引用本文
王辉, 范玉海, 张少鹏, 金谋顺, 崔胜, 杨晨, 匡经水, 郭鹏程. 运用高分遥感技术圈定西昆仑黑恰铁多金属矿化带[J].中国地质调查, 2016,3(5): 13-20.
WANG Hui, FAN Yuhai, ZHANG Shaopeng, JIN Moushun, CUI Sheng, YANG Chen, KUANG Jingshui, GUO Pengcheng. Delineation of Heiqia iron polymetallic mineralization zone in West Kunlun region using high resolution remote sensing technology[J].Geological Survey of China, 2016,3(5): 13-20.  
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运用高分遥感技术圈定西昆仑黑恰铁多金属矿化带
王辉, 范玉海, 张少鹏, 金谋顺, 崔胜, 杨晨, 匡经水, 郭鹏程
中煤航测遥感局西安煤航地质勘查院,西安 710054

第一作者简介: 王辉（１９７１—），男，高级工程师，主要从事构造地质、遥感地质和矿产地质研究。Ｅｍａｉｌ：wanghui.rock@163.com。

收稿日期: 2016-05-30
基金资助: 中国地质调查局“昆仑—阿尔金成矿带地质矿产调查——西昆仑成矿带矿产资源遥感地质调查（编号： 1212011120888）”和国家自然科学基金“西昆仑库地铬铁矿床铬尖晶石矿物学及其成矿机理研究（编号： 41302051）”项目联合资助。
摘要

为了在西昆仑地区圈定黑恰铁多金属矿化带,主要运用高分遥感解译和矿化遥感异常信息增强与提取技术,配合适量的野外调查验证及采样测试工作,建立遥感综合找矿模型,为后续区域地质矿产工作规划部署和矿产勘查提供依据。调查结果表明,在黑恰一带圈定了1条找矿潜力巨大的含铜铅锌的菱铁-赤铁矿化带,延伸长度约60 km,宽度200~500 m。矿化带内含多个铁多金属矿化体。矿化体位于温泉沟群d段偏顶部碎屑岩向碳酸盐岩的过渡部位,呈层状、似层状、透镜状产出,产状一般为40°~50°∠68°~81°,与区域地层产状一致。单矿化体长度数百~9 500余m,地表出露厚度2~50 m,一般厚约15 m。地表矿石矿物以赤铁矿和褐铁矿为主,次为镜铁矿,含少量菱铁矿。铁矿化体顶板碎裂化的碳酸盐岩中普遍见Pb-Zn-Cu矿化,部分铁矿化体上部也可见Pb-Zn(少量Cu)矿化。高分遥感技术在西昆仑地区矿产地质综合调查中作用显著,可为实现找矿工作的快速突破创造条件,并为高分遥感技术在相同或类似地区开展找矿工作提供依据和借鉴。

关键词: 高分遥感技术; 黑恰铁多金属矿化带; 西昆仑
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:2095-8706(2016)05-0013-08
Delineation of Heiqia iron polymetallic mineralization zone in West Kunlun region using high resolution remote sensing technology
WANG Hui, FAN Yuhai, ZHANG Shaopeng, JIN Moushun, CUI Sheng, YANG Chen, KUANG Jingshui, GUO Pengcheng
Geological Exploration Institute of Aerial Photogrammetry and Remote Sensing Bureau, Xi’an 710054, China
Abstract

In order to delineat Heiqiairon iron polymetallic mineralization belt in West Kunlun region, the authors used high resolution remote sensing interpretation and mineralization anomaly information enhancement and extraction technology, with suitable field sampling and verification test to establish the remote sensing geology prospecting model, which will provide foundation for future remote sensing in metallogenic belt in West Kunlun. The results show that a great potential siderite - copper zinc hematite mineralization belt is found in Heiqia area, which extends about 60 km in length and 200-500 m in width, including a plurality of mineralized bodies. The mineralized bodies are located in the transition site that clastic rock to carbonate rock of the d segment in the Wenquangou Group, appearing in bedded, near bedded and lenticular. The occurrence of the mineralized bodies are generally 40°-50°∠68°-81°, in accordance to the strata. The length of single body changes from several hundred meters to more than 9 500 m, and the exposed thickness on the surface changes from 2 m to 50 m, with the general thickness about 15 m. The surface ore minerals are mainly hematite and limonite, with a small amount of hematite and siderite. The Pb-Zn- Cu mineralization is commonly found in the carbonate rocks in the upper part of the iron ore body, which is also found in the upper part of the iron ore body. It is significantly important that high resolution remote sensing technology is used in mineral geological survey in the West Kunlun area, which would achieve a quick breakthrough in mineral prospecting work and provide the basis for the mineral exploration works in the same or similar area.

