0 引言

遥感技术具有宏观性及直观性的技术优势，近年来已广泛应用于地质矿产勘查领域。新疆伊吾县黑园山北部具有良好的控矿因素和成矿条件，但自然条件恶劣，常规野外地质调查工作量大。矿产勘查技术创新迫在眉睫，遥感技术为该地区开展综合信息找矿预测工作提供了新思路（张荣庆， 2022），以期达到矿产勘查效果的最大化。

利用遥感技术开展综合信息找矿预测工作，是通过遥感影像提取、归纳、总结找矿标志，建立综合信息找矿模型，实现找矿预测的应用（耿新霞等， 2008）。本文以成矿地质环境、矿床特征、矿床成因、遥感影像等资料（即一套研究区域内主要的控矿因素和成矿地质条件与含矿地质体的特殊标志组合）为基础，对多源卫星影像进行遥感构造、岩性解译、近矿围岩蚀变程度分级设色；建立预测地表露头矿和隐伏矿的标志和准则；最终归纳总结圈定找矿有利区，经高分辨率影像核查验证，其中多个有利区在卫星影像图上均发现了线性勘探槽、采矿区等地面矿产勘查的痕迹。

1 研究区地质矿产特征

研究区位于东经 94°00′~94°20′，北纬 44°30′~44°45′，新疆东准格尔淖毛湖北部近边界地带。行政区划隶属于新疆东北部、天山北麓东段的伊吾县，是有利于遥感地质解译和蚀变矿物信息提取的干旱基岩裸露区。构造划分隶属于东准噶尔晚古生代岛弧岩浆-构造成矿带东部的哈萨克斯坦—准噶尔板块、巴尔喀什—准噶尔微板块北部、谢米斯台—库兰卡兹干古生代复合岛弧带（图1，陈仁义等，1995），额仁山复背斜轴部。

区内出露地层主要有奥陶系荒草坡群，中泥盆统蕴都喀拉组、北塔山组；上泥盆统—下石炭统江孜尔库都克组（王斯林等，2013）；下石炭统黑山头组；二叠系库普库孜满组、将军组；新近系塔西河组及第四系全新统松散堆积物。区内岩浆活动强烈，火山机构较为发育。其中，中晚志留世和晚石炭世岩浆活动与区内内生成矿作用关系密切（秦彪和隆云，2020；夏毅等，2022）。侵入岩体主要为闪长玢岩、斜长花岗岩、闪长岩等。区内构造发育，主要有额仁山向斜、黑园山南侧背斜、黑园山断裂等构造及其次生褶皱、断裂；其中北西向断裂构造规模较大、切割较深。有控岩控矿作用。断裂及其附近的节理、裂隙中发育石英细脉、方解石细脉、绿帘石细脉等，局部具金、铜矿化，是很好的找矿标志和找矿信息。

研究区处于野马泉—琼河坝多金属成矿带内，是中亚成矿域的重要组成部分。区内发育斑岩型铜矿床、与陆相火山-潜火山杂岩有关的浅成低温热液型铜金矿床、与花岗-闪长岩类有关的接触交代型及岩浆热液型铁、铜、金矿床，已发现矿产十几种，矿产地 20 余处，找矿前景良好，为遥感构造、岩性解译、含矿地质体识别、遥感近矿围岩蚀变程度的划分等提供了重要的先决条件。

2 遥感示矿信息提取方法的研究

2.1 遥感数据源

遥感数据源主要为 SPOT6、Landsat 8 卫星数据。SPOT6 卫星数据采集能力较强、空间分辨率高，能有效地反映研究区地质、岩性、构造等信息，解译底图利用 SPOT6 卫星数据（519 km²）制作。 Landsat 8 卫星由美国宇航局（NASA）和美国地质调查局（USGS）共同负责，Landsat 8 的设计和特征与 Landsat 7基本相同，数据保持了很高的一致性和可比性，但又有其特性：针对相关波段光谱覆盖范围有所调整、分辨率更高，且具有更高的信噪比等。鉴于此，本文采用被广泛应用于遥感异常信息提取的 Landsat 8 数据（鲁立辉，2019），进行示矿信息提取。多源卫星遥感数据很好的丰富了研究区数据类型，不同类型数据为相互补充、验证提供支撑。

