高分辨率遙感影像在新疆塔什庫爾干地區沉積變質型鐵礦勘查中的應用

陳玲，張微，周艷，劉偉，陳微

(1．中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083;2．中國地質博物館，北京100034)

高分辨率遙感影像在新疆塔什庫爾干地區沉積變質型鐵礦勘查中的應用

陳玲1，張微1，周艷2，劉偉1，陳微1

(1．中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083;2．中國地質博物館，北京100034)

采用Worldview－2、Quickbird高辨率分數據及Aster數據，開展了新疆塔什庫爾干地區的沉積變質型鐵礦遙感綜合研究工作。在對研究區開展高分辨率遙感影像特征、遙感異常等成礦信息綜合分析的基礎上，以老并－贊坎鐵礦區為例，建立了區域沉積變質型鐵礦的遙感找礦模型，并利用該模型選擇塔薩拉地區作為成礦有利地段進行了深入細致的研究，圈定了塔薩拉地區礦化蝕變帶的分布范圍。研究成果表明在布倫闊勒巖群南部的塔薩拉地區具有較好的尋找沉積變質型鐵礦的前景。

高分辨率遙感影像沉積變質型鐵礦塔什庫爾干

Chen Ling，Zhang Wei，Zhou Yan，Liu Wei，Chen Wei．Application of high－resolution remote sensing images to searching for sedimentary－metamorphic type iron deposits in the Taxkorgan area，Xinjiang［J］．Geology and Exploration，2012，48(5):1039－1048．

隨著遙感衛星數據獲取技術的不斷發展，遙感影像空間分辨率已經突破米級，如QuickBird和Worldview－2影像。在高分辨率遙感影像上，不僅地物的光譜特征更加明顯，而且景觀的結構、形狀、紋理等細節信息也非常突出(張自力等，2007)。高分辨率遙感數據和傳統的中－低分辨率遙感數據(ETM+、Aster)相結合，在遙感地質研究中，既能發揮宏觀高效的優勢，又能揭示微觀構造、地層、巖漿巖、成礦等信息，可以從全新的角度去認識地質構造與成礦作用。

沉積變質型鐵礦床是前寒武紀鐵礦床的主要類型，其儲量、開采量均居全國首位，其中最主要的是條帶狀鐵建造鐵礦床亞類(沈保豐等，2005)。目前已在西昆侖塔什庫爾干地區的古元古界布倫闊勒巖群底部和中部發現了一系列沉積變質型富磁鐵礦床，老并、贊坎鐵礦就是其中的典型代表(胡建衛等，2010;馮昌榮等，2011)。但由于西昆侖南帶所處地區自然環境惡劣(高海拔、高寒、無人區)，目前除在老并－贊坎地區以外，其它地區尚無鐵礦找礦的突破。遙感技術宏觀高效、不受地形和交通條件的限制，且遙感信息是地下隱伏地質體和地表地物的反射、輻射的綜合反映，在區域地質調查中發揮著越來越重要的作用(馬建文，1997;楊自安等，2003;唐從國等，2004;楊建民等，2007;楊旭等，2008;張建東等，2008;張廷斌等，2009;Freek et al．，2012)，前人主要采用Aster、TM/ETM+等中低分辨率的遙感數據在圈定找礦靶區方面卓有成效，但對于礦化帶、礦體的空間展布缺乏有效的揭示。本文以西昆侖成礦帶礦產資源遙感地質調查工作為基礎，研究利用高分辨率Worldview－2、Quickbird衛星影像開展沉積變質型鐵礦遙感找礦工作的方法，并顯示和分析塔什庫爾干以南塔薩拉目標區鐵礦化帶、礦體的空間展布，該研究對西昆侖地區尋找同類型鐵礦具有重要的指導意義，對于高分辨率遙感數據在地質找礦中的應用也具有重要的現實意義。

