白崗巖型鈾礦關鍵要素識別遙感應用
——以納米比亞歡樂谷地區(qū)為例

周覓，張杰林，王俊虎，郭幫杰，武鼎

（1.中國核工業(yè)集團有限公司，北京 100822；2.核工業(yè)北京地質研究院 遙感信息與圖像分析技術國家級重點實驗室，北京 100029）

納米比亞鈾資源豐富，是世界主要產鈾國之一。歡樂谷地區(qū)是納米比亞最早被發(fā)現(xiàn)有鈾礦化的地區(qū)。該地區(qū)主要有白崗巖型和鈣結巖型兩種鈾礦床類型［1］。羅辛鈾礦為白崗巖型鈾礦的代表性礦床［2］。目前，歡樂谷地區(qū)的羅辛鈾礦的采礦權歸屬我國中核集團。本文研究目標——白崗巖型鈾礦，其相關成礦機理，國內外已有大量研究成果。

Swakop 群羅辛組下伏的大理巖帶對白崗巖型鈾礦化起到圈閉作用，是一個天然的地球化學障，與白崗巖的位置、規(guī)模和鈾含量有著密切的空間關系［3-5］，大理巖的存在有利于白崗巖型鈾礦化的形成。Brynard（1988）［6］認為，白崗巖由于Damara 造山運動初期侵入的花崗巖發(fā)生了重熔，隨著巖漿向上遷移，揮發(fā)組分發(fā)生了分餾，形成殘余的富鉀巖漿，從中結晶出晶質鈾礦。Cuney（1980）［7］認為白崗巖與羅辛組大理巖相互作用后，引起CO2壓力增加，使得部分晶質鈾礦結晶與富集，巖漿期后的白崗巖熱液蝕變階段也會發(fā)生部分鈾礦化，礦化主要在黑云母的邊緣或螢石脈中。

遙感技術在地礦勘查領域應用廣泛，其能否有效識別白崗巖型鈾礦已知的成礦要素，加快羅辛鈾礦外圍礦化勘查，短期內擴大鈾礦可采范圍，意義重大。本文根據(jù)白崗巖型鈾成礦理論［1-8］，將遙感技術應用在納米比亞歡樂谷地區(qū)進行的白崗巖型鈾礦勘查中，擴大遙感技術在鈾礦勘查領域的應用范圍。

1 區(qū)域鈾礦地質概況

納米比亞大地構造單元可分成3 大塊體，即北部的剛果（Congo）克拉通南部，西部和中部的達馬拉（Damara）造山帶和東南部的卡拉哈里（Kalahari）克拉通的北緣。達馬拉造山帶是世界上重要鈾成礦區(qū)之一，納米比亞的鈾礦床及鈾礦化點主要集中分布在達馬拉造山帶中部地區(qū)，包括羅辛鈾礦。

研究區(qū)處于達馬拉帶次級構造單元中央帶南部區(qū)和奧卡漢賈線形帶（Okahandija Lineament）內，位于北東向奧瑪魯魯（Omaruru）斷裂和奧卡漢賈（Okahandja）斷裂所夾持區(qū)域（圖1）。

研究區(qū)侵入巖發(fā)育，主要分為前達馬拉期和達馬拉期兩期。前達馬拉期的侵入巖主要為阿巴比斯（Abbabis）雜巖體，包含片麻狀花崗巖和眼球狀片麻巖，主要分布在研究區(qū)東南部，常呈北東向延伸的巖株產出。這類巖石總與一些放射性異常相伴，該巖石的鈾含量一般在（3～20）×10-6，這些巖石的出露區(qū)與鈾礦床的分布密切相關。達馬拉期花崗巖可劃分出5 個侵入序列（超單元），其中第5 序列為羅辛（Rossing）序列，主要包括不同的花崗巖和白崗巖，是白崗巖型鈾礦的含礦母巖。根據(jù)巖石結構構造、礦物成分和礦化特征，羅辛序列可區(qū)分出6 種巖石類型，年齡處于458～542 Ma 之間，時代為奧陶紀。白崗巖為細-粗粒結構或偉晶狀花崗結構，主要以堿含量高為特征，常出現(xiàn)在背斜穹隆中，也以脈狀侵入體形式出現(xiàn)。

