新疆西克爾地區(qū)遙感蝕變信息提取與成礦預(yù)測

劉桂萍 蔡宏明 姜 波 張瑩瑩

(1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046；2.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.新疆大學(xué)地理學(xué)博士后科研流動站，新疆 烏魯木齊 830046)

遙感技術(shù)在地質(zhì)解譯、巖性識別、蝕變信息提取等方面具有速度快、質(zhì)量高、成本低等優(yōu)勢[1-4]。近年來，TM、ETM+數(shù)據(jù)在地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)取得了很多顯著成果[5-11]。以往進行遙感地質(zhì)解譯的主要目的是快速掌握基本巖性信息，進行最佳踏勘路線部署和地質(zhì)現(xiàn)象梳理[12-13]。鑒于圍巖劇烈而較大范圍的蝕變常與大礦及富礦密切相關(guān)，故而在對TM(ETM+)影像進行解譯的基礎(chǔ)上，提取出中等強度的蝕變信息，進而為找礦預(yù)測提供可靠依據(jù)具有較高的可行性[14-16]。新疆阿圖什市西克爾地區(qū)位于塔里木北緣成礦帶、南天山西段，該區(qū)古生界—中生界地層的發(fā)育特征與塔里木盆地內(nèi)部一致[17]。1949年以前，區(qū)內(nèi)僅有少數(shù)中外地質(zhì)學(xué)家開展過一些路線地質(zhì)工作。新中國成立以后，南天山的地質(zhì)礦產(chǎn)工作進入了一個大發(fā)展時期，在區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)勘查、科學(xué)研究等方面取得了大量成果，在西克爾地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些銅礦化點和銅異常，但該區(qū)面積較大、自然條件惡劣，總體上地質(zhì)研究程度較低。為進一步提高該區(qū)的找礦預(yù)測成效，本研究以高分2號和Landsat 7 ETM+遙感影像為數(shù)據(jù)源，根據(jù)該區(qū)遙感影像特征和相關(guān)地質(zhì)資料，對區(qū)內(nèi)巖性和構(gòu)造進行遙感地質(zhì)解譯，對礦化蝕變信息進行提取，在此基礎(chǔ)上進行成礦預(yù)測，圈定成礦遠景區(qū)，為該區(qū)進一步開展地質(zhì)研究提供可靠依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

西克爾地區(qū)位于新疆塔里木盆地西北緣、天山南脈西段，地理坐標為東經(jīng)77°15′～77°30′，北緯39°48′～40°00′，屬地臺型沉積，大地構(gòu)造上屬于柯坪前陸盆地Ⅲ級構(gòu)造單元(圖1)。該區(qū)地層除三疊系和侏羅系缺少外，寒武系—第四系地層均有分布，其中，下志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)、漸新統(tǒng)蘇維依組(E3s)、中—上新統(tǒng)康村組(N1-2k)銅元素呈富集—強富集狀態(tài)，賦礦巖性主要為中粗粒砂巖—泥巖建造。在上述地層中已發(fā)現(xiàn)砂巖型銅礦(化點)5處，即伽師銅礦(漸新統(tǒng)蘇維依組)、三岔口銅礦點(漸新統(tǒng)蘇維依組)、克孜勒銅礦點(中—上新統(tǒng)康村組)、硝爾布拉克銅礦點(下志留統(tǒng)柯坪塔格組)以及喀拉薩依銅礦化點(下志留統(tǒng)柯坪塔格組)。該區(qū)構(gòu)造總體較為簡單，為單斜地層，局部發(fā)育有褶皺和斷裂構(gòu)造。區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造為近EW向、NW向、NE向逆沖斷裂，分布于區(qū)內(nèi)中部、南部。該區(qū)侵入巖不發(fā)育，北部的志留系地層中有輝綠巖脈產(chǎn)出，巖脈延長約1 km，厚1～2 m，有褐鐵礦化、綠泥石化，另有少量SN向輝綠巖脈，一般延長數(shù)十米，寬數(shù)十厘米，侵入巖在該區(qū)與成礦關(guān)系不明顯。

