遙感在隕石坑解譯及成礦關(guān)系中的應(yīng)用

王　波，尹顯科，張　偉，裴亞倫，蔣華標(biāo)

遙感在隕石坑解譯及成礦關(guān)系中的應(yīng)用

王波，尹顯科，張偉，裴亞倫，蔣華標(biāo)

（四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081）

遙感技術(shù)在大范圍的地質(zhì)調(diào)查中有著更高效、更直觀的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)使用ETM影像對(duì)全球隕石坑進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯，基本弄清了隕石坑在全球五大洲的分布情況，并以全球典型的隕石坑礦床加拿大薩德伯里銅鎳礦為例，從遙感的角度對(duì)隕石坑及其成礦關(guān)系進(jìn)行了研究，建立了隕石坑的遙感找礦標(biāo)志，可為尋找更多類似的隕石坑成因礦床提供參考。

遙感技術(shù)；隕石坑；成礦關(guān)系；ETM影像

隕石坑是小行星或彗星高速撞擊行星及其衛(wèi)星表面形成的凹坑或環(huán)狀地質(zhì)構(gòu)造［1］。在地球漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，形成了許多大大小小的隕石坑。隕石坑的撞擊作用能引起地下巖漿上升、侵入和成礦，因而出現(xiàn)了把隕石坑和地球深部作用聯(lián)系起來(lái)的新成巖成礦理論［2］。愈來(lái)愈多的地質(zhì)證據(jù)表明，全球范圍內(nèi)許多大型或巨型礦床與隕石坑具有密切成因聯(lián)系，如加拿大薩德伯里（Sudbury）銅鎳礦［3］、俄羅斯波皮蓋（Popigai）鉆石礦等。

雖然前人也對(duì)隕石坑已經(jīng)做了許多研究［4-7］，但是，通過(guò)常規(guī)的地質(zhì)手段對(duì)隕石坑的研究已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代成礦理論的需要。隨著遙感技術(shù)［8-9］在地質(zhì)領(lǐng)域越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，為我們對(duì)隕石坑與成礦關(guān)系的研究打開了新的思路。本文通過(guò)使用ETM影像對(duì)全球隕石坑進(jìn)行遙感解譯，分析了隕石坑與成礦的關(guān)系，并初步總結(jié)了隕石坑的遙感找礦標(biāo)志。

圖1　部分隕石坑的遙感影像圖

1　全球隕石坑的遙感解譯

1.1 遙感數(shù)據(jù)獲取與影像圖制作

本研究使用的數(shù)據(jù)是由吉林大學(xué)提供的ETM圖像，原始數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)NASA網(wǎng)站。該數(shù)據(jù)采用的是ETM7、4、2波段進(jìn)行彩色合成，空間位置上已經(jīng)進(jìn)行了精校準(zhǔn)，而且做過(guò)正射校正。通過(guò)與境外地形圖的對(duì)比和分析，認(rèn)為該圖像總體精度較高，完全可以達(dá)到遙感地質(zhì)解譯的要求。

影像圖經(jīng)過(guò)遙感圖像處理軟件處理、重新投影、格式轉(zhuǎn)化，最終生成Mapgis格式msi圖像。所有影像圖空間分辨率均為28.5m，解譯是使用原始分辨率，不得進(jìn)行重復(fù)采樣。為了全球一張圖顯示、拼接和其他數(shù)據(jù)、圖件的套合，工作中制圖統(tǒng)一采用經(jīng)緯度投影、WGS84坐標(biāo)系。

1.2隕石坑的遙感解譯標(biāo)志

隕石坑在ETM影像上一般顯示為圓形構(gòu)造，較古老的隕石坑由于受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響也有呈橢圓形或腰子形的。大多數(shù)隕石坑都保存有較好的坑唇，即環(huán)形山坑緣，坑底部常出現(xiàn)中央隆起的狀況；而且隕石坑內(nèi)往往會(huì)因?yàn)槌渌纬勺矒艉?，湖心有小島；隕石坑形成的水系多呈環(huán)狀、放射狀（圖1）。