1 研究區地質背景

西昆侖處于古亞洲和特提斯兩大構造域的結合部位，連接塔里木、華南兩大板塊。西昆侖構造帶地質構造復雜，巖漿活動較頻繁，成礦地質條件優越，資源潛力巨大(畢華等，1999;董永觀等，2003;李寶強等，2006;褚少雄，2008)。區內最主要的構造邊界為柯崗斷裂和瓦恰－康西瓦斷裂，分別構成塔里木板塊與西昆侖構造帶以及西昆侖構造帶與喀喇昆侖構造帶的構造邊界(Wang，2004)。本文研究區主要位于喀喇昆侖構造帶，該構造帶以塔阿西斷裂為界，西南側為明鐵蓋陸塊，北東側為塔什庫爾干陸塊(圖1)。

(1)塔什庫爾干陸塊

古元古界布倫闊勒巖群變質巖系為其主要組成部分，其變形強，層間斷裂、褶皺發育。該構造單元內斷裂也較發育，多為與區域構造線方向近一致的北西向斷裂，北東向斷裂較少。斷裂傾向以北東為主，且多為逆斷層，少數為正斷層，它們主要代表了中新生代時期構造變形的結果。巖漿巖較為發育，主要以燕山期黑云母花崗閃長巖、細粒英云閃長巖以及中粒黑云母二長花崗巖侵入巖為主，同時亦有元古代二長花崗巖、花崗閃長巖分布。該陸塊內的礦產主要為沉積變質型鐵礦，老并－贊坎鐵礦就是其中的典型代表(圖1的I區)，目前發現的礦化帶主要位于塔合曼、吉爾鐵克溝、老并、贊坎等地區，但在塔什庫爾干以南布倫闊勒巖群廣泛分布的地區尚沒有尋找沉積變質型鐵礦的突破。根據成礦地質背景分析，本研究選擇塔什庫爾干以南的塔薩拉地區為目標區，期望利用遙感實現沉積變質型鐵礦的找礦突破。

(2)明鐵蓋陸塊

該陸塊屬原(古)特提斯北緣構造域，主要由古生代、中生代地層和燕山－喜馬拉雅期花崗巖等組成。古生代地層組成一系列線狀緊閉褶皺，自東向西，褶皺形態依次發生平臥→斜臥→緊閉同斜→緊閉近直立的變化，反映它們的形成與邊界斷裂塔阿西結合帶的拼合、布倫闊勒巖群向西推覆于古生代地層之上的事件有密切關系;中生代地層則主要形成兩翼近于對稱的寬緩開闊褶皺。區域構造線方向仍為北西－北北西向。該陸塊內的礦化以金、銅、鉛鋅等而與塔什庫爾干陸塊相區別。

2 遙感數據信息提取

2．1 高分辨率遙感影像處理方法－最佳指數法

高分辨率Worldview－2(星點下空間分辨率為0．46 m，多光譜空間分辨率為1．8 m)遙感影像經過校正后，首先將多光譜波段和全色波段數據進行融

式(1)中Si為第i個波段的標準差，Rij為i、j兩波段的相關系數。一般對多波段影像數據先計算相關系數矩陣，再分別求出所有可能三波段組合對應的OIF值，OIF值越大，則相應組合影像包含的信息量就越大，并認為據此選出的波段組合最佳。

研究認為在變質巖區843波段組合的OIF值最大，沉積巖區842波段組合的OIF值最大，侵入巖區851波段組合的OIF值最大。另外從OIF指數的計算結果來看，有第8波段參與計算的OIF值均較有第7波段參與計算的OIF值大，因此本研究認為在地質研究中，Worldview－2遙感影像的第8波段是比較重要的。采用同樣的方法，認為Quickbird遙感影像的432波段組合能夠較好的揭示地質現象。

