青龍地區(qū)構(gòu)造和蝕變信息遙感解譯與鈾成礦關(guān)系

田青林，潘 蔚，余長(zhǎng)發(fā)，羅富生

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

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青龍地區(qū)構(gòu)造和蝕變信息遙感解譯與鈾成礦關(guān)系

田青林，潘 蔚，余長(zhǎng)發(fā)，羅富生

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029)

在對(duì)Landsat7 ETM+數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的基礎(chǔ)上，對(duì)多波段假彩色合成圖像做濾波處理以增強(qiáng)區(qū)域構(gòu)造特征來進(jìn)行遙感構(gòu)造解譯；采用主成分分析和閾值分割法提取鐵染、羥基蝕變信息；最后對(duì)解譯的線性環(huán)形構(gòu)造和提取遙感蝕變信息、航放異常和已知鈾礦床(點(diǎn))分布資料綜合分析，圈定出3個(gè)找礦遠(yuǎn)景區(qū)。

青龍地區(qū)；遙感構(gòu)造；蝕變異常；鈾成礦遠(yuǎn)景區(qū)

青龍地區(qū)是我國(guó)北方代表性熱液鈾礦田區(qū)，在我國(guó)鈾礦資源中具有重要地位[1]。前人對(duì)區(qū)內(nèi)成礦區(qū)域地質(zhì)背景、成礦地質(zhì)特征、成礦地質(zhì)條件有較詳細(xì)的研究，物探、化探等工作程度較高，但遙感工作，尤其是多元信息綜合分析與找礦研究相對(duì)較少。

本文立足于區(qū)域成礦地質(zhì)背景分析，運(yùn)用Landsat7 ETM+數(shù)據(jù)，開展地質(zhì)構(gòu)造解譯并重點(diǎn)探討了遙感蝕變異常信息提取方法及其與航放異常、已知鈾礦床(點(diǎn))空間上的相互聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行成礦條件分析和遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于華北陸塊秦皇島巖漿弧(Ar3)III級(jí)構(gòu)造單元北緣，出露有由太古代富鈾鉀質(zhì)混合巖、古元古代富鉀質(zhì)似斑狀黑云母花崗巖構(gòu)成的高成熟度古陸塊，區(qū)域上位于古亞洲構(gòu)造體系(天山-陰山EW向復(fù)雜構(gòu)造巖漿帶)與濱太平洋構(gòu)造體系(大興安嶺-太行山NNE向巖漿活動(dòng)帶)的交匯區(qū)東緣，屬青龍-錦西EW向構(gòu)造巖漿活動(dòng)帶與北票、建昌NNE向構(gòu)造巖漿活動(dòng)帶的交匯處，具備有利于鈾成礦的構(gòu)造環(huán)境[2]。

1.2 遙感數(shù)據(jù)源

本次研究選取Landsat7衛(wèi)星的ETM+數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)幅號(hào)為121/32，時(shí)相為2000年5月2日。屬于1級(jí)產(chǎn)品，在進(jìn)行蝕變信息提取之前對(duì)影像進(jìn)行輻射校正、大氣校正、幾何校正、裁剪等預(yù)處理。為了使彩色合成圖像能最大限度地反映地表信息，通過波段相關(guān)性分析，選擇相關(guān)性較小的ETM+7(R)、4(G)、2(B)波段組合進(jìn)行假彩色合成。

2 數(shù)據(jù)處理與構(gòu)造解譯

2.1 圖像增強(qiáng)處理

影像中地質(zhì)體的色調(diào)、顏色、紋理等都是遙感解譯的重點(diǎn)依據(jù)，為了突出影像中構(gòu)造信息，對(duì)預(yù)處理后的遙感影像進(jìn)行濾波處理。以往研究表明，在地質(zhì)解譯前進(jìn)行中值濾波處理，對(duì)消除孤立點(diǎn)噪聲的影響有良好改善效果[3]。因此，本文對(duì)青龍地區(qū)遙感影像進(jìn)行5×5中值濾波處理，消除遙感影像的隨機(jī)噪聲，線性體邊緣得到增強(qiáng)，利于構(gòu)造特征的解譯。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造的遙感解譯分析

利用目視解譯方法，我們對(duì)區(qū)內(nèi)的線性和環(huán)形構(gòu)造進(jìn)行了重點(diǎn)解譯。解譯結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)線性、環(huán)形構(gòu)造十分發(fā)育，線性構(gòu)造展布方位主要有EW、NE、NW、NNE向等。環(huán)形構(gòu)造空間上多沿NE、NWW向斷裂呈串珠狀分布(圖1)。結(jié)合地質(zhì)資料分析，發(fā)現(xiàn)本區(qū)構(gòu)造與區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)和鈾成礦關(guān)系密切。