圖1 西克爾地區(qū)大地構(gòu)造特征

2 遙感地質(zhì)解譯

西克爾地區(qū)巖石裸露，山體植被覆蓋稀少，據(jù)此本研究選取高分2號和ETM+遙感影像作為數(shù)據(jù)源。高分2號數(shù)據(jù)獲取時間為2015年8月27日，該影像清晰度較高，質(zhì)量較好，適用于遙感地質(zhì)解譯。首先對高分2號數(shù)據(jù)進行4、3、1 波段彩色合成，并與全色波段融合生成基礎(chǔ)遙感影像，該影像色彩豐富，對比度強，目標地物特征信息明顯，可解譯度高。遙感蝕變信息提取以ETM+數(shù)據(jù)為主，數(shù)據(jù)獲取時間為1999年9月18日，首先對該影像進行輻射定標、幾何校正、大氣校正、去水、去植被及剪裁等預(yù)處理，然后進行蝕變信息提取。

2.1 巖性解譯

根據(jù)西克爾地區(qū)地質(zhì)資料以及本研究野外調(diào)查獲取的巖性組合信息，結(jié)合該區(qū)1∶20萬、1∶5萬地質(zhì)圖，運用目視解譯法和綜合推理法，在高分2號數(shù)據(jù)融合影像中，重點從色調(diào)、形狀、紋理、地形地貌等方面，總結(jié)了適用于研究區(qū)內(nèi)的地物解譯標志(表1)。根據(jù)解譯標志，進行了研究區(qū)1∶5萬遙感地質(zhì)解譯。從解譯結(jié)果看，除三疊系和侏羅系地層缺少外，區(qū)內(nèi)沉積巖分布較廣，跨越時代久遠，寒武系—新生界均有出露。巖石類型有砂巖、粉砂巖、礫巖、泥巖、頁巖、灰?guī)r等，出露地層由早古生界丘里塔格組至第四系，以晚古生界志留系塔塔埃爾塔格組(S2-3t)和柯坪塔格組(S1k)、泥盆系衣木干他烏組(D1-2y)和克孜爾塔格組(D3k)，石炭系康克林組(C2kk)，二疊系巴立克立克組(P1b)、第三系及第四系出露最廣，發(fā)育最好。區(qū)內(nèi)侵入巖不發(fā)育。

表1 西克爾地區(qū)主要巖石地層單位解譯標志

2.2 構(gòu)造解譯

遙感影像地質(zhì)構(gòu)造解譯工作中最直觀、最基礎(chǔ)是識別線性和環(huán)形構(gòu)造，解譯出的線性、環(huán)形構(gòu)造對于指導(dǎo)找礦工作意義重大[18]。西克爾地區(qū)線性構(gòu)造主要為斷裂構(gòu)造，環(huán)形構(gòu)造不發(fā)育，其中斷裂解譯標志主要為地貌標志。構(gòu)造解譯結(jié)果反應(yīng)出區(qū)內(nèi)規(guī)模較大的斷裂構(gòu)造主要有6條，其中有3條為近EW向北傾逆沖斷裂，分布于研究區(qū)北部，這3條斷裂構(gòu)造中，位于該區(qū)最北部的斷裂構(gòu)造為上志留系塔塔埃爾塔格組與下志留系柯坪塔格組的分界線，斷層延長大于20 km，向東切穿志留系地層；位于該區(qū)中部的逆斷裂為上寒武系—下奧陶系丘里塔格組與上新系庫車組的分界線，該斷層為一北傾逆斷層，野外考查發(fā)現(xiàn)該斷層附近灰?guī)r比較破碎，在斷層面及灰?guī)r裂隙中，見有大量方解石脈，脈體邊部見有方鉛礦、孔雀石，并見有脈狀螢石；位于該區(qū)南部的斷裂構(gòu)造與南部背斜走向一致，切割中新生代地層，斷層面北傾。另外3條較大規(guī)模的斷裂呈NW向、NE向分布于該區(qū)南部(圖2)。

3 礦化蝕變信息提取及野外驗證

遙感異常是在影像上根據(jù)特定波段組合圈定的可能與礦化或圍巖蝕變礦物有關(guān)的信息，其強度是由蝕變礦物引起的吸收光譜特征確定[19-20]。主要的礦化蝕變?yōu)殍F染(Fe3+， Fe2+)離子和羥基(OH-)2種，由該類離子團構(gòu)成的巖石礦物在ETM+衛(wèi)星的 1、3、4、5、7 波段上存在明顯的特征譜帶[21-22]。

