冰雪覆盖为全年相对最低时期,影像无坏带,地物清晰,空间分辨率高,满足花岗伟晶岩脉的解译精度要求。

卫星影像数据预处理采用ENVI5.4平台,通过消除不同波段因光线穿过大气层时受到吸收、反射、散射而引起的辐射误差(大气校正)、消除遥感图像的几何畸变(正射校正)、配准、镶嵌、矿集区裁剪等数据预处理,根据卫星数据各波段特征参数,选择能最大化突出岩石-地层-构造-岩浆岩等影像单元特征的波段组合和数据融合方式,增强不同地质体的光谱特征,制作了高精度遥感影像底图。

矿集区内含稀有金属花岗伟晶岩脉的矿石结构类型主要有伟晶结构、中晶结构、细晶结构、微晶结构等^[25],主要矿物成分常有长石、石英、云母,以及少量其他暗色矿物。其中伟晶结构的矿石中锂辉石长约10~50 cm,宽3~5 cm,绿柱石粒径大于5 cm; 中晶结构的矿石中锂辉石长约5~10 cm,宽为0.5~2 cm,绿柱石粒径0.5~2 cm; 细晶结构的矿石中锂辉石晶体长约1~5 cm,宽为0.2~0.5 cm,绿柱石粒径0.2~0.5 cm; 微晶结构的矿石中锂辉石长度小于1 cm,宽度小于0.2 cm,绿柱石粒径小于0.2 cm。另外,还存在少量交代结构、压碎结构的矿石结构类型。

花岗伟晶岩脉及其转石整体以浅色矿物为主,而围岩均为三叠系变质碎屑岩,花岗伟晶岩脉及其转石在可见光波段具有更高的反射率特征,在遥感影像中表现为高亮度的色调。与围岩相比,花岗伟晶岩脉具有更强的抗风化剥蚀能力,往往表现为微弱的正地形凸起或陡崖,其转石则常表现为块石状散落在坡体下方(表1)。

据中国地质科学院矿产资源研究所“可尔因锂矿带专项调查”的成果,马尔康市加达锂矿位于可尔因岩体东部,距离岩体300~3 000 m,矿区拥有密集的含稀有金属花岗伟晶岩脉群。室内遥感地质解译发现含稀有金属花岗伟晶岩脉在高精度遥感影像图中表现为高亮度的灰白色影像特征,平面形态上多呈透镜状,与周边植被覆盖区影像差异大且明显。通过野外验证,花岗伟晶岩脉与室内解译成果吻合较好(图3)。

在四川省马尔康县地拉秋锂铌锡矿(详查)(探矿权)与马尔康党坝锂辉石矿(采矿权)的隔离带中,含稀有金属花岗伟晶岩转石在高精度遥感影像图中表现为高亮度的特征影像,与周边影像具有较好的反差特征。通过野外验证,含稀有金属花岗伟晶岩转石与室内解译成果吻合较好(见图4),但解译精度受遥感影像分辨率影响。

将矿集区内已有典型矿床中花岗伟晶岩矿脉及转石的遥感影像特征及解译标志应用到矿集区内已有矿床以外的未知区域开展人机交互解译,共解译规模大小不等的花岗伟晶岩脉56条,经部分野外验证,其中10条为变质砂岩条带,46条为花岗伟晶岩脉。

在李家沟北锂矿东侧一带,花岗伟晶岩脉出露地段的山体下方地形缓坡处可见含矿伟晶岩转石堆积,花岗伟晶岩转石表现为高亮度色调的团块状斑点,花岗伟晶岩脉及转石室内解译属性正确、精度高,如图5所示。

在马尔康市白湾乡神山村一带,花岗伟晶岩脉呈灰色调,陡崖地貌特征明显,沿北东走向延伸醒目,且具有一定宽度,室内解译属性正确、精度高,但局部受乔木林覆盖,如图6所示。

在马尔康市白湾乡饶巴村脚木足地区一带,花岗伟晶岩脉沿三叠系变质碎屑岩节理面侵入,呈高亮度的灰色调,陡崖地貌特征明显,沿北东走向断续延伸醒目,分布较密集且具有一定宽度,室内解译属性正确、精度高,如图7所示。