圖1 青龍地區(qū)遙感構(gòu)造解譯圖Fig.1 Remote sensing Interpretation map of structures in Qinglong areas1—線性結(jié)構(gòu)；2—環(huán)形構(gòu)造；3—鈾礦床；4—鈾礦點(diǎn)。

研究區(qū)以EW、NE、NW、NNE向多組斷裂構(gòu)造發(fā)育為特征。EW向斷裂控制了中上元古界的沉積格局、盆地邊界及晚期正長(zhǎng)斑巖等脈體的產(chǎn)出。NE向斷裂多為區(qū)域性深大斷裂，表現(xiàn)為中晚元古代裂陷槽與隆起的接觸帶斷裂，貫穿基底，具有多期活動(dòng)的特點(diǎn)，為控制巖漿活動(dòng)、控制火山盆地和鈾成礦帶的重要構(gòu)造。NNE向斷裂是中生代蓋層構(gòu)造，為NE向構(gòu)造的派生次級(jí)構(gòu)造，控制晚期火山活動(dòng)。NW向斷裂是NE向斷裂的配套斷裂，控制了次火山巖體及中基性、中酸性脈體的分布。在干溝一帶NW向斷裂是鈾成礦熱液運(yùn)移的通道。

環(huán)狀構(gòu)造主要控制火山盆地、巖體的分布，在空間上多沿NE、NW向斷裂分布。大的環(huán)形體是由火山塌陷盆地形成的，邊部有呈環(huán)狀、弧狀分布的巖墻。小的環(huán)狀構(gòu)造多為火山機(jī)構(gòu)。

3 遙感蝕變信息提取與異常分布特征

3.1 遙感蝕變信息提取的理論依據(jù)

內(nèi)生成礦作用過程中熱液流體活動(dòng)常形成一定規(guī)模的蝕變圍巖，圍巖蝕變是一種重要的找礦標(biāo)志[4]。熱液蝕變礦物在短波近紅外波段具有診斷性吸收特征，這種光譜診斷特征使得利用遙感數(shù)據(jù)提取礦化蝕變信息成為可能[5]。

Landsat7遙感衛(wèi)星包含專為地質(zhì)勘查而設(shè)計(jì)的TM5(1.55～1.75μm)和TM7(2.08～2.35μm)波段。在TM7波段內(nèi)，羥基礦物形成明顯的特征吸收帶，是探測(cè)含Al-OH、Fe-OH、Mg-OH基團(tuán)的礦物最理想遙感波段之一[6]。而含鐵礦物在TM1和TM4波段有較強(qiáng)吸收帶。因此，利用ETM+圖像可提取出鐵染強(qiáng)度、巖石土壤中的羥基等基本的光譜信息[7]。

3.2 蝕變信息提取方法

提取礦化蝕變信息的過程是對(duì)影像中所有像元信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的過程[8]。為了增強(qiáng)影像灰度級(jí)之間的差異，區(qū)分細(xì)微差異，需要對(duì)影像進(jìn)行增強(qiáng)處理。通常選用線性拉伸，先對(duì)各波段像元灰度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，再將波段中像元灰度最大值與最小值之間的全部數(shù)據(jù)線性拉伸至0～255，以保證微弱的蝕變異常信息在圖像拉伸過程中得到增強(qiáng)。

研究區(qū)受植被、水系和陰影等諸多因素的影響，所以在蝕變信息提取前先要去除這些因素的干擾，受干擾的像元不參與統(tǒng)計(jì)分析。利用ENVI軟件中的掩膜運(yùn)算對(duì)干擾信息進(jìn)行掩膜處理。

對(duì)經(jīng)過增強(qiáng)及去除干擾后的圖像，采用主成分分析方法提取蝕變異常信息。

提取鐵染信息用ETM+1、3、4、5波段做主成分分析，本區(qū)圖像相關(guān)波段的特征向量見表1所示。由表1可知，PC4特征向量載荷因子在ETM+1波段和ETM+3波段呈高值，且在ETM+3波段為正值、ETM+1波段為負(fù)值，基本上與含F(xiàn)e2+、Fe3+的礦物在ETM+3波段存在反射峰和在ETM+1波段存在吸收谷相符，因此PC4反映了鐵化蝕變信息。

