江西盛源火山盆地遙感地質(zhì)解譯與鈾礦找礦前景分析

董麗娜，張 微，2，王 雪，陳 玲，楊金中，莫子奮

(1.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083;2.北斗航天衛(wèi)星應(yīng)用科技集團(tuán)，北京 100070;3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;4.江西省核工業(yè)地質(zhì)局265大隊(duì)，鷹潭 335000)

0 引言

20世紀(jì)70年代以來，隨著航天技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感技術(shù)在地質(zhì)、礦產(chǎn)、國(guó)土、環(huán)境等調(diào)查領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視［1－2］;其宏觀性、現(xiàn)勢(shì)性和多時(shí)效性等特點(diǎn)，更在近年來的區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)資源勘查、工程地質(zhì)調(diào)查和地質(zhì)災(zāi)害動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等工作中得到了廣泛應(yīng)用［3］。經(jīng)過十幾年的應(yīng)用與發(fā)展，隨著空間分辨率和光譜分辨率的不斷提高［3］，利用多光譜衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)開展礦產(chǎn)資源勘查與資源評(píng)價(jià)已經(jīng)成為一種快速經(jīng)濟(jì)的找礦手段［4－5］。本文以 ALOS，SPOT5 和 ETM+等多源遙感數(shù)據(jù)為信息源，在完成圖像幾何糾正與配準(zhǔn)和圖像增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，對(duì)江西盛源火山盆地進(jìn)行1∶5萬比例尺遙感地質(zhì)解譯和遙感蝕變異常信息提取與篩選;并結(jié)合已有地質(zhì)資料分析尋找鈾礦的前景，為該區(qū)的礦產(chǎn)資源勘查和資源評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)地質(zhì)資料和參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

研究區(qū)盛源火山盆地位于江西省東北部，隸屬于鷹潭市。浙贛、皖贛及鷹廈等鐵路和320國(guó)道等多條高等級(jí)公路穿越研究區(qū)，交通十分便利(圖1)。

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic position of study area

從區(qū)域上看，鄱陽湖及其周邊地區(qū)的地貌類型復(fù)雜，山地、丘陵、崗地、平原和湖泊洼地兼而有之。研究區(qū)內(nèi)則以崗地、平原、湖泊和洼地為主，主要由上更新統(tǒng)亞粘土直接覆蓋于前第四系之上，并組成二級(jí)階地與一級(jí)階地;信江自東向西橫貫研究區(qū)中北部，沿江地區(qū)由全新世晚期堆積物組成河漫灘。

1.2 地質(zhì)礦產(chǎn)概況

江西盛源火山盆地位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華南褶皺系接壤處、信江凹陷中段南緣，處在近EW向萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂、NE向鷹潭—安遠(yuǎn)深斷裂與NW向鷹潭—瑞昌大斷裂的復(fù)合部位?；字饕稍胖妗绾涫罍\變質(zhì)巖系和加里東期花崗巖組成，蓋層為上侏羅統(tǒng)火山巖地層和白堊系砂巖紅層。在新近紀(jì)特別是燕山期，太平洋板塊開始向歐亞板塊俯沖，被動(dòng)大陸邊緣充分發(fā)育的硅鋁殼發(fā)生從熔改造，過渡巖漿房的巖漿分異結(jié)晶，形成強(qiáng)分異的富鈾巖漿;隨著俯沖速度的減慢和俯沖帶逐漸向大洋方向遷移，大陸邊緣因受到強(qiáng)烈擠壓而逐漸向拉張轉(zhuǎn)化，沿結(jié)合帶發(fā)育的斷裂帶開始復(fù)活;過渡巖漿房的富鈾巖漿及其聚集的揮發(fā)份和流體迅速上移和噴出，形成大面積的裂隙式火山巖;在多組構(gòu)造的結(jié)合帶附近發(fā)生廣泛的鈾化［1］，聯(lián)合控制了帶內(nèi)的陸相火山活動(dòng)和鈾成礦作用。其中萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂不但控制了2個(gè)Ⅰ級(jí)大地構(gòu)造單元的地殼演化，而且控制了帶內(nèi)的構(gòu)造－巖漿活動(dòng)及礦化活動(dòng)，使得盛源盆地及其鄰區(qū)成為贛—杭構(gòu)造火山帶內(nèi)的1個(gè)重要的產(chǎn)鈾火山盆地，具有良好的找鈾礦前景。研究區(qū)及其周邊地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，已探明儲(chǔ)量的有金、銀、鉛、鋅、鈾、瓷土、石膏、硅等30余種，其中銀、石膏、瓷土和鈾礦均十分豐富［6］。

