我國西北地區(qū)鈾礦勘查遙感應(yīng)用進(jìn)展

葉發(fā)旺，劉德長，趙英俊，張杰林，方茂龍

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

遙感技術(shù)在鈾礦勘查中的應(yīng)用是遙感技術(shù)在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查領(lǐng)域應(yīng)用的重要方面，無論在技術(shù)上、應(yīng)用理念上，還是應(yīng)用的深度和效果方面，都有著明顯的特色和先進(jìn)性。自20世紀(jì)80年代以來，核工業(yè)鈾礦勘查遙感應(yīng)用研究者陸續(xù)創(chuàng)新性地開發(fā)了以航放為主的多源地學(xué)信息數(shù)字圖像綜合處理技術(shù)［1-3］、光-能譜集成技術(shù)［4-6］、可地浸砂巖型鈾礦遙感快速勘查技術(shù)［7-8］等，在盛源盆地、連山關(guān)地區(qū)、安徽廬樅地區(qū)、內(nèi)蒙古滿洲里靈泉火山盆地、伊犁盆地南緣、下莊等地區(qū)的鈾礦勘查應(yīng)用中均取得了很好的效果［9-13］，并促進(jìn)了遙感技術(shù)在鈾礦找礦中應(yīng)用的較大發(fā)展［14-17］；20世紀(jì)90年代未期，又將高光譜遙感技術(shù)和雷達(dá)技術(shù)引入鈾礦勘查應(yīng)用中，在苗兒山地區(qū)和吐哈盆地、準(zhǔn)噶爾盆地進(jìn)行了應(yīng)用［18-19］。21世紀(jì)以來，隨著我國制訂出積極發(fā)展核電的戰(zhàn)略決策，鈾資源成為未來最緊缺的三大礦產(chǎn)資源之一，西北地區(qū)成為我國鈾礦勘查的重要地區(qū)之一，遙感技術(shù)在鈾礦勘查中的應(yīng)用進(jìn)入了新的發(fā)展階段，在技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用廣度、深度上比以前又有了新的進(jìn)展［20-27］。本文著重闡述ETM、ASTER多光譜遙感、QuickBird高空間分辨率遙感、CASI/SASI航空高光譜遙感等遙感技術(shù)在鄂爾多斯盆地北部、西藏羌塘盆地、新疆塔里木盆地北緣，以及新疆雪米斯坦等地區(qū)鈾礦勘查的應(yīng)用進(jìn)展，為遙感技術(shù)在今后的鈾礦勘查應(yīng)用中取得更大發(fā)展提供參考。

1 鄂爾多斯盆地北部鈾成礦構(gòu)造遙感識別與分析

通過對鄂爾多斯盆地北部東勝—杭錦旗地區(qū)ETM彩色合成圖像的分析和解譯，發(fā)現(xiàn)東勝鈾礦床南側(cè)存在明顯的線性影像特征，分析解譯為NWW向控礦斷裂—準(zhǔn)格爾召—本害敖包斷裂。結(jié)合地質(zhì)、重力、航磁、航放等多源地學(xué)信息和野外調(diào)查，筆者深入分析了該控礦斷裂的力學(xué)性質(zhì)、切割深度、活動(dòng)期次，以及對沉積相和鈾成礦的控制作用等，并提出 “東勝鈾礦床外圍擴(kuò)大要沿該控礦斷裂向西追索”的找礦思路和 “泊江海子環(huán)狀構(gòu)造西北與準(zhǔn)格爾召—本害敖包控礦斷裂交匯區(qū)北側(cè)”的鈾成礦有利區(qū)。這一找礦思路和找礦預(yù)測為鄂爾多斯盆地北部鈾礦勘查不斷取得新突破提供了重要依據(jù)。

2 西藏羌塘盆地砂巖型鈾成礦地質(zhì)條件遙感調(diào)查應(yīng)用

筆者利用ETM多光譜遙感技術(shù)對羌塘盆地的地層、構(gòu)造進(jìn)行識別和解譯（圖1），并結(jié)合航磁、重力、MT（大地電磁測深）等深部地球物理資料，沉積相、地層分布等地質(zhì)資料，以及地面汽車γ能譜測量資料和野外地質(zhì)調(diào)查 （圖2）、能譜測量資料等，對羌塘盆地鈾成礦區(qū)域地質(zhì)背景、有利目標(biāo)層、鈾成礦構(gòu)造條件、鈾源條件、水動(dòng)力條件和古氣候條件等鈾成礦地質(zhì)條件進(jìn)行了初步調(diào)查。調(diào)查分析認(rèn)為，羌塘盆地基本具備砂巖型鈾礦成礦地質(zhì)條件，具有一定的層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦潛力，其找礦目標(biāo)層主要為夏里組，其次為雪山組和雀莫錯(cuò)組，鈾成礦有利區(qū)域是東北斜坡帶和中央隆起北緣。

