2013, Vol. 29
2. 中国科学院地质与地球物理研究所 地球深部研究重点实验室，北京 100029
2. Key Laboratory of Earth’s Deep Interior, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
新疆西北缘的西准噶尔位于阿尔泰山南缘，构造上属于西伯利亚、塔里木和哈萨克斯坦-准噶尔古板块的交汇部位，以古生代蛇绿岩和火成岩为特征。该区域发育有一系列NE-NNE向和近EW向断裂，沿其南段分布着大大小小呈岩基状的深层花岗岩体, 如红山、哈图、阿克巴斯套、克拉玛依和庙尔沟岩体等，侵位于泥盆-石炭系中(图 1)(Feng et al., 1989; Zhang et al., 1993, 1995)。西准噶尔地区对于研究阿尔泰山增生造山带来说是一个天然的试验场，然而许多地质单元的自然属性与构造特征不清楚，缺乏详细的岩性与构造信息及地球动力学数据(Zhang et al., 2011)。相比于东准噶尔地区，西准噶尔碱性花岗岩的研究也较薄弱。因此，对该区域地质体的岩性，尤其是花岗岩类岩性信息的地质调查与研究工作具有重要意义。
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图 1 研究区地质简图 Fig. 1 The schematic geological map of study area |
随着遥感技术与信息处理技术的不断发展，遥感信息作为一种独立的地质参数(杨建民等，2007)，已被广泛应用于岩性探测、构造研究、地质灾害等地质领域。尤其是利用遥感光谱信息对岩性的识别与提取，可以快速、宏观地提供丰富的岩石信息。然而，火成岩类遥感岩性识别研究中，花岗岩类的信息提取一直是难点之一。原因在于纯花岗岩在可见光-近红外及短波红外谱域(VNIR-SWIR)不具有反射光谱特征(Hunt and Salisbury, 1973)。相比较而言，作为遥感领域重要大气窗口的8.0~14.0μm热红外谱域(TIR)，由于花岗岩的主要造岩矿物——石英与长石，其分子基谐振动所引起的低发射率带(The Reststrahlen Band)光谱特征显著，为更有效地提取花岗岩类岩矿信息提供了可能。Watts et al. (2005) 曾基于花岗岩含有5%~10%的白云母，使用ASTER SWIR波段比值7/6：6/5：6/4假彩色合成技术，在西藏南部的印度河-雅鲁藏布江板块缝合带以南地区，从寒武纪片麻岩中区分出第三纪花岗岩。ASTER 8~12μm的TIR波段设置是火成岩光谱特征较集中的谱域。二宫芳树和付碧宏(2003) 基于矿物ASTER TIR发射率，建立了石英指数(QI)、碳酸盐指数(CI)与二氧化硅含量指数(SI)，在帕米尔东北缘采用三个指数的假彩色合成技术识别出部分花岗岩体。陈江和王安健(2007) 对ASU岩石波谱库岩石样品进行了二氧化硅含量与ASTER TIR多个波段比值拟合计算，利用所得到的定量方程进行岩石化学成分填图，提取出部分钙碱性与碱性花岗岩。 Aboelkair et al. (2010) 也曾利用ASTER TIR波段比值12/13：11/12：14/13假彩色合成技术成功地识别出埃及中东沙漠地区部分钠长花岗岩体。
ASTER(高级星载热发射反射辐射计)是搭载于1999年12月发射的Terra卫星上的五个传感器之一，通过覆盖可见光-近红外、短波红外和热红外谱域的14个波段获取地球表面的多光谱数据：VNIR(0.52~0.86μm)有3个波段(空间分辨率为15m)，其中第三波段可单轨道获得近红外立体图像数据，具有生成高精度数字高程模型(DEM)数据的能力，SWIR(1.6~2.43μm)有6个波段(空间分辨率30m)，TIR(8.125~11.65μm)有5个波段(空间分辨率为90m)(Fujisada, 1995; Ninomiya and Fu, 2002; Ninomiya et al., 2005)。相比于Landsat TM/ETM，ASTER在SWIR与TIR谱域的波段数更多且光谱分辨率更高，为不同岩性的识别与提取提供更多的诊断窗口。
本次研究通过对相关矿物实验室光谱数据与野外岩石样品TIR发射率及SWIR反射率的光谱测试与特性分析，使用ASTER SWIR-TIR遥感数据的相关波段比值与彩色合成技术对西准噶尔地区克拉玛依花岗岩体进行岩性识别，探讨其花岗岩类岩石与矿物光谱特征，寻找提取花岗岩类岩性信息的适宜方法。