2 遙感數(shù)據(jù)處理

2.1 幾何糾正與配準(zhǔn)

本文采用 ALOS，SPOT5和ETM+衛(wèi)星數(shù)據(jù)，首先以控制點(diǎn)－多項(xiàng)式擬合校正方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了幾何糾正和配準(zhǔn);然后利用基于地理坐標(biāo)的無縫鑲嵌方法對(duì)圖像進(jìn)行鑲嵌，并運(yùn)用亮度匹配等方法確保鑲嵌圖像的質(zhì)量［7］。

2.2 圖像增強(qiáng)

圖像增強(qiáng)主要是突出不同地物之間波譜特征的差別，以及空間形態(tài)、邊緣、線條及紋理結(jié)構(gòu)特征(如蝕變帶、接觸帶、破碎構(gòu)造帶、線性體及地貌特征等)［8］。本文選用圖像融合［9－11］、主成分變換［5］、比值分析［6］和濾波增強(qiáng)等不同的圖像處理方法，通過對(duì)圖像處理結(jié)果的對(duì)比分析及相互驗(yàn)證，達(dá)到提高區(qū)內(nèi)巖性、構(gòu)造信息提取效果的目的(圖2)。

而對(duì)局部重點(diǎn)地區(qū)，則針對(duì)不同的地物特征信息，運(yùn)用圖像糾正、彩色合成與空間變換、圖像增強(qiáng)處理、圖像鑲嵌等技術(shù)手段，以達(dá)到最佳效果［12］。

3 遙感地質(zhì)解譯與蝕變異常信息提取

3.1 地質(zhì)解譯

盛源火山盆地位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與華南褶皺系接壤處、信江凹陷中段南緣，處在近EW向萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂、NE向鷹潭—安遠(yuǎn)深斷裂與NW向鷹潭—瑞昌大斷裂復(fù)合部位。其中萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂是1條自中元古宙以來長(zhǎng)期發(fā)展的活動(dòng)帶，它不但控制了2個(gè)Ⅰ級(jí)大地構(gòu)造單元的地殼演化，而且控制了帶內(nèi)的構(gòu)造－巖漿以及礦化活動(dòng);特別是在燕山期，該活動(dòng)帶與太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，聯(lián)合控制了帶內(nèi)的陸相火山活動(dòng)和鈾成礦作用。故遙感地質(zhì)解譯中先利用ETM+圖像建立研究區(qū)遙感構(gòu)造格架(圖3)，進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)背景綜合分析。

再利用ALOS，SPOT5等空間分辨率優(yōu)于2.5 m的數(shù)據(jù)，對(duì)重點(diǎn)區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的巖性和構(gòu)造解譯(圖4)。

依據(jù)各地質(zhì)體的影像特征，結(jié)合已有地質(zhì)資料，在研究區(qū)內(nèi)共解譯出3組不同方向的線性構(gòu)造;并分別采用紋理分析和卷積對(duì)NE，NW和近EW向構(gòu)造進(jìn)行增強(qiáng)處理，解譯結(jié)果對(duì)推測(cè)隱伏斷裂構(gòu)造具有很大意義。為了更好地對(duì)斷裂構(gòu)造的規(guī)模和空間展布方向進(jìn)行解譯，還利用ALOS圖像與空間分辨率為30m的DEM進(jìn)行疊加顯示，對(duì)生成的三維遙感影像圖進(jìn)行詳細(xì)解譯。最后，對(duì)解譯出的典型構(gòu)造和巖性進(jìn)行了野外實(shí)地驗(yàn)證［13］，并根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果完善了解譯標(biāo)志、提高了解譯精度。

此外，通過濾波增強(qiáng)處理，還發(fā)現(xiàn)若干疑似火山機(jī)構(gòu)，在三維遙感影像圖上有較好的反映(圖5)。

圖5 疑似火山機(jī)構(gòu)的環(huán)形構(gòu)造影像圖Fig.5 Circular structure images of suspected volcanic institutions