3 新疆巴什布拉克鈾礦區(qū)油氣還原蝕變遙感提取與分析

巴什布拉克鈾礦床位于新疆塔里木盆地北緣喀什坳陷的西北部，是一個(gè)與油氣作用密切相關(guān)的鈾礦床，鈾礦化產(chǎn)于下白堊統(tǒng)砂巖、砂礫巖中。前人對該礦床的地質(zhì)特征和成因等做了較多研究［28-29］，但對礦區(qū)及其外圍地區(qū)油氣還原蝕變的強(qiáng)度、分布特征和分布規(guī)律等研究得很少。筆者利用ETM多光譜遙感數(shù)據(jù)和油氣還原蝕變信息反向增強(qiáng)技術(shù)［30］，對未發(fā)生油氣還原褪色蝕變的紅色白堊紀(jì)含礦層進(jìn)行了增強(qiáng)（圖3）。在圖3中，紅色小圓點(diǎn)代表巴什布拉克礦床所在位置，黃色曲線代表白堊紀(jì)地層界線，該界線內(nèi)的紅色調(diào)圖像是未發(fā)生油氣還原褪色蝕變的紅色白堊紀(jì)地層的反映。從該增強(qiáng)圖像可以發(fā)現(xiàn)，在礦床北部和西部的兩片白堊系出露范圍內(nèi)，圖像顏色總體上以紅色為主，其中夾一部分灰色調(diào)，反映出北部和西部的這兩片地區(qū)白堊紀(jì)未蝕變紅色巖石分布多，已發(fā)生還原蝕變的巖石分布少。在礦床所在的NWW向白堊系出露范圍內(nèi)，礦床所在的西段，未蝕變巖石分布少而零星，分布密度低；而東段未蝕變的紅色巖石分布多，呈片狀，密度大。白堊系未蝕變紅色巖石的上述分布特征反映了在NWW向狹長的白堊系出露范圍內(nèi)，礦床所在的西段受油氣還原蝕變作用強(qiáng)、程度大，導(dǎo)致未蝕變紅色巖石殘留少，而東段則受油氣還原蝕變作用較弱，殘留的紅色巖石多、分布廣。礦床北部和西部兩片呈不規(guī)則展布的白堊系則受油氣還原蝕變作用強(qiáng)度很小。

利用鈾礦化褪色蝕變的地質(zhì)特征和基于QuickBird數(shù)據(jù)的油氣還原蝕變信息反向增強(qiáng)處理方法［31］，巴什布拉克鈾礦區(qū)及其周圍的高空間分辨率 QuickBird B3/B2（R）、B2（G）、B1（B）假彩色合成—拉伸增強(qiáng)圖像（圖4）可以很好地突出未受油氣還原蝕變的紅色地層。在圖4中，白堊系（兩藍(lán)色曲線之間）總體上以灰色、灰白色調(diào)為主，在西北部和東南部有幾處呈明顯的紫紅色調(diào)顯示，反映出這兩處存在較多未蝕變的紅色地層；而東、西兩礦區(qū)基本上處于灰白色調(diào)夾少量淺紅色調(diào)的影像中，反映了巴什布拉克鈾礦區(qū)及周圍的白堊紀(jì)地層均受到了較強(qiáng)烈的油氣還原作用，發(fā)生了褪色蝕變。因此，礦區(qū)及周圍地區(qū)油氣還原蝕變作用的強(qiáng)度總體上具有北部強(qiáng)、南部減弱，中東部強(qiáng)、西部減弱的特點(diǎn)。

在東、西鈾礦區(qū)放大后的QuickBird假彩色合成圖（圖5）上，可以進(jìn)一步清楚地看出礦區(qū)色調(diào)以淺灰綠色、灰色、灰黃色調(diào)為主，紫紅色調(diào)次之，只有兩礦區(qū)坑道口的碎石和礦渣為深灰綠色調(diào)。紫紅色調(diào)與淺灰綠色、灰白色調(diào)交錯(cuò)顯現(xiàn)。從西礦區(qū)及周圍的紫紅色調(diào)影像形態(tài)來看，具有形態(tài)不規(guī)則、大小不一、排列不同的特點(diǎn)：有的呈較大的片狀連續(xù)分布（圖5中的①），有的呈細(xì)線狀沿巖層走向連續(xù)分布（圖5中的②），有的呈不規(guī)則小片狀沿巖層走向斷續(xù)分布（圖5中的③），還有的呈線狀垂直巖層走向分布（圖5中的④）。這些形態(tài)多樣的紫紅色調(diào)圖像反映的是未發(fā)生褪色蝕變的白堊系紫紅色地層殘留體，它們從逆向思維的角度反映出發(fā)生油氣還原褪色蝕變作用的邊界不規(guī)則，其走向既有順層、又有穿層等特點(diǎn)。這些特點(diǎn)從相對宏觀的角度說明褪色蝕變作用是紫紅色砂巖受自下而上運(yùn)移的油氣還原作用的產(chǎn)物，從而為油氣在鈾成礦過程中所起的重要作用提供了新的依據(jù)。根據(jù)前述褪色蝕變強(qiáng)度的分布規(guī)律，巴什布拉克鈾礦區(qū)外圍的找礦工作應(yīng)重視礦區(qū)東部發(fā)生強(qiáng)烈褪色蝕變的地段。