1.3全球隕石坑的分布

由于隕石坑是天體撞擊地球表面形成的，其在全球各地的分布并不均勻。通過(guò)全球遙感地質(zhì)礦產(chǎn)解譯出的隕石坑總共有168個(gè)，其中亞洲18個(gè)、歐洲46個(gè)、非洲16個(gè)、澳洲24個(gè)、北美洲57個(gè)、南美洲7個(gè)（圖2）。大部分隕石坑分布在地臺(tái)或穩(wěn)定地塊中，活動(dòng)帶較少，這可能與地殼穩(wěn)定區(qū)比較容易保存有一定關(guān)系。

圖2　全球隕石坑分布圖（圖中紅點(diǎn)示隕石坑）

2　隕石坑成礦特征遙感研究

2.1區(qū)域地質(zhì)概況

加拿大薩德伯里（Sudbury）銅鎳礦床是全球隕石坑成礦的典型代表［10］。隕石撞擊發(fā)生在1 850Ma，地點(diǎn)位于北面新太古代片麻巖和南面上覆的休倫超群之間的交界處。撞擊產(chǎn)生了一個(gè)直徑200km的火山口，以及放射型巖墻狀的破裂/角礫巖帶，它們切穿了圍巖。撞擊熔化了撞擊地點(diǎn)的巖石，產(chǎn)生了高溫熔融巖層，這個(gè)熔融巖層占據(jù)了撞擊火山口的底板。熔融體冷卻時(shí)分異成下部的蘇長(zhǎng)巖和上覆的花斑巖，二者為一層薄的富石英的輝長(zhǎng)巖層所分隔。這些巖石單元之間的接觸帶是漸變的。不連續(xù)、更為基性的底部巖層稱為“底層”，含有大量的Ni-Cu礦石和外來(lái)碎屑。熔融體還侵入了某些放射型的角礫巖帶中，形成了很長(zhǎng)的石英閃長(zhǎng)巖巖墻（“支脈”），從薩德伯里火成雜巖往外延伸幾千米，也含Ni-Cu礦石。后來(lái)來(lái)自南部的區(qū)域掩沖擠壓了薩德伯里火成雜巖的南半部［11］，產(chǎn)生了現(xiàn)在出露的拉長(zhǎng)狀盆地，長(zhǎng)65km，橫向?qū)?7km。

薩德伯里火成雜巖體可分成北帶、南帶和東帶3部分，總厚度約為2.5km。組成雜巖體的巖石由下往上依次為暗色蘇長(zhǎng)巖、石英蘇長(zhǎng)巖、南山蘇長(zhǎng)巖和霏細(xì)蘇長(zhǎng)巖，它們構(gòu)成了雜巖體的下部；中部為石英輝長(zhǎng)巖；上部為花斑巖（圖3）［12］。南帶的下部出現(xiàn)石英蘇長(zhǎng)巖和南山蘇長(zhǎng)巖，而北帶的下部為暗色蘇長(zhǎng)巖和霏細(xì)蘇長(zhǎng)巖，霏細(xì)蘇長(zhǎng)巖在南帶發(fā)育有限。含礦的蘇長(zhǎng)巖“底板”位于薩德伯里火成巖體的底部，在雜巖體邊緣通常是含礦的石英閃長(zhǎng)巖“支脈”。

2.2遙感成礦特征

圖3　薩德伯里銅鎳礦區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖（引自Л.Н.Лхачев，2006）

在薩德伯里銅鎳礦的形成過(guò)程中，首先是墜落的隕石與被撞的地體相撞并發(fā)生破裂，墜落體的物質(zhì)呈顆粒流持續(xù)運(yùn)動(dòng)，顆粒流長(zhǎng)達(dá)幾千米。重的金屬顆粒快于不太致密的輕顆粒聚集在與被撞物體接觸的鋒面上，然后滲入被撞物體底部形成支脈狀礦石。

