新疆西克尔地区遥感蚀变信息提取与成矿预测

刘桂萍 蔡宏明 姜 波 张莹莹

(1.新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏 徐州 221116；3.新疆大学地理学博士后科研流动站，新疆 乌鲁木齐 830046)

遥感技术在地质解译、岩性识别、蚀变信息提取等方面具有速度快、质量高、成本低等优势[1-4]。近年来，TM、ETM+数据在地质矿产领域得到了广泛应用，已经取得了很多显著成果[5-11]。以往进行遥感地质解译的主要目的是快速掌握基本岩性信息，进行最佳踏勘路线部署和地质现象梳理[12-13]。鉴于围岩剧烈而较大范围的蚀变常与大矿及富矿密切相关，故而在对TM(ETM+)影像进行解译的基础上，提取出中等强度的蚀变信息，进而为找矿预测提供可靠依据具有较高的可行性[14-16]。新疆阿图什市西克尔地区位于塔里木北缘成矿带、南天山西段，该区古生界—中生界地层的发育特征与塔里木盆地内部一致[17]。1949年以前，区内仅有少数中外地质学家开展过一些路线地质工作。新中国成立以后，南天山的地质矿产工作进入了一个大发展时期，在区域地质矿产勘查、科学研究等方面取得了大量成果，在西克尔地区发现了一些铜矿化点和铜异常，但该区面积较大、自然条件恶劣，总体上地质研究程度较低。为进一步提高该区的找矿预测成效，本研究以高分2号和Landsat 7 ETM+遥感影像为数据源，根据该区遥感影像特征和相关地质资料，对区内岩性和构造进行遥感地质解译，对矿化蚀变信息进行提取，在此基础上进行成矿预测，圈定成矿远景区，为该区进一步开展地质研究提供可靠依据。

1 区域地质概况

西克尔地区位于新疆塔里木盆地西北缘、天山南脉西段，地理坐标为东经77°15′～77°30′，北纬39°48′～40°00′，属地台型沉积，大地构造上属于柯坪前陆盆地Ⅲ级构造单元(图1)。该区地层除三叠系和侏罗系缺少外，寒武系—第四系地层均有分布，其中，下志留统柯坪塔格组(S1k)、渐新统苏维依组(E3s)、中—上新统康村组(N1-2k)铜元素呈富集—强富集状态，赋矿岩性主要为中粗粒砂岩—泥岩建造。在上述地层中已发现砂岩型铜矿(化点)5处，即伽师铜矿(渐新统苏维依组)、三岔口铜矿点(渐新统苏维依组)、克孜勒铜矿点(中—上新统康村组)、硝尔布拉克铜矿点(下志留统柯坪塔格组)以及喀拉萨依铜矿化点(下志留统柯坪塔格组)。该区构造总体较为简单，为单斜地层，局部发育有褶皱和断裂构造。区内规模较大的断裂构造为近EW向、NW向、NE向逆冲断裂，分布于区内中部、南部。该区侵入岩不发育，北部的志留系地层中有辉绿岩脉产出，岩脉延长约1 km，厚1～2 m，有褐铁矿化、绿泥石化，另有少量SN向辉绿岩脉，一般延长数十米，宽数十厘米，侵入岩在该区与成矿关系不明显。

图1 西克尔地区大地构造特征

2 遥感地质解译

西克尔地区岩石裸露，山体植被覆盖稀少，据此本研究选取高分2号和ETM+遥感影像作为数据源。高分2号数据获取时间为2015年8月27日，该影像清晰度较高，质量较好，适用于遥感地质解译。首先对高分2号数据进行4、3、1 波段彩色合成，并与全色波段融合生成基础遥感影像，该影像色彩丰富，对比度强，目标地物特征信息明显，可解译度高。遥感蚀变信息提取以ETM+数据为主，数据获取时间为1999年9月18日，首先对该影像进行辐射定标、几何校正、大气校正、去水、去植被及剪裁等预处理，然后进行蚀变信息提取。

