基于多源遙感技術(shù)的納米比亞3602 鈾礦權(quán)區(qū)構(gòu)造識別及控礦作用分析

王俊虎，武 鼎，張杰林

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點實驗室，北京100029）

納米比亞位于非洲西南部，國土面積約82.4萬平方公里，于1990年3月21日獨立并與我國建立外交關(guān)系，是我國重要的“一帶一路”沿線國家合作伙伴。納米比亞盛產(chǎn)鉆石、鈾、銅、鉛、鋅等礦產(chǎn)資源，素有“戰(zhàn)略金屬儲備庫”之稱。全國現(xiàn)已查明鈾品位高于0.05%，規(guī)模大于500 噸的各類鈾礦床30 余個，鈾礦生產(chǎn)量現(xiàn)位居世界第四位，是重要的鈾礦出口國[1，2]。2019年7月，中國核工業(yè)集團有限公司正式控股羅辛鈾礦山，為中非“一帶一路”合作發(fā)揮了積極的示范作用。因此，開展羅辛及外圍地區(qū)鈾成礦環(huán)境評價，特別是構(gòu)造識別與控礦作用研究，指出鈾礦擴大方向，對羅辛鈾礦山可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

前人在羅辛鈾礦山及外圍開展過一些構(gòu)造地質(zhì)學(xué)及其與鈾成礦的關(guān)系研究，并取得一定的研究成果[3，4]。但由于受到野外工作環(huán)境和交通條件的限制，傳統(tǒng)的野外構(gòu)造識別工作多集中于多個單點的觀測，觀察視域范圍有限，對于全局構(gòu)造分布構(gòu)架的認識具有一定的局限性。而構(gòu)造遙感識別技術(shù)作為一種先進的現(xiàn)代化礦產(chǎn)勘查工作技術(shù)方法，因其觀測范圍廣闊且不受地面自然條件和探礦權(quán)限范圍限制，可以全面、真實、客觀直接反映出露構(gòu)造和間接反映隱伏構(gòu)造總體和個體的物理特征及其幾何形態(tài)，在構(gòu)造解譯和成礦環(huán)境分析中發(fā)揮著重要的作用[5-8]。

本文以羅辛鈾礦床外圍3602 鈾礦權(quán)區(qū)為研究對象，在對全區(qū)構(gòu)造發(fā)育的地質(zhì)認識和野外實地調(diào)查基礎(chǔ)上，基于多光譜ETM+和高分辨率QuickBird 多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及構(gòu)造解譯技術(shù)，開展全區(qū)構(gòu)造的遙感精細解譯，厘定斷裂和褶皺構(gòu)造的幾何展布形態(tài)，分析區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造對鈾成礦的制約作用，旨在為羅辛鈾礦山擴大資源量提供技術(shù)支撐。

1 區(qū)域基本構(gòu)造格架

納米比亞在大地構(gòu)造單元上可劃分為三大塊體，即西部和中部屬達馬拉造山帶，北部屬剛果克拉通南部，東南部屬卡拉哈里克拉通北緣。中部的達馬拉造山帶為世界上重要鈾成礦帶，該造山帶可劃分為南帶、中央帶和北帶。研究區(qū)位于中央帶，相當(dāng)于俯沖型巖漿弧的根部，以廣泛發(fā)育白崗巖和穹盆構(gòu)造為顯著特征。中央帶的北部邊界為奧馬魯魯大斷裂，南部邊界為奧卡漢賈大斷裂，中部為著名的千歲蘭控礦大斷裂。區(qū)域構(gòu)造線方向主要為北東向，并發(fā)育一系列北東向的斷層和褶皺，納米比亞主要鈾礦床（點）亦集中分布于中央帶北東向斷裂帶的夾持部位[3，4，9]。