Keyword: remote resolution sensing technology; Heiqia iron polymetallic mineralized zone; West Kunlun
0 引言

西昆仑地区位于青藏高原西北缘与塔里木盆地西南缘之间, 大地构造位置处于古亚洲构造域和特提斯构造域的结合部位, 是秦祁昆构造带的重要组成部分。地层、构造、变质作用、岩浆活动等多种成矿地质条件优越, 已发现的矿床种类繁多, 矿种齐全, 找矿前景十分乐观[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]。然而, 西昆仑地区高寒缺氧, 地形切割强烈, 地势险峻, 人烟稀少, 交通极为不便, 面积性的野外地质调查工作往往面临挑战, 不少地段漏控, 难以获取系统、全面、翔实的基础地质资料; 已发现的矿点多集中在交通条件较好地段, 交通条件不好地段漏矿现象在所难免, 目前矿产勘查程度仍很低。随着遥感技术的不断发展和在地质找矿应用中的日益深入, 遥感技术在矿致遥感异常信息提取和找矿有利地区圈定等方面显示出明显的优势[8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]。西昆仑地区植被稀少、基岩裸露, 适合遥感技术的发挥[17]。为此, 中国地质调查局2010年下达了“ 昆仑— 阿尔金成矿带地质矿产调查” (计划项目), 所属工作项目“ 西昆仑成矿带矿产资源遥感综合调查(2010— 2012)” , 由中国煤炭地质总局承担, 旨在运用遥感技术快速发现或圈定一批矿致遥感异常和遥感找矿线索; 结合最新成矿理论, 初步查明区域成、控矿地质条件和矿化(蚀变)类型, 圈定遥感找矿有利区, 为后续区域地质矿产调查项目规划部署和矿产资源勘查评价提供依据。2010— 2012年间共完成3个区块共计33幅1∶ 5万矿产地质高分遥感解译, 取得了良好的地质找矿效果。本文主要介绍该项目在2011年度的部分成果。

1 研究区概况
1.1 地理位置

2011年度项目研究区隶属新疆自治区叶城县、皮山县管辖, 向南与克什米尔(巴基斯坦控制区)接壤。地理坐标为E77° 15'~78° 00', N35° 50'~36° 30', 涉及12幅1∶ 5万标准图幅。

2010— 2012年间完成的3个区块如图1所示。

图1 2010— 2012年项目区位置示意图Fig.1 Sketch map for position of project area from 2010 to 2012

1.2 成矿地质背景

研究区位于古亚洲构造域和特提斯2大构造域(昆南— 羌北缝合系)的结合部位。自北向南涉及古亚洲构造域(Ⅰ )的昆仑造山带(Ⅰ 7)、中昆仑微地块(早古生代复合岩浆弧带)(Ⅰ 7-3)、康西瓦— 木孜塔格— 阿尼玛卿晚古生代结合带(Ⅱ 1)、可可西里— 巴颜喀拉中生代浊积盆地褶断带(Ⅱ 2)、郭扎错— 西金乌兰— 金沙江晚古生代缝合带(Ⅱ 5)和北羌塘— 唐古拉地块(Ⅱ 8)[18]。本次工作圈定的黑恰铁多金属矿化带就位于北羌塘— 唐古拉地块的北缘, 属晚古生代被动陆缘盆地性质[19]。

按照最新成矿区带划分方案[20], 研究区由北向南涉及秦祁昆和特提斯2大成矿域、3个二级成矿单元(成矿省)、4个三级成矿单元(成矿带)和4个四级成矿单元(矿带)(图2和表1)。黑恰铁多金属矿化带处于慕士塔格— 阿克赛钦(陆缘盆地)Fe-Cu-Au-Pb-Zn-RM四级矿带(Ⅲ -1-①)的北缘。

图2 研究区成矿(区)带划分示意图[20]Fig.2 Division map of metallogenic belt of study area[20]

