新疆乌什塔拉地区遥感、化探、地质综合找矿研究

赵玉梅，刘　磊，周　军，苏春乾

(1.新疆地质矿产局第七地质大队, 新疆 乌苏 833000；2.长安大学地球科学与资源学院，西安 710054)



新疆乌什塔拉地区遥感、化探、地质综合找矿研究

赵玉梅1，刘磊2，周军2，苏春乾2

(1.新疆地质矿产局第七地质大队, 新疆 乌苏 833000；2.长安大学地球科学与资源学院，西安 710054)

摘要：新疆乌什塔拉地区位于中亚天山成矿带的东南部，该成矿带上已发现众多矿床。在乌什塔拉地区开展地质矿产调查时，为快速确定找矿靶区，以遥感技术为先导，利用ETM+自然彩色合成、最小噪声分离等方法解译岩体、断层；之后对ETM+数据采用掩膜技术剔除干扰后，利用主成分分析法提取矿化蚀变信息；并将地质、化探、遥感等多元信息叠合进行综合分析。结果表明，利用主成分分析法提取的蚀变信息与化探异常、岩体、断层吻合较好，蚀变信息在工作区西北部、北部(喀拉塔格附近)及南部(阿拉塔格附近)具有面状、带状分布特征，而在工作区西南部、中部(阿勒格乌拉西)及东南部(扎合布拉格北沟附近)等地具有线状特征。经综合分析、筛选，共圈定了19处找矿靶区，对其中5处重点部位进行野外检查，发现利用主成分分析法提取的蚀变异常多由岩脉、断层、夕卡岩化、黏土化、褐铁矿化等引起。对蚀变带取样化学分析，确定了金、铜、铁矿化点3处。

关键词：乌什塔拉地区；遥感；矿化蚀变信息提取；多元信息找矿；天山成矿带；新疆

0引言

遥感技术已被广泛应用于找矿工作中，蚀变矿物在可见光-短波红外区间存在的波谱特征差异为这些研究提供了理论基础[1]。可见光波段光谱特征主要为金属离子迁移造成，短波红外波段可探测碳酸盐岩、水合物和含羟基矿物[1-4]。利用可见光和短波红外的反射率光谱，可快捷、低成本地提取岩石中矿物和化学成分信息，识别与成矿作用密切相关的矿化异常信息和蚀变矿物，为找矿提供线索[2-4]。TM、ETM+数据为矿产勘查中应用最普遍的遥感数据源，已有许多研究与应用实例[4-9]。很多矿化与岩体、断层密切相关，利用遥感技术准确解译岩体、断层，之后与矿化蚀变信息、化探异常综合分析，可大大提高靶区选择的准确性[3,8-13]。

新疆乌什塔拉地区位于中亚天山成矿带的东南部位。中亚天山成矿带上境内外已发现众多矿床，如穆龙套、库姆特尔、萨瓦亚尔顿锑金矿床等[14-17]。与该成矿带其他区域相比，乌什塔拉地区工作程度较低，仅开展了1∶20万区域地质调查工作，区内尚无已知金属矿床。自20世纪80年代末以来，相继在邻区开展的遥感地质找矿相关研究，发现了一系列矿(化)点[10,18-21]，为研究区找矿提供了新思路。研究区内植被稀少，基岩露头较好，为遥感应用的理想场所。在研究区开展1∶5万矿产地质调查时，利用遥感技术解译了区内的岩体、断层，采用掩膜技术剔除干扰信息提取遥感矿化蚀变信息，并与化探、地质资料进行综合分析，据此圈定靶区并开展野外检查工作，取得了较好的效果。

图1　新疆乌什塔拉地区地质图Fig.1　Geological map of Wushitala area, Xinjiang1.第四系；2.上新统一始新统；3.下侏罗统八道湾组：灰白色砾岩；4.下石炭统甘草湖组：泥晶灰岩、细砂岩、粉砂岩；5.上泥盆统哈孜尔布拉克组：灰岩；6.中泥盆统阿拉塔格组：灰岩、砂岩、粉砂岩；7.石炭纪钾长花岗岩；8.泥盆纪花岗岩；9.遥感解译断裂