2 研究區(qū)構(gòu)造地質(zhì)背景

3602鈾礦權(quán)區(qū)（又稱“歡樂谷”）位于以白崗巖和露天開采等特質(zhì)而舉世聞名的羅辛鈾礦山的東側(cè)，全區(qū)長約45 公里，寬約24 公里。區(qū)內(nèi)發(fā)育的地層（由老到新）主要有：早前寒武系的前達馬拉基底—阿巴比斯雜巖體，上元古界達馬拉層序的艾杜西斯組（Net）、可汗組（Nkn）、羅辛組（Nrs）、楚斯組（Nch）、卡里畢比組（Nkb）和卡塞布組（Nks）[10]。區(qū)內(nèi)斷裂和褶皺構(gòu)造非常發(fā)育，而且十分復(fù)雜。斷裂走向主要為北東向、北北東向，次為北西向、近東西向和南北向，且經(jīng)歷了多期（次）活動。早期斷裂以區(qū)域壓扭型左行剪切活動為主，多形成逆斷層（推覆構(gòu)造），導(dǎo)致地層展布、區(qū)域片理化、背斜和向斜軸向均為北東向。地層后期遭受北東向斷裂疊加，使局部褶皺軸向發(fā)生小角度偏轉(zhuǎn)，區(qū)域片理化、褶皺軸向轉(zhuǎn)為北北東向；晚期則表現(xiàn)為張扭性拉張活動，在斷裂帶內(nèi)可見構(gòu)造角礫巖、碎裂巖和碎斑巖等[11]。區(qū)內(nèi)發(fā)育同構(gòu)造花崗巖、紅色細粒花崗巖、淺色花崗巖、輝綠巖及粗玄巖脈等六期巖漿巖。其中，淺色花崗巖又稱白崗巖，主要分為A、B、C、D、E、F 六期，D 期和E 期白崗巖為主要的含鈾礦巖體。區(qū)內(nèi)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)了瓦倫西亞鈾礦床，2 號、15 號和18 號等鈾異常點[12]。

3 數(shù)據(jù)源選取與預(yù)處理

研究區(qū)主要地形地貌為裸露的山區(qū)，地質(zhì)體出露情況良好，非常適合基于遙感技術(shù)開展構(gòu)造解譯。本文選取了對中、大型構(gòu)造等地質(zhì)體識別良好的中等分辨率Landsat7 ETM+遙感數(shù)據(jù)，以及可精細刻畫小型構(gòu)造和地形地貌的高分辨率QuickBird 遙感數(shù)據(jù)。Landsat7 ETM+遙感數(shù)據(jù)從GLFC 上免費獲取，且已經(jīng)過了輻射和幾何校正。該數(shù)據(jù)質(zhì)量良好，清晰無云且信噪比高。為差異化突出顯示地質(zhì)體信息，提高ETM+遙感影像可解譯度，對ETM+數(shù)據(jù)開展了752 三波段假彩色合成，以及與ETM+全色波段的數(shù)據(jù)融合處理，獲取了15 米分辨率的ETM+752 假彩色融合影像圖。QuickBird 數(shù)據(jù)從商業(yè)公司購買，且為經(jīng)過輻射和幾何校正的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。為了進一步提高QuickBird 數(shù)據(jù)遙感可解譯度，對該數(shù)據(jù)開展了321 三波段近似真彩色合成，以及與全色波段的數(shù)據(jù)融合處理，獲取了0.61 米分辨率的QuickBird 321 近似真彩色影像圖。

4 研究區(qū)構(gòu)造遙感解譯標(biāo)志構(gòu)建與識別

4.1 斷裂構(gòu)造解譯標(biāo)志

斷裂是構(gòu)造應(yīng)力作用的產(chǎn)物，他的形成必將影響其周圍一定長度、寬度和深度的區(qū)域，在空間上均會以帶的形式出現(xiàn)，因巖性改變和構(gòu)造應(yīng)力狀態(tài)的不同而導(dǎo)致的差異風(fēng)化或差異侵蝕，使得斷裂構(gòu)造會在遙感影像上形成獨特的紋理和色調(diào)等識別特征，不同空間尺度的線性構(gòu)造構(gòu)成了一幅空間結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜的構(gòu)造景觀影像。因此，斷裂構(gòu)造便可以用其獨有地形或兩側(cè)地貌景觀和水系類型的差異而得到顯示，或因其兩側(cè)地區(qū)在影像圖形結(jié)構(gòu)和色調(diào)上的差異而顯示出來[13]。依據(jù)斷裂構(gòu)造遙感解譯的地學(xué)原理，結(jié)合研究區(qū)特有的斷裂發(fā)育特征，本文基于ETM+多光譜數(shù)據(jù)和QuickBird 高分辨率數(shù)據(jù)，以圖像紋理的不連續(xù)性為主線，以線性特征識別為原則，構(gòu)建了斷裂構(gòu)造遙感影像的解譯標(biāo)志。

4.1.1 巖層標(biāo)志。巖層或其他地質(zhì)體（如巖體、巖脈等）影像被切割或橫向斷開，以及兩套不同巖層沿走向斜交等現(xiàn)象，均指示斷裂構(gòu)造的可能存在。

