遙感技術(shù)在新疆西昆侖一帶非金屬礦床勘查中的應(yīng)用

楊 成

（新疆工程學(xué)院礦業(yè)工程與地質(zhì)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830023）

新疆地處我國西北，擁有豐富的非金屬資源，且種類和數(shù)量多[1]，隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，特別是“一帶一路”戰(zhàn)略推進(jìn)過程中“中巴經(jīng)濟(jì)走廊”的重點(diǎn)建設(shè)，對非金屬礦的需求也愈加強(qiáng)烈[2]。研究區(qū)位于阿克陶縣—葉城縣一帶，位于塔里木盆地西南緣，屬于西昆侖構(gòu)造帶范疇[3]。區(qū)內(nèi)地質(zhì)體以沉積巖為主，可見少量巖漿巖和變質(zhì)巖，構(gòu)造上褶皺形態(tài)殘缺不全，斷裂極其發(fā)育。本文通過對研究區(qū)內(nèi)非金屬礦產(chǎn)進(jìn)行遙感解譯和蝕變信息提取，圈定研究區(qū)內(nèi)非金屬礦產(chǎn)有利找礦靶區(qū)，以期對該區(qū)后續(xù)找礦提供依據(jù)。

1 區(qū)域地層

研究區(qū)地層主要為新近系中新統(tǒng)烏恰群（N1W）、古近系、白堊系和侏羅系。

新近系中新統(tǒng)烏恰群（N1W）。主要分布于研究區(qū)中部，達(dá)木斯工作區(qū)東部，該地層主要巖性為灰紅色薄層狀細(xì)粒長石砂巖夾淺灰色薄—厚層狀礫巖，淺灰色厚層狀礫巖夾淺灰色薄層狀礫巖、長石砂巖透鏡體；暗灰色薄層狀細(xì)礫巖、灰紅色薄層狀鈣質(zhì)細(xì)粒長石砂巖、細(xì)粒長石砂巖及灰紅色泥巖夾薄石膏層。

古近系。分布范圍較廣，不集中，主要呈條帶狀分布。巖性主要為灰紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾薄層狀細(xì)粒長石石英砂巖、鈣質(zhì)長石石英砂巖、長石砂巖、粉砂巖，灰黃色含硬石膏生物碎屑泥晶灰?guī)r，泥晶灰?guī)r，淺灰、灰黃色厚層狀砂質(zhì)介殼灰?guī)r、介殼灰?guī)r及生物屑鈣質(zhì)細(xì)粒石英砂巖。

白堊系。巖性以肉紅色、灰白色生物屑泥晶灰?guī)r，褐紅、細(xì)粒長石石英砂巖，夾礫巖或含礫粗砂巖，灰紫色巨厚層狀石英砂巖質(zhì)粗礫巖，含礫中細(xì)粒長石石英砂巖、長石石英粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖為主。

侏羅系。分布相對集中，主要在托云都克區(qū)分布，主要呈條帶狀分布，部分地層受斷層切割。巖性主要為紫紅、褐紅色鈣質(zhì)長石石英粉砂巖、粉砂質(zhì)頁巖、灰綠色細(xì)粒石英砂巖、褐灰色鈣質(zhì)細(xì)粒巖屑石英砂巖和雜色質(zhì)、粉砂質(zhì)灰?guī)r，淺綠色中層狀粗—中礫巖與中—薄層狀粗—細(xì)粒長石巖屑砂巖。

2 遙感特征解譯

2.1 遙感數(shù)據(jù)選取

根據(jù)任務(wù)需求，此次遙感解譯工作采用2021 年ASTER數(shù)據(jù)、2021年Landsat8數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)和高分二號數(shù)據(jù)。通過計算機(jī)波段提取和目視解譯判讀水系、地層、斷裂等要素，并提取蝕變信息。

通過分析以上幾種數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，從數(shù)據(jù)的波段數(shù)、波段范圍和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，結(jié)合國內(nèi)外運(yùn)用遙感技術(shù)對地質(zhì)解譯及蝕變信息提取研究所使用的數(shù)據(jù)及效果作為參考[4]，最終確定ASTER、Landset8、DEM、高分二號數(shù)據(jù)作為此次調(diào)查的遙感數(shù)據(jù)源，取得了良好的遙感地質(zhì)解譯效果。

2.2 蝕變信息提取

2.2.1 ASTER影像的蝕變信息特征

運(yùn)用主成分分析法對ASTER 影像提取CO32-、Mg-OH、Al-OH、Fe3+遙感找礦蝕變信息。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)的圍巖蝕變類型，確定提取含CO32-離子的碳酸鹽礦物，含Mg-OH基團(tuán)的含鎂礦物，含Al-OH基團(tuán)的粘土礦物[4]，含F(xiàn)e3+離子的含鐵物質(zhì)，再根據(jù)蝕變離子或基團(tuán)的礦物波譜特征，分別采用以下四種具有針對性的主成分分析法。

