为满足当前经济建设和人民生活对矿产资源的需求, 以遥感数据为信息源, 利用地质体、地质构造和地质现象等对电磁波谱的响应特征, 通过数字图像处理和遥感地质解译, 测量或获取(肉眼难以发现的)地质参数、填绘地质图件、研究地质问题、开展成矿预测、间接或直接发现矿体, 已经成为遥感地质工作者的一项重要工作^{[1, 2, 3, 4, 5]}。本文利用WorldView2, QuickBird, IKONOS, ASTER和ETM⁺等多元遥感数据, 采取去相关、比值计算、主成分分析和图像融合等图像处理方法, 在西昆仑成矿带黑恰达坂一带开展了1∶ 50 000遥感地质解译和遥感异常提取研究, 对黑恰达坂附近的菱铁赤铁矿矿化带情况进行了调查, 并通过野外验证快速圈定了温泉沟群的含铁层位, 加速了区域找矿突破进程。

研究区位于新疆维吾尔自治区麻扎以东黑恰达坂, 西北端起于219国道麻扎以东40 km的黑恰道班东侧, 沿喀拉塔格山展布; 地理范围在E36° 20'~36° 25', N77° 32'~77° 37'之间, 面积约3 600 km²; 区域平均海拔4 800 m, 为典型高原高山区。该区位于青藏高原西北缘, 占据了西昆仑和喀喇昆仑中段, 西邻帕米尔构造结, 向东与康西瓦和苏巴什构造带相连。麻扎构造混杂岩带横穿该区。

已有的地质矿床调查揭示, 区内地层发育齐全, 长城系赛图拉岩群、蓟县系桑株塔格群、奥陶系冬瓜山群、志留系温泉沟群和达坂沟群、泥盆系落石沟组和天神达坂组、石炭系帕斯群和恰提尔群、二叠系黄羊岭群、神仙湾群和温泉山组、三叠系巴颜喀拉山群和赛力亚克达坂群、侏罗系龙山组、白垩系铁隆滩群、新近系帕卡布拉克组和阿图什组杂布其间。区域含矿地层为下志留统温泉沟群, 岩性为一套浅变质岩夹碳酸盐岩, 由灰色白云质灰岩、灰岩、泥灰岩夹细砂岩、绢云砂质板岩及千枚岩构成。容矿建造为一套深棕褐色的浅海相细碎屑岩-碳酸盐岩沉积, 空间上呈NW―SE向展布, 与一套灰白色(风化色为灰白色, 新鲜面呈深灰色)含黄铁矿的斑点状千枚岩、绢云母板岩共生。区内已知的黑黑孜站干中型铁矿即赋存在温泉沟群地层中。

李荣社等^[6]于2008年以分布在康西瓦大断裂南侧的黑恰达坂、呈EW向展布的铜矿和含铜铅锌多金属的菱铁矿床、点为原型, 总结出的黑黑孜站干式矿床是本区重要的典型矿床。它是一种容矿于志留统温泉沟群浅海相细碎屑岩-碳酸盐岩沉积建造中的沉积变质、热液叠加层控型矿床。2012年中国地质调查局“ 西部重要成矿区带高分遥感地质矿产调查技术研发与应用示范” 项目对黑恰达坂地区进行野外查证时, 发现2个正在开采的菱铁矿点(图1)。通过遥感解译和与已有地质资料的综合分析, 确定这2个矿点的矿化发生在下志留统温泉沟群中, 正是区域典型矿床研究的原型。

图1

Fig.1

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	图1 区域典型矿床(点)分布示意图(图中数字为已知矿点编号, 底图为IKONOS B3(R), B2(G), B1(B)融合图像)Fig.1 Distribution of regional typical deposits

从图1可以看出, 1号和2号矿点处于下志留统温泉沟群同一层位上, 并产在菱铁赤铁矿化带中。据此建立如下找矿标志: ①含矿地层下志留统温泉沟群, 矿体空间分布严格受地层控制, 容矿建造为一套深棕褐色的浅海相细碎屑岩-碳酸盐岩沉积(以粉砂质板岩为主), 该套地层可作为黑恰达坂菱铁矿的直接找矿标志层; ②地层中的菱铁矿和赤铁矿富集, 亦是较为直接的找矿标志; ③与容矿建造伴生的含黄铁矿的斑点状千枚岩和绢云母板岩也可作为黑恰达坂间接找矿标志。

通过对黑恰达坂菱铁矿矿床特征的分析和建立的找矿标志可知, 容矿建造为下志留统温泉沟群中深棕褐色的浅海相细碎屑岩-碳酸盐岩沉积(以粉砂质板岩为主); 对容矿建造的跟踪和空间范围的圈定, 对区域遥感找矿和成矿预测具有重大意义。

3.2 高分辨率遥感数据处理

高分辨率遥感数据可用于准确识别(矿化)地质体和地质构造的边界^{[7, 8, 9]}。根据已知的矿化实况, 利用IKONOS的B3(R), B2(G), B1(B)组合数据进行图像融合和去相关处理。在该融合图像中, 已知矿化区内的菱铁-赤铁矿矿化带表现为不同深浅的褐色, 呈规则条带状影纹图案, 矿化带呈层状, 与地层走向一致; 底板围岩色调以暗灰蓝―暗褐黑色为主, 间红褐色; 顶板围岩色调为蓝色―浅蓝灰―灰黄灰色, 呈带状延伸, 矿化带与围岩界线清楚; 菱铁-赤铁矿矿体色调呈暗红褐色, 沿矿化带呈窄条带状断续延伸(图1)。