表1 研究区成矿(区)带划分表 Tab.1 Division table of metallogenic belt of study area

早在20世纪60年代, 新疆地质矿产勘查局第二地质大队就在黑恰铁多金属矿化带的西北端发现了黑黑孜江干中型菱铁矿矿床。相关勘查资料表明, 该矿床产于康西瓦大断裂南侧下志留统温泉沟群d段(S1wd)的浅变质碎屑岩夹碳酸盐岩建造中[21, 22, 23, 24], 共圈定出16个矿体, 多呈似层状、透镜状或扁豆状。矿石矿物主要为菱铁矿, 次为赤铁矿和褐铁矿, 含少量方铅矿、硫锑铅矿、闪锌矿及黄铁矿等。矿床全铁含量平均为31.8%, 估算的远景储量为1 245.30万t。该矿床的发现为本次运用高分遥感技术圈定黑恰铁多金属矿化带提供了重要依据。

2 关键技术
2.1 基础遥感图像制作

以IKONOS高分卫星遥感数据为主要信息源, 首先, 按照波段辐射量方差越大越好和波段间相关性越小越好的波段选取原则, 通过最佳指数因子(optimun index factor, OIF)计算, 选用所含信息量最丰富的B3(R)B2(G)B1(B)和B4(R)B2(G)B1(B)波段组合, 分别采用主成分变换、PANSHARP等方法进行图像融合; 然后, 利用1∶ 5万地形图和DEM数据, 选用有理多项式系数(rational polynomial coefficients, RPC)纠正模型, 进行正射纠正和三次立方卷积法重采样; 最后, 采用无痕镶嵌法进行图像镶嵌, 制作遥感解译基础影像图。

2.2 遥感异常信息提取

解译过程中, 运用波段组合变换、去相关分析、主成分分析、对比度拉伸等图像增强处理方法, 增强岩性差异, 提高解译效果; 同时采用IKONOS数据B1、B3、B4、B2波段进行主成分分析, 开展铁染遥感异常信息提取研究; 配合野外调查与验证, 圈定了黑恰铁多金属矿化带。

3 遥感找矿成果
3.1 黑恰铁多金属矿化带遥感特征

3.1.1 遥感影像解译标志建立

在IKONOS(波段组合B3(R)B2(G)B1(B))高分遥感图像中, 黑恰铁多金属矿化带表现为淡褐色带状影纹图案, 与两侧岩层影像特征略有差异(图3(a))。在ETM(波段组合B7(R)B4(G)B3(B))假彩色合成图像中, 矿化带呈黄绿色调, 规则条带状影纹图案, 两侧岩层呈蓝色条带影纹图案, 二者色差明显, 易于区分; 但界线不易确定, 带内细节显示不清晰(图3(b))。

图3 黑恰铁多金属矿化带遥感影像解译标志Fig.3 Interpretation keys of remote sensing images of Heiqia iron polymetallic mineralization zone

图4 IKONOS高分遥感图像增强处理后的黑恰铁多金属矿化带解译标志Fig.4 Interpretation keys of Heiqia iron polymetallic mineralization zone in IKONOS remote sensing data after enhancement processing

为进一步增强遥感解译效果, 在上述处理的基础上, 对IKONOS 图像的B3(R)B2(G)B1(B)波段组合进行了去相关分析。黑恰铁多金属矿化带在增强后的图像中表现为不同深浅的褐色, 呈规则条带状影纹图案, 与带外两侧岩层的影像特征差异明显, 界线清楚, 易于识别。矿化带内的铁矿体多位于矿化带中、下部, 色调较矿化带深, 呈暗红褐色调, 窄条带状、透镜状、串珠状断续延伸, 与矿化带界线基本清楚。通过详细解译, 矿化体主要分布在矿化带的西北段, 其他地段因单矿化体规模较小或表层覆盖较严重, 不易直接解译。底板围岩色调以暗灰蓝— 暗褐黑色为主, 间红褐色; 顶板围岩色调为浅灰— 白色— 淡黄褐色, 均呈带状延伸(图4(a))。基于主成分分析的信息分解技术是增强地质岩性弱信息的一种常用方法。利用IKONOS数据B1、B3、B4、B2波段进行主成分分析, 取第三主分量与原始B1和B3波段组合得到的新图像中, 黑恰铁多金属矿化带呈桃红色调, 带状影纹, 明显区别于围岩影像特征(图4(b)), 便于直接解译。