4.1.2 構(gòu)造標(biāo)志。構(gòu)造的不連續(xù)是斷裂構(gòu)造存在的主要解譯標(biāo)志。造成構(gòu)造不連續(xù)的原因可能是由后期發(fā)育的橫斷層、斜斷層或走向斷層造成的，如褶皺、斷裂等構(gòu)造沿走向發(fā)生突然錯移或中斷，說明其又被后期斷裂錯開（圖1）。此外，規(guī)模大的斷裂往往形成構(gòu)造破碎帶，表現(xiàn)為負地形、含水、植被生長茂盛等特征，在遙感影像上顯示出斷續(xù)延伸的線狀影像特征。

圖1 基于QuickBird 數(shù)據(jù)的早期斷裂被后期斷裂錯斷遙感解譯圖（左）和構(gòu)造破碎帶野外實景圖（右）

4.1.3 水系標(biāo)志。水系的類型、分布、流向等特征受斷裂的影響和控制比較明顯，在遙感影像上特征也比較突出。因此，水系解譯亦是構(gòu)造解譯的重要標(biāo)志。指示斷裂構(gòu)造存在的水系解譯標(biāo)志為：河流、湖波等水體被切斷、錯移或?qū)捳蝗蛔兓?；角狀、格子狀等水系受區(qū)域斷裂構(gòu)造控制所形成，而倒鉤狀、對口河等特殊水系類型則是斷裂存在的直接標(biāo)志；多類水體如湖泊、沼澤、泉水等沿一條斷裂線斷續(xù)分布等。

4.1.4 地貌標(biāo)志。斷裂構(gòu)造活動會對周圍地形地貌產(chǎn)生明顯的影響，如斷層三角面、斷層崖的存在并呈直線狀斷續(xù)延伸一定的距離；階地、山脊線、洪積扇等地貌要素的錯動，如一系列平行的山脊沿走向垂直于山脊走向發(fā)生山體錯斷，這條中斷或錯開線可能為斷層；線狀分布的壟崗地形，斷裂帶上的巖石發(fā)生硅化，或者有酸性巖脈侵入時，由于抗侵蝕風(fēng)化能力較強，常形成壟崗狀地形；兩種截然不同的地貌景觀呈較長直線連接，如山區(qū)和平原之間成直線分界等。

4.2 褶皺構(gòu)造解譯標(biāo)志

遙感影像中的褶皺信息主要通過紋形標(biāo)志、影像相同或相近的巖層對稱出現(xiàn)等特征進行提取，而背斜與向斜解譯則主要通過巖層三角面及褶皺轉(zhuǎn)折端產(chǎn)狀的確定來加以識別。本文基于高分辨率QuickBird數(shù)據(jù)和多光譜ETM+ 數(shù)據(jù)，開展了褶皺構(gòu)造遙感解譯，建立了研究區(qū)褶皺構(gòu)造的遙感解譯標(biāo)志。

4.2.1 色調(diào)與圖形標(biāo)志。遙感影像上不同色彩或不同深淺的條帶狀影紋，呈半圈閉或圈閉的橢圓形、圓型、長條形的圖形，或者為有規(guī)律地轉(zhuǎn)折為馬蹄形、弧形、三角形，并具明顯對稱性的圖形均指示褶皺構(gòu)造的存在。

4.2.2 轉(zhuǎn)折端標(biāo)志。轉(zhuǎn)折端是識別褶皺的重要標(biāo)志，特別是在構(gòu)造變動強烈地區(qū)，多發(fā)于緊密褶皺和倒轉(zhuǎn)褶皺，當(dāng)上述標(biāo)志不明顯時，尋找轉(zhuǎn)折端是確定褶皺存在的主要手段。在遙感影像中存在帶狀彎曲影像特征的巖層，同時具有巖層三角面的產(chǎn)狀有規(guī)律的偏轉(zhuǎn)，構(gòu)成弧形、馬蹄形等級和形態(tài)，則是褶皺轉(zhuǎn)折端的影像識別特征（圖2 左）。

4.2.3 特殊水系標(biāo)志。與褶皺有關(guān)的水系樣式，均由特定的地形引起。褶皺兩翼的河流通常沿著兩堅硬巖層間的軟弱巖層平行于巖層走向流動，支流則順著順向坡及逆向坡流下，支流的相對長度、疏密程度及類型為推斷巖層的傾斜方向提供了線索。向斜盆地形成向心狀水系，穹窿則形成放射狀水系，這些特殊水系均作為了本次解譯褶皺構(gòu)造的間接標(biāo)志（圖2 右）。