1区域地质概况

研究区位于南天山东段，南部为塔里木地块北缘，北邻乌瓦门—拱拜子缝合带，属于南天山碰撞带中段，包括4个1∶5万图幅。主要出露地层为中泥盆统阿拉塔格组(D2a)和下石炭统甘草湖组(C1g)。阿拉塔格组在区内分布最广，主要出露在北部花岗岩体南侧、中部花岗岩体南侧和东南侧地区，依据岩石组合可划分为3个岩性段，由下至上分别为生物灰岩、泥质灰岩，深灰色中-薄层砂岩、粉砂岩，顶部深灰色中-薄层细砂岩、粉砂岩、硅质岩组成的韵律沉积。甘草湖组主要出露在区内南部地区，岩性主要为灰色-深灰色中-厚层泥晶灰岩，深灰色中-薄层细砂岩、粉砂岩互层(图1)。

研究区侵入岩非常发育，出露面积约占全部基岩露头的50%，侵入岩岩体呈NW向带状分布，以花岗岩为主，主要为泥盆纪黑云母花岗岩和石炭纪钾质花岗岩。区内变质作用微弱，主要发生在构造混杂岩带、侵入岩体与围岩接触带以及较大规模的断裂带。

区内断裂构造发育，以NW向和近EW向断裂为主。侵入岩岩体与地层边界的断层为NW走向，其控制了侵入体边界。侵入岩岩体内部的断层和节理，走向以NE向、近EW向为主。

目前研究区内尚无已知金属矿床，但该区处于中亚天山成矿带东南部位[16-17]，表明该区是一个有重大找矿潜力的地带。

2数据与方法

很多矿化与岩体、断层密切相关，小型岩体常被地质填图遗漏，很多断层在地表也不易观察。因此利用ETM+数据进行岩体、构造识别，解译岩性单元界线、岩体及断层；利用ETM+数据提取矿化蚀变信息，并与岩体、断层解译结果叠合，经多元信息综合分析后优选靶区进行野外检查。

图2　研究区ETM+最小噪声分离MNF1(R)，3(G)，4(B)假彩色合成图像Fig.2　ETM+ false-color composite image (MNF1, 3 and 4 in the RGB) of the study area

2.1数据

本次研究所采用的ETM+数据轨道号为142/31，获取时间为1999年8月23日。首先对遥感图像进行预处理，包括几何精校正[6]、坐标配准、辐射校正[5-6]。由于蚀变信息提取结果往往受水体、第四系影响较大，本研究对经预处理图像采用目视解译圈定图像中的水体、植被及第四系，进而利用掩膜处理剔除图像中的水体、第四系、植被等干扰信息，基岩均予以保留[6]。

2.2图像处理方法

(1)岩性增强及岩体解译。

最小噪声分离法(MinimumNoiseFraction,MNF)可将有效信息集中到尽可能少的低维数据中，并有效分离噪声[3]，被广泛应用于多光谱、高光谱数据降维处理中，亦有将该方法应用于区分岩性信息的相关研究[3,22]。

将ETM+3，2，1波段分别置于R(红)、G(绿)、B(蓝)通道合成自然彩色图像，组合后的图像接近自然色彩，一些岩性易于识别、解译，特别是对于略带红色的钾质花岗岩体在图像上也呈红色，易于识别。因此，本研究利用最小噪声分离和自然彩色合成图像区分岩性信息及断层。

将MNF1，MNF3，MNF4分别置于R，G，B通道，合成假彩色图像(图2)。该图像色彩丰富，对岩性界线识别效果较好。其中，钾质花岗岩体呈亮绿色，黑云母花岗岩呈黄绿色。

图3为研究区北部喀拉塔格附近ETM+3，2，1自然彩色图像，各岩性单元界线、构造在该图像中均可有效识别。其中，钾质花岗岩在该图像中呈暗红色，黑云母花岗岩呈灰色，断层的影像特征也较明显。利用自然彩色图像和MNF假彩色图像可有效解译各岩性单元、钾质花岗岩、黑云母花岗岩体及断层。

(2)蚀变信息提取。

图3　ETM+321合成自然彩色图像Fig.3　Natural color composite image of ETM+ band 3 2 1 in the RGB