方解石和白云石作為含CO32-的蝕變巖類。通過使用ASTER1、ASTER3、ASTER4 和ASTER5 做主成分分析[7]，我們能夠獲得碳酸鹽化的找礦蝕變特征信息。

含Mg-OH 的蝕變巖類為含鎂礦物等。通過使用ASTER1、ASTER3、ASTER4 和ASTER8 作主成分分析，我們可以獲取有關(guān)含鎂礦物的找礦蝕變特征信息。

高嶺土、蒙脫石、伊利石作為含Al-OH 的蝕變巖類。通過使用ASTER1、ASTER2、ASTER3 和ASTER4作為主成分分析，我們可以獲得有關(guān)粘土類礦物的找礦蝕變特征信息。

赤鐵礦和褐鐵礦作為含F(xiàn)e3+蝕變巖類。通過ASTER1、ASTER2、ASTER3 和ASTER4 做主成分分析，得到含鐵礦物的蝕變特征信息。

2.2.2 CO32-異常信息

CO32-異常是尋找碳酸鹽化的蝕變巖類（如方解石、白云石等）的重要標(biāo)志，在Band5波段表現(xiàn)出明顯的吸收特征，因此，我們采用Band1、Band3、Band4 和Band5四個波段進(jìn)行主成分分析，以揭示碳酸鹽類的特征，其中PC1反映了光譜反射率信息，PC2反映光譜曲線的斜率變化，而剩余的PC3 和PC4 則分別反映了巖石和礦物信息[8]。一般來說，PC4代表了蝕變異常信息。為有效提取CO32-異常信息，根據(jù)研究分區(qū)特征向量表（見表1），判定CO32-蝕變異常分量為PC4。

表1 CO32-異常特征向量表PCA

分析特征向量，需要對研究區(qū)異常分量PC4 進(jìn)行取反，方為正確的異常分量。之后，再將各自主成分分量PC4 進(jìn)行5×5 中值濾波，去除孤立噪聲點(diǎn)，繼而對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行0～255線性拉伸[5]，統(tǒng)計計算研究區(qū)圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見表2）。

從表2 可以看出，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括最大值（Max）、最小值（Min）、平均值（Mean）、標(biāo)準(zhǔn)差（StdDev=δ），利用門限化技術(shù)進(jìn)行三級分割，具體為[Mean+2δ，Mean+2.5δ]、[Mean+2.5δ，Mean+3δ]、[Mean+3δ，Max]，得到研究區(qū)三個等級的遙感蝕變異常，分級是在背景值的基礎(chǔ)上相對獨(dú)立、互不干擾的，所以不必考慮互相干擾性[6]，故而得到研究區(qū)CO32-分布。

2.3 Mg-OH異常信息

Mg-OH異常是尋找含鎂礦物的蝕變巖類的重要標(biāo)志之一，在Band8 呈現(xiàn)吸收特征，選擇Band1、Band3、Band4、Band8組合波段進(jìn)行主成分分析，得到四個主成分分量。研究區(qū)特征向量見表3。

表3 Mg-OH 異常特征向量表PCA

分析特征向量，需要對研究區(qū)異常分量PC3 進(jìn)行取反，方為正確的異常分量。接下來，再將各自主成分分量PC3 進(jìn)行5×5中值濾波，去除孤立噪聲點(diǎn)，然后對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行0-255 線性拉伸，統(tǒng)計計算研究區(qū)圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（見表4）。

表4 Mg-OH基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

利用門限化技術(shù)進(jìn)行三級分割，具體為[Mean+2δ，Mean+2.5δ]、[Mean+2.5δ，Mean+3δ]、[Mean+3δ，Max]，得到研究區(qū)三個等級的遙感蝕變異常，故而得到研究區(qū)Mg-OH分布。

2.4 Al-OH異常信息

Al-OH 異常是尋找粘土礦物的重要標(biāo)志之一，選擇Band3、Band4、Band6、Band7組合波段進(jìn)行主成分分析，得到四個主成分分量。研究區(qū)特征向量表見表5。

表5 Al-OH 異常特征向量表PCA

分析特征向量，異常分量為PC4向量。接下來，對每個主成分分量PC4進(jìn)行5×5中值濾波，去除孤立噪聲點(diǎn)，然后，對處理過的數(shù)據(jù)進(jìn)行0～255 線性拉伸，并統(tǒng)計計算研究區(qū)圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表6。

表6 Al-OH基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

利用門限化技術(shù)進(jìn)行三級分割，具體為[Mean+2δ，Mean+2.5δ]、[Mean+2.5δ，Mean+3δ]、[Mean+3δ，Max]，得到研究區(qū)三個等級的遙感蝕變異常，故而得到研究區(qū)Al-OH分布。

