新疆烏什塔拉地區(qū)遙感、化探、地質(zhì)綜合找礦研究

趙玉梅，劉　磊，周　軍，蘇春乾

(1.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì), 新疆 烏蘇 833000；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054)

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新疆烏什塔拉地區(qū)遙感、化探、地質(zhì)綜合找礦研究

趙玉梅1，劉磊2，周軍2，蘇春乾2

(1.新疆地質(zhì)礦產(chǎn)局第七地質(zhì)大隊(duì), 新疆 烏蘇 833000；2.長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，西安 710054)

摘要：新疆烏什塔拉地區(qū)位于中亞天山成礦帶的東南部，該成礦帶上已發(fā)現(xiàn)眾多礦床。在烏什塔拉地區(qū)開展地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查時(shí)，為快速確定找礦靶區(qū)，以遙感技術(shù)為先導(dǎo)，利用ETM+自然彩色合成、最小噪聲分離等方法解譯巖體、斷層；之后對ETM+數(shù)據(jù)采用掩膜技術(shù)剔除干擾后，利用主成分分析法提取礦化蝕變信息；并將地質(zhì)、化探、遙感等多元信息疊合進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明，利用主成分分析法提取的蝕變信息與化探異常、巖體、斷層吻合較好，蝕變信息在工作區(qū)西北部、北部(喀拉塔格附近)及南部(阿拉塔格附近)具有面狀、帶狀分布特征，而在工作區(qū)西南部、中部(阿勒格烏拉西)及東南部(扎合布拉格北溝附近)等地具有線狀特征。經(jīng)綜合分析、篩選，共圈定了19處找礦靶區(qū)，對其中5處重點(diǎn)部位進(jìn)行野外檢查，發(fā)現(xiàn)利用主成分分析法提取的蝕變異常多由巖脈、斷層、夕卡巖化、黏土化、褐鐵礦化等引起。對蝕變帶取樣化學(xué)分析，確定了金、銅、鐵礦化點(diǎn)3處。

關(guān)鍵詞：烏什塔拉地區(qū)；遙感；礦化蝕變信息提?。欢嘣畔⒄业V；天山成礦帶；新疆

0引言

遙感技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于找礦工作中，蝕變礦物在可見光-短波紅外區(qū)間存在的波譜特征差異為這些研究提供了理論基礎(chǔ)[1]?？梢姽獠ǘ喂庾V特征主要為金屬離子遷移造成，短波紅外波段可探測碳酸鹽巖、水合物和含羥基礦物[1-4]。利用可見光和短波紅外的反射率光譜，可快捷、低成本地提取巖石中礦物和化學(xué)成分信息，識(shí)別與成礦作用密切相關(guān)的礦化異常信息和蝕變礦物，為找礦提供線索[2-4]。TM、ETM+數(shù)據(jù)為礦產(chǎn)勘查中應(yīng)用最普遍的遙感數(shù)據(jù)源，已有許多研究與應(yīng)用實(shí)例[4-9]。很多礦化與巖體、斷層密切相關(guān)，利用遙感技術(shù)準(zhǔn)確解譯巖體、斷層，之后與礦化蝕變信息、化探異常綜合分析，可大大提高靶區(qū)選擇的準(zhǔn)確性[3,8-13]。

新疆烏什塔拉地區(qū)位于中亞天山成礦帶的東南部位。中亞天山成礦帶上境內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)眾多礦床，如穆龍?zhí)住炷诽貭?、薩瓦亞爾頓銻金礦床等[14-17]。與該成礦帶其他區(qū)域相比，烏什塔拉地區(qū)工作程度較低，僅開展了1∶20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，區(qū)內(nèi)尚無已知金屬礦床。自20世紀(jì)80年代末以來，相繼在鄰區(qū)開展的遙感地質(zhì)找礦相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)了一系列礦(化)點(diǎn)[10,18-21]，為研究區(qū)找礦提供了新思路。研究區(qū)內(nèi)植被稀少，基巖露頭較好，為遙感應(yīng)用的理想場所。在研究區(qū)開展1∶5萬礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查時(shí)，利用遙感技術(shù)解譯了區(qū)內(nèi)的巖體、斷層，采用掩膜技術(shù)剔除干擾信息提取遙感礦化蝕變信息，并與化探、地質(zhì)資料進(jìn)行綜合分析，據(jù)此圈定靶區(qū)并開展野外檢查工作，取得了較好的效果。