目前常用的矿化蚀变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]、光谱角制图[2]、匹配滤波[4,10]等。由于光谱角制图、匹配滤波等方法均需以光谱库或训练区光谱为参考，实际应用中往往无法获取训练区光谱，且对遥感图像光谱分辨率要求较高[12]，不适用于本研究区。主成分分析法或Crosta法由于具有无需实测光谱、效果较比值法稳定等优势[10]，是目前遥感矿化蚀变信息提取应用最主要的方法。主成分分析的本质为通过一定的数学重组形成在多光谱上内在联系较为合理或地质意义更加明确的新变量或主成分，从而突出特定地质内容[10]。在利用TM/ETM+提取矿化蚀变信息时，根据特征矩阵选取相应主成分，其中代表铁氧化物的主成分判断准则为：构成该主成分的特征向量，第1波段和第3波段载荷较大，且符号相反；代表羟基、碳酸根矿物的主成分的判断准则：构成该主成分的特征向量，第5波段和7波段载荷较大且符号相反[2,11]。

对掩膜后的多光谱数据(ETM+第1～5及7波段)采用主成分分析法提取矿化蚀变信息效果较为理想(表1)。由表1可知，Band1(-0.519)和Band3(0.596)载荷较大且符号相反，PC4图像反映的主要是铁氧化物；Band5(0.650)和Band7(-0.466)载荷较大且符号相反，PC5主要反映羟基(或碳酸根)蚀变矿物信息[1,7]。对PC4，PC5图像的均值(μ)、标准差(σ)统计后，将所获得的遥感矿化蚀变信息按μ+2.5σ叠加于ETM+3波段图像之上(图4)，进而利用目视解译排除残余植被、地形等影响因素。

遥感矿化蚀变信息与岩体、岩体地层接触带、断裂构造、岩脉关系密切(图2，图4)。呈面状分布的铁染异常主要分布在研究区西北部中泥盆统阿拉塔格组灰岩中、北部(喀拉塔格附近)钾质花岗岩体内、南部(阿拉塔格附近)下石炭统甘草湖组中。面状分布的羟基异常主要分布在西北部中泥盆统阿拉塔格组灰岩中、北部(喀拉塔格附近)花岗岩体内。工作区西南部、中部(阿勒格乌拉西)及东南部(扎合布拉格北沟附近)存在较多的羟基异常呈线状、带状特征，主要沿构造和花岗质岩脉分布。

表1　工作区主成分分析特征向量

图4　研究区遥感矿化蚀变信息提取结果Fig.4　Remote sensing technique-extacted mineralization/alteration information of the study area

3多元信息综合分析及野外验证

将地质、化探、物探、遥感等研究成果叠合在一起进行多元信息综合找矿，可弥补单一找矿手段的不足，从而大大增强找矿效力，近年已在找矿应用中获得很多成果[3,6,9-13]。研究中获取了研究区1∶20万地球化学综合异常图，为水系沉积物或岩屑取样分析后采用多次剔除多次迭代处理后结果。将遥感矿化蚀变信息与断层及1∶20万化探异常叠合后进行综合分析(图4)，结果表明，利用主成分分析法提取的蚀变信息与化探异常、岩体、断层吻合较好，遥感蚀变信息受构造控制明显，蚀变异常具有明显的线状、面状特征。

图5　矿化点A附近综合异常Fig.5　Synthetic anomaly near the mineral occurrence A

经分析、筛选，共圈定19处找矿靶区，这些区域均有遥感蚀变信息位于构造附近并处于1∶20万化探异常内，19处区域包括了区内各种成矿地质环境。由于时间有限，仅选取5处重点部位进行野外检查。发现利用主成分分析法提取的遥感蚀变信息多为岩脉、地表长石类矿物的黏土化造成，部分为铁染构造蚀变带。经取样化学分析，确定金、铁矿化点3处。仅对其中2处地质背景好、找矿前景大的矿化点进行介绍。

图6　矿化点A矿化蚀变带野外照片Fig.6　Photograph of mineralization/alteration zone at mineral occurrence A