在马尔康市观音桥镇木尔宗乡喀鲁寺庙北一带解译出10条“花岗伟晶岩脉”,高精度遥感影像图上该区域分布的“花岗伟晶岩脉”呈条带状、透镜状,走向北西—南东、南西—北东走向,局部断续延伸,呈灰色、灰黑色调,微地貌亦表现为正地形凸起形态。但通过调查及无人机辅助验证,实际为三叠系上统新都桥组变质砂岩透镜体。三叠系上统新都桥组岩性组合特征以板岩偶夹变质砂岩透镜体为主,围岩板岩抗风化能力不及变质砂岩透镜体,从而造成变质砂岩透镜体拥有与花岗伟晶岩脉相似的解译标志特征(类似“异物同谱”现象),从而导致解译结果不正确(图8)。该片区“花岗伟晶岩脉”往往具有较明显的宽度,与花岗伟晶岩脉在区域上出露的真实厚度不符,进而可修正花岗伟晶岩脉的解译标志。

四川省地质矿产勘查开发局物探队在开展“四川省马尔康县可尔因北部格拉措锂铍矿普查”项目过程中,在马尔康市木尔宗乡喀鲁寺庙南一带约300 m处发现了5条含稀有金属花岗伟晶岩脉(矿体)。因矿体露头处于乔木林,浮土覆盖严重,遥感影像中未能解译出该5条含稀有金属花岗伟晶岩脉(图9)。

通过对矿集区内已有矿床含稀有金属花岗伟晶岩脉的遥感影像特征研究,结合成矿地质条件,充分利用高精度遥感影像,在可尔因复式岩体西北侧马尔康市木尔宗乡一带、可尔因复式岩体北侧马尔康市白湾乡饶巴村一带、可尔因复式岩体北东侧马尔康市白湾乡神山村一带圈定3处成矿有利地段,即: 木尔宗乡斯鸟村—藤古村—喀鲁成矿有利地段(Ⅰ)、白湾乡饶巴村—大石凼村—牧业村斯则木足成矿有利地段(Ⅱ)、白湾乡牧业村—神山村成矿有利地段(Ⅲ) (图10)。

木尔宗乡斯鸟村—藤古村—喀鲁成矿有利地段(Ⅰ)位于可尔因岩体北西侧,距离可尔因岩体直距0.5~2.7 km。区内发育有观音桥断层及娃尔都断层,均为逆冲平移断层,断层带内破碎带发育。在该区西南端木尔宗乡村委会驻地旁见含稀有金属花岗伟晶岩脉以透镜体的形态出露,长度大于300 m,宽度不等,最宽处约4 m,走向为338°。在北东端喀鲁寺庙南已发现5条含稀有金属花岗伟晶岩脉,主矿体平面上长591 m,厚度2.24~54.40 m,平均厚度为14.14 m,2020年四川省地质矿产勘查开发局物探队做了较为系统的勘查工作,估算推断Li₂O资源量为13 538 t,伴生BeO资源量为594 t。根据野外调查验证,该区成矿背景可能为受可尔因复式岩体侵位隆起影响,伴随着岩浆侵位和结晶分异演化,含稀有金属花岗伟晶岩脉在该区断裂构造薄弱部位侵入而成矿。综合分析研究认为该成矿有利地段具有较好的找矿前景。

白湾乡饶巴村—大石凼村—牧业村斯则木足成矿有利地段(Ⅱ)位于可尔因岩体北侧边缘,距离可尔因岩体直距范围0 ~5.2 km。该区内共解译花岗伟晶岩脉22条,其中该区北东部斯则木足山梁附近的5条花岗伟晶岩脉为原川地404地质队(原阿坝地质队)在开展1∶50 000普查找矿中发现,2016—2018年中国地质科学院矿产综合利用研究所对该矿点(命名为斯则木足锂辉石矿点)开展了1∶50 000矿产地质调查重点检查,2019年提交了估算结果,潜在Li₂O资源量达51.54万t,Rb₂O资源量达36 425.70 t,Nb₂O资源量达2 678.36 t,Ta₂O资源量达1 339.18 t,BeO资源量达8 035.08 t。2023年,中国地质科学院矿产综合利用研究所对该矿点开展了钻探工作,大致掌握了该矿点含稀有金属花岗伟晶岩脉的深部特征。根据野外调查验证,该区成矿背景可能是受可尔因复式岩体侵位隆起影响,围岩变质碎屑岩岩层产状倾向北西,倾角普遍比较缓(25°~30°),岩石节理裂隙发育。伴随着可尔因复式岩体侵位和岩浆结晶分异演化,含稀有金属花岗伟晶岩脉在该区围岩岩石节理裂隙发育地段沿节理等构造薄弱处呈不规则切层侵入而成矿。该区成矿前景良好,值得加大投入资金进行勘查工作。