2 地质概况西准噶尔经历了碰撞前和碰撞后两个阶段的构造演化，其中碰撞后阶段的初期为中酸性岩浆活动期，从晚石炭世开始到早二叠世结束, 这一时期发生大规模的中酸性岩浆侵入(冯益民, 1987)。该区域无变质基底的记录，最老的岩石是寒武纪-奥陶纪基性-超基性蛇绿岩。寒武纪后期沉积岩，特别是泥盆和石炭纪火山沉积岩非常丰富(Tang et al., 2010)。石炭纪地层主要在其东南部, 地层由老到新分别为太勒古拉组、包古图组和希贝库拉斯组。
西准噶尔花岗岩体分布广泛，出露面积约占全区的七分之一(金成伟和张秀祺, 1993), 其中克拉玛依岩体位于西准噶尔中部。前人对该岩体的花岗岩年代学研究表明，克拉玛依花岗岩体的成岩年龄为 320Ma 左右，为海西中期的晚石炭世初期，侵入太勒古拉组与包古图组地层中(金成伟和张秀祺, 1993; Kwon et al., 1989; 高山林等, 2006)。此外，岩体及其周围地层中还广泛发育有闪长玢岩和辉绿岩岩墙，属于亚碱性系列(李辛子等, 2004)。为便于讨论，本次研究将克拉玛依岩体分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号(图 1标注)。该研究区属干旱半干旱气候非常适合开展遥感应用研究。
3 花岗岩类相关矿物与岩石光谱特性 3.1 相关矿物光谱特性花岗岩的主要造岩矿物为石英与长石，长石主要分为碱性长石族(正长石、微斜长石和条纹长石等)和斜长石族(奥长石、中长石和钙长石等)两大类，但大多数长石是以正长石(Or)、钠长石(Ab)和钙长石(An)为端元组分按一定比例共生于岩石中。根据三个长石端元组分相对含量，花岗岩种类又进一步细分为碱性花岗岩、二长花岗岩、斜长花岗岩等多个亚类。集中研究石英与长石族矿物的光谱特性对花岗岩遥感数据的岩性识别尤为重要。
3.1.1 热红外(TIR)组成岩石的矿物在热红外谱域具有选择性发射的特性，同一矿物在不同谱域具有不同的发射率，不同矿物在同一谱域也具有不同的发射率(傅碧宏和丑晓伟, 1994)。图 2a, c显示长石与石英实验室TIR谱域光谱曲线。硅酸盐矿物低发射率谱带波长位置会随着晶体结构中SiO4四面体孤立性的增加(聚合度降低)而向长波方向移动(Farmer, 1974)，如石英在8.62μm的特征峰值(图 2c)，长石则多出现在9μm附近(图 2a, c)。碱性长石族与斜长石族在TIR特征谱带多集中于8~12μm。晶体结构中阳离子质量、化学键强度的改变与轻微形变，会引起矿物特征光谱的波长偏移或分裂(Hecker et al., 2010)。斜长石族中(图 2a)，从钠长石端元至钙长石端元特征吸收带的数量逐渐减少且吸收强度也相对下降。特征光谱的分裂能力随富钠斜长石向富钙斜长石减弱。斜长石族在8.2~8.8μm波长范围为一个宽吸收带，至8.9~9.25μm出现发射率相对高的峰值, 10.8μm附近存在弱且更宽的吸收谱带。碱性长石中(图 2c), 条纹长石作为一种钾、钠长石为主客晶共生构成的碱性长石，光谱特征强于正长石与微斜长石。碱性长石族8.2~8.8μm的特征吸收带相对斜长石较窄，特征峰值集中于9μm附近，9~10.2μm波长区间的一系列吸收峰数量多于斜长石。但在10~11.6μm并未见任何光谱特征。
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图 2 矿物发射率光谱曲线 (a)-斜长石族矿物TIR谱域发射率光谱曲线;(b)-斜长石族矿物ASTER TIR波段重采样后发射率光谱曲线;(c)-碱性长石族矿物与石英TIR发射率光谱曲线;(d)-碱性长石族矿物与石英ASTER TIR波段重采样后发射率光谱曲线.数据源于USGS反射率光谱库，根据基尔霍夫定律(E=1-R)将反射率转换为发射率 Fig. 2 Emissivity spectra of minerals Thermal infrared emissivity spectra of plagioclase minerals from USGS mineral spectral library (a) and the spectra convolved to the ASTER bandpasses (b); Thermal infrared emissivity spectra of alkli-feldspar minerals and quartz from USGS mineral spectral library (c) and the spectra convolved to the ASTER bandpasses (d) |