3.1.2 矿化遥感异常信息提取

铁染信息的吸收特征波谱中心波长分别为0.45 μ m、0.55 μ m、0.85 μ m和0.90 μ m, 反射特征波谱为0.60~0.80 μ m; 对应于IKONOS数据, B1呈吸收特征, B3呈反射特征。主成分分析是通过对特定的几个波段进行正交变换, 去除波段间的相关性, 降低数据的维数, 使尽可能多的有用信息集中到少量的波段图像中。各个主分量常常代表一定的地质意义, 且互不重复, 地质意义具有其独特性。对IKONOS数据的B1、B3、B4、B2波段进行主成分变换, 代表铁染主分量的判断准则是在构成该主分量的特征向量中, B3的系数应与B1和B4的系数相反, 一般与B2的系数相同(表2)。

表2 铁染异常特征矩阵 Tab.2 Characteristic matrix of ferric contamination anomaly

采用主成分分析法进行铁矿化(铁染)遥感异常信息提取, PC3是铁染异常的特征主分量。按照均值+3δ (标准差)确定异常下限, 提取出的铁染异常特征明显, 呈带状分布(图5)。

图5 用IKONOS高分数据提取的铁染异常(右上角为铁矿体野外照片)Fig.5 Ferric contamination anomaly extracted from IKONOS remote sensing data

3.1.3 遥感矿产地质解译

在前人工作的基础上, 通过上述研究, 在温泉沟群d段(S1wd)偏顶部解译出1条铁矿化带。容矿岩系为一套变砂岩+板岩+少量碳酸盐岩(mss+sl+ls)的岩性组合。该矿化带在东北部与黄羊岭群a段(Pha)呈断层接触。上述解译结果得到了野外实地验证。通过本次矿产遥感综合调查工作, 圈定了一条找矿潜力巨大的含铜铅锌的菱铁-赤铁矿化带, 找矿效果显著。

3.2 黑恰铁多金属矿化带地质特征

依据遥感解译结果, 辅以野外地质调查与验证, 并结合随后在该带开展的铁多金属矿远景调查工作, 总结该矿化带的地质特征如下。

3.2.1 含矿建造特征

通过野外地质调查证实, 用遥感手段圈定的黑恰铁多金属矿化带位于志留系下统温泉沟群d段(S1wd)偏顶部, 其东北侧为二叠系黄羊岭群a段(Pha), 二者以喀拉塔格断裂为界。S1wd岩性总体以青灰色、灰色砂质板岩夹泥质板岩及变质砂岩为主, 顶部含数层白云岩、铁质白云岩、硅化白云岩及少量灰岩(局部大理岩化)夹菱铁矿等碳酸盐岩; Pha则以灰黑色碳质板岩或斑点状(黄铁矿变斑晶)板岩为特征; 二者岩性差异明显, 易于区分。

3.2.2 矿化带特征

依据遥感解译结果, 辅以野外地质调查与验证, 该矿化带延伸方向为310° ~320° , 与地层产状协调一致, 向北被康西瓦断裂所截, 向东南延伸出区外, 延伸稳定, 在区内长度约60 km, 宽度200~500 m。

图6 黑恰铁多金属矿化带典型矿石照片Fig.6 Photos of typical ores in Heiqia iron polymetallic mineralization zone

3.2.3 矿化体特征

根据矿化带内矿化体的遥感特征, 结合野外地质调查与验证, 除20世纪60年代在矿化带的西北端发现黑黑孜江干中型菱铁矿矿床外, 沿该矿化带向SE延伸方向还发现多个矿化体。矿化体位于浅海陆棚相碎屑岩向碳酸盐岩过渡的部位, 层位稳定。矿化体呈层状、似层状或透镜状, 与围岩呈突变关系, 产状一般为40° ~50° ∠68° ~81° , 与地层产状一致, 层控特征明显。单矿化体长度数百~9 500余m, 地表出露厚度2~50 m, 一般厚约15 m。矿体顶板围岩为白云岩、铁质白云岩和硅化白云岩等碳酸盐岩, 矿体底板围岩为砂岩、变砂岩、砂质板岩及碳酸盐岩。

原生菱铁矿化体出露地表后, 因物理和化学条件改变而变得不稳定, 在表生氧化— 水化— 淋滤溶蚀等作用下, 铁矿相由菱铁矿转变为赤铁矿、褐铁矿等铁氧化物, 残存于地表形成“ 铁帽” 。