3.1 礦化蝕變信息提取3.1.1 鐵染蝕變信息

鐵染蝕變信息提取中主成分變換的波段組合選擇以含F(xiàn)e3+、Fe2+的鐵礦物或含鐵礦物的次生氧化物以及熱液蝕變帶的原生鐵礦物的波譜特征為依據(jù)，本研究選用ETMl、ETM3、ETM4、ETM5 4個波段進行主成分分析，其主分量的判斷標準為ETM3的系數(shù)與ETMl及ETM4的系數(shù)符號相反，ETM3與ETM5系數(shù)符號相同。由PCA1、3、4、5特征向量矩陣(表2)可知，PC4符合條件，因此，將PC4作為鐵染蝕變異常信息的增強圖像。對PC4圖像進行了統(tǒng)計運算，結(jié)果見表3。利用主分量門限法將鐵染異常按閾值(表4)劃分為3個等級，結(jié)果見圖3。

圖2 西克爾地區(qū)遙感綜合解譯結(jié)果

表2 PCA 1、3、4、5特征向量矩陣

表3 ETM+ 1、3、4、5組合分析后PC4圖像基本特征參數(shù)

3.1.2 羥基蝕變信息提取

表4 鐵染蝕變異常分級閾值

表5 PCA 1、4、5、7特征向量矩陣

圖3 鐵染蝕變異常信息分布

表6 ETM+ 1、4、5、7組合分析后PC4基本特征參數(shù)

最小值最大值均值標準差-7694129645419869380124494931

表7 羥基蝕變異常分級閾值

綜合分析圖3、圖4可知：①西克爾地區(qū)遙感蝕變異常特征明顯，呈串珠狀分布，鐵染和羥基異常蝕變信息呈EW向帶狀分布于地層上；②鐵染蝕變信息主要分布于石炭系康克林組(C2kk)、泥盆系克孜爾塔格組(D3k)和衣木干他烏組(D1-2y)、志留系塔塔埃爾塔格組(S2-3t)和柯坪塔格組(S1k)，有少量鐵染蝕變信息分布于第三系和第四系地層上；③羥基蝕變信息主要分布于泥盆系克孜爾塔格組(D3k)和衣木干他烏組(D1-2y)、志留系塔塔埃爾塔格組(S2-3t)和柯坪塔格組(S1k)以及寒武系—奧陶系丘里塔格組(∈3-O1)q)有少量羥基蝕變信息分布于第三系地層上；④一些受斷裂構(gòu)造控制的區(qū)域兩側(cè)蝕變分布比較顯著。

3.2 野外查證

3.2.1 鐵染蝕變信息異常地段查證

查證地段地層屬志留系柯坪塔格組(S1k)，影像特征為：地層近EW向帶狀展布，深色調(diào)，在ETM+影像上呈灰褐色(圖5(a))，在高分2號影像上呈黑褐色(圖5(b))。該地段地勢較為平緩，樹枝狀溝系，巖層層理清晰，形成密集的平行直線狀影紋。鐵染蝕變異常信息呈條帶狀分布于該地層上(圖5(c))。該地段巖性為砂頁巖、粉砂巖互層(原巖為綠色，風(fēng)化面呈褐色)(圖5(d))，層理清晰，巖層近EW走向，傾角近于直立，巖石裂隙、層理面見有鐵染蝕變異常信息(圖5(e))。

3.2.2 羥基蝕變信息異常地段查證

查證地段地層屬上寒武—下奧陶系丘里塔格組((∈3-O1)q)，影像特征為：地層近EW向帶狀展布，色調(diào)相對較淺，在ETM+影像上呈灰褐色、褐紅色、白色相間的雜色(圖6(a))，在高分2號影像上呈灰色、灰白色樹枝狀、梳狀溝系以及斑狀、蠕蟲狀影紋(圖6(b))。羥基異常信息呈帶狀分布于該地層上，強度較高(圖6(c))。查證地段巖性為灰色層狀塊狀白云巖(圖6(d))，地表灰白—灰黑色，裂隙發(fā)育，中—高山地貌，山脊相對平緩，坡面多陡坎(圖6(c))。坡面上常見灰白色沙土層覆蓋，其中有白云巖風(fēng)化產(chǎn)物、鹽堿等。