圖1　新疆烏什塔拉地區(qū)地質(zhì)圖Fig.1　Geological map of Wushitala area, Xinjiang1.第四系；2.上新統(tǒng)一始新統(tǒng)；3.下侏羅統(tǒng)八道灣組：灰白色礫巖；4.下石炭統(tǒng)甘草湖組：泥晶灰?guī)r、細(xì)砂巖、粉砂巖；5.上泥盆統(tǒng)哈孜爾布拉克組：灰?guī)r；6.中泥盆統(tǒng)阿拉塔格組：灰?guī)r、砂巖、粉砂巖；7.石炭紀(jì)鉀長花崗巖；8.泥盆紀(jì)花崗巖；9.遙感解譯斷裂

1區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于南天山東段，南部為塔里木地塊北緣，北鄰烏瓦門—拱拜子縫合帶，屬于南天山碰撞帶中段，包括4個(gè)1∶5萬圖幅。主要出露地層為中泥盆統(tǒng)阿拉塔格組(D2a)和下石炭統(tǒng)甘草湖組(C1g)。阿拉塔格組在區(qū)內(nèi)分布最廣，主要出露在北部花崗巖體南側(cè)、中部花崗巖體南側(cè)和東南側(cè)地區(qū)，依據(jù)巖石組合可劃分為3個(gè)巖性段，由下至上分別為生物灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，深灰色中-薄層砂巖、粉砂巖，頂部深灰色中-薄層細(xì)砂巖、粉砂巖、硅質(zhì)巖組成的韻律沉積。甘草湖組主要出露在區(qū)內(nèi)南部地區(qū)，巖性主要為灰色-深灰色中-厚層泥晶灰?guī)r，深灰色中-薄層細(xì)砂巖、粉砂巖互層(圖1)。

研究區(qū)侵入巖非常發(fā)育，出露面積約占全部基巖露頭的50%，侵入巖巖體呈NW向帶狀分布，以花崗巖為主，主要為泥盆紀(jì)黑云母花崗巖和石炭紀(jì)鉀質(zhì)花崗巖。區(qū)內(nèi)變質(zhì)作用微弱，主要發(fā)生在構(gòu)造混雜巖帶、侵入巖體與圍巖接觸帶以及較大規(guī)模的斷裂帶。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，以NW向和近EW向斷裂為主。侵入巖巖體與地層邊界的斷層為NW走向，其控制了侵入體邊界。侵入巖巖體內(nèi)部的斷層和節(jié)理，走向以NE向、近EW向?yàn)橹鳌?/p>

目前研究區(qū)內(nèi)尚無已知金屬礦床，但該區(qū)處于中亞天山成礦帶東南部位[16-17]，表明該區(qū)是一個(gè)有重大找礦潛力的地帶。

2數(shù)據(jù)與方法

很多礦化與巖體、斷層密切相關(guān)，小型巖體常被地質(zhì)填圖遺漏，很多斷層在地表也不易觀察。因此利用ETM+數(shù)據(jù)進(jìn)行巖體、構(gòu)造識(shí)別，解譯巖性單元界線、巖體及斷層；利用ETM+數(shù)據(jù)提取礦化蝕變信息，并與巖體、斷層解譯結(jié)果疊合，經(jīng)多元信息綜合分析后優(yōu)選靶區(qū)進(jìn)行野外檢查。

圖2　研究區(qū)ETM+最小噪聲分離MNF1(R)，3(G)，4(B)假彩色合成圖像Fig.2　ETM+ false-color composite image (MNF1, 3 and 4 in the RGB) of the study area

2.1數(shù)據(jù)

本次研究所采用的ETM+數(shù)據(jù)軌道號(hào)為142/31，獲取時(shí)間為1999年8月23日。首先對遙感圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括幾何精校正[6]、坐標(biāo)配準(zhǔn)、輻射校正[5-6]。由于蝕變信息提取結(jié)果往往受水體、第四系影響較大，本研究對經(jīng)預(yù)處理圖像采用目視解譯圈定圖像中的水體、植被及第四系，進(jìn)而利用掩膜處理剔除圖像中的水體、第四系、植被等干擾信息，基巖均予以保留[6]。

2.2圖像處理方法

(1)巖性增強(qiáng)及巖體解譯。

最小噪聲分離法(MinimumNoiseFraction,MNF)可將有效信息集中到盡可能少的低維數(shù)據(jù)中，并有效分離噪聲[3]，被廣泛應(yīng)用于多光譜、高光譜數(shù)據(jù)降維處理中，亦有將該方法應(yīng)用于區(qū)分巖性信息的相關(guān)研究[3,22]。