上述矿物实验室光谱重采样至ASTER TIR波段后(图 2b, d)，长石族矿物在TIR光谱特征依旧明显。光谱曲线中，无论碱性长石还是斜长石，波段10与12发射率都高于波段11，石英恰好相反。然而，各类长石矿物之间也存在一定区别。斜长石族中(图 2b)中，钠长石至钙长石在波段12的发射率相对于波段10与13分别上升与下降，波段12与13的曲线斜率减小的变化趋势显而易见。相比于斜长石族，碱性长石族在波段13的值都高于波段12(图 2d)。因此，波段13与12的比率差异可用于区分斜长石与碱性长石。同时，除钠长石以外的斜长石族矿物，如奥长石、拉长石、钙长石，波段12相对于其肩部的波段11与13的较高比率具有识别斜长石的能力。
3.1.2 短波红外(SWIR)纯净的石英与长石族矿物在VNIR-SWIR区域一般不具备任何光谱特征(图 3a)。自然条件下出现的某些光谱特征反映的是其结构中某些杂质(如云母族、闪石族矿物)与特殊阳离子的信息，并非硅酸盐组构本身。在克拉玛依岩体的二长花岗岩中发现白云母含量较高且部分正长石发生绢云母化蚀变，明显区别于区域其他花岗岩类。由于白云母与绢云母化学成分基本相同，两者的光谱特征也基本一致，在2.2μm的羟基振动谱带十分尖锐。而黑云母、角闪石等其他矿物在SWIR的吸收谱带出现在波长更长的2.3μm附近(图 3a)。与其他矿物相比，白云母在ASTER 波段4的反射率明显强于具有吸收特性的波段6(图 3b)。因此，可以根据波段4与6的比率指示白云母与绢云母化蚀变矿物。
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图 3 相关矿物SWIR谱域反射率光谱曲线(a)和ASTER SWIR波段重采样后发射率光谱曲线(b) Fig. 3 Shortwave infrared reflectance spectra of related minerals (a) and the spectra convolved to the ASTER bandpasses (b) |
克拉玛依岩体野外花岗岩样品(采样点位置见后文)光谱发射率测试采用Micro FT (Model 102)便携式光谱计。测量的光谱区间为2~16μm，光谱分辨率FWHH为4 波数。岩石样品VNIR-SWIR光谱反射率的测试使用ASD便携式分光辐射计，可以在0.35~2.5μm范围记录高分辨率的光谱数据。图 4与图 5分别显示了岩样8~12μm TIR发射率光谱曲线与1.0~2.5μm SWIR反射率光谱曲线。
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图 4 研究区花岗岩样品TIR发射率光谱曲线(a)和样品ASTER TIR波段重采样后发射率光谱曲线(b) Fig. 4 Thermal infrared emissivity spectra of grantoids samples (a) and the spectra convolved to the ASTER bandpasses (b) in study area |
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图 5 研究区花岗岩样品SWIR反射率光谱曲线(a)和样品ASTER SWIR波段重采样后反射率光谱曲线(b) Fig. 5 Shortwave infrared reflectance spectra of granitoids samples (a) and the spectra convolved to the ASTER bandpasses (b) in study area |