采用IKONOS的B1, 3, 4, 2数据进行主成分分析, 取第三主分量与原始B1, 3数据组合得到新图像, 进一步突出了菱铁-赤铁矿化带(红色条带)及伴生围岩(浅红色条带)(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 菱铁-赤铁矿化带增强效果Fig.2 Enhancement effect of siderite - hematite mineralization belt

3.3 中等分辨率遥感数据处理

利用多光谱遥感数据, 对特定岩性或岩性组合进行提取, 已经成为遥感地质调查工作的重要手段^{[7, 8, 9, 10, 11, 12]}。对区内的ETM⁺遥感数据进行了B7(R), B3(G), B1(B)图像融合处理, 已知的菱铁-赤铁矿化带在融合图像中表现为浅土黄色调异常带, 呈NW―SE向展布(图3(a))。通过波段比值计算和主成分分析, 将B5/B7, B4/B2和B 1, 4, 5, 7这4个波段经主成分分析得到的第4主分量进行融合, 在Photoshop软件中进行反向拉伸后, 得到如图3(b)所示的图像。该菱铁-赤铁矿化带在该融合图像中表现为浅红褐色异常带, 延伸形迹清楚, 宽窄变化一目了然。在利用B1, 4, 5, 7这4个波段经主成分分析得到的第4, 3, 2主分量进行融合的图像中, 该菱铁-赤铁矿化带表现为浅灰色异常带(图3(c))。在利用B5/B7和B 1, 3, 4, 5这4个波段经主成分分析得到的第4, 3主分量进行融合的图像中, 该菱铁-赤铁矿化带表现为浅红色异常带(图3(d))。

图3

Fig.3

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	图3 中等分辨率遥感数据处理效果Fig.3 Processing effect of medium resolution remote sensing data

在利用多种方法进行处理后的图像中, 该菱铁赤铁矿化带的影像表现稳定, 各种遥感色调异常的分布位置、长度和宽度等变化不大。据此, 利用ETM⁺遥感数据对该异常带的两侧延伸位置进行了数据处理和遥感解译, 对黑恰达坂附近的菱铁-赤铁矿化带分布情况进行了初步确定(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 菱铁赤铁矿化带分布示意图Fig.4 Distribution of siderite - hematite mineralization belt

如图4所示, 该菱铁-赤铁矿矿化带延伸长约120 km, 其西北部被岩体所侵蚀, 东南部被喀拉塔格断裂截切; 受区域地层褶皱影响, 与容矿建造一起变形产出。其成因属于热水沉积-构造改造型, 具层位稳定、沿走向倾向连续性好、规模大的特征。野外验证表明, 该菱铁-赤铁矿矿化带规模巨大, 部分地段矿石品位较高, 具有很好的找矿前景。

目前, 针对该矿化带的勘查工作相对较少。建议对该矿化带进行详细的地面地质调查, 进一步查明该带的变形变质特征、矿化层富集及分布特征以及矿化与区域岩浆活动、构造活动的关系, 尤其加强对该带东部在喀拉塔格断裂附近出露情况的验证。在1, 2, 5号矿点附近宜部署1∶ 50 000矿产调查甚至矿产普查工作, 以查明富矿体的三维空间分布特征, 圈定工业矿体, 评价其资源量。对3, 4, 6号矿化点附近地区应优先开展区域剥蚀深度调查, 查明该类矿化体的保存条件和构造改造情况, 再根据调查结果部署后续工作。

从遥感影像形迹分析来看, 区域菱铁-赤铁矿矿化带在延伸方向上有局部增厚的迹象; 富矿体多分布在NW向矿化带与NE向断裂(40° 左右)交汇部位, 可能是后期热液沿断裂带对矿体有过叠加成矿作用的缘故; NW向断裂和近EW向断裂多错断矿带, 使矿带在走向上不连续, 故应注意对其构造运动方向的调查和研究; 矿带在西北部被岩体所侵蚀, 存在越靠近岩体、矿石品位越高的现象, 应优先安排对矿化带西北部的调查工作。

1)西昆仑黑恰达坂附近的菱铁-赤铁矿化带延伸长约120 km, 其西北部被岩体所侵蚀, 东南部被喀拉塔格断裂截切, 具有层位稳定、沿走向倾向连续性好、规模大的特征, 是开展矿产资源调查工作的有利地区。

2)遥感技术是地质找矿工作不可或缺的手段之一, 在已知矿化带延伸方向研究、矿化空间圈定、成矿/控矿条件研究等方面具有技术优势, 必将在我国西部艰险复杂地区的地质找矿工作中发挥重要作用^{[3, 4]}。综合应用多源、多尺度遥感数据, 可以准确圈定地质体的界线; 利用多光谱遥感数据进行遥感蚀变异常提取, 可以获取与矿化蚀变相关的找矿信息。在典型矿床或矿(化)点剖析和遥感找矿模型研究等基础上, 通过对成矿地质背景、成矿地质条件和成矿地质形迹等与成矿地质作用有关的成矿、控矿和找矿信息的遥感图像解译和提取, 预测新的找矿有利地段, 甚至直接发现含矿地质体, 为地质找矿提供可靠的基础信息, 是遥感地质找矿工作的重要意义所在。