3.2 蝕變異常信息提取

研究區(qū)地表覆被嚴(yán)重，尤其是植被、陰影區(qū)、云、水體和沼澤地等對(duì)遙感蝕變異常信息提取的干擾很大。結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，通過改進(jìn)“去干擾－主成分分析－異常篩選”技術(shù)［14－15］，成功地去除了上述干擾信息，實(shí)現(xiàn)了不同水平遙感異常的精確定位;在此基礎(chǔ)上，利用ETM+數(shù)據(jù)進(jìn)行了遙感蝕變異常信息的提取、分類和分級(jí)［16］(圖 6)。

圖6 研究區(qū)遙感異常圖Fig.6 Remote sensing anomaly map of study area

在以上處理的基礎(chǔ)上，以遙感影像為基礎(chǔ)，綜合圖像處理、地質(zhì)解譯和蝕變異常信息提取結(jié)果，在楊梅塘、壩口和金源地區(qū)圈定出3處環(huán)形構(gòu)造，初步推測(cè)為火山機(jī)構(gòu)(在下文的綜合找礦信息及鈾礦前景分析中作具體論述);并對(duì)需要補(bǔ)充開展的驗(yàn)證工作提出了建議。

4 綜合找礦信息及鈾礦前景分析

以從遙感圖像獲取的解譯結(jié)果和異常信息為主要預(yù)測(cè)依據(jù)，結(jié)合已有相關(guān)資料，分別從地層、構(gòu)造和遙感異常等方面［17－18］進(jìn)行綜合找礦預(yù)測(cè)和鈾礦前景分析，提出曲溪、余壩和盛源3處遙感找礦有利區(qū)，分述如下:

圖7 曲溪遙感找礦預(yù)測(cè)圖Fig.7 Rem ote sensing prospecting p rediction m ap for Quxi zone

1)曲溪遙感找礦有利區(qū)(圖7)。該區(qū)段位于研究區(qū)的西部、盆地西緣外側(cè)的推覆體內(nèi)。地層以下白堊統(tǒng)贛州群(K1g)為主，西部發(fā)育有少量的上侏羅統(tǒng)打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)。區(qū)段內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育，其中EW向葉家—盛源斷裂與NE向壩口—貴溪斷裂、NW向余干—鷹潭斷裂聯(lián)合控制著火山坳陷西邊緣。賦礦地層主要為上侏羅統(tǒng)打鼓頂組(J3d)熔結(jié)凝灰?guī)r，受上述3組斷裂構(gòu)造影響，形成了規(guī)模較大的順層破碎帶，現(xiàn)已在該破碎帶中發(fā)現(xiàn)大型鈾礦床。該區(qū)段遙感圖像的影紋較平滑，色調(diào)較均勻單一，地形起伏不大，形成一系列低矮山丘，局部地區(qū)環(huán)形構(gòu)造較為明顯。遙感蝕變異常較為發(fā)育，主要以羥基異常為主。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該區(qū)段內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的礦床因受后期盆地西部抬升作用的影響，在重力和伸展作用的影響下，向西滑覆到現(xiàn)在位置。通過不同尺度遙感圖像、遙感異常對(duì)比分析和疊加顯示發(fā)現(xiàn)，礦床東部發(fā)育有較為明顯的環(huán)形構(gòu)造，且環(huán)形構(gòu)造與遙感異常套合較好，因此建議在該區(qū)東部進(jìn)一步開展找礦工作。

圖8 余壩遙感找礦預(yù)測(cè)圖Fig.8 Remote sensing prospecting prediction map for Yuba zone

2)余壩遙感找礦有利區(qū)(圖8)。該區(qū)段位于盛源火山盆地的南部，為火山巖分布區(qū)的三角地帶。該區(qū)段火山盆地基底為加里東期花崗巖(γ3)和震旦—寒武系海相火山碎屑巖富鈾層，地層以上侏羅統(tǒng)打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)為主，北部含少量的下白堊統(tǒng)贛州群(K1g)。該區(qū)段地處近EW向壩口—莊家斷裂帶與NE向壩口—貴溪斷裂帶、金源—流口斷裂帶的復(fù)合部位，地層展布明顯受斷裂控制，遙感影像特征明顯。經(jīng)圖像增強(qiáng)處理，發(fā)現(xiàn)若干環(huán)形構(gòu)造和疑似火山隆起的影像。在這些環(huán)形構(gòu)造周邊已有次花崗斑巖出露，其深部可能隱伏有次花崗斑巖體。該區(qū)段內(nèi)遙感異常顯著，以羥基異常為主;局部地區(qū)羥基異常和鐵染異常套合較好，鐵染異常多出現(xiàn)在羥基異常邊部，分布較為稀疏，強(qiáng)度較弱;異?？傮w分布與已知破碎蝕變帶吻合較好。