表1 青龍地區(qū)ETM+ 1、3、4、5波段特征向量及特征值

提取羥基信息用ETM+1、4、5、7波段做主成分分析，本區(qū)圖像相關(guān)波段的特征向量見表2所示。由表2可知，PC4中ETM+5與ETM+7、ETM+4具有相反的貢獻(xiàn)值，ETM+1與ETM+5具有相同的貢獻(xiàn)值，因此PC4反映了羥基蝕變信息。

表2 青龍地區(qū)ETM+ 1、4、5、7波段特征向量及特征值

異常的分級(jí)利用標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)Kσ，采用不同的Kσ得到的異常級(jí)別就不同[9]。圖像經(jīng)過PCA變換后，將結(jié)果量化拉伸到0～255區(qū)間，K為標(biāo)準(zhǔn)離差倍數(shù)，對(duì)于羥基異常K一般取2～3，對(duì)于鐵染異常K一般取1.5～2.5[10]。據(jù)此，對(duì)主成分影像進(jìn)行閾值分割，然后進(jìn)行低通濾波去除噪聲和孤立點(diǎn)，異常一般分為3級(jí)，Kσ值最大的為一級(jí)，次之為二級(jí)，最小的為三級(jí)(圖2)。

圖2 青龍地區(qū)鈾成礦要素分布與綜合預(yù)測(cè)圖Fig.2 Distribution of uranium metallogenic elements and prognosis in Qinglong areas1—一級(jí)鐵染異常；2—二級(jí)鐵染異常；3—三級(jí)鐵染異常；4—一級(jí)羥基異常；5—二級(jí)羥基異常；6—三級(jí)羥基異常；7—線性構(gòu)造；8—環(huán)形構(gòu)造；9—航放U>1.56×10-6異常值分布區(qū)；10—礦床；11—礦點(diǎn)；12—成礦遠(yuǎn)景區(qū)及編號(hào)。

4 解譯信息與鈾成礦關(guān)系分析

4.1 遙感蝕變信息與鈾成礦關(guān)系

(1)蝕變異常分布特征

從遙感蝕變異常分布圖可以看出，青龍地區(qū)遙感蝕變異常分布相對(duì)比較集中。羥基異常主要受構(gòu)造控制，呈NE向分布。其中一級(jí)羥基異常范圍較小，多分布在構(gòu)造交叉部位及富水區(qū)附近。鐵染異常與構(gòu)造關(guān)系不明顯，且多分布在河流和匯水區(qū)附近。

(2)蝕變異常與鈾成礦關(guān)系

從青龍地區(qū)遙感蝕變異常與已知鈾礦化的空間關(guān)系看，已知鈾礦床(點(diǎn))密集區(qū)分布有許多二、三級(jí)羥基異常，受NE、EW向構(gòu)造控制明顯，與鈾礦化關(guān)系密切。部分異常與解譯環(huán)形構(gòu)造關(guān)系密切，受火山機(jī)構(gòu)控制，與已發(fā)現(xiàn)的鈾礦化存在一定關(guān)系。

4.2 斷裂構(gòu)造與鈾成礦關(guān)系

火山巖型鈾礦化的形成與斷裂構(gòu)造、火山巖漿和熱液活動(dòng)密切相關(guān)，特別是斷裂構(gòu)造。從遙感解譯構(gòu)造圖和已發(fā)現(xiàn)的鈾礦化分布疊合可以看出，青龍地區(qū)的3個(gè)礦床都分布在EW向斷裂帶上。青龍鈾礦化聚集區(qū)發(fā)育較多環(huán)狀構(gòu)造，處于EW、NW向斷裂構(gòu)造帶上。線、環(huán)構(gòu)造控制該區(qū)域鈾礦床(點(diǎn))的空間分布，尤其是與火山機(jī)構(gòu)、次火山巖有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造，與鈾礦床的對(duì)應(yīng)關(guān)系更為明顯。該火山機(jī)構(gòu)邊部分布有433、434等鈾礦床及一系列鈾礦點(diǎn)。

5 綜合預(yù)測(cè)

利用遙感解譯構(gòu)造和遙感蝕變信息開展成礦預(yù)測(cè)，關(guān)鍵是充分利用遙感信息的成礦地質(zhì)意義來確定評(píng)價(jià)要素。對(duì)于火山巖型鈾礦而言，環(huán)形構(gòu)造和蝕變信息尤其重要，預(yù)測(cè)區(qū)確定和分級(jí)一般采用評(píng)價(jià)要素疊加的方法[11]。該方法中，多個(gè)評(píng)價(jià)要素重疊的地方被認(rèn)為是成礦有利區(qū)域，有利評(píng)價(jià)要素越多，成礦的有利度就越大。