Ⅰ—西伯利亚板块；Ⅱ₁ ¹ —萨吾尔—二台晚古生代岛弧带；Ⅱ₁ ² —洪古勒楞—阿尔曼太早古生代沟弧带；Ⅱ₁ ³ —谢米斯台—库兰卡兹干古生代复合岛弧带；Ⅱ₁ ⁴ —唐巴勒—卡拉麦里古生代复合沟弧带；Ⅱ₁ ⁵ —东准噶尔晚古生代陆缘盆地；Ⅱ₁ ⁶ —准噶尔中央地块；Ⅱ₁ ⁷ —博格达晚古生代弧后裂陷盆地；Ⅱ₁ ⁸ —哈尔里克古生代复合岛弧带；Ⅱ₁ ⁹ —吐哈地块；Ⅱ₁ ¹⁰—大南湖晚古生代岛弧带；Ⅱ₁ ¹¹—觉罗塔格晚古生代沟弧带；Ⅱ₂ ¹ — 依连哈比尔尕晚古生代沟弧带；Ⅱ₂ ² —阿拉套晚古生代陆缘盆地；Ⅱ₂ ³ —赛里木地块；Ⅱ₂ ⁴ —博罗科努古生代复合岛弧带；Ⅱ₂ ⁵ —阿吾拉勒—依什基里克晚古生代裂谷系；Ⅱ₂ ⁶ —伊宁中央地块；Ⅲ—谢米斯台-库兰卡兹千古生代复合岛弧带

ZQT—查尔斯克—乔夏哈拉缝合带；NHT—那拉提—红柳河缝合带

利用 ENVI 图像处理软件和经过正射校正的 ETM+数据提供的控制点信息，参考 1∶20 万地质图相关地理要素，基于已知坐标对SPOT6卫星数据进行几何校正（曹会等，2021），经过辐射定标、大气校正、数据融合、数据镶嵌、数据裁切、注记和整饬等图像处理方法生成1∶2.5万遥感影像图（图2）。

2.2 遥感地质解译

结合研究区基础地质资料和探矿权区地质图，综合 SPOT6、Landsat 8 卫星影像，建立岩性解译标志或影像单元。在 ENVI、Photoshop 和 ArcGIS 等软件平台上进行人机交互解译，对地质、构造的全貌、局部及周围进行观察和分析，确定目标物后，将其分布范围用上述软件直接圈出来。对研究区内基础成矿地质条件进行综合解译，着重解译分析与成矿相关的线（线性构造）、环（环形构造/岩体等）、块 （含矿地层）和岩体或岩脉。遥感地质解译的具体技术流程如下（图3）。

（1）构造解译标志建立

构造为岩体侵位提供有利条件，运用遥感影像解译构造有其独到之处，卫星遥感影像的宏观性、真实性、精确性和透视性是野外工作所无法替代的。按照地物光谱特征、空间关系等进行判别分析，确定目标对象后直接圈出其分布范围。以与成矿有关的环（含矿地层）、岩体或岩脉等线（线）构、环（环）构/岩体为重点，对区内基本构造进行全面解译。

一般断裂构造岩石或地层影像被切割和错开，具有断层三角面，部分区域构造破碎带出露，线性构造两侧色调有明显差异。利用空间变换处理、图像信息增强、纹理分析等技术手段，识别后直接圈定（图4）；环状结构以色调环、环状地貌、环状水系和影像纹理等特征为主要结构。同样，利用空间变换处理、图像信息增强、纹理分析等技术手段，识别后直接圈定（图5）。

