寧夏區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與圍巖蝕變遙感信息提取

張永庭，張曉東，劉自增，張永杰，張慧娟

(1.寧夏遙感測繪勘查院，銀川 750021;2.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，銀川 750021)

寧夏區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與圍巖蝕變遙感信息提取

張永庭1，張曉東2，劉自增1，張永杰1，張慧娟1

(1.寧夏遙感測繪勘查院，銀川 750021;2.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)調(diào)查院，銀川 750021)

為了對寧夏回族自治區(qū)(以下簡稱為寧夏區(qū))礦產(chǎn)資源潛力進行評價，以ETM+遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)信息源，首先采用人工目視解譯和計算機自動提取方法提取了寧夏區(qū)線性、環(huán)形構(gòu)造信息;然后應(yīng)用主成分分析和光譜角法提取了鐵染和羥基蝕變異常信息;最后，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造條件，綜合分析總結(jié)了寧夏區(qū)線性、環(huán)形構(gòu)造特征和蝕變異常的分布特征及其示礦意義。研究結(jié)果表明:提取的區(qū)域線性構(gòu)造與寧夏區(qū)地質(zhì)研究確立的區(qū)域構(gòu)造格架展布形態(tài)基本吻合;在衛(wèi)寧北山、賀蘭山北段等重點找礦遠景區(qū)，構(gòu)造和蝕變異常信息是礦產(chǎn)資源潛力評價的主要要素。根據(jù)提取的構(gòu)造和蝕變異常信息圈定的找礦靶區(qū)(或稱遙感最小預(yù)測區(qū))，為在以上地區(qū)開展礦產(chǎn)資源勘查和潛力評價提供了參考依據(jù)，并在局部地段得到了勘探結(jié)果驗證。

寧夏;礦產(chǎn)資源;潛力評價;構(gòu)造特征;蝕變信息

0 引言

隨著遙感技術(shù)的進步，遙感在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用越來越深入，利用遙感信息進行地質(zhì)分析的能力也在不斷提高［1－3］。自20世紀80年代航空與衛(wèi)星遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)找礦以來，空間遙感技術(shù)和信息處理技術(shù)水平不斷提高，以定性和定量交互解譯為基礎(chǔ)的地質(zhì)解譯以及與多波段遙感圖像處理相結(jié)合的方法已經(jīng)成為尋找遙感地質(zhì)異常的重要方法手段。遙感找礦是以現(xiàn)代成礦理論為指導，在查明地質(zhì)異常形成機理的基礎(chǔ)上，通過處理和解譯各類遙感圖像，提取與礦產(chǎn)相關(guān)的礦化蝕變異常信息，并結(jié)合物探、化探等資料，通過分析與推理來圈定成礦遠景區(qū)和找礦靶區(qū)［4－7］。本文以ETM+遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以“全國礦產(chǎn)資源潛力評價項目辦公室”制定的《遙感資料應(yīng)用技術(shù)要求》中的遙感地質(zhì)解譯和蝕變信息提取技術(shù)為主要方法，在寧夏回族自治區(qū)(寧夏區(qū))開展了區(qū)域構(gòu)造和礦化蝕變異常信息提取的遙感研究工作，其成果對寧夏區(qū)區(qū)域構(gòu)造格架的認識和劃分，以及重點多金屬找礦靶區(qū)的圈定均具有很好的指導意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

寧夏區(qū)地處中國地質(zhì)、地貌單元分界的“南北中軸”的北段，位于華北臺地、阿拉善臺地與祁連褶皺山地之間。區(qū)內(nèi)高原與山地交錯，大地構(gòu)造單元復雜。大地構(gòu)造上，以牛首山—羅山—固原斷裂為界，將寧夏區(qū)分為華北陸塊西南緣和秦祁昆活動造山帶兩大構(gòu)造單元，寧夏區(qū)東部和北部屬華北陸塊之鄂爾多斯地塊，西側(cè)與屬于西域陸塊的阿拉善地塊(內(nèi)蒙古境內(nèi))相接;西南部屬于秦祁昆造山帶之北祁連弧盆系(北祁連加里東造山帶)。沿區(qū)內(nèi)西部邊界自北向南的賀蘭山—衛(wèi)寧北山—香山—南西華山一線為基巖山區(qū)，基巖出露面積大，植被覆蓋度低，線性構(gòu)造、巖性影像特征明顯，遙感地質(zhì)可解程度高，是自治區(qū)多金屬礦的重點成礦區(qū)帶。其他地區(qū)(主要包括北部平原農(nóng)田分布區(qū)、中部干旱荒漠丘陵區(qū)、寧南黃土塬區(qū))因受地表植被及黃土覆蓋等的影響，地質(zhì)信息可解譯程度不高。