白湾乡牧业村—神山村成矿有利地段(Ⅲ)位于可尔因复式岩体北东侧边缘,距离可尔因复式岩体直距0~2.4 km。该区解译出花岗伟晶岩脉3条,受植被覆盖严重影响,多数花岗伟晶岩脉未能解译。2018年中国地质科学院矿产资源研究所“川西甲基卡大型锂矿资源基地综合调查评价”项目团队在该区发现22条花岗伟晶岩脉,其中含稀有金属花岗伟晶岩脉6条,规模最大的岩脉地表延续长约800 m,宽约20 m,产状陡倾,西侧接触面产状319°∠85°,东侧接触面产状为122°∠65°,露头取样结果显示Li₂O平均品位达1.84%,南西端无锂矿化。根据野外调查验证,该区成矿背景与白湾乡饶巴村—大石凼村—牧业村斯则木足成矿有利地段相似,可能为受可尔因复式岩体侵位隆起影响,岩石节理裂隙发育,伴随着可尔因复式岩体侵位和岩浆结晶分异演化,含稀有金属花岗伟晶岩脉在该区围岩岩石节理裂隙发育地段沿节理等构造薄弱处呈不规则切层侵入而成矿。该区含稀有金属花岗伟晶岩脉出露数量较可观,值得进一步开展地质工作。

1)以川西可尔因矿集区内已有矿床含稀有金属花岗伟晶岩脉的影像特征和解译标志为基础,结合成矿地质背景,推广到可尔因复式岩体周围0~5 km范围内进行花岗伟晶岩脉解译及部分野外验证,掌握了川西可尔因稀有金属矿集区内花岗伟晶岩脉的分布规律及特征,即: 稀有金属矿以花岗伟晶岩脉为载体,在可尔因复式岩体边缘0~5 km范围内的断裂带及围岩裂隙等构造薄弱处侵位。

2)出露于地表的花岗伟晶岩脉及转石是寻找稀有金属矿最直接的标志,因此,川西可尔因高植被覆盖区遥感地质找矿最直接且有效的方法即找花岗伟晶岩脉及转石。

3)川西可尔因稀有金属矿集区花岗伟晶岩脉宽度一般在数米之内,常成群分布,且受围岩影响常沿走向和倾向方向厚度变化较明显,多数具有分支复合特征,局部地段呈细脉状(数厘米至数十厘米的宽度)。根据遥感影像空间分辨率特征,地表出露宽度大于1 m且未被植被覆盖的花岗伟晶岩脉易于解译,而规模更小的岩脉则难以解译,对岩脉沿走向的变化情况亦难以达到较好的解译效果。对于掩盖在乔木林中的花岗伟晶岩脉因解译标志不清晰而未能解译,对于隐伏的花岗伟晶岩脉更是无能为力。另外,遥感解译的花岗伟晶岩脉无法判别其是否含稀有金属矿。因此,遥感地质找矿不能替代更不能脱离野外地质调查。

4)可尔因复式岩体北部及北西部划分了木尔宗乡斯鸟村—藤古村—喀鲁(Ⅰ)、矿集区北部的饶巴村—大石凼村—牧业村卓木尔(Ⅱ)、矿集区东北部的牧业村—神山村(Ⅲ)3处重点找矿地段,为新一轮找矿突破战略行动确定了方向。

5)因川西可尔因矿集区地形切割强烈、交通条件差、多数地段人员无法到达,传统地质调查找矿受到一定的客观限制,且矿集区内植被覆盖高,利用遥感地质技术辅助找花岗伟晶岩型稀有金属矿,能有效弥补传统地质找矿的不足,提高找矿效率,节约大量的人力、物力、财力。