將ETM+3，2，1波段分別置于R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))通道合成自然彩色圖像，組合后的圖像接近自然色彩，一些巖性易于識(shí)別、解譯，特別是對于略帶紅色的鉀質(zhì)花崗巖體在圖像上也呈紅色，易于識(shí)別。因此，本研究利用最小噪聲分離和自然彩色合成圖像區(qū)分巖性信息及斷層。

將MNF1，MNF3，MNF4分別置于R，G，B通道，合成假彩色圖像(圖2)。該圖像色彩豐富，對巖性界線識(shí)別效果較好。其中，鉀質(zhì)花崗巖體呈亮綠色，黑云母花崗巖呈黃綠色。

圖3為研究區(qū)北部喀拉塔格附近ETM+3，2，1自然彩色圖像，各巖性單元界線、構(gòu)造在該圖像中均可有效識(shí)別。其中，鉀質(zhì)花崗巖在該圖像中呈暗紅色，黑云母花崗巖呈灰色，斷層的影像特征也較明顯。利用自然彩色圖像和MNF假彩色圖像可有效解譯各巖性單元、鉀質(zhì)花崗巖、黑云母花崗巖體及斷層。

(2)蝕變信息提取。

圖3　ETM+321合成自然彩色圖像Fig.3　Natural color composite image of ETM+ band 3 2 1 in the RGB

目前常用的礦化蝕變信息提取方法主要有比值法[2]、主成分分析法[2-3,5,8-9]、Crosta法[2,6,11]、光譜角制圖[2]、匹配濾波[4,10]等。由于光譜角制圖、匹配濾波等方法均需以光譜庫或訓(xùn)練區(qū)光譜為參考，實(shí)際應(yīng)用中往往無法獲取訓(xùn)練區(qū)光譜，且對遙感圖像光譜分辨率要求較高[12]，不適用于本研究區(qū)。主成分分析法或Crosta法由于具有無需實(shí)測光譜、效果較比值法穩(wěn)定等優(yōu)勢[10]，是目前遙感礦化蝕變信息提取應(yīng)用最主要的方法。主成分分析的本質(zhì)為通過一定的數(shù)學(xué)重組形成在多光譜上內(nèi)在聯(lián)系較為合理或地質(zhì)意義更加明確的新變量或主成分，從而突出特定地質(zhì)內(nèi)容[10]。在利用TM/ETM+提取礦化蝕變信息時(shí)，根據(jù)特征矩陣選取相應(yīng)主成分，其中代表鐵氧化物的主成分判斷準(zhǔn)則為：構(gòu)成該主成分的特征向量，第1波段和第3波段載荷較大，且符號(hào)相反；代表羥基、碳酸根礦物的主成分的判斷準(zhǔn)則：構(gòu)成該主成分的特征向量，第5波段和7波段載荷較大且符號(hào)相反[2,11]。

對掩膜后的多光譜數(shù)據(jù)(ETM+第1～5及7波段)采用主成分分析法提取礦化蝕變信息效果較為理想(表1)。由表1可知，Band1(-0.519)和Band3(0.596)載荷較大且符號(hào)相反，PC4圖像反映的主要是鐵氧化物；Band5(0.650)和Band7(-0.466)載荷較大且符號(hào)相反，PC5主要反映羥基(或碳酸根)蝕變礦物信息[1,7]。對PC4，PC5圖像的均值(μ)、標(biāo)準(zhǔn)差(σ)統(tǒng)計(jì)后，將所獲得的遙感礦化蝕變信息按μ+2.5σ疊加于ETM+3波段圖像之上(圖4)，進(jìn)而利用目視解譯排除殘余植被、地形等影響因素。

遙感礦化蝕變信息與巖體、巖體地層接觸帶、斷裂構(gòu)造、巖脈關(guān)系密切(圖2，圖4)。呈面狀分布的鐵染異常主要分布在研究區(qū)西北部中泥盆統(tǒng)阿拉塔格組灰?guī)r中、北部(喀拉塔格附近)鉀質(zhì)花崗巖體內(nèi)、南部(阿拉塔格附近)下石炭統(tǒng)甘草湖組中。面狀分布的羥基異常主要分布在西北部中泥盆統(tǒng)阿拉塔格組灰?guī)r中、北部(喀拉塔格附近)花崗巖體內(nèi)。工作區(qū)西南部、中部(阿勒格烏拉西)及東南部(扎合布拉格北溝附近)存在較多的羥基異常呈線狀、帶狀特征，主要沿構(gòu)造和花崗質(zhì)巖脈分布。