岩石在热红外谱域光谱信息量丰富，其特征的低发射率谱带均是由造岩矿物的原子振动激发产生，谱带的中心波长位置是岩石主要矿物成分的直观反映(丑晓伟等, 1996)。图 4a显示花岗岩样品在TIR谱域特征明显, 特征谱带多集中于8~10μm，主要体现出石英与长石两类矿物综合的光谱特性。石英的8.62μm特征峰值在花岗岩光谱中依旧突出，但长石族矿物光谱的抑制作用使其强度减弱。长石族矿物8.8~10.2μm一系列特征谱带的存在导致花岗岩样品在这一谱域范围出现数量多且强弱不一的光谱特征。从样品ASTER TIR波段光谱曲线可以看出(图 4b)，总体上，波段10、13和14发射率值都高于波段11与12。斜长石族与碱性长石族矿物波段13与12比率区别最显著，这一特性同样反映于岩样的光谱曲线(图 4b)，引起不同样品之间较大变化。
3.2.2 短波红外(SWIR)岩石VNIR-SWIR特征谱带是某些特殊矿物、蚀变其杂质的金属阳离子电子跃迁和分子基谐振动的倍频与合频所产生。相比于TIR谱域，岩样SWIR的光谱特征(图 5a)除各类岩石中广泛存在的1.4μm、1.9μm水的强吸收谱带外，其他都较微弱。但是，研究区二长花岗岩中富白云母且部分正长石发生绢云母化蚀变，在2.2μm出现了羟基特征吸收谱带，与其他花岗岩样品区别显著，这说明尽管在SWIR谱域光谱数量少、吸收强度低，但特殊矿物信息也可以作为岩性识别的标志。
4 花岗岩类岩性信息提取与识别 4.1 ASTER数据预处理本次研究使用两景经高精度正射几何校正的ASTER 3A 数据产品，数据获取时间分别为2001年3月26日与5月22日。首先，对ASTER SWIR-TIR数据进行辐射定标，使DN值转换为星上辐射率。其次，SWIR 波段数据大气校正采用基于MODTRAN4辐射传输模型的FLAASH大气校正方法，TIR 波段数据则通过大气校正计算大气透射率与大气上行辐射，将星上辐射率反演为地表辐射率后，采用发射率标准化(Emissivity Normalization)技术分离辐射数据中的发射率与温度信息。同时，将TIR数据90m空间分辨率重采样至30m，与SWIR数据融合。
4.2 岩性信息提取方法 4.2.1 波段比值波段比值算法可用来表现光谱吸收特征的对比而又降低相关反照率与地形坡度变化的影响，已经被广泛应用于遥感地质研究中。比值图像中不同岩石地层单元的亮度比值与其光谱比值之间存在正相关关系，因此不同岩石地层单元的光谱数据可作为影像波段比值增强处理的依据(丑晓伟和傅碧宏, 1995)。
依据岩石矿物在SWIR-TIR谱域光谱特征，波段比值13/12与碱性长石族矿物呈正相关，如正长石、微斜长石，与中基性斜长石呈负相关。因此，比值13/12可以指示碱性长石信息。中基性斜长石矿物在波段12发射率值高于波段11与13，比值12/11和12/13都为正值，如拉长石、钙长石，因而选择比值(12×12)/(11×13)增强这些长石矿物信息。图 6a, c分别显示研究区两种比值的灰度图像。同时，研究区二长花岗岩富白云母及绢云母化蚀变的特征导致其在SWIR波段6光谱范围表现强吸收性，波段比值4/6可用于进一步识别研究区二长花岗岩岩性信息(图 6b)。
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图 6 研究区ASTER波段比值灰度图像 (a)-比值13/12;(b)-比值4/6;(c)-比值(12×12)/(11×13) Fig. 6 The gray images of the ASTER band ratio 13/12 (a), 4/6 (b) and (12×12)/(11×13) (c) in study area |
假彩色合成影像通过色彩的变化直观地显示出地表岩性信息，基于波段比值图像的假彩色合成技术则能够更准确地探测研究区具有不同岩性的岩石单元。Aboelkair等曾利用ASTER TIR波段比值12/13(R), 11/12(G), 14/13(B)假彩色合成影像成功识别出埃及中东沙漠地区部分色彩为品红色的钠长花岗岩(Aboelkair et al., 2010)。研究区应用该比值技术生成的假彩色合成(图 7)图像中，除I号岩体的外环部分呈紫红色外，克拉玛依岩体均呈深浅不等的蓝色，说明研究区花岗岩不具备类似的光谱特性，不同岩性信息可识别性较差。本次研究基于本研究区花岗岩岩性的光谱特性，利用图 6所示的比值灰度图像引入一种新的ASTER波段比值彩色合成影像:13/12(R), 4/6(G), (12×12)/(11×13)(B)(图 8a)。