在撞擊地點(diǎn)產(chǎn)生的等離子蒸氣、熔融體和固態(tài)物質(zhì)的混合物進(jìn)人大氣，經(jīng)過(guò)減壓和迅速冷卻隨后返回到早先形成的火山口。在撞擊時(shí)形成的熔融體回返降落時(shí)，留在它們當(dāng)中的金屬顆粒又回到了落體的鋒面部位，形成了薩德伯里礦區(qū)中的次層狀接觸帶型礦石。

這個(gè)撞擊事件是在一個(gè)極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的，沖擊之后，硅酸鹽熔融體和硫化物熔融體很快結(jié)晶，其周圍的巖石被壓實(shí)，而后，這個(gè)撞擊構(gòu)造被晚期的產(chǎn)物所掩埋。硅酸鹽熔融體結(jié)晶時(shí)所形成的巖石發(fā)生了微弱的分異，它們具有很小的顆粒性，這是撞擊雜巖與內(nèi)生的巖漿產(chǎn)物之間原則性的差別。

從ETM遙感影像上來(lái)看（圖4），由隕石撞擊形成的環(huán)形構(gòu)造明顯，薩德伯里銅鎳礦露天采礦坑皆位于環(huán)形構(gòu)造的邊緣，也就是薩德伯里火成雜巖體與圍巖的接觸帶上。

2.3遙感找礦標(biāo)志

隕石撞擊地球表面是個(gè)偶然發(fā)生的地質(zhì)事件，它的分布不受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制，這里以薩德伯里銅鎳礦床為依據(jù)，總結(jié)了隕石坑的遙感找礦標(biāo)志：

1）礦床主要與隕石撞擊形成的火成雜巖體有關(guān)，礦化大多產(chǎn)在雜巖體與圍巖的接觸帶上，而富的礦體又位于接觸帶以下的底板中。

2）火成雜巖體的出露明顯受環(huán)形構(gòu)造的控制，該環(huán)形構(gòu)造是經(jīng)過(guò)形變和剝蝕的隕石坑遺跡，充填有沉積巖和變沉積巖，礦化可能是在隕石坑形成過(guò)程中的熱和壓力作用下產(chǎn)生的。

圖4　薩德伯里銅鎳礦區(qū)遙感影像圖（圖中紅線示露天采礦坑）

3　結(jié)論

1）本文利用ETM影像對(duì)全球隕石坑進(jìn)行遙感地質(zhì)解譯，根據(jù)隕石坑的遙感解譯標(biāo)志，解譯出分布在全球五大洲總共168處隕石坑；并以加拿大薩德伯里銅鎳礦為典型礦床，對(duì)隕石坑及其成礦關(guān)系從遙感的角度進(jìn)行研究，取得了一定的成果。

2）通過(guò)研究表明與隕石坑有關(guān)的礦床大多產(chǎn)在火成雜巖體與圍巖的接觸帶上和接觸帶以下的底板中，礦化明顯受環(huán)形構(gòu)造的控制。

3）由于目前全球確定的隕石坑成因礦床僅薩德伯里銅鎳礦一個(gè)，對(duì)隕石坑與成礦關(guān)系的遙感研究缺乏更多的案例和資料，因此有待進(jìn)一步探索。

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The Application of Remote Sensing Technology to Interpretation of Global Meteorite Craters and Their Relation with Ore-Formation

WANG Bo YIN Xian-ke ZHANG Wei PEI Yan-lun JIANG Hua-biao
（Sichuan Institute of Geological Survey， Chengdu 610081）

Remote sensing technology is of importance to global geological survey. This study interprets geologically ETM image of craters， gaining their global distribution， makes an approach to the relation of mineralization to crater and puts forward remote sensing prospecting criteria for craters exemplified by Sudbury Cu-Ni deposit in Canada.

meteor crater； remote sensing technology； mineralization； ETM image

P238

A

1006-0995（2015）04-0622-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.034

2014-11-21

王波（1984-），男，工程師，主要主要從事遙感技術(shù)、地質(zhì)礦產(chǎn)等方面的研究