表1　工作區(qū)主成分分析特征向量

圖4　研究區(qū)遙感礦化蝕變信息提取結(jié)果Fig.4　Remote sensing technique-extacted mineralization/alteration information of the study area

3多元信息綜合分析及野外驗(yàn)證

將地質(zhì)、化探、物探、遙感等研究成果疊合在一起進(jìn)行多元信息綜合找礦，可彌補(bǔ)單一找礦手段的不足，從而大大增強(qiáng)找礦效力，近年已在找礦應(yīng)用中獲得很多成果[3,6,9-13]。研究中獲取了研究區(qū)1∶20萬地球化學(xué)綜合異常圖，為水系沉積物或巖屑取樣分析后采用多次剔除多次迭代處理后結(jié)果。將遙感礦化蝕變信息與斷層及1∶20萬化探異常疊合后進(jìn)行綜合分析(圖4)，結(jié)果表明，利用主成分分析法提取的蝕變信息與化探異常、巖體、斷層吻合較好，遙感蝕變信息受構(gòu)造控制明顯，蝕變異常具有明顯的線狀、面狀特征。

圖5　礦化點(diǎn)A附近綜合異常Fig.5　Synthetic anomaly near the mineral occurrence A

經(jīng)分析、篩選，共圈定19處找礦靶區(qū)，這些區(qū)域均有遙感蝕變信息位于構(gòu)造附近并處于1∶20萬化探異常內(nèi)，19處區(qū)域包括了區(qū)內(nèi)各種成礦地質(zhì)環(huán)境。由于時(shí)間有限，僅選取5處重點(diǎn)部位進(jìn)行野外檢查。發(fā)現(xiàn)利用主成分分析法提取的遙感蝕變信息多為巖脈、地表長石類礦物的黏土化造成，部分為鐵染構(gòu)造蝕變帶。經(jīng)取樣化學(xué)分析，確定金、鐵礦化點(diǎn)3處。僅對其中2處地質(zhì)背景好、找礦前景大的礦化點(diǎn)進(jìn)行介紹。

圖6　礦化點(diǎn)A礦化蝕變帶野外照片F(xiàn)ig.6　Photograph of mineralization/alteration zone at mineral occurrence A

(1)礦化點(diǎn)A。位于工作區(qū)南部阿拉塔格附近，處于1∶20萬Hg，As，Sb異常區(qū)內(nèi)，存在帶狀羥基(碳酸根)異常和鐵氧化物異常(圖5)。地表檢查顯示，該點(diǎn)北側(cè)上盤為灰白色大理巖夾條帶狀硅質(zhì)灰?guī)r，南側(cè)下盤河道對面出露淺紫紅色大理巖。沿不同巖性接觸帶發(fā)育強(qiáng)褐鐵礦化、硅化、局部夕卡巖化，強(qiáng)褐鐵礦化、硅化部分寬3～5m，長20～30m，紫紅色大理巖中斷續(xù)分布；灰綠雜色夕卡巖化部分主要靠近接觸帶，走向上斷續(xù)延伸，長者70余米(圖6)；該帶向東延伸>1.5km，向西延伸幾百米出露逐漸變窄，局部有民采坑?？拷佑|帶或下盤紫紅色大理巖頂板斷續(xù)有硅鐵質(zhì)條帶(寬1～2m)，褐鐵礦化強(qiáng)，局部見赤鐵礦、鏡鐵礦；夕卡巖化部分有綠泥石、綠簾石、鐵質(zhì)碳酸鹽等，局部見團(tuán)塊狀細(xì)粒黃鐵礦。對硅鐵質(zhì)條帶和夕卡巖團(tuán)塊分別取樣，經(jīng)國土資源部西安礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心測試，硅鐵質(zhì)條帶w(Au)=230×10-9，w(Fe)=32.55%；夕卡巖團(tuán)塊狀黃鐵礦w(Au)= 1 630×10-9，w(Fe)=34.25%。