2 研究方法

2.1 遙感數(shù)據(jù)及影像圖制作

本項研究采用的遙感數(shù)據(jù)為2000年7—9月收錄的覆蓋寧夏及其周邊地區(qū)的11景ETM+數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總體質(zhì)量較好，無云、雪覆蓋，影像清晰，能滿足研究要求。

遙感數(shù)據(jù)處理主要包括幾何糾正，圖像合成、融合及增強、調(diào)色等。本次幾何糾正參照全區(qū)及周邊省份的1∶5萬地形圖選取控制點進行。結(jié)合解譯目標，采用 ETM+7(R)，4(G)，1(B)合成方案進行彩色合成，合成后的圖像色彩層次強，地質(zhì)信息和地表環(huán)境信息豐富，有利于構(gòu)造信息的解譯和提取。將經(jīng)過以上處理的各景圖像再進行鑲嵌、增強和調(diào)色等處理，制作寧夏區(qū)衛(wèi)星影像圖(圖1)，并以此作為遙感解譯研究用的基礎(chǔ)底圖。

圖1 寧夏區(qū)ETM+影像圖Fig.1 ETM+image of Ningxia

2.2 構(gòu)造解譯

以寧夏區(qū)ETM+影像圖(圖1)為基礎(chǔ)圖像，采用人機交互模式進行綜合目視解譯，開展了全區(qū)線性、環(huán)形構(gòu)造遙感信息提取。在遙感圖像上，斷裂兩側(cè)的地貌、色調(diào)和水系特征差異明顯，線性影像特征突出。賀蘭山地區(qū)的線性構(gòu)造以直線型的山脊、直線排列的斷層三角面、形態(tài)突變的水系和地貌色調(diào)明顯差異為主要解譯標志［8］;環(huán)形構(gòu)造以具有封閉、半封閉環(huán)狀或弧形影像特征為解譯標志(圖2)。

圖2 寧夏區(qū)大型遙感線、環(huán)構(gòu)造分布示意圖Fig.2 The sketch map of large scale remote sensing linear and circle structures distribution in Ningxia

2.3 蝕變異常信息提取

巖石中常見的蝕變類型主要為綠泥石化、絹云母化、高嶺土化、褐鐵礦化以及黃鐵礦化等，它們均含有Fe2+，F(xiàn)e3+離子或者OH－，CO2－3離子。由這些基團構(gòu)成的巖石礦物與硅、鋁、鎂和氧形成的主要造巖礦物相比在ETM+1—5和7波段上存在有明顯的特征譜帶。其中，鐵化和泥化是蝕變信息提取的主要目標。通過對ETM+不同波段組合圖像的增強處理，可圈定出蝕變異常的范圍和強度，而這些信息常常與礦床的規(guī)模及礦化強度相關(guān)。因此，蝕變異常信息的提取可為地質(zhì)找礦提供重要依據(jù)。

對鐵染、羥基蝕變異常信息的提取統(tǒng)一采用“去干擾異常主分量閾值化技術(shù)”并結(jié)合光譜角監(jiān)督分類技術(shù)進行一次性異常信息提取。提取時，首先以ETM+圖像的“景”為單位，分別對ETM+1，3，5，7 波段和 ETM+1，3，4，5 波段進行主成分分析，選擇異常主分量，將異常區(qū)域提取出來并用白色突出顯示;然后再進行強度分級并設(shè)置不同級別的顏色。利用該方法對羥基(泥化)和鐵染(鐵化)2種［9－11］圍巖蝕變異常信息進行提取(圖 3)。光譜角法用ETM+1—5，ETM+7波段數(shù)據(jù)聯(lián)合提取鐵染、羥基蝕變異常信息。用光譜角監(jiān)督分類法進行異常信息提取時，首先以研究區(qū)具有大、中型成礦前景的相同成因的礦床作為參考;然后選用不同波段圖像的比值分析、高端切割和低端切割等數(shù)學方法對研究區(qū)的每景圖像分別進行植被、鹽堿地、水體以及陰影等干擾地物的去除;最后，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計方法中的X+Kσ(X表示均值，σ為標準方差)值對異常主分量進行分級。本文將異常分為3級，提取的羥基異常采用Kσ數(shù)值進行分級，一、二、三級異常的 Kσ 值分別為 3.3，2.8 和 2.3; 一、二、三級鐵染異常的 Kσ 值分別為3.0，2.5 和2.0。

圖3 寧夏區(qū)遙感羥基鐵染異常分布Fig.3 Distribution of hydroxide radical and iron alteration anomalies in Ningxia

3 區(qū)域構(gòu)造遙感特征

構(gòu)造解譯是地質(zhì)解譯的重點，構(gòu)造解譯程度的高低，對巖性、地層和礦產(chǎn)的解譯影響很大，它決定了地質(zhì)解譯效果的好壞［12－14］。寧夏自治區(qū)地處華北臺地、阿拉善臺地與祁連山褶皺之間。區(qū)內(nèi)高原與山地交錯，大地構(gòu)造單元復雜，區(qū)內(nèi)沉積地層廣布，巖漿巖出露較少。在遙感影像特征上反映出線性構(gòu)造特征明顯，環(huán)形構(gòu)造相對較弱的特點(圖2)。