圖4 羥基蝕變信息分布

圖5 鐵染蝕變異常信息野外驗證結(jié)果

4 遙感成礦預(yù)測

4.1 成礦遠景區(qū)圈定依據(jù)及劃分

本研究在綜合研究區(qū)域成礦地質(zhì)條件和典型礦床的基礎(chǔ)上，將西克爾地區(qū)主要含礦地層、構(gòu)造、蝕變等作為主要預(yù)測要素[23-26]，并結(jié)合化探資料進行成礦預(yù)測。成礦遠景區(qū)圈定的依據(jù)主要為：①地層、巖性標志，砂巖型銅礦床(點)主要賦存于漸新統(tǒng)蘇維依組(E3s)、中—上新統(tǒng)康村組(N1-2k)、下志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)碎屑巖建造中的中粗粒砂巖—泥巖建造；②構(gòu)造標志，線性構(gòu)造發(fā)育區(qū)以及發(fā)育于控礦層中的斷裂構(gòu)造地帶；③在西克爾地區(qū)內(nèi)的成礦巖層中，具有一定方向展布的條帶狀蝕變或受斷裂控制的區(qū)域兩側(cè)蝕變，為重要的找礦指示信息；④地球化學(xué)標志，砂巖型銅礦床(點)以Cu異常為主，異常范圍往往較大，為找礦的間接標志；⑤西克爾地區(qū)有已知銅礦點或銅礦化點分布的區(qū)域。

一般來說，成礦遠景區(qū)主要可以劃分為3類：①一類成礦遠景區(qū)，該類遠景區(qū)對找礦具有直接指導(dǎo)作用，區(qū)內(nèi)蝕變異常值高且蝕變信息呈條帶狀分布或受斷裂控制的區(qū)域，成礦條件好(如含礦地層、構(gòu)造控礦、Cu異常區(qū))，該類遠景區(qū)與已知礦床(點)或礦化點吻合或分布于已知礦床(點)或礦化點附近；②二類成礦遠景區(qū)，該類遠景區(qū)對于找礦有一定的指示作用，區(qū)內(nèi)蝕變異常值中等且面積不大，區(qū)內(nèi)(或附近)分布有少量已知礦床(點)或礦化點，成礦條件良好；③三類成礦遠景區(qū)，該類遠景區(qū)可提供一定程度的找礦信息，區(qū)內(nèi)不存在或附近分布有少量已知礦床(點)或礦化點，成礦條件一般。

4.2 成礦遠景區(qū)圈定

按照成礦遠景區(qū)圈定依據(jù)及類別劃分標準，本研究將各成礦要素進行空間疊加，并結(jié)合區(qū)內(nèi)相關(guān)地質(zhì)資料，圈定出了5個銅礦遠景區(qū)，編號分別為Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#(圖7)，其中一類成礦遠景區(qū)2個，二類成礦遠景區(qū)2個，三類成礦遠景區(qū)1個。

Ⅰ#遠景區(qū)主要分布于西克爾地區(qū)西北部，為一類銅礦成礦遠景區(qū)，出露地層為下志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)。該組為一套潮坪—濱外相碎屑沉積建造。巖石組合為深灰色—淺綠色頁巖與薄層狀含鈣石英細砂巖互層夾灰綠色—綠色石英砂巖與粉砂巖。在淺灰綠色細砂巖中見有孔雀石化呈星點狀，其含礦體為淺灰綠色薄層狀細砂巖，喀拉薩依銅礦化點便分布于該組細砂巖層位中。遙感異常信息以鐵染蝕變異常為主，分布有少量的羥基異常，其中鐵染蝕變異常以一、二級異常為主，沿斷層呈EW向條帶狀展布，異常顯示出極好的方向性，區(qū)內(nèi)有較大規(guī)模的Cu異常分布，具有較好的找礦潛力。

Ⅱ#遠景區(qū)主要分布于西克爾地區(qū)中部，為二類銅礦成礦遠景區(qū)，出露地層為上新統(tǒng)庫車組(N2k)，屬河流三角洲相沉積。該組巖性組合為褐色、黃褐色、土黃色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰、淺灰綠色砂巖，礫狀砂巖及礫巖，上部以蒼棕色為主，下部以灰綠色為主，見有孔雀石化呈星點狀、雞窩狀，其含礦體為淺灰綠色薄層狀砂巖?？俗卫浙~礦點分布于該遠景區(qū)內(nèi)。該區(qū)遙感異常信息以鐵染蝕變異常為主，分布有少量的羥基蝕變異常，其中鐵染蝕變異常以二、三級異常為主，區(qū)內(nèi)有Cu異常分布，具有較好的找礦潛力。