2.5 Fe3+異常信息

Fe3+異常通常通過Band1、Band2、Band3和Band4組合波段進(jìn)行主成分分析，得到四個主成分分量[8]。研究區(qū)特征向量表見表7。

表7 Fe3+異常特征向量表PCA

分析特征向量，異常分量為PC4向量。之后，將各自主成分分量PC4 進(jìn)行5×5 中值濾波，去除孤立噪聲點(diǎn)，繼而對處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行0～255線性拉伸，統(tǒng)計計算研究區(qū)圖像基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表8。

表8 Fe3+基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

利用門限化技術(shù)進(jìn)行分割，具體為[Mean+2.5δ，Mean+3δ]、[Mean+3δ，Max]，得到研究區(qū)三個等級的遙感蝕變異常，故而得到研究區(qū)Fe3+分布。

3 蝕變異常特征

區(qū)內(nèi)碳酸根、羥基和鐵染蝕變異常均很發(fā)育，且其分布具有地區(qū)性，共圈出8 處碳酸根異常，4 處羥基鎂異常，5 處羥基鋁異常，4 處鐵染異常，圈定綜合異常3處。

綜合分析研究區(qū)內(nèi)碳酸根、羥基鎂、羥基鋁和鐵染異常分布特征，圈定3處綜合異常，主要分布在托運(yùn)都克、達(dá)木斯、許許溝等地。

3.1 1號綜合異常

異常位于同由路克—塔木一帶，區(qū)內(nèi)出露地層主要為古近系阿爾塔什組、齊姆根組和卡拉塔爾組。區(qū)內(nèi)主要巖性為含硬石膏生物碎屑泥晶灰?guī)r、泥晶灰?guī)r，中部為白色厚層狀石膏巖層。

異常呈北西—南東向長條狀展布,長24km，寬2～3.5km，面積約70km2，由1、3、4 號碳酸根異常和1、3 號羥基鋁異常組成，區(qū)內(nèi)發(fā)育超大規(guī)模石膏礦帶，發(fā)育石灰?guī)r、膏泥巖。碳酸根異常和羥基鋁異常直接可以指示粘土礦物和方解石，可作為區(qū)域內(nèi)石膏礦的良好找礦標(biāo)志。

3.2 2號綜合異常

異常位于達(dá)木斯炮江一帶，區(qū)內(nèi)出露地層主要為石炭系和什拉甫組、卡拉烏依組、阿孜干組、塔哈奇組。區(qū)內(nèi)主要巖性為中—薄層狀泥晶生物屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r。

異常呈近南北向展布,長15km，寬8～9km，面積約138km2，由6、7號碳酸根異常、5號羥基鋁異常和6、7號羥基鎂異常組成，區(qū)內(nèi)有新發(fā)現(xiàn)達(dá)木斯炮江灰?guī)r礦點(diǎn)，發(fā)育大規(guī)模石灰?guī)r。碳酸根異常直接可以指示碳酸鹽礦物，可作為區(qū)域內(nèi)石灰?guī)r礦的良好找礦標(biāo)志。

3.3 3號綜合異常

異常位于許溝東側(cè)，區(qū)內(nèi)出露地層主要為石炭系阿孜干組和塔哈奇組。區(qū)內(nèi)主要巖性為中—薄層狀泥晶生物屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r。

異常呈近南北向展布,長16.8km，寬5～6km，面積約100km2，由8 號碳酸根異常和4 號羥基鎂異常組成，區(qū)內(nèi)有新發(fā)現(xiàn)阿托什魯克石灰?guī)r礦點(diǎn)，發(fā)育大規(guī)模石灰?guī)r。碳酸根異常直接可以指示碳酸鹽礦物，可作為區(qū)域內(nèi)石灰?guī)r礦的良好找礦標(biāo)志。

4 結(jié)論

（1）通過研究區(qū)地質(zhì)遙感解譯，經(jīng)野外查證，重點(diǎn)建立了玄武巖、石膏、石灰?guī)r等非金屬礦的遙感解譯標(biāo)志，圈定了石膏礦、玄武巖、石灰?guī)r有利找礦靶區(qū)。

（2）完成研究區(qū)遙感蝕變信息提取，圈出8 處碳酸根異常，4 處羥基鎂異常，5 處羥基鋁異常，4 處鐵染異常，圈定綜合異常3 處，經(jīng)野外異常查證，在碳酸根異常、羥基鋁異常疊加區(qū)發(fā)現(xiàn)了石膏礦體，在碳酸根異常、羥基鋁異常、羥基鎂異常疊加區(qū)發(fā)現(xiàn)了石灰?guī)r礦體，經(jīng)野外地質(zhì)找礦路線查證，新發(fā)現(xiàn)礦（化）點(diǎn)10處。