3.2.4 矿石特征

通过岩矿鉴定, 地表矿石自然类型为赤铁矿和褐铁矿。矿石矿物主要为赤铁矿和褐铁矿, 次为镜铁矿, 少量菱铁矿; 脉石矿物为石英、白云母及铁白云石, 偶见石墨、电气石、磷灰石等。矿石结构以它形— 半自形细粒状结构为主, 自形中粒— 粗粒状结构次之。铁矿石构造以块状构造为主, 条带状构造、纹层状构造次之, 另有胶状、蜂窝状、晶洞状、晶簇状、放射状、同心环带状、皮壳状等(图6(a), (b))。铁(化)矿体顶板碎裂化的碳酸盐岩中普遍见方铅矿、闪锌矿或蓝铜矿、孔雀石矿化, 呈细脉— 网脉状、浸染状, 部分铁(化)矿体上部也可见Pb-Zn(少量Cu)矿化, 或沿铁矿石碎裂裂隙呈细脉— 网脉状充填, 或沿铁矿石溶隙溶孔呈星散状、稀疏浸染状或团块(粒)状充填(图6(c), (d))。

3.2.5 矿石品位

在该矿化带西北段的部分铁多金属矿化体施工探槽工程, 并采取刻槽法(样槽断面规格为10 cm× 5 cm)取样, 实验室化学基本分析结果显示, TFe(全铁)品位最高为51.90%, 最低21.20%, 平均37.83%; Pb-Zn矿化体中Pb品位最高1.12%, 最低0.20%, 一般在0.30%~0.70%间; Zn品位在0.75%~1.90%, 平均1.30%; Cu矿化体中Cu品位为0.20%~0.41%[25]。需要说明的是, 黑恰铁多金属矿化带主要是依靠高分遥感技术圈定的。因矿化带延伸距离长, 且带内含多个矿化体, 本次研究难以对整个矿化带进行系统的探槽揭露和取样测试, 故矿化带内各矿体范围、各矿体地表产态与规模以及矿石平均品位尚不够明确, 有待今后矿产地质工作进一步确定。

3.2.6 成矿规律与成矿元素分带特征

系统的野外调查结果表明: 在平面上, 铁(化)矿体由NW向SE发育程度逐渐变差, 矿化体的地表厚度逐渐减薄, 单矿体走向延伸长度逐渐变小; 在空间上, 铁多金属矿化带与碳酸盐岩关系密切, 多构成矿体顶板(少数地段构成矿体底板), 铁矿体产出部位均有碳酸盐岩发育, 但碳酸盐岩厚度与铁矿体厚度往往无明显关系或呈负相关关系。沿矿化带走向, Cu, Pb, Zn成矿元素由NW向SE大致呈Pb— Zn— Cu元素分带规律, 亦即随着铁矿体厚度由厚变薄, Pb含量逐渐降低, Zn含量逐渐增高; 在铁矿体尖灭地段, Cu含量逐渐增高, 并出现Cu的独立矿体。

4 遥感综合找矿模型

在对黑恰地区铁多金属矿成矿地质特征、控矿因素和高分辨率影像特征重点剖析的基础上, 建立了基于高分遥感影像的遥感综合找矿模型(表3)。

表3 西昆仑地区黑恰铁多金属矿遥感综合找矿模型 Tab.3 Remote sensing comprehensive prospecting model of Heiqia iron polymetallic mineralization zone in West Kunlun region
5 结论

(1)通过本次高分遥感工作圈定的黑恰铁多金属矿化带, 遥感特征明显, 在地表颇具规模, 找矿潜力巨大, 值得进一步工作。

(2)黑恰铁多金属矿化带高分遥感找矿成果已引起中国地质调查局和新疆国土资源厅的高度重视。2013年以来先后安排“ 西昆仑成矿带黑恰— 三十里营房一带铁多金属矿远景调查” 、“ 新疆叶城黑恰一带铁多金属矿调查评价” 和“ 新疆叶城黑恰一带四幅1∶ 5万区域地质调查” 等项目, 进一步证实了遥感找矿成果, 并取得找矿新进展。

(3)西昆仑地区海拔高、切割深、交通差, 自然条件恶劣, 工作环境艰险, 给常规地面地质矿产调查工作带来挑战。然而该地区植被稀少、基岩出露条件好, 遥感技术在区域性地质矿产调查工作中能够发挥重要作用, 可快速、有效地为后续工作提供大量丰富可靠的找矿信息, 往往能收到事半功倍的效果, 值得在相同或类似地区进一步推广应用。

The authors have declared that no competing interests exist.

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