利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行多源信息綜合預(yù)測(cè)是地質(zhì)遙感的優(yōu)勢(shì)，將遙感蝕變異常、構(gòu)造、航放異常、礦床(點(diǎn))等多種地學(xué)信息在ArcGIS平臺(tái)進(jìn)行疊加，綜合分析探討找礦前景，圈定了3個(gè)找礦遠(yuǎn)景區(qū)(圖2)，具體如下：

I號(hào)遠(yuǎn)景區(qū)發(fā)育有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)鐵染蝕變及二、三級(jí)羥基蝕變，同時(shí)又是多組斷裂及環(huán)形構(gòu)造交叉部位，屬航放鈾偏高場(chǎng)區(qū)。結(jié)合該區(qū)鈾礦床受EW向控礦斷裂控制，呈等間距分布的規(guī)律礦床，將該區(qū)劃為進(jìn)一步勘查找礦的I號(hào)遠(yuǎn)景區(qū)。

II號(hào)遠(yuǎn)景區(qū)分布有三級(jí)羥基蝕變，EW向控礦斷裂貫穿全區(qū)，與環(huán)形火山機(jī)構(gòu)交匯，目前沿著該EW向斷裂已發(fā)現(xiàn)有多處鈾礦點(diǎn)，同時(shí)區(qū)內(nèi)屬航放鈾偏高場(chǎng)區(qū)，成礦有利信息明顯。

III號(hào)遠(yuǎn)景區(qū)分布有一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)羥基蝕變，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，EW、NE和NW向構(gòu)造交叉，分布有多個(gè)已知鈾礦點(diǎn)，屬航放鈾偏高場(chǎng)區(qū)，也是成礦有利地段之一。

6 結(jié)論

(1)遙感構(gòu)造解譯表明，研究區(qū)內(nèi)線性、環(huán)形構(gòu)造十分發(fā)育。環(huán)形構(gòu)造空間上多沿NE、NW向呈串珠狀分布。線性構(gòu)造展布方位主要有EW、NE、NW、NNE向，其中EW、NE向構(gòu)造控制著鈾礦床的空間分布，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床(點(diǎn))也進(jìn)一步印證了這一結(jié)論。

(2)研究區(qū)內(nèi)羥基蝕變異常分布相對(duì)集中，主要受NE、EW向構(gòu)造控制。此外，該地區(qū)的部分異常與解譯環(huán)形構(gòu)造關(guān)系密切，受火山機(jī)構(gòu)控制，與已發(fā)現(xiàn)的鈾礦化存在一定相關(guān)關(guān)系。

(3)通過遙感信息和已知鈾礦床(點(diǎn))對(duì)比研究，證實(shí)遙感解譯構(gòu)造和遙感蝕變異常信息可以作為成礦預(yù)測(cè)的標(biāo)志。綜合分析線性環(huán)形構(gòu)造、遙感蝕變異常信息、航放異常信息和鈾礦床(點(diǎn))分布等多種地學(xué)信息，用于成礦遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)，為研究區(qū)進(jìn)一步地質(zhì)找礦工作提供線索。

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(，Continuedonpage64)(，Continuedfrompage56)

Structure and Alteration Information of Remote Sensing Image in Qinglong Area and its Relationship to Uranium Mineralization

TIAN Qing-lin, PAN Wei, YU Zhang-fa, LUO Fu-sheng

(NationalKeyLaboratoryofRemoteSensingInformationandImageAnalysisTechnology,BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,Beijing100029,China)

The Enhanced Thematic Mapper image (ETM+) was used to study uranium metallogenic elements in Qinglong area, Hebei Province.The image were first enhanced with color composition and image filtering technology, and linear and circular structures were identified by visual interpretation.The iron-stained and hydroxy alteration information were extracted with Principal Component Analysis (PCA) and threshold segmentation.The relation of linear and circular structures, alteration information, airborne radioactive anomaly and uranium occurrences and deposit was comprehensively analyzed with GIS , and three metallogenic prospective areas were finally predicted in Qinglong area.

Qinglong; remote sensing；structure; alteration anomaly; prospective areas of uranium mineralization

10.3969/j.issn.1000-658.2015.01.007

2014-09-17 [改回日期]2014-10-15

田青林(1988—)，男，核工業(yè)北京地質(zhì)研究院在讀碩士研究生。專業(yè)研究方向：地學(xué)目標(biāo)圖像識(shí)別。E-mail：736924158@qq.com

1000-0658(2015)01-0052-06

TP75

A