在波段組合的基礎上，在實際解譯過程中常需要通過拉伸、波段比值、主成分分析、濾波分析等方法，以達到突出解譯區地質信息的目的。

2．2 ASTER異常信息提取

由蝕變礦物構成的蝕變巖石與其圍巖反射光譜存在著較大的差異，蝕變巖石在某些特定的光譜波段形成了特征的光譜異常。在發現地質特征方面，Aster與低光譜分辨率的TM相比有較強的優勢，特別是在短波紅外范圍內Aster提供了更高的光譜分辨率(呂鳳軍等，2009;楊長保等，2009;楊自安等，2009)。因此Aster在礦化蝕變信息提取方面是非常理想的遙感數據。目前國內外已有較多的采用Aster數據進行成礦信息提取的成功案例(Zhang et al．，2007;耿新霞等，2008;黃照強等，2009;呂鳳軍等，2009;楊自安等，2009;張玉君等，2009)。獲取的Aster數據首先經過輻射校正和幾何校正，同時為了保證信息提取是在相同的分辨率下進行，將SWIR波段重采樣為15m分辨率。本研究以主成分分析法為主，光譜角法、比值法等為輔的方法，利用Aster 1、Aster 2、Aster 3、Aster 4這4個波段分別提取了典型礦區、目標區(詳見第三節)Fe2+、Fe3+等與鐵礦有關的蝕變信息，最后結合地質背景對提取的異常信息進行篩選，提取結果詳見下文。目前在利用合，然后進行假彩色合成，但采用何種波段組合能盡量多地反映所需的信息，迄今尚未見相關的研究報道。最佳指數法(OIF)是目前衡量波段組合方案優劣的常用方法，且在許多研究中已發揮了重要作用(王海平等，1992;李石華等，2005;王培忠等，2010)，OIF計算公式如下:Aster數據提取的蝕變信息處發現了較好的礦化蝕變帶，這也充分說明了遙感蝕變異常在礦化蝕變帶識別中的重要作用。

3 典型礦床遙感找礦模型建立

3．1 老并－贊坎鐵礦成礦地質特征

老并－贊坎鐵礦位于塔什庫爾干縣城東南約70 km，系西昆侖地區典型的沉積變質型磁鐵礦床之一，礦區主要在圖1的I區內(圖1)。

圖1 西昆侖塔什庫爾干地區地質簡圖(據1:25萬區域調查報告修改①②)Fig．1 Simplified geological map of the Taxkorgan area in the West Kunlun (modified from 1∶250000 regional geological survey report①②)

礦區內構造主要為呈北西－南東向延伸的性質不明斷層，同時局部地區亦見小型褶曲發育。礦區內的巖漿巖以正長花崗巖為主，次為正長巖，巖體主要呈小巖株侵位于布倫闊勒巖群中，巖體圍巖接觸帶見矽卡巖化。礦區出露的地層主要為古元古代布倫闊勒巖群(Pt1B)，巖性有石英片巖、黑云母石英片巖、片麻巖夾大理巖、綠簾石矽卡巖(胡建衛等，2010)，含礦巖系為磁鐵礦化的黑云母石英片巖。西部出露有下志留統溫泉溝組(S1w)的粉砂質泥(板)巖、石英砂巖、結晶灰巖等，北部主要為白堊系下拉夫底群(K1x)呈角度不整合覆蓋在布倫闊勒巖群之上，巖性主要為厚層狀粗－中礫巖、薄層狀細粒長石砂巖、薄層狀鈣質石英粉砂巖、薄層狀含粉砂泥晶灰巖及灰色中層泥晶灰巖、淺灰色粉砂質泥(頁)巖偶夾石膏層(馮昌榮等，2011)。

鐵礦體主要產于正長巖與片巖接觸帶中，總體呈層狀、似層狀產出，走向為北西－南東向，個別礦體產于正長巖或符山石角閃巖中，與圍巖為不整合接觸關系(胡建衛等，2010;馮昌榮等，2011)。礦體呈透鏡狀、似層狀分布，礦體產狀與頂、底板圍巖產狀基本一致，走向為北西－南東向，地表呈似層狀不規則形態展布，頂板多為鐵染黑云石英片巖，黑云斜長片麻巖等。礦石礦物成分:金屬礦物為磁鐵礦、磁赤鐵礦、赤鐵礦、黃鐵礦、褐鐵礦等。脈石礦物主要為石英、角閃石、陽起石、透輝石、透閃石、黑石母、方解石等。