圖2 基于ETM+ 數(shù)據(jù)的瓦倫西亞穹窿褶皺（左）和羅辛穹窿褶皺（右）遙感解譯圖（紅色箭頭指示放射狀水系）

4.3 研究區(qū)構(gòu)造遙感識別

基于上文建立的斷裂和褶皺構(gòu)造的遙感解譯標(biāo)志，結(jié)合研究區(qū)鈾成礦要素分析，識別出了區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂和褶皺構(gòu)造，疊合已知鈾礦床（異常點），編制了研究區(qū)構(gòu)造遙感解譯圖（圖3）。

圖3 研究區(qū)構(gòu)造遙感解譯圖

5 研究區(qū)構(gòu)造控礦作用分析

從本文解譯的研究區(qū)構(gòu)造和已知的鈾礦床（異常點）的分布規(guī)律可以總結(jié)出：16 處鈾礦床（異常點）中有13 處位于北東向大斷裂控制的褶皺地層膨大虛脫的部位，占現(xiàn)有鈾礦異常點數(shù)的81.25%。其中，羅辛鈾礦床、瓦倫西亞鈾礦床，1、2、3、4、9、10、13、15、16、17、18 號鈾異常點分布于軸向為北東向褶皺地層破碎虛脫的部位，而且這些異常點帶的放射性異常均以富鈾為主。而未分布于褶皺地層的2、6、7、8 等其他鈾異常點則主要以富釷為主。值得注意的是，羅辛鈾礦床產(chǎn)出于羅辛穹窿的東南轉(zhuǎn)折端（圖2 右），瓦倫西亞鈾礦床產(chǎn)出于瓦倫西亞穹窿的東北轉(zhuǎn)折端（圖2 左），而且兩大鈾礦床的成礦巖體均侵入于穹隆邊部褶皺地層的轉(zhuǎn)折膨大部位，但在穹窿內(nèi)部侵入的巖體則沒有成礦，說明了只有在地層褶皺成穹隆這一時期侵入的巖體富鈾，而且可能形成鈾礦床。另外，無論從礦床規(guī)模還是礦化品位，瓦倫西亞鈾礦床均比羅辛鈾礦床遜色許多，從遙感影像顯示的穹隆形態(tài)來看（圖2），瓦倫西亞穹隆規(guī)模明顯小于羅辛穹隆，是否正是因為瓦倫西亞穹隆褶皺發(fā)育的成熟度低造成了侵入巖體的鈾礦化規(guī)模較小、品位較低？而當(dāng)?shù)貙玉薨欀粮鼮槌墒斓牧_辛穹隆時，這一時期侵入的巖體才可能形成大而富的鈾礦床。

綜上，基于研究區(qū)解譯構(gòu)造并結(jié)合區(qū)內(nèi)鈾成礦地質(zhì)環(huán)境綜合分析可以得出，區(qū)內(nèi)主要的控礦構(gòu)造樣式為斷裂—穹—褶式，多數(shù)富鈾白崗巖體的侵位與北東向大斷裂及其引起的褶皺相伴，北東向大斷裂主導(dǎo)的褶皺構(gòu)造控制著區(qū)內(nèi)鈾礦化的產(chǎn)出。當(dāng)?shù)貙玉薨櫚l(fā)育至成熟的羅辛穹隆期時，侵入的巖體則有望發(fā)育成為富大鈾礦床。

6 結(jié)論

6.1 基于中等分辨率多光譜ETM+ 數(shù)據(jù)和高分辨率QucikBird 數(shù)據(jù)的多源遙感解譯技術(shù)，結(jié)合野外地質(zhì)踏勘，構(gòu)建了納米比亞3602 鈾礦權(quán)區(qū)斷裂和褶皺構(gòu)造的遙感解譯標(biāo)志，識別出了區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要斷裂和褶皺構(gòu)造。

6.2 基于解譯的斷裂和褶皺構(gòu)造樣式，并結(jié)合區(qū)內(nèi)鈾成礦特征和已知鈾礦床（異常）綜合分析得出，區(qū)內(nèi)主要控礦構(gòu)造樣式為北東向的斷裂—穹—褶式，區(qū)內(nèi)鈾礦化主要產(chǎn)出于北東向大斷裂主導(dǎo)的褶皺構(gòu)造轉(zhuǎn)折端。

6.3 區(qū)內(nèi)發(fā)育了多期次斷裂構(gòu)造引發(fā)的地層褶皺變形，但僅有當(dāng)?shù)貙玉薨欀脸墒斓牧_辛穹隆期時，侵入的白崗巖體才有望發(fā)育成為規(guī)模較大的鈾礦床。