2.1 岩性解译

根据西克尔地区地质资料以及本研究野外调查获取的岩性组合信息，结合该区1∶20万、1∶5万地质图，运用目视解译法和综合推理法，在高分2号数据融合影像中，重点从色调、形状、纹理、地形地貌等方面，总结了适用于研究区内的地物解译标志(表1)。根据解译标志，进行了研究区1∶5万遥感地质解译。从解译结果看，除三叠系和侏罗系地层缺少外，区内沉积岩分布较广，跨越时代久远，寒武系—新生界均有出露。岩石类型有砂岩、粉砂岩、砾岩、泥岩、页岩、灰岩等，出露地层由早古生界丘里塔格组至第四系，以晚古生界志留系塔塔埃尔塔格组(S2-3t)和柯坪塔格组(S1k)、泥盆系衣木干他乌组(D1-2y)和克孜尔塔格组(D3k)，石炭系康克林组(C2kk)，二叠系巴立克立克组(P1b)、第三系及第四系出露最广，发育最好。区内侵入岩不发育。

表1 西克尔地区主要岩石地层单位解译标志

2.2 构造解译

遥感影像地质构造解译工作中最直观、最基础是识别线性和环形构造，解译出的线性、环形构造对于指导找矿工作意义重大[18]。西克尔地区线性构造主要为断裂构造，环形构造不发育，其中断裂解译标志主要为地貌标志。构造解译结果反应出区内规模较大的断裂构造主要有6条，其中有3条为近EW向北倾逆冲断裂，分布于研究区北部，这3条断裂构造中，位于该区最北部的断裂构造为上志留系塔塔埃尔塔格组与下志留系柯坪塔格组的分界线，断层延长大于20 km，向东切穿志留系地层；位于该区中部的逆断裂为上寒武系—下奥陶系丘里塔格组与上新系库车组的分界线，该断层为一北倾逆断层，野外考查发现该断层附近灰岩比较破碎，在断层面及灰岩裂隙中，见有大量方解石脉，脉体边部见有方铅矿、孔雀石，并见有脉状萤石；位于该区南部的断裂构造与南部背斜走向一致，切割中新生代地层，断层面北倾。另外3条较大规模的断裂呈NW向、NE向分布于该区南部(图2)。

3 矿化蚀变信息提取及野外验证

遥感异常是在影像上根据特定波段组合圈定的可能与矿化或围岩蚀变矿物有关的信息，其强度是由蚀变矿物引起的吸收光谱特征确定[19-20]。主要的矿化蚀变为铁染(Fe3+， Fe2+)离子和羟基(OH-)2种，由该类离子团构成的岩石矿物在ETM+卫星的 1、3、4、5、7 波段上存在明显的特征谱带[21-22]。

3.1 矿化蚀变信息提取3.1.1 铁染蚀变信息

铁染蚀变信息提取中主成分变换的波段组合选择以含Fe3+、Fe2+的铁矿物或含铁矿物的次生氧化物以及热液蚀变带的原生铁矿物的波谱特征为依据，本研究选用ETMl、ETM3、ETM4、ETM5 4个波段进行主成分分析，其主分量的判断标准为ETM3的系数与ETMl及ETM4的系数符号相反，ETM3与ETM5系数符号相同。由PCA1、3、4、5特征向量矩阵(表2)可知，PC4符合条件，因此，将PC4作为铁染蚀变异常信息的增强图像。对PC4图像进行了统计运算，结果见表3。利用主分量门限法将铁染异常按阈值(表4)划分为3个等级，结果见图3。

图2 西克尔地区遥感综合解译结果

表2 PCA 1、3、4、5特征向量矩阵

表3 ETM+ 1、3、4、5组合分析后PC4图像基本特征参数

3.1.2 羟基蚀变信息提取

表4 铁染蚀变异常分级阈值

表5 PCA 1、4、5、7特征向量矩阵

图3 铁染蚀变异常信息分布

表6 ETM+ 1、4、5、7组合分析后PC4基本特征参数

最小值最大值均值标准差-7694129645419869380124494931

表7 羟基蚀变异常分级阈值

综合分析图3、图4可知：①西克尔地区遥感蚀变异常特征明显，呈串珠状分布，铁染和羟基异常蚀变信息呈EW向带状分布于地层上；②铁染蚀变信息主要分布于石炭系康克林组(C2kk)、泥盆系克孜尔塔格组(D3k)和衣木干他乌组(D1-2y)、志留系塔塔埃尔塔格组(S2-3t)和柯坪塔格组(S1k)，有少量铁染蚀变信息分布于第三系和第四系地层上；③羟基蚀变信息主要分布于泥盆系克孜尔塔格组(D3k)和衣木干他乌组(D1-2y)、志留系塔塔埃尔塔格组(S2-3t)和柯坪塔格组(S1k)以及寒武系—奥陶系丘里塔格组(∈3-O1)q)有少量羟基蚀变信息分布于第三系地层上；④一些受断裂构造控制的区域两侧蚀变分布比较显著。