綜上所述，推測(cè)深部可能存在與次火山巖有關(guān)的礦化(體)。該區(qū)段遙感找礦預(yù)測(cè)圖上的蝕變異常的空間分布特征與已知礦床形態(tài)相似，是尋找深部火山巖中低溫?zé)嵋盒外櫟V床的有利地段，顯現(xiàn)出良好的找礦遠(yuǎn)景。

圖9 盛源遙感找礦預(yù)測(cè)圖Fig.9 Remote sensing prospecting prediction map for Shengyuan zone

3)盛源重點(diǎn)遙感找礦有利區(qū)(圖9)。該區(qū)段位于盛源火山盆地東部邊緣，NNE向漆工—圳上斷裂帶和弋陽—資溪斷裂的復(fù)合部位。該區(qū)段中部以上白堊統(tǒng)南雄組(K2n)為主，遙感圖像中紋理結(jié)構(gòu)十分發(fā)育;而兩側(cè)則以下白堊統(tǒng)贛州群(K1g)為主，邊部發(fā)育有少量的上侏羅統(tǒng)打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)。該區(qū)段內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造十分發(fā)育，有NE，NW和近EW向3組，其中近EW向基底斷裂對(duì)礦床控制作用明顯。受EW向和NE向次一級(jí)斷裂構(gòu)造的影響，順層破碎帶十分發(fā)育。侏羅系上統(tǒng)火山巖出露齊全，火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖相間出現(xiàn)，底部為中元古界變質(zhì)巖，外圍有燕山期花崗巖體;遙感異常與斷裂構(gòu)造關(guān)系較為緊密，具有較明顯的近EW向斑狀分布特征，基本上沿近EW向線性構(gòu)造(帶)和礦帶斷續(xù)展布。

遙感異常以鐵染異常為主，有規(guī)律地分布在不同巖石地層單元的邊界處。該區(qū)段較多，成礦地質(zhì)條件優(yōu)越。建議在已知礦床周邊，針對(duì)遙感地質(zhì)解譯結(jié)果與遙感異常套合較好且分布集中的有利地段，開展進(jìn)一步礦產(chǎn)詳查工作。

5 結(jié)論

1)本文利用多源遙感數(shù)據(jù)，采用圖像融合、主成分變換、比值分析和濾波增強(qiáng)等方法，通過對(duì)地物信息的增強(qiáng)處理，突出了不同影像單元的對(duì)比度，有效地圈定了巖石和地層界線，取得了較好的地質(zhì)效果;同時(shí)結(jié)合數(shù)字高程模型(DEM)制作三維立體模型，提高了不同地物信息的對(duì)比度和可識(shí)別程度，更加有效地提取出線性構(gòu)造、環(huán)形構(gòu)造和火山機(jī)構(gòu)，為該地區(qū)的找礦預(yù)測(cè)和資源評(píng)價(jià)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考依據(jù)。

2)盡管研究區(qū)地表破壞嚴(yán)重，且大部分為白堊系紅層所覆蓋，但通過遙感異常信息提取，結(jié)合已有礦產(chǎn)資料，發(fā)現(xiàn)和圈定的遙感找礦有利區(qū)的鐵染異常均有規(guī)律地呈斑狀分布在火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖出露帶上;且基本沿重要含礦地層單元界線呈線性展布，受構(gòu)造控制特征明顯，與鈾礦成礦關(guān)系密切。

3)受客觀條件限制，本文的找礦預(yù)測(cè)方法和成果還有待進(jìn)一步補(bǔ)充和完善，如遙感異常篩選、圖像增強(qiáng)等技術(shù)手段的針對(duì)性有待加強(qiáng)。在后續(xù)工作中將繼續(xù)進(jìn)行更深入的遙感找礦研究。

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