4 新疆薩拉姆布拉克鈾礦化帶識別與靶區(qū)預(yù)測

筆者對塔里木盆地北緣柯坪斷隆東段薩拉姆布拉克地區(qū)開展鈾成礦地質(zhì)條件研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，由前人早在1993年發(fā)現(xiàn)的航放異常點(diǎn)（HF-10）和航放高場點(diǎn)（HG-6）分布于同一條NW向隱約顯現(xiàn)的線性影像帶上［31］。經(jīng)野外調(diào)查，這一NW向線性影像帶是一條NW向展布的寬約4～6 m的基性巖脈。為了對薩拉姆布拉克地區(qū)可能存在的蝕變特征及其與鈾礦化的關(guān)系進(jìn)行深入研究，筆者采用了QuickBird高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)和CASI/SASI航空高光譜遙感數(shù)據(jù)。在薩拉姆布拉克NW向線性影像帶QuickBird彩色合成圖像上（圖6a），可以看出灰黑色條帶狀線性影像東南段明顯存在一片以灰白色調(diào)為特征的褪色蝕變，在其放大圖（圖6b）上，基性巖脈呈現(xiàn)的灰色-灰黃色條帶狀影像邊界（圖6中的①）清晰可見，其東北和西南兩側(cè)均存在以灰白色調(diào)為特征的褪色蝕變。其中，東北側(cè)的規(guī)模比西南側(cè)大，成片性強(qiáng) （圖6中的②），且明顯有多條褪色蝕變帶向北東方向的遠(yuǎn)處發(fā)育；西南側(cè)規(guī)模相對小些，成片性弱，有的褪色蝕變帶順層向西南方向的遠(yuǎn)處發(fā)育 （圖6中的③），有的斷斷續(xù)續(xù)順層出現(xiàn)（圖6中的④）。

在薩拉姆布拉克地區(qū)的CASI/SASI航空高光譜遙感礦物填圖上，發(fā)現(xiàn)了4處明顯的高鋁絹云母化蝕變［27］（此處的絹云母是多個(gè)黏土類礦物的統(tǒng)稱，主要包括地質(zhì)學(xué)中的白云母、絹云母、伊利石、蒙脫石等礦物），圖6b中發(fā)育有大規(guī)模蝕變處的航空高光譜遙感礦物填圖結(jié)果示于圖7，主要為高鋁絹云母、中鋁絹云母，其次是碳酸鹽。其中，高鋁絹云母和中鋁絹云母在空間分布上與前述QuickBird反映出來的褪色蝕變基本一致；碳酸鹽化主要分布在高鋁絹云母和中鋁絹云母的西部外圍并沿基性巖脈分布，少量與高鋁絹云母，中鋁絹云母一致。因此，從航空高光譜遙感的尺度上看，薩拉姆布拉克鈾成礦帶的褪色蝕變主要是高鋁絹云母化、中鋁絹云母化，以及少量碳酸鹽化。

室內(nèi)顯微觀察表明，薩拉姆布拉克地區(qū)的灰白色褪色蝕變主要為伊利水云母化和碳酸鹽化，少量為綠泥石化、赤鐵礦化等，與航空高光譜遙感填圖結(jié)果相符，反映了多期熱液作用的特點(diǎn)。通過對整個(gè)薩拉姆布拉克NW向線性影像帶的地面放射性測量，發(fā)現(xiàn)褪色蝕變巖石與放射性含量具有密切關(guān)系，褪色蝕變巖石的鈾含量總體上比未發(fā)生褪色蝕變的紫紅色巖石要高，尤其是在基性巖脈邊緣明顯發(fā)育構(gòu)造帶、褪色蝕變組合的地段，放射性含量明顯偏高或異常。這些放射性偏高點(diǎn)和異常點(diǎn)均沿NW向線性影像帶分布［31］，表明薩拉姆布拉克地區(qū)不只是存在早期航放資料中反映的HF-10異常點(diǎn)和HG-6高場點(diǎn)，更是存在一系列與NW向構(gòu)造、蝕變有關(guān)的異常，反映了薩拉姆布拉克NW向線性影像帶是一條值得重視的鈾礦化帶?；谏鲜鲞@些蝕變特征和在蝕變地段新發(fā)現(xiàn)的地面放射性異常，認(rèn)為薩拉姆布拉克鈾成礦帶是值得今后重視的鈾礦找礦地區(qū)，原先發(fā)現(xiàn)的HF-10異常點(diǎn)地段和新發(fā)現(xiàn)的大規(guī)模蝕變和放射性異常地段（圖7）是值得今后重點(diǎn)開展地質(zhì)勘查和地表揭露的找礦靶區(qū)。