3.1 線性構(gòu)造分布特征

在全區(qū)共解譯斷裂276條，按照其規(guī)模大小分為3級，其中大型斷裂11條(圖2)，中型斷裂16條，小型斷裂249條。以寧夏區(qū)兩大構(gòu)造單元的分界線——牛首山—羅山—固原斷裂為界，全區(qū)遙感解譯的線性構(gòu)造分布具明顯的分帶特征。該斷裂以南，以呈北東(NE)方向拱突的北西西(NWW)—南北(SN)向大中型弧形推覆構(gòu)造為主，其間沿山間盆地發(fā)育北西(NW)向、南北(SN)向中小型斷裂。在遙感圖像上，斷裂兩側(cè)的地貌、色調(diào)差別較大。寧北地區(qū)構(gòu)造以近北東(NE)至南北(SN)向的賀蘭山東麓大斷裂和黃河大斷裂為主體，在賀蘭山地區(qū)則發(fā)育一系列與大斷裂近垂直的北西(NW)向中、小型斷裂。在鄂爾多斯臺地西緣的鹽池地區(qū)發(fā)育少量近南北(SN)向中、小型隱伏斷層。通過與區(qū)內(nèi)已知實測及通過物探手段推斷的大型斷裂的分布形態(tài)進行對比分析，本次解譯的區(qū)域線性構(gòu)造與寧夏區(qū)區(qū)域構(gòu)造格架的展布形態(tài)基本吻合。這也對黃河大斷裂、車道—阿色浪大斷裂等推測斷裂給予了有效驗證。遙感解譯的線性構(gòu)造對牛首山—羅山斷裂、清水河斷裂等已知斷裂的分布位置和形態(tài)也進行了修正。這為今后進一步開展本區(qū)區(qū)域構(gòu)造格架的研究提供了更加豐富的參考依據(jù)。

3.2 環(huán)形構(gòu)造分布特征

全區(qū)共解譯出6種成因類型的共73個環(huán)形構(gòu)造(圖2)，按照規(guī)?？煞譃榫扌?、大型、中型和小型4類。寧夏區(qū)以沉積巖分布為主，火山活動、巖漿侵入活動較弱，巖漿巖分布面積小，環(huán)形構(gòu)造主要與構(gòu)造穹窿、構(gòu)造盆地和褶皺有關(guān)，與古生代花崗巖侵入有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造和與隱伏巖體有關(guān)的環(huán)形構(gòu)造較少。如區(qū)內(nèi)海原縣大紅尖山、中衛(wèi)市香山—月亮山與南華山交匯處的環(huán)形構(gòu)造以及牛首山、大羅山等地區(qū)分布的大型環(huán)形構(gòu)造均與構(gòu)造穹窿或構(gòu)造盆地有關(guān)。

另有部分成因不明的中小型環(huán)形構(gòu)造。這些環(huán)形構(gòu)造主要沿賀蘭山、衛(wèi)寧北山、香山、南西華山以及月亮山等基巖山區(qū)分布，在區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動強烈的西南部——秦祁昆造山帶的走廊過渡帶地區(qū)分布較為集中。

4 蝕變異常分布特征

4.1 鐵染異常特征

應(yīng)用遙感數(shù)據(jù)提取的寧夏區(qū)鐵染異常分布面積較小(圖3)，總面積為33.02 km2。異常強度以二、三級較弱異常為主。在寧夏區(qū)北部，主要分布在銀川平原沙湖南北兩側(cè)的鹽堿地和沙地中，是地表物質(zhì)氧化引起的非礦化異常。衛(wèi)寧北山地區(qū)的鐵染異常主要分布在西北部的麥堆山、西半部的石墩水及色井溝一帶，雖然異常分布面積不大，但與該地區(qū)已知金屬礦(化)點位置較為吻合，且分布區(qū)構(gòu)造發(fā)育，應(yīng)該與鐵礦有關(guān)的礦化蝕變有關(guān)。而同心東北部地區(qū)的丁家二溝、西部黃谷川地區(qū)和海原縣鹽池地區(qū)的零星鐵染異常，則是高鹽分地層或地表物質(zhì)氧化導致，推測與該地區(qū)分布的石膏、石灰?guī)r等非金屬礦體有關(guān)，有待于下一步查證。

4.2 羥基異常特征

全區(qū)羥基異常分布面積相對較大(圖3)，達126.55 km2。其中一、二、三級強度異常均有分布。異常分布區(qū)域相對較為集中，分布面積較大的異常主要分布于賀蘭山北段、中南段和衛(wèi)寧北山、香山等基巖山區(qū)。