(1)矿化点A。位于工作区南部阿拉塔格附近，处于1∶20万Hg，As，Sb异常区内，存在带状羟基(碳酸根)异常和铁氧化物异常(图5)。地表检查显示，该点北侧上盘为灰白色大理岩夹条带状硅质灰岩，南侧下盘河道对面出露浅紫红色大理岩。沿不同岩性接触带发育强褐铁矿化、硅化、局部夕卡岩化，强褐铁矿化、硅化部分宽3～5m，长20～30m，紫红色大理岩中断续分布；灰绿杂色夕卡岩化部分主要靠近接触带，走向上断续延伸，长者70余米(图6)；该带向东延伸>1.5km，向西延伸几百米出露逐渐变窄，局部有民采坑。靠近接触带或下盘紫红色大理岩顶板断续有硅铁质条带(宽1～2m)，褐铁矿化强，局部见赤铁矿、镜铁矿；夕卡岩化部分有绿泥石、绿帘石、铁质碳酸盐等，局部见团块状细粒黄铁矿。对硅铁质条带和夕卡岩团块分别取样，经国土资源部西安矿产资源监督检测中心测试，硅铁质条带w(Au)=230×10-9，w(Fe)=32.55%；夕卡岩团块状黄铁矿w(Au)= 1 630×10-9，w(Fe)=34.25%。

图7　矿化点C附近综合异常Fig.7　Synthetic anomalies near mineral occurrence C

(2)矿化点C。位于钾质花岗斑岩体内(图2，图3)，该花岗斑岩呈灰红色，而在ETM+321自然彩色合成图像上呈暗红色，利用图2和图3可准确圈定岩体范围。遥感矿化蚀变信息提取结果显示，该岩体近乎全部蚀变(图7)，岩体中部、北部蚀变以面状为主，岩体南部蚀变为NE向带状、串珠状铁质、含羟基矿物蚀变异常，长度>1km。该岩体总体位于1∶20万W元素异常中，附近有Pb元素小异常。野外检查该点为花岗斑岩中含石英细脉构造蚀变带，硅化、绢云母化较强。地表主要见2条构造蚀变带，间隔60～70m。石英细脉(几毫米或5～10cm宽)沿构造蚀变带发育，有星点状、浸染状黄铜矿、黄铁矿，地表孔雀石局部富集，个别脉壁有少量黑钨矿。该点附近有多个民采坑。地表花岗斑岩取样分析表明，其近似埃达克岩，w(SiO2)=70.46%，w(Al2O3)=15.26%，w(MgO)= 0.68%，w(Y)=16.9×10-6，w(Sr)=168×10-6。上述证据均表明该岩体具有较好的成矿条件，值得开展后续勘查工作。

4结语

(1)利用最小噪声分离、自然彩色合成法处理ETM+图像，可有效增强、解译识别各岩性单元、岩体及断层，这些信息常与区域矿化关系密切。

(2)对ETM+数据采用掩膜技术剔除干扰后，利用主成分分析法可有效提取矿化蚀变信息，并将地质、化探、遥感等多元信息叠合，经综合分析、筛选，共圈定19处找矿靶区，选取了5处重点部位进行野外检查，发现金、铁矿化点3处，证实了此方法的有效性。

(3)由于野外工作受时间、经费限制，未对圈定的其余14处靶区进行野外验证，如后期经费、时间允许，应加大检查力度，可能会发现更多矿化线索。

参考文献：

[1]HuntGR.SpectralSignaturesofParticulateMineralsintheVisibleandNearInfrared[J].Geophysics, 1977, 42(3): 501-513.

[2]张玉君, 曾朝铭, 陈薇.ETM+(TM)蚀变遥感异常提取方法研究与应用：方法选择和技术流程[J]. 国土资源遥感, 2003(2):44-49.

[3]尹芳, 刘磊, 张继荣, 等. 新疆谢米斯台地区小岩体型矿化遥感探测[J]. 地球学报，2014，35(5)：561-566.

[4]吕凤军, 郝跃生, 石静，等.ASTER遥感数据蚀变遥感异常提取研究[J]. 地球学报，2009，30(2)：271-276.