（2）岩性解译标志建立

利用遥感数据提取岩性信息，根据 SPOT6 及 Landsat 8 OLI数据的基本光学参数、地学特征，确保选取最佳波段/最佳波段组合，把每种岩性解译单位的典型影像特征展示出来。举例部分解译标识建立如下（表1）。按照岩层在影像上的显示程度为原则划分 17 个影像单位：全新统（Q₄^ch）：湖泊化学沉积；全新统（Q₄^pl）：洪积砂砾岩松散堆积物；更新统 （Q₃^pl）：洪积砂砾岩层（戈壁滩）；上二叠统井子沟组 （P₂j）：杂色砂岩夹泥岩；上二叠统乌拉泊组（P₂w）：灰绿色泥灰岩，砂质泥岩；中上石炭统哈尔加乌组第一亚组（C_2-3h^a）：流纹斑岩，熔结凝灰岩夹火山灰凝灰岩；下石炭统黑山头组第二亚组（C₁h^b）：钠长斑岩，熔结凝灰岩，安山玢岩夹火山碎屑岩；下石炭统黑山头组第一亚组（C₁h^a）：灰绿色、灰色凝灰质砂岩，安山质细凝灰角砾岩，杏仁状玄武质安山玢岩； 下石炭统老爷庙组第二亚组（C₁l^b）：凝灰岩，凝灰质砂岩夹钙质砂岩；下石炭统老爷庙组第一亚组 （C₁l^a）：安山玢岩，凝灰质砂岩夹砂岩；中泥盆统北塔山组第二亚组（D₂b^b）：灰绿色玄武橄榄玢岩，中性凝灰熔岩、凝灰岩；中泥盆统北塔山组第一亚组 （D₂b^a）：灰绿色硅质细砂岩，层凝灰岩夹英安斑岩； 二长花岗岩（γ₄ ^2c）；花岗闪长岩（γ₄ ^2b）；橄榄辉绿岩 （C_2-3βμ）；霏细斑岩（C_2-3μπ）；花岗闪长斑岩 （C₁γδπ）。

a—原始遥感图；b—解译成果图

a—原始遥感图；b—解译成果图

（3）遥感地质解译成图

各解译标志建立后，通过目视解译与计算机解译相结合的方法，完成了对研究区约 420 km² 地层、岩体、线环构造的解译（图6）。

2.3 遥感矿物蚀变信息提取

除构造解译、岩性解译及地层分析外，另一遥感所特有的重要研究内容，是利用卫星影像处理技术识别直接或间接指示矿化过程的近矿围岩热液蚀变信息（贺金鑫等，2019；黄炜华，2021；姚宏岗， 2023）。蚀变岩石与其周围的正常岩石在矿物种类、结构、颜色等方面都有差异，这些差异导致了岩石反射光谱特征的不同，并且在某些特定的光谱波段形成了特定蚀变岩石的光谱异常。

本文采用Landsat 8 OLI数据（P138 R029），时相为2013年6月29日，数据产品等级为L₁T，即利用地面控制点和数字高程模型数据得到的数据产品。参考前人使用ETM+进行遥感异常提取的方法和过程（张玉君等，2002；杨金中等，2003；张玉君等， 2003），采用 EVNI5.3 进行辐射定标、FLAASH 大气校正（宋坤等，2022），先提取干扰地物如水和阴影 （OLI 7/ OLI 1）、植被（NDVI）、盐碱地（OLI 3或OLI 4 高端切割）等信息，建立掩膜。掩膜处理可以大大减少后期处理的干扰因素，同时能有效突出异常信息。