衛(wèi)寧北山區(qū)的羥基蝕變異常具有明顯的分布規(guī)律，主要呈EW和SN兩條帶狀，沿石炭系臭牛溝組地層邊緣接觸帶分布。該異常分布區(qū)內(nèi)斷層、褶皺發(fā)育。香山地區(qū)的羥基蝕變異常分布面積較大，主要分布在香山西麓北長灘下石炭統(tǒng)與香山群接觸帶交匯部位，和已知鐵礦點位置吻合，推測這些異常為與構(gòu)造有關(guān)的熱液蝕變異常。在同心縣西部的喊叫水—王團—高崖一帶和同心縣東部的劉家溝灣—窯山—李旺一帶，羥基異常呈帶狀分布，主要分布在古近系、新近系地層的接觸帶和斷裂帶處，推測與該地區(qū)第三系高含鹽地層有關(guān)，對該地區(qū)石膏等非金屬礦具有一定的示礦意義。

本次提取的鐵染、羥基異常信息作為主要要素在衛(wèi)寧北山、賀蘭山北段及香山地區(qū)等重點找礦預(yù)測區(qū)的多金屬礦產(chǎn)預(yù)測評價中發(fā)揮了重要作用。依據(jù)蝕變異常信息圈定的遙感最小預(yù)測區(qū)，在該地區(qū)開展礦產(chǎn)資源調(diào)查評價，起到了指導作用。

5 結(jié)論

1)以覆蓋寧夏全區(qū)的ETM+遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)信息源，提取了全區(qū)范圍1∶50萬比例尺的區(qū)域遙感線性、環(huán)形構(gòu)造，為部分推斷性的區(qū)域性大型斷裂的空間展布形態(tài)和位置提供了遙感依據(jù)，從而進一步提高了對該區(qū)構(gòu)造特征的認識。本次提取的大型區(qū)域性遙感線性構(gòu)造大多與已知的地質(zhì)實測和物探推測的斷裂構(gòu)造吻合。對于一些中小型遙感線性影像，是否為斷裂構(gòu)造有待于今后地質(zhì)研究工作的進一步分析驗證。

2)以ETM+影像為數(shù)據(jù)源，采用主成分分析法進行寧夏全區(qū)范圍的鐵染、羥基遙感異常信息提取，并對異常分布特征進行了描述。尤其是在賀蘭山北段、衛(wèi)寧北山等重點多金屬找礦勘查區(qū)，遙感提取的線、環(huán)構(gòu)造以及鐵染、羥基異常信息，為在該地區(qū)圈定找礦靶區(qū)，有效縮小找礦目標提供了很有價值的參考資料，有的遙感異常信息已在現(xiàn)有的勘探成果中得到了有效驗證。建議對尚未進行驗證的遙感最小預(yù)測區(qū)和異常分布區(qū)在今后的礦產(chǎn)勘查工作中給予重點關(guān)注。

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The Extraction of Fault Structure and Wall Rock Alteration Remote Sensing Information in Ningxia

ZHANG Yong－ting1，ZHANG Xiao－dong2，LIU Zi－zeng1，ZHANG Yong－jie1，ZHANG Hui－juan1
(1.Ningxia Remote Sensing Center，Yinchuan 750021，China;2.Ningxia Geological Survey Institute，Yinchuan 750021，China;)

In order to evaluate mineral resources in Ningxia，the authors used ETM+satellite remote sensing data to extract linear and circular structure information of Ningxia by means of manual visual interpretation and computerization.At the same time，information of iron and hydroxide radical anomalies was collected by the principal components analysis and spectral － angle mapper.In combination with regional geological structure conditions，the authors made an integrated analysis of remote sensing linear character，circular structure and distribution characteristics and anomaly information in Ningxia and its indicative significance for mineral resources.The results show that remote sensing linear structure is almost identical with regional structure distribution of Ningxia，and the remote sensing linear structure and anomaly information can be employed to act as the main forecast factors for mineral resource potential evaluation in Weining North Mountain and Helan Mountain.The identified prospecting targets have provided an ideal indicative reference for mineral exploration，and some targets has already been verified by exploration results.

Ningxia;miner resource;potential evaluation;structural characteristics;alteration information

TP 79

A

1001－070X(2012)01－0132－05

2011－06－02;

2011－07－01

中國地質(zhì)調(diào)查局全國礦產(chǎn)資源潛力評價寧夏礦產(chǎn)資源潛力評價項目(編號:1212010813029)資助。

10.6046/gtzyyg.2012.01.23

張永庭(1975－)，男，高級工程師，主要從事資源環(huán)境遙感應(yīng)用研究。E－mail:zhangyt2911@sina.com。

(責任編輯:刁淑娟)