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图 7 研究区ASTER 12/13(R), 11/12(G), 14/13(B)假彩色合成影像 采样点位置以红色实心点标注 Fig. 7 The ASTER 12/13(R), 11/12(G) and 14/13(B) false color composite image of study area The red filled dots show the location of rock samples |
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图 8 研究区ASTER 13/12(R), 4/6(G), (12×12)/(11×13)(B)假彩色合成图像(a)和假彩色合成解译图像(b) Fig. 8 The ASTER 13/12(R), 4/6(G) and (12×12)/(11×13)(B) false color composite image of study area (a) and interpretation of the image (b) |
新比值假彩色合成图像可以成功地区分出克拉玛依岩体的花岗岩类，为进一步讨论所采用的波段比值，统计计算了相关矿物与岩样的ASTER波段光谱比率。如表 1所示，
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表 1 长石矿物与岩石样品实验室光谱数据ASTER TIR比值表 Table 1 ASTER thermal infrared band ratio values of feldspar and rock samples library data |
由于ASTER波段12发射率谱带的变化，斜长石族矿物从酸性到基性长石其波段12相对波段11与波段13的比率逐渐增大，进而导致波段比值13/12的降低与(12×12)/(11×13)的升高。相反，碱性长石族矿物ASTER波段12相对波段11的比率变化较小，最突出的特征是波段13的发射率整体为高值，所以比值13/12都大于1而比值(12×12)/(11×13)都小于1。但属钾长石类的正长石和微斜长石的13/12比值明显低于钾、钠长石共生的条纹长石，说明钠长石对比值13/12贡献更大。热红外波段发射率光谱具有线性混合的特征(闫柏琨等, 2006)，岩石样品热红外光谱数据是岩石自身主要矿物光谱信息的综合。5个样品13/12与(12×12)/(11×13)比值变化趋势也恰好相反，比值13/12高的样品对应低的(12×12)/(11×13)比值。
通过岩石矿物TIR光谱特征比值分析，利用遥感影像可识别不同岩性。研究区ASTER比值灰度图像中，图 6a中克拉玛依Ⅲ岩体呈高亮值区，说明以碱性长石族矿物为主。I号岩体中心圆形区域与Ⅱ号岩体灰度明显低于Ⅲ岩体, 说明碱性长石含量明显减少。与之相反，比值13/12灰度图像中的高亮值区在比值(12×12)/(11×13)图像中(图 6c)为暗像元，而以亮像元显示的Ⅱ号岩体外环部分说明富含斜长石族矿物。克拉玛依岩体在比值4/6灰度图像(图 6b)中，只有Ⅱ号岩体尾部高亮显示，这一区域与野外岩样鉴定中富白云母与正长石绢云母化蚀变特征吻合。为突出显示上述TIR比值对岩性的敏感度，我们对比值灰度图像进行伪彩色增强。伪彩色增强是每个像元灰度值通过色彩映射使用R、G、B强度值显示图像的技术。从图 9a可以看出，富碱性长石的区域为红色，I号岩体中心圆形区域与Ⅱ号岩体为强度较弱的黄色；同样，富斜长石的Ⅱ号岩体外环区域在比值(12×12)/(11×13)伪彩色图像中(图 9b)以高强度的红色显示。除此以外，可以发现TIR比值灰度图像与伪彩色图像对克拉玛依Ⅱ号岩体的识别结果基本一致，并没有SWIR比值4/6中突出的差异，间接证明了引入SWIR波段数据的重要性。