采用效果较好的主成分分析法（李玉清，2020； 马敏，2021；吴明刚和王能伟，2023），该方法在遥感矿物蚀变信息提取中应用广泛。这里主要是利用羟基（OH-）类蚀变矿物，在波段 2. 08~2.35 μm（对应 OLI 7 波段）具有高的吸收率，特定波段（1.55~1.75 μm，对应 OLI 6 波段）具有相当高反射率的特征（图7）；铁质（Fe³⁺、Fe²⁺）蚀变矿物在波段 0.63~0.69 μm（对应 OLI 4、OLI 6 波段）具有相当高反射率，特定波段 0.40~0.55 μm、0.85~0.95 μm（对应 OLI 2、OLI 3、OLI 5 波段）反射率相对低的特征（图8）。分别构建基于波段 OLI 2、OLI 5、OLI 6、OLI 7 和 OLI 2、OLI 4、OLI 5、OLI 6波段主成分分析模型，并采用 1.5σ（1.5 倍标准离差）确定阈值，切割出遥感异常信息。

（据UCGS波谱曲线库、吴明刚和王能伟，2023修改）

（1）羟基矿物异常信息提取

基于LANDSAT8 OLI数据2、5、6、7波段做主成分分析（PCA）进行遥感异常提取。以±4σ（标准离差）作为主分量输出的动态范围，获得羟基蚀变遥感异常主分量（表2）。

（据UCGS波谱曲线库、吴明刚和王能伟，2023修改）

从主成分分析得到的特征向量矩阵表中可以发现 PC4 主成分 OLI 7、OLI 5 对应的载荷系数与 OLI 6对应的载荷系数符号相反，说明PC4是异常所在的主分量；但 OLI 7 对应的载荷系数符号是“+”，低值代表矿物异常，需要取反。据此，基于主分量统计出象元灰度值的平均值和标准离差（σ），并按照 1.5σ 设立阈值，限定异常水平；给蚀变强弱程度赋以渐变颜色，叠加到7波段的影像图上，从而形成羟基矿物异常信息分布图（图9）。

（2）铁染矿物异常信息提取

同样，用 Landsat 8 OLI 数据的 OLI 2、OLI 4、 OLI 5、OLI 6波段做掩膜主成分分析，以±4σ（标准离差）作为主分量输出的动态范围，获得铁染蚀变遥感异常主分量。异常主分量的本征向量 PC4（表2） 具有OLI 2、OLI 5所对应的载荷系数与OLI 4所对应的载荷系数符号相反的特征，表示 PC4是异常所在的主分量。且OLI 4对应的载荷系数符号为“+”，高值代表矿物异常出现异常的可能性越大。再以PC4 统计象元灰度值的平均值和标准离差（σ）为基础，按1.5σ设置阈值限定异常水平；给蚀变强弱程度赋以渐变颜色，叠加到7波段的影像图上，从而形成铁染矿物异常信息分布图（图10）。

3 综合信息找矿模型

综合信息找矿模型建立就是找矿标志提取、归纳和总结，发现指示矿体存在的最佳组合，即在一定范围内的主要控矿因素和成矿地质条件与含矿地质体的一套特殊标志组合（王永军等，2019），从中提取综合信息，建立预测地表露头矿和隐伏矿的准则和标志。

3.1 综合信息找矿模型建立

本文在参考研究区已知的矿床和矿点分布特征的基础上，结合遥感提取的区域线性构造和环状构造、遥感地质解译图、羟基异常信息分布、铁染异常信息分布等，建立地质—遥感综合信息找矿模型如下：

（1）赋矿地层：中—上奥陶统荒草坡群灰绿色 —暗灰绿色变质晶屑凝灰质砂岩、凝灰岩、角砾凝灰岩等，下石炭统黑山头组浅灰绿色、淡紫色、深灰色沉凝灰熔岩、橄榄（安山）玄武岩、凝灰角砾岩、角砾凝灰岩等，为研究区重要的矿源层和赋矿地层；

（2）赋矿岩体主要为中细粒富斜型花岗岩和中细粒碱长花岗岩等含酸性侵入性岩体接触带，成矿作用受线状、环状构造控制，均已通过遥感解译出了相应的构造、岩性、含矿地质体等信息；