Ⅲ#遠景區(qū)主要分布于西克爾地區(qū)中部，為一類銅礦成礦遠景區(qū)，出露地層為漸新統(tǒng)蘇維依組(E3s)。該組為瀉湖相沉積，巖性組合主要為褐紅色砂巖、粉砂巖、泥巖互層的沉積序列，以紫色、棕紅色砂質(zhì)泥巖與中、細粒砂巖互層與上覆地層分界，見有孔雀石化呈星點狀、雞窩狀，其含礦體為淺灰色薄—中層狀細砂巖。三岔口銅礦點便分布于該組細砂巖層位中。該區(qū)遙感異常信息以鐵染蝕變異常為主，分布有少量的羥基蝕變異常，區(qū)內(nèi)分布有較大規(guī)模的Cu異常，具有較好的找礦潛力。

圖7 西克爾地區(qū)銅礦成礦遠景區(qū)圈定結(jié)果

Ⅳ#遠景區(qū)主要分布于西克爾地區(qū)南部，為二類銅礦成礦遠景區(qū)，出露地層為上泥盆統(tǒng)克孜爾塔格組(D3k)。該組為濱海三角洲相沉積環(huán)境的產(chǎn)物，巖石組合為磚紅色厚層狀細—粗粒砂巖及細礫巖、磚紅色薄層狀細砂巖夾紫紅色薄層狀粉砂巖、紅色砂巖夾薄層狀粉砂巖及絳紅色粉砂巖與紅色砂巖互層夾中厚層狀細礫巖。西克爾銅硫礦點便分布于該遠景區(qū)內(nèi)。該區(qū)有羥基蝕變異常，有一定的Cu異常分布，具有較好的找礦潛力。

Ⅴ#遠景區(qū)主要分布于西克爾地區(qū)南部，為三類銅礦成礦遠景區(qū)，出露地層為下志留統(tǒng)柯坪塔格組(S1k)。該組為一套潮坪—濱外相碎屑沉積建造，巖石組合為深灰色—淺綠色頁巖與薄層狀含鈣石英細砂巖互層夾灰綠色—綠色石英砂巖與粉砂巖。硝爾布拉克銅礦點分布于該遠景區(qū)內(nèi)，有羥基蝕變異常，存在Cu異常，但異常面積不大，具有一定的找礦潛力。

4.3 成礦遠景區(qū)野外驗證

本研究選取遙感異常特征明顯、成礦地質(zhì)條件優(yōu)越的Ⅰ#銅礦成礦遠景區(qū)進行了野外實地調(diào)查驗證和樣品采集分析。野外觀察點的巖性為灰褐色石英砂巖(圖8(a))夾寬約2 m的灰綠色含銅砂巖(圖8(b))，巖石中見有順層理方向分布的條帶狀孔雀石化和輝銅礦化。驗證表明，該成礦遠景區(qū)發(fā)育較好的銅礦化，顯示出該區(qū)尋找砂巖型銅礦的潛力較大，表明本研究在西克爾地區(qū)進行遙感找礦有一定的效果。

圖8 Ⅰ#成礦遠景區(qū)野外驗證結(jié)果

5 結(jié) 語

在充分分析新疆西克爾地區(qū)區(qū)域地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，以高分2號和ETM+影像為數(shù)據(jù)源，對該區(qū)進行了遙感地質(zhì)解譯和遙感蝕變信息提取，并結(jié)合當?shù)叵嚓P(guān)地質(zhì)資料，圈定了5個銅礦成礦遠景區(qū)(編號分別為I#、II#、III#、IV#、V#)，其中一類成礦遠景區(qū)2個，二類成礦遠景區(qū)2個，三類成礦遠景區(qū)1個。Ⅰ#成礦遠景區(qū)野外驗證結(jié)果表明本研究所圈定的成礦遠景區(qū)銅礦化發(fā)育較好，尋找砂巖型銅礦的潛力較大。

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