3.2 野外查证

3.2.1 铁染蚀变信息异常地段查证

查证地段地层属志留系柯坪塔格组(S1k)，影像特征为：地层近EW向带状展布，深色调，在ETM+影像上呈灰褐色(图5(a))，在高分2号影像上呈黑褐色(图5(b))。该地段地势较为平缓，树枝状沟系，岩层层理清晰，形成密集的平行直线状影纹。铁染蚀变异常信息呈条带状分布于该地层上(图5(c))。该地段岩性为砂页岩、粉砂岩互层(原岩为绿色，风化面呈褐色)(图5(d))，层理清晰，岩层近EW走向，倾角近于直立，岩石裂隙、层理面见有铁染蚀变异常信息(图5(e))。

3.2.2 羟基蚀变信息异常地段查证

查证地段地层属上寒武—下奥陶系丘里塔格组((∈3-O1)q)，影像特征为：地层近EW向带状展布，色调相对较浅，在ETM+影像上呈灰褐色、褐红色、白色相间的杂色(图6(a))，在高分2号影像上呈灰色、灰白色树枝状、梳状沟系以及斑状、蠕虫状影纹(图6(b))。羟基异常信息呈带状分布于该地层上，强度较高(图6(c))。查证地段岩性为灰色层状块状白云岩(图6(d))，地表灰白—灰黑色，裂隙发育，中—高山地貌，山脊相对平缓，坡面多陡坎(图6(c))。坡面上常见灰白色沙土层覆盖，其中有白云岩风化产物、盐碱等。

图4 羟基蚀变信息分布

图5 铁染蚀变异常信息野外验证结果

4 遥感成矿预测

4.1 成矿远景区圈定依据及划分

本研究在综合研究区域成矿地质条件和典型矿床的基础上，将西克尔地区主要含矿地层、构造、蚀变等作为主要预测要素[23-26]，并结合化探资料进行成矿预测。成矿远景区圈定的依据主要为：①地层、岩性标志，砂岩型铜矿床(点)主要赋存于渐新统苏维依组(E3s)、中—上新统康村组(N1-2k)、下志留统柯坪塔格组(S1k)碎屑岩建造中的中粗粒砂岩—泥岩建造；②构造标志，线性构造发育区以及发育于控矿层中的断裂构造地带；③在西克尔地区内的成矿岩层中，具有一定方向展布的条带状蚀变或受断裂控制的区域两侧蚀变，为重要的找矿指示信息；④地球化学标志，砂岩型铜矿床(点)以Cu异常为主，异常范围往往较大，为找矿的间接标志；⑤西克尔地区有已知铜矿点或铜矿化点分布的区域。

一般来说，成矿远景区主要可以划分为3类：①一类成矿远景区，该类远景区对找矿具有直接指导作用，区内蚀变异常值高且蚀变信息呈条带状分布或受断裂控制的区域，成矿条件好(如含矿地层、构造控矿、Cu异常区)，该类远景区与已知矿床(点)或矿化点吻合或分布于已知矿床(点)或矿化点附近；②二类成矿远景区，该类远景区对于找矿有一定的指示作用，区内蚀变异常值中等且面积不大，区内(或附近)分布有少量已知矿床(点)或矿化点，成矿条件良好；③三类成矿远景区，该类远景区可提供一定程度的找矿信息，区内不存在或附近分布有少量已知矿床(点)或矿化点，成矿条件一般。

4.2 成矿远景区圈定

按照成矿远景区圈定依据及类别划分标准，本研究将各成矿要素进行空间叠加，并结合区内相关地质资料，圈定出了5个铜矿远景区，编号分别为Ⅰ#、Ⅱ#、Ⅲ#、Ⅳ#、Ⅴ#(图7)，其中一类成矿远景区2个，二类成矿远景区2个，三类成矿远景区1个。