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图 9 研究区波段比值伪彩色图像 (a)-比值13/12; (b)-比值(12×12)/(11×13).蓝色至红色指示低值至高值区域 Fig. 9 The pseudo color images of the ASTER band ratio 13/12 (a) and (12×12)/(11×13) (b) in study area The color region from blue to red represent the value from low to high |
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图 10 研究区 A-B段ASTER光谱剖面图 (a)-SWIR波段; (b)-TIR波段 Fig. 10 The ASTER SWIR (a) and TIR (b) spectral profiles of A-B section in study area |
传统的单波段假彩色合成所含信息量少且无法表现不同地物光谱的诊断特征，比值假彩色合成技术则更为简单有效。对于花岗岩类，VNIR-SWIR谱域的光谱特征较弱且反映的并非主矿物信息，而TIR谱域发射率光谱贡献来自花岗岩自身不同丰度、种类的石英与长石，使用前人对钠长花岗岩的ASTER TIR探测技术用于本研究区可以发现识别效果并不理想(图 7)，可能原因是克拉玛依岩体以碱性花岗岩为主，钠长石的光谱特征并不占优势。新比值彩色合成图像显示的色彩区分度高(图 8a)，与原90m较低空间分辨率的TIR影像相比，SWIR与TIR数据融合图像更清晰，更有利于目视解译。解译图中(图 8b)，比值13/12贡献最大的克拉玛依Ⅲ号岩体呈亮红色，例如样品1602其比值高达1.2231，为碱长花岗岩(多边形1)。呈红色但颜色明显较暗的多边形2区域分别位于克拉玛依Ⅰ号和Ⅱ号岩体中部，说明岩石中存在一定含量的斜长石，比值(12×12)/(11×13)的贡献已经显现，应为常见的普通花岗岩。呈深浅不等蓝色区域(多边形3)都位于所识别出的普通花岗岩的外围，样品1806(12×12)/(11×13)比值为0.9386，超过其比值0.8083的碱长花岗岩样品1602约16%，岩性以中基性斜长石族矿物为主，样品1806的低13/12比值(1.0505)也说明石英含量较低，与花岗闪长岩的岩性较一致。由于在SWIR谱域中白云母与正长石绢云母化蚀变引起的特殊光谱特征，克拉玛依Ⅱ号岩体青黄色区域(多边形4a)指示出比值4/6贡献较大的岩体，也证明其岩性碱性长石与斜长石共存且相对含量差异不明显，识别为二长花岗岩。值得注意的是，在III号岩体东缘标注出三个岩株(多边形4b)与二长花岗岩色彩相似，其中最东部黄色的岩株色彩上略有区别，说明其富碱性长石并存在SWIR波段6的羟基蚀变。此外，多边形5覆盖的区域也属于III号岩体，但色调上呈紫红色与III号岩体主体的亮红色差异明显，说明III号岩体边缘已表现出斜长石光谱特性。
5 讨论遥感技术获取的是地表光谱信息，遥感岩性识别依赖于岩石之间不同种矿物的反射谱与发射谱的差异。因此。岩石光谱也具有明显的空间对应关系。通过ASTER数据采样获取的横贯克拉玛依岩体I、II号A-B段(图 8b)岩体的光谱剖面图(图 10)显示，剖面西段的二长花岗岩反射率明显最高，但发射率最低，在图 8中突出单一绿波段的色调。至剖面中段是花岗岩与花岗闪长岩过渡，花岗岩闪长岩短波红外反射率幅值要高于花岗岩，而热红外发射率幅值正好相反，在图 8中表现出两种花岗岩类红、蓝波段的明显差异。剖面东段的碱长花岗岩短波波段反射率亦较高，尤其是ASTER第4波段的整体高幅值。A-B剖面由西至东花岗岩类岩性的光谱变化具有明显的空间区域分带特征，并且都表现出同类岩性反射率与发射率幅值的反比变化特点，也充分说明在一定区域范围内的花岗岩类岩石反射与发射光谱特征都具有稳定性与规律性。
西准噶尔地区作为哈萨克斯坦巴尔喀什斑岩型成矿带的东延部分，其中位于克拉玛依岩体西南约25km的包古图斑岩铜钼矿床是近些年来的研究热点(代华五等，2010；Shen et al., 2009; 申萍等, 2009; 张连昌等, 2006)。从岩石学与地学化学方面来看，许多证据表明克拉玛依花岗岩体主要属于Ⅰ型钙碱性花岗岩类，具有高Sr、富Al2O3和富Na等特点，为碰撞后阶段壳幔岩浆混合作用形成(高山林等, 2006; 贺敬博和陈斌, 2011; 邹涛等, 2011; 苏玉平等, 2006)。