圖7　礦化點(diǎn)C附近綜合異常Fig.7　Synthetic anomalies near mineral occurrence C

(2)礦化點(diǎn)C。位于鉀質(zhì)花崗斑巖體內(nèi)(圖2，圖3)，該花崗斑巖呈灰紅色，而在ETM+321自然彩色合成圖像上呈暗紅色，利用圖2和圖3可準(zhǔn)確圈定巖體范圍。遙感礦化蝕變信息提取結(jié)果顯示，該巖體近乎全部蝕變(圖7)，巖體中部、北部蝕變以面狀為主，巖體南部蝕變?yōu)镹E向帶狀、串珠狀鐵質(zhì)、含羥基礦物蝕變異常，長度>1km。該巖體總體位于1∶20萬W元素異常中，附近有Pb元素小異常。野外檢查該點(diǎn)為花崗斑巖中含石英細(xì)脈構(gòu)造蝕變帶，硅化、絹云母化較強(qiáng)。地表主要見2條構(gòu)造蝕變帶，間隔60～70m。石英細(xì)脈(幾毫米或5～10cm寬)沿構(gòu)造蝕變帶發(fā)育，有星點(diǎn)狀、浸染狀黃銅礦、黃鐵礦，地表孔雀石局部富集，個(gè)別脈壁有少量黑鎢礦。該點(diǎn)附近有多個(gè)民采坑。地表花崗斑巖取樣分析表明，其近似埃達(dá)克巖，w(SiO2)=70.46%，w(Al2O3)=15.26%，w(MgO)= 0.68%，w(Y)=16.9×10-6，w(Sr)=168×10-6。上述證據(jù)均表明該巖體具有較好的成礦條件，值得開展后續(xù)勘查工作。

4結(jié)語

(1)利用最小噪聲分離、自然彩色合成法處理ETM+圖像，可有效增強(qiáng)、解譯識(shí)別各巖性單元、巖體及斷層，這些信息常與區(qū)域礦化關(guān)系密切。

(2)對ETM+數(shù)據(jù)采用掩膜技術(shù)剔除干擾后，利用主成分分析法可有效提取礦化蝕變信息，并將地質(zhì)、化探、遙感等多元信息疊合，經(jīng)綜合分析、篩選，共圈定19處找礦靶區(qū)，選取了5處重點(diǎn)部位進(jìn)行野外檢查，發(fā)現(xiàn)金、鐵礦化點(diǎn)3處，證實(shí)了此方法的有效性。

(3)由于野外工作受時(shí)間、經(jīng)費(fèi)限制，未對圈定的其余14處靶區(qū)進(jìn)行野外驗(yàn)證，如后期經(jīng)費(fèi)、時(shí)間允許，應(yīng)加大檢查力度，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多礦化線索。

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Mineralprospectingbasedonintegrationofremotesensing,geochemicalandgeologicaldatainWushitala,Xinjiang

ZHAOYumei1，LIULei2，ZHOUJun2，SUChunqian2

(1. Seventh Geological Brigade, Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources, Wusu 833000, Xinjiang, China;2. School of Earth Sciences and Resources, Chang′an University, Xi′an 710054, China)

Abstract：Wushitala area, Xinjiang is situated in the southeast Central Asian Tianshan metallogenic belt. Many ore deposits have been discovered in the area. During the geology and mineral resources survey remote sensing techniques were used first, such as ETM+ natural color synthesis and minimum noise separation etc. by which intrusive bodies and faults can be interpreted, and masking technique by which negative influence on ETM+ data eliminated, and principal component analysis (PCA) by which the mineralization/alteration information extracted. Then the geological, geochemical and remote sensing data are overprinted and comprehensively analyzed. The result showed that the alteration information extracted by PCA were well coincided with geochemical anomalies, intrusive bodies and faults. Moreover, the alteration information were distributed in areal and belt pattern in northwest, north (Kalatage) and south (Alatage) of the area , and in linear pattern in southwest, central (West Alegewula) and southeast (Zhahebulagebeigou). Nineteen exploration targets were located by the synthetic analysis. Through ground inspection on five targets the alteration anomalies extracted by PCA were closely related with dykes, faults, skarnization, argillation, limonitization. According to the laboratory analysis of samples from the alteration zones three occurrences of gold, copper and iron were discovered.

Key Words：Wushitala area; remote sensing; mineralization/alteration information extraction; multi-information prospecting; Tianshan metallogenic belt; Xinjiang

收稿日期：2015-01-20；責(zé)任編輯：趙慶

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：41402288)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(編號(hào)：2014G1271060)資助。

作者簡介：趙玉梅(1984—)，女，工程師，碩士，2009年長安大學(xué)礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)專業(yè)研究生畢業(yè)，主要從事區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與成礦研究。E-mail: zym2005mm@126.com

doi：10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 01. 018

中圖分類號(hào)：P627

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A