達馬拉造山作用后，本區(qū)長時間處于較穩(wěn)定的構造環(huán)境，從而造山期后富鈾的巖漿和熱液在有利的部位疊加富集成礦。

2 遙感數(shù)據(jù)介紹

本文主要使用具有14 個波段的ASTER 數(shù)據(jù)和空間分辨率較高的Quickbird 數(shù)據(jù)（表1，表2）。

圖1 研究區(qū)地質及構造略圖Fig.1 Geology and structure sketch of the study area

表1 ASTER 數(shù)據(jù)參數(shù)Table 1 Parameter of ASTER data

表2 Quickbird 數(shù)據(jù)參數(shù)Table 2 Parameter of Quickbird data

3 鈾成礦要素遙感解譯

3.1 鈾礦化相關地層的遙感解譯標志

圖2 羅辛組灰白色大理巖（左）和條帶狀石英巖（右）Fig.2 Grey-white marble of Rossing Formation（left）and banded quartzite（right）

研究區(qū)內白崗巖主要侵入在Nosib 群羅辛組（NRs），該地層分布較廣（圖2）［9］。由于受到強烈的區(qū)域壓扭性的韌性剪切作用，羅辛組沿北東向定向展布，但在穹窿的轉折端的張扭性部位出現(xiàn)地層加厚，片理則沿穹窿而變化。該層位與上覆下伏地層均呈不整合接觸，在不整合接觸部位有較高鈾異常值。本區(qū)重要的富鈾花崗巖主要發(fā)育在該地層中，侵位于該組大理巖中的D-E 型白崗巖和石英脈的鈾礦化發(fā)育更好。羅辛組出露的主要巖性有上、下兩套大理巖、堇青石片麻巖、條帶狀石英巖、變礫巖和片巖。大理巖巖層的厚度為1～50 m 不等，是羅辛組的主要巖石，常與黑云母片巖、石英巖及堇青石-石榴子石片麻巖互層。

羅辛組地層在遙感影像上的特征比較明顯，一是大理巖巖層較薄，色調為淺色，其所含碳酸鹽礦物的光譜吸收特征明顯，并與堇青石-石榴子石片麻巖互層；二是該組地層在ASTER 彩色合成圖上呈青藍色深色調（RGB 通道對應第6、8、1 波段），在QuickBird 彩色合成圖上呈淺灰色夾白色色調；三是其地貌特征一般呈高陡地貌、耐風化、中褐色露頭，地形切割強烈，辮狀影紋，山體基巖裸露，無土壤覆蓋層，植被稀少；四是發(fā)育有河谷沖溝，河谷表層為沖積砂和黏土，河谷中水系不發(fā)育，植被稀疏（圖3）。

3.2 含鈾花崗巖遙感解譯標志

圖3 羅辛組ASTER（左）和QuickBird（右）彩色合成遙感影像圖Fig.3 Composite color remote sensing image of ASTER（left）and QuickBird（right）of the Roxin Formation

研究區(qū)內發(fā)育有A 至F 型共6 個期次的淺色花崗巖，其中D 和E 期的白崗巖為含礦巖體［9-11］，為S 型殼源花崗巖［12-13］，而且二者在NKn、NRs、NCh 組中均有發(fā)育。D 期花崗巖體多為白色中粗粒結構，主要鑒別特征為乳白色長石和煙灰色-黑色石英，其次是巖體內黑云母含量高，白云母含量低（圖4 上）。放射性異常主要為鈾異常，在硅質脈發(fā)育處鈾含量更高，野外測量值最高可達650×10-6。E 期花崗巖體多為紅至灰白色（顏色多變），細至粗粒（多變）結構，鑒別特征為淺紅色長石和煙灰或黑色石英。E 型白崗巖常見特征為紅褐色磁鐵礦蝕變暈圈和褪色蝕變，蝕變處異常值偏高，局部發(fā)育黏土礦化（圖4 下）。

D 期白崗巖在遙感影像的特征一是出露面積較小，在QuickBird 高分辨率彩色合成圖上呈淺白色亮色調，環(huán)塊狀影紋，紋理清晰等特點；二是地貌上相對高差較大，坡度較陡，常為壟崗地貌，植被不發(fā)育（圖5 左）。