（3）围岩蚀变：上述中酸性岩体侵位到矿源岩系过程中产生热液蚀变作用，与成矿作用密切，铁染异常、羟基异常重叠区指示成矿的可能性大，是直接的矿化找矿标志；

（4）控矿构造：动力变质作用常见于断层带附近；构造标志存在某些有利于岩体侵位的断裂构造，呈北西向—近东西向展布，岩石原始层理消失，表现为成矿作用的碎裂岩化、片理化。

3.2 研究区遥感找矿综合分析

基于地质—遥感综合信息找矿模型，该地区具有多组环状构造和多组断裂构造叠加，在矿源岩系和侵入岩体附近具有明显分级特征的羟基矿物异常，总体上成矿地质条件优越。同时，结合区域的高分辨率卫星影像图，在黑园山以北区域及其附近区域划分5个遥感找矿有利区域（图11）。

FAⅣ-01遥感找矿有利区圈定依据：（1）矿源岩系发育，如中上石炭统哈尔加乌组流纹斑岩，熔融凝灰岩夹火山灰凝灰岩，下石炭统黑山头组浅紫色、浅灰绿色、深灰色凝灰岩，安山玄武岩、火山角砾岩等；（2）出露有与成矿作用关系密切的侵入岩体，如霏细斑岩；（3）羟基矿物异常高度集中区（图12）；（4）地处北西向断裂构造边缘。

FAⅣ-02遥感找矿有利区圈定依据：（1）通过高分辨卫星影像图发现该区大面积出露的花岗闪长岩岩体内部包裹有矿源岩系（同上）；（2）酸性、基性岩脉出露。

FAⅣ-03遥感找矿有利区圈定依据：（1）发育有矿源岩系（同上）；（2）出露有与成矿作用关系密切的侵入岩体，如霏细斑岩；（3）与区内两组大型环形构造基本重合，内部有多组岩体侵位引起的小的环形构造，区内发育有北西向和北东向的两组断裂； （4）羟基矿物异常集中分布，铁染矿物异常零星分布（图13）。

FAⅣ-04遥感找矿有利区圈定依据：（1）发育有矿源岩系（同上）；（2）出露有与成矿作用关系密切的侵入岩体，如霏细斑岩、花岗闪长斑岩；（3）有一组大型环形构造，其内部有多组岩体侵位引起的小的环形构造；发育有北东向断裂构造；（4）岩体及其接触带周边羟基矿物异常集中分布（图14）。

FAⅣ-05遥感找矿有利区圈定依据：（1）发育有矿源岩系（同上）；（2）出露有与成矿作用关系密切的侵入岩体，如花岗闪长斑岩；（3）羟基和铁染矿物异常集中分布；（4）区内发育有北西向断裂构造。

3.3 应用效果分析

从 SPOT6 和 Google earth 等高分辨卫星影像图上发现，圈定的 5个成矿有利区中，3个有利区均发现了地面矿产勘查的痕迹：图上分布有多条线性勘探槽、正在开采的矿床等（图15）。说明圈定的有利区对找矿有一定的借鉴意义（连琛芹等，2023）。

4 结论

（1）基于LANDSAT8、SPOT6遥感影像图，结合研究区域成矿地质特征，获取矿源岩层、控矿构造和赋矿岩体等，完成研究区域约420 km² 遥感地质解译，可供野外直接使用。

a—线性勘探槽；b—正在开采的矿床，c—分布位置图

（2）根据研究区遥感找矿特征，结合遥感地质解译和遥感异常提取获取的示矿信息，通过综合比较分析，在多个遥感找矿有利区内，筛选出5个遥感找矿有利区。经高分辨率影像核查验证，其中 3 个有利区在卫星影像图上均发现了地面矿产勘查的痕迹。

参考文献