遥感解译结果(图 8b)发现III号岩体与Ⅰ号、Ⅱ号岩体差异显著，且具有斜长石族矿物含量较低而石英含量较高的特点，与西准地区阿克巴斯套、庙尔沟等典型的铝质A型碱性花岗岩体类似，这些岩体成岩时间相对较晚(庞振甲等, 2010; 王金荣等, 1996)，进而判断克拉玛依III号岩体可能属于A型花岗岩并非Ⅰ型，形成时间可能晚于I号和Ⅱ号岩体。遥感数据识别出的克拉玛依花岗岩体为中酸性花岗岩类，碱性长石含量明显高于包古图成矿斑岩体。解译图中显示克拉玛依岩体蚀变异常主要集中于Ⅱ号岩体的二长花岗岩(图 8b多边形4a)，这与适用于钙碱性中酸性斑岩系统的Lowell and Guilber (1970) 经典热液蚀变模式(如花岗闪长斑岩和二长花岗斑岩)的岩性特征类似。从成矿构造方面来看，斑岩型铜钼矿床分布常受区域深大断裂的次级构造控制。西准噶尔东南部的次级构造以达尔布特断裂为界，北侧以NE向为主，南侧以近NS向为主。杨富贵等运用岩浆动力学原理认为克拉玛依岩体具有浅侵位特点，主要以岩浆扩张方式定位(杨富贵等, 1998)，而斑岩型铜矿床在空间上一般均与中酸性浅成侵入体有关。从遥感解译图中不难看出(图 8b)，克拉玛依岩体地表出露形态为椭圆-长方形，Ⅰ号、Ⅱ号岩体的延伸方向与区域内近EW向的次级压扭性断裂产出部位一致，而III号岩体则与NE-NNE向断裂一致。Ⅱ号岩体中具有蚀变特征的二长花岗岩构造上位于NE向与EW向断裂交汇部位，此外，岩性类似的III号岩体东缘三个岩株(图 8b中多边形4b)同样在构造上位于Ⅰ号岩体的EW向断裂与III号岩体的NE向断裂的交汇处。因此，推断克拉玛依Ⅱ号岩体以及东侧I号与III号岩体交汇处的局部区域仍具有成矿潜力。
综上所述，相比于ASTER VNIR-SWIR波段，基于花岗岩类主要矿物长石与石英发射率光谱特征的TIR比值影像数据更有助于花岗岩类岩性识别和提取，利用具有特征指示信息的SWIR与TIR波段融合比单独使用TIR波段效果更佳。ASTER 波段比值13/12、4/6和(12×12)/(11×13)，可以定性地识别出研究区碱长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩与二长花岗岩四种花岗岩类。不同区域的花岗岩类由于区域地质条件的差异会导致其矿物成分与蚀变类型等发生不同变化，很难依据花岗岩VNIR-SWIR谱域反射率光谱数据对不同区域花岗岩识别方法进行统一厘定，TIR谱域发射率光谱特征稳定，且反映的是花岗岩类中主要造岩矿物的自身属性，适用范围更为广泛。西准斑岩型铜矿与较年轻的中酸性花岗岩类联系密切，且受区域断裂次级构造控制明显，与包古图成矿岩体的岩性与控矿构造比较，依据遥感岩性识别与提取结果以及断裂构造解译判断克拉玛依岩体部分区域仍具有成矿远景。
6 结论通过本研究得出以下结论和认识：
(1) 不同种类花岗岩类由于其长石组分与特征矿物的差异可引起光谱反射率与发射率的响应，西准噶尔克拉玛依岩体花岗岩类岩石及相关矿物的ASTER SWIR反射率与TIR发射率测量结果证明长石与石英矿物以及云母族等特征矿物在花岗岩类岩石中的反射与发射率谱带具有各自稳定的光谱特征。这些显著的光谱特征可适用于花岗岩类的遥感岩性信息提取与识别。
(2) 基于光谱测量分析结果，选择出ASTER TIR波段比值13/12 可指示碱性长石矿物信息，比值(12×12)/(11×13)对中基性的斜长石矿物敏感，SWIR波段比值4/6则可用来探测白云母矿物和绢云母化蚀变信息。基于短波与红外波段信息融合的该三波段比值假彩色合成影像可提取与识别出研究区碱长花岗岩、花岗岩、花岗闪长岩与二长花岗岩四种花岗岩类。该提取方法应对干旱-半干旱岩浆岩岩体出露地区的花岗岩岩性遥感探测具有普适性。
(3) 依据克拉玛依岩体的花岗岩遥感岩性识别与解译出的区域断裂构造空间分布特征，并结合他人对西准格尔地区多期花岗岩侵入体的地球化学研究，推断克拉玛依Ⅱ号岩体以及东侧I号与III号岩体交汇处的部分区域仍可能是未来的成矿潜力区，下一阶段可进一步开展野外调查与验证。
本次研究结果表明ASTER SWIR-TIR谱域波段比值假彩色合成技术可以有效地探测西准噶尔研究区花岗岩类，遥感影像的岩性识别与解译可以为今后该区域地质工作提供更详尽的岩性信息, 并为该地区矿产勘探和预测提供前期技术支撑。
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