E 期白崗巖遙感影像特征一是該期巖體在QuickBird 彩色合成圖上呈淺白色亮色調，線條狀影紋，紋理清晰；二是地貌上相對高差較大，坡度較陡，常為壟崗地貌，植被不發(fā)育（圖5 右）。

3.3 控礦構造遙感解譯標志

研究區(qū)的構造，特別是韌性剪切帶對鈾礦化控制顯著［14-15］。已知的鈾礦床主要分布在奧卡漢賈線性構造帶和奧馬魯魯線性構造帶之間。礦床分布方向呈北東走向，與區(qū)域構造線的方向一致。通過對羅辛鈾礦床的野外考察，礦體主要分布在羅辛組和可汗組斷層接觸帶的北東向斷裂附近，且距離構造帶越近鈾的品位越高。該斷裂應該是控制白崗巖的侵位，進而控制鈾礦體的分布的控礦構造。

圖4 D 型白崗巖（上兩幅）和E 型白崗巖（下兩幅）野外照片F(xiàn)ig.4 Field photos of D-type alaskite（upper pictures）and E-type alaskite（lower pictures）

圖5 D 型白崗巖（左）和E 型白崗巖（右）QuickBird 遙感影像圖Fig.5 Quickbird images of D-type alaskite（left）and E-type alaskite（right）

千歲蘭斷裂是研究區(qū)內規(guī)模最大的北東向斷裂，是研究區(qū)鈾礦化的主要控礦構造。該斷裂由多條平行的斷裂帶組成，穿越整個研究區(qū)，走向30°～40°，沿走向呈舒緩波狀。斷層早期表現(xiàn)為左行壓扭性變形，后期為多期（次）張扭性變形。千歲蘭斷裂控制著研究區(qū)含鈾花崗巖體的空間分布。羅辛礦床、羅辛南礦床、Tubas 鈣結巖型鈾礦床、1 號帶、16號帶、17 號帶和18 號帶等均分布于該斷裂附近。野外觀察發(fā)現(xiàn)，在1 號帶、17 號帶和18 號帶等地區(qū)發(fā)現(xiàn)了許多構造破碎帶，局部發(fā)育硅化、鉀化、高嶺土化、方解石化、綠泥石化等蝕變現(xiàn)象。其中，1 號帶和18 號帶地區(qū)構造發(fā)育密集，巖石破碎強烈，局部發(fā)育小型褶皺，褶皺面上褐鐵礦化和高嶺土化蝕變強烈。另外，斷裂帶內泥化、片理化明顯，并發(fā)育方解石化、綠泥石化和硅化等蝕變現(xiàn)象，說明該期構造熱液活動強烈。

3.4 鈾成礦要素遙感解譯

利用閾值分割技術、基于形態(tài)算子的類別集群算法和相鄰圖斑合并方法等遙感圖像處理與分類技術，提取了白崗巖體空間分布特征；基于大理巖的碳酸根光譜特征（特征吸收峰位置 為2.34 μm，對 應ASTER 數(shù)據(jù)第8 波段），利用光譜角填圖技術，識別和提取了大理巖信息，編制了遙感地質解譯圖（圖6）。圈定了多處1：5 萬地質圖上未填出的羅辛組大理巖，如在3602 地區(qū)中東部，原地質圖中為大面積的可汗組變質巖，經遙感解譯和實地驗證，該地區(qū)發(fā)育有羅辛組大理巖巖層，而且在該巖層中侵入的白崗巖體，鈾含量高達200×10-6，有一定的鈾成礦潛力。

圖6 研究區(qū)遙感解譯地質圖Fig.6 Remote sensing interpretation of geological maps in the study area

4 結論

在納米比亞歡樂谷地區(qū)，利用QuickBird 高分辨率遙感數(shù)據(jù)和ASTER 可見光-熱紅外多光譜數(shù)據(jù)，精確識別了大理巖巖層、白崗巖體、斷裂構造及基性巖脈，圈定了多處地質圖上未填出的與鈾礦化密切相關的羅辛組大理巖，為鈾成礦新區(qū)突破提供了重要依據(jù)。

由此得到結論，采用高空間分辨率可見光-近紅外波段與中等分辨率熱紅外波段的組合遙感數(shù)據(jù)，遙感技術能夠精確地提取白崗巖型鈾礦成礦要素，為該類型鈾礦勘查提供必要的技術支撐。