Ⅰ#远景区主要分布于西克尔地区西北部，为一类铜矿成矿远景区，出露地层为下志留统柯坪塔格组(S1k)。该组为一套潮坪—滨外相碎屑沉积建造。岩石组合为深灰色—浅绿色页岩与薄层状含钙石英细砂岩互层夹灰绿色—绿色石英砂岩与粉砂岩。在浅灰绿色细砂岩中见有孔雀石化呈星点状，其含矿体为浅灰绿色薄层状细砂岩，喀拉萨依铜矿化点便分布于该组细砂岩层位中。遥感异常信息以铁染蚀变异常为主，分布有少量的羟基异常，其中铁染蚀变异常以一、二级异常为主，沿断层呈EW向条带状展布，异常显示出极好的方向性，区内有较大规模的Cu异常分布，具有较好的找矿潜力。

Ⅱ#远景区主要分布于西克尔地区中部，为二类铜矿成矿远景区，出露地层为上新统库车组(N2k)，属河流三角洲相沉积。该组岩性组合为褐色、黄褐色、土黄色砂质泥岩、泥质粉砂岩夹灰、浅灰绿色砂岩，砾状砂岩及砾岩，上部以苍棕色为主，下部以灰绿色为主，见有孔雀石化呈星点状、鸡窝状，其含矿体为浅灰绿色薄层状砂岩。克孜勒铜矿点分布于该远景区内。该区遥感异常信息以铁染蚀变异常为主，分布有少量的羟基蚀变异常，其中铁染蚀变异常以二、三级异常为主，区内有Cu异常分布，具有较好的找矿潜力。

Ⅲ#远景区主要分布于西克尔地区中部，为一类铜矿成矿远景区，出露地层为渐新统苏维依组(E3s)。该组为泻湖相沉积，岩性组合主要为褐红色砂岩、粉砂岩、泥岩互层的沉积序列，以紫色、棕红色砂质泥岩与中、细粒砂岩互层与上覆地层分界，见有孔雀石化呈星点状、鸡窝状，其含矿体为浅灰色薄—中层状细砂岩。三岔口铜矿点便分布于该组细砂岩层位中。该区遥感异常信息以铁染蚀变异常为主，分布有少量的羟基蚀变异常，区内分布有较大规模的Cu异常，具有较好的找矿潜力。

图7 西克尔地区铜矿成矿远景区圈定结果

Ⅳ#远景区主要分布于西克尔地区南部，为二类铜矿成矿远景区，出露地层为上泥盆统克孜尔塔格组(D3k)。该组为滨海三角洲相沉积环境的产物，岩石组合为砖红色厚层状细—粗粒砂岩及细砾岩、砖红色薄层状细砂岩夹紫红色薄层状粉砂岩、红色砂岩夹薄层状粉砂岩及绛红色粉砂岩与红色砂岩互层夹中厚层状细砾岩。西克尔铜硫矿点便分布于该远景区内。该区有羟基蚀变异常，有一定的Cu异常分布，具有较好的找矿潜力。

Ⅴ#远景区主要分布于西克尔地区南部，为三类铜矿成矿远景区，出露地层为下志留统柯坪塔格组(S1k)。该组为一套潮坪—滨外相碎屑沉积建造，岩石组合为深灰色—浅绿色页岩与薄层状含钙石英细砂岩互层夹灰绿色—绿色石英砂岩与粉砂岩。硝尔布拉克铜矿点分布于该远景区内，有羟基蚀变异常，存在Cu异常，但异常面积不大，具有一定的找矿潜力。

4.3 成矿远景区野外验证

本研究选取遥感异常特征明显、成矿地质条件优越的Ⅰ#铜矿成矿远景区进行了野外实地调查验证和样品采集分析。野外观察点的岩性为灰褐色石英砂岩(图8(a))夹宽约2 m的灰绿色含铜砂岩(图8(b))，岩石中见有顺层理方向分布的条带状孔雀石化和辉铜矿化。验证表明，该成矿远景区发育较好的铜矿化，显示出该区寻找砂岩型铜矿的潜力较大，表明本研究在西克尔地区进行遥感找矿有一定的效果。

图8 Ⅰ#成矿远景区野外验证结果

5 结 语

在充分分析新疆西克尔地区区域地质条件的基础上，以高分2号和ETM+影像为数据源，对该区进行了遥感地质解译和遥感蚀变信息提取，并结合当地相关地质资料，圈定了5个铜矿成矿远景区(编号分别为I#、II#、III#、IV#、V#)，其中一类成矿远景区2个，二类成矿远景区2个，三类成矿远景区1个。Ⅰ#成矿远景区野外验证结果表明本研究所圈定的成矿远景区铜矿化发育较好，寻找砂岩型铜矿的潜力较大。

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