現有研究認為該磁鐵礦屬沉積變質成因，形成過程大致如下:古元古代形成富鐵的火山巖，部分鐵質與海水發生海解作用進入海水富集，沉積后形成下部為富鐵火山巖、上部為富鐵(富硅)沉積巖的含鐵建造，在后期區域變質過程中，富鐵巖石物質成分發生分異，鐵質進一步富集，形成富鐵、富硅不同顏色的條帶，從而形成沉積變質型鐵礦(胡建衛等，2010)。

圖2 典型礦區Aster鐵染蝕變異常信息分布圖Fig．2 Map showing iron alteration information based on Aster images in a typical mining area

3．2 老并－贊坎鐵礦區遙感異常信息提取

老并－贊坎典型鐵礦區的Aster鐵離子異常信息提取結果如圖2。分析可知，在已知的老并－贊坎鐵礦區均顯示有Fe染異常信息，且鐵染異常多呈條帶狀分布，少數呈面狀分布，和高分辨率遙感影像中布倫闊勒巖群中石英片巖展布方向基本一致。目前在已知的鐵礦化帶處可見較多的遙感蝕變信息。

3．3 老并－贊坎鐵礦區高分辨率遙感影像特征

采用以上高分辨率遙感影像處理方法，研究了老并－贊坎礦區的影像特征。在老并鐵礦區走克本溝谷，其高分辨率Quickbird 432波段組合影像特征為:影像整體呈淡藍色－淡綠色色調，影紋粗糙，可見明顯的北西向線性構造，鐵礦化帶為明顯的褐色－淡藍色色調(圖3)，條帶狀展布，上部圍巖為黑、黃相間的條帶狀的片麻巖等，下部圍巖為影紋較光滑的片巖等。在贊坎鐵礦區吉爾鐵克溝谷鐵礦化帶上，其高分辨率Worldview－2 843波段組合影像特征為:影像整體呈黃褐色色調，影紋較為光滑，鐵礦體呈呈較為明顯的黃綠色色調(圖4)，一般為串珠狀、扁豆狀、條帶狀延伸，分布于布倫闊勒巖群石英片巖中(圖4)。

基于以上研究，本研究主要從地質特征、高分遙感影像特征和遙感蝕變異常出發，建立了老并－贊坎鐵礦區高分辨率影像遙感找礦模型，如表1。

圖3 老并鐵礦區走克本溝谷鐵礦化帶Quickbird高分辨率遙感影像特征(432波段組合)Fig．3 Photo showing Quickbird remote sensing image features of iron mineralization zone in Zoukeben valley of the Laobing iron deposits(432 band combination)

圖4 老并－贊坎鐵礦鐵礦化帶Worldview－2遙感影像特征(843波段組合)Fig．4 Photo showing Worldview－2 remote sensing image(843 band combination)features of iron mineralization zone in the Laobing－Zankan iron deposits

4 塔薩拉地區遙感找礦預測

4．1 地質背景

塔薩拉地區位于塔什庫爾干縣城東南約150 km、葉爾羌河以東的無人區(圖1 II區)。

區內構造主要為北西向線性構造，次為北東向線性構造，北西向與北東向線性構造交匯部位常常是礦體產出的有利位置。該地區分布著大量的古元古代布倫闊勒巖群變質巖，主要有云母石英片巖、片麻巖等，且變質巖受北西向的區域構造作用影響明顯，常見破碎帶。容礦層巖石中常見的蝕變主要有硅化、碳酸鹽化、綠泥石化、綠簾石化，伴有黃鐵礦化、褐鐵礦化等，它們均含有Fe2+、Fe3+離子。根據以上的遙感找礦模型，認為石英片巖層、大理巖層為主要的找礦標志。

4．2 遙感異常信息提取

采用Aster進行的鐵染異常信息提取結果顯示(圖5)，大部分蝕變信息呈北西向條帶狀展布，異常多出現在和贊坎－老并鐵礦區有類似特征的影像部位，且這些位置常見褐鐵礦化現象，說明本區的遙感蝕變異常和礦化異常具有較高的吻合度。