[5]Torres-VeraMA，Prol-LedesmaRM.SpectralenhancementofselectedpixelsinThematicMapperimagesoftheGuanajuatodistrict(Mexico)toidentifyhydrothermallyalteredrocks[J].InternationalJournalofRemoteSensing, 2003, 24(22)：4357-4373.

[6]LiuLei,ZhuangDa-fang,ZhouJun,etal.AlterationmineralmappingusingmaskingandCrostatechniqueformineralexplorationinmid-vegetatedareas:acasestudyinAreletuobie,Xinjiang(China)[J].InternationalJournalofRemoteSensing, 2011, 32(7)：1931-1944.

[7]施炜，刘建民，王润生. 内蒙古东部喀喇沁旗地区金矿围岩蚀变遥感信息提取及成矿预测[J]. 地球学报，2007，28(3): 291-298.

[8]LiuLei,ZhouJun,YinFang,etal.ThereconnaissanceofmineralresourcesthroughASTERdata-basedimageprocessing,interpretingandgroundinspectionintheJiafushaersuarea,WestJunggar,China[J].JournalofEarthScience, 2014, 25(2): 397-406.

[9]LiuLei,ZhouJun,JiangDong,etal.TargetingMineralResourceswithRemoteSensingandFieldDataintheXiemisitaiArea,WestJunggar,Xinjiang,China[J].RemoteSensing, 2013, 5(7): 3156-3171.

[10]张兵，周军，王军年. 遥感蚀变矿物填图与找矿方法[J]. 地球科学与环境学报，2008，30(3)：254-259.

[11]周军，陈明勇，高鹏，等. 新疆东准噶尔蚀变矿物填图及多元信息找矿[J]. 国土资源遥感，2005(4)：51-55.

[12]刘磊，周军，尹芳，等. 基于ASTER数据的巴里坤地区蚀变矿物填图及找矿[J]．遥感技术与应用，2013，28(4)：556-561.

[13]刘磊, 施明, 周军，等. 遥感、化探、地质信息综合在昌宁矿产勘察中的应用[J]. 地球科学与环境学报，2007， 29(4)：383-386.

[14]肖序常，汤耀庆，冯益民，等. 新疆北部及其邻区大地构造[M]. 北京：地质出版社，1992：9-10.

[15]何国琦，李茂松，韩宝福. 中国西南天山及邻区大地构造研究[J]. 新疆地质，2001，19(1)：7-11.

[16]毛景文，韩春明，王义天，等. 中亚地区南天山大型金矿带的地质特征、成矿模型和勘查准则[J]. 地质通报， 2002，21(12)：858-868.

[17]杨建国，闫晔轶，徐学义，等. 西南天山成矿规律及其与境外对比研究[J]. 矿床地质，2004，23(1)：20-30.

[18]杨金中. 西天山吐拉苏地区金矿遥感找矿模型研究[J]. 黄金科学技术，2003，11(5)：1-6.

[19]陈劲松. 新疆阿吾拉勒铁矿带矿化蚀变信息提取研究[J]. 世界科技研究与发展，2013，35(4)：455-458.

[20]陈劲松，韩玲，王书青, 等. 高寒山区矿化蚀变信息提取的应用研究[J]. 遥感应用，2012，27(2)：77-80.

[21]杨建民，张玉君，陈薇，等.ETM+(TM)蚀变遥感异常技术方法在东天山戈壁地区的应用[J]. 矿床地质，2003，22(3)：278-286.

[22]LiuLei,ZhouJun,JiangDong,etal.Lithologicaldiscriminationofthemafic-ultramaficcomplex,Huitongshan,Beishan,China:usingASTERdata[J].JournalofEarthScience, 2014, 25(3): 529-536.

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；责任编辑：赵庆

基金项目：国家自然科学基金项目(编号：41402288)和中央高校基本科研业务费专项资金(编号：2014G1271060)资助。

作者简介：赵玉梅(1984—)，女，工程师，硕士，2009年长安大学矿物学、岩石学、矿床学专业研究生毕业，主要从事区域地质调查与成矿研究。E-mail: zym2005mm@126.com

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

中图分类号：P627

文献标识码：A