5 新疆白楊河地區(qū)CAS/SASI航空高光譜遙感應(yīng)用

新疆雪米斯坦地區(qū)是一個(gè)重要的火山巖成礦帶［32-33］，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了一些鈾、銅礦點(diǎn)，找礦潛力大，是當(dāng)前航空高光譜遙感找礦應(yīng)用的主要試驗(yàn)地區(qū)之一。2011年，為了促進(jìn)該地區(qū)的鈾及多金屬礦產(chǎn)勘查，核工業(yè)北京地質(zhì)研究院在雪米斯坦地區(qū)開展了CASI/SASI/TASI航空高光譜遙感測量，獲取了大量航空高光譜遙感數(shù)據(jù)。通過對白楊河地區(qū)的CASI/SASI航空高光譜遙感數(shù)據(jù)的處理和礦物填圖，填出了高鋁絹云母、中鋁絹云母、低鋁絹云母、綠簾石和碳酸鹽等礦物（圖8）。由圖8可見，呈紅色斑塊的一部分高鋁絹云母斷斷續(xù)續(xù)分布在亮白色調(diào)顯現(xiàn)的楊莊次火山巖體的北緣，與已知鈾礦化點(diǎn)空間分布特征吻合；另一部分分布在楊莊巖體西側(cè)呈窄小透鏡體狀展布的次火山巖體的南緣；還有一部分分布在遠(yuǎn)離次火山巖體的西北部。

通過精細(xì)處理與分析航空高光譜遙感數(shù)據(jù)，提取了白楊河地區(qū)以Al—OH吸收峰（在2 195 nm處）為特征的6個(gè)亞類的高鋁絹云母（圖9）。由圖9可見，這6個(gè)亞類高鋁絹云母具有不同的空間分布特征，與已知鈾礦化關(guān)系也不同。其中，第1和第2亞類高鋁絹云母空間分布基本一致，主要分布在楊莊巖體北邊緣和其西側(cè)呈窄小透鏡體狀展布的次火山巖體的南緣，與已知鈾礦化空間分布特征具有很好的一致性；第3亞類高鋁絹云母分布較少，主要分布在楊莊巖體東北部和遠(yuǎn)離透鏡體狀展布的次火山巖體的南部地區(qū)，在楊莊巖體東北部局部地段與鈾礦化分布較吻合；第4～6亞類高鋁絹云母主要分布在呈窄小透鏡體狀展布的火山巖體的北側(cè)地區(qū)，其次是楊莊巖體北緣的局部地區(qū)，它們既有共同分布的重疊區(qū)，又有各自不同的分布范圍，與鈾礦化分布只在局部地段有些吻合。通過上述分析，初步認(rèn)為：白楊河地區(qū)第1和第2亞類高鋁絹云母與鈾礦化空間分布關(guān)系最為密切。

與鈾礦化密切相關(guān)的高鋁絹云母及其亞類的發(fā)現(xiàn)，不僅為深入研究鈾礦勘查航空高光譜遙感技術(shù)提供了重要技術(shù)思路，而且為擴(kuò)大白楊河已知鈾礦化區(qū)外圍的找礦區(qū)域提供了重要依據(jù)。根據(jù)白楊河地區(qū)不同亞類高鋁絹云母的分布特征（圖9），認(rèn)為楊莊巖體西部呈窄小透鏡體狀展布的次火山巖體，其南緣發(fā)育的第1、2亞類高鋁絹云母異常的地段是值得今后鈾礦勘查重視的有利找礦地段。

6 結(jié) 語

我國西北地區(qū)由于鈾礦地質(zhì)勘查工作程度低，且地表巖石裸露程度較高，是發(fā)揮遙感技術(shù)在鈾礦找礦中應(yīng)用并取得好效果的適合地區(qū)。因此，21世紀(jì)以來，隨著遙感技術(shù)向高空間分辨率和高光譜分辨率方向發(fā)展，其在我國西北地區(qū)鈾礦勘查中的應(yīng)用取得了許多新進(jìn)展和好的效果。本文只是總結(jié)了一部分應(yīng)用新進(jìn)展，用以拋磚引玉，與鈾礦勘查遙感應(yīng)用研究者交流，并為遙感技術(shù)在今后的鈾礦勘查應(yīng)用提供一些技術(shù)參考，以便促進(jìn)遙感技術(shù)在將來不斷取得鈾礦找礦新突破中發(fā)揮更大的作用。

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