4．3 高分辨率遙感影像特征

對塔薩拉地區高分辨率Worldview－2遙感影像采用最佳波段組合，并進行增強處理。通過綜合分析研究，認為目標區內的塔薩拉地區具有較大的尋找沉積變質型鐵礦的潛力。圖6顯示塔薩拉地區見多條淺色脈體以及呈黃褐色－淡藍色的條帶，研究認為淺色脈體主要為石英片巖層、大理巖層，黃褐色條帶主要為褐鐵礦礦化帶，它們是較為明顯的遙感找礦標志。

5 結論

本文首先利用老并－贊坎沉積變質型鐵礦區Worldview－2、Quickbird高分辨率遙感影像特征，結合Aster異常信息提取開展綜合分析，建立沉積變質型鐵礦遙感找礦模型，并在塔薩拉找礦遠景區開展基于Worldview－2高分辨率遙感影像沉積變質型鐵礦的調查。研究的主要結論如下:

圖5 塔薩拉Aster鐵元素蝕變異常信息分布圖Fig．5 Map showing iron alteration anomalies in the Tasala area using Aster images

圖6 塔薩拉地區Worldview－2高分辨遙感影像特征(843波段組合)Fig．6 Map showing Worldview－2 remote sensing image features of iron mineralization zones in the Tasala area(843 band combination)

(1)高分辨率遙感影像在區域礦產地質調查中具有重要的指導意義。本研究進一步證明了利用高分辨率遙感影像在沉積變質型鐵礦研究區開展礦產資源勘查和資源評價中發揮著重要作用。

(2)對于高分辨率影像，采用最佳指數法，選擇最佳波段組合，并進行信息增強，能夠更大程度的突出找礦有利信息，對于礦化蝕變出露較好的部位，能較好地揭示礦化蝕變帶的位置、空間展布等信息。

(3)在塔薩拉地區尋找沉積變質型鐵礦具有較大的潛力。本次研究表明，在塔薩拉地區布倫闊勒巖群中，北西向構造和北東向構造交匯部位，以及遙感鐵染蝕變異常較突出的部位是鐵礦體賦存的有利位置。

目前，在塔薩拉地區已開展了少量的工程勘探，且已發現多條礦化蝕變帶，進一步的勘探仍需跟進。

致謝在研究過程中得到中國國土資源航空物探遙感中心楊金中研究員、段朋教授、王海慶博士、閆柏琨博士等的指導和幫助，新疆地礦局信息中心孫衛東提供了部分新資料，在此一并表示衷心的感謝!

［注釋］

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Application of High－resolution Remote Sensing Images to Searching for Sedimentarymetamorphic Type Iron Deposits in the Taxkorgan Area，Xinjiang

CHEN Ling1，ZHANG Wei1，ZHOU Yan2，LIU Wei1，CHEN Wei1
(1．China Aero Geophysical Survey＆Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing，100083; 2．Geological Museum of China，Beijing100034)

Based on Quickbird/Worldview－2 high－resolution satellite images and multi－spectral remote sensing Aster images，this paper investigates the sedimentary－metamorphic type iron deposits in the Taxkorgan area，Xinjiang．Taking the Laobing－Zankan iron mine district as an example，we studied its high－resolution satellite images and remote sensing anomalies and built a prospecting model for searching for sedimentary－metamorphic type iron deposits in this region．And we utilized this model to delineate the mineralized alteration zones in the Tasala area．The result shows that the Tasala area south of the Bulunkuole rock group shows a good prospect of searching for sedimentary－metamorphic type iron deposits．

high－resolution satellite image，sedimentary－metamorphic type iron deposit，Taxkorgan

book=9,ebook=582

TP79

A

0495－5331(2012)05－1039－10

2012－01－09;

2012－05－06;［責任編輯］郝情情。

西昆侖成礦帶礦產資源遙感地質調查(編號:1212011120887)。

陳玲(1982年－)，女，博士，2010年畢業于中國地質大學(武漢)巖石學、礦物學、礦床學專業，獲博士學位，現從事遙感地質、礦產等理論和應用研究。E－mail:chenling010@126．com。