離子吸附型稀土礦資源潛力遙感定量預(yù)測
——基于SPOT 5數(shù)據(jù)的地貌研究

王耿明，黃鐵蘭，朱俊鳳，徐燕君

離子吸附型稀土礦資源潛力遙感定量預(yù)測
——基于SPOT 5數(shù)據(jù)的地貌研究

王耿明，黃鐵蘭，朱俊鳳，徐燕君

(廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣州 510080)

為了探討現(xiàn)代地貌遙感信息的示礦意義，以廣東省全境所涉及的1∶5萬標準圖幅(共546幅)范圍為研究區(qū)，采用SPOT 5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行地貌的解譯和定位，查明了區(qū)內(nèi)地貌類型及其分布特征，獲取了有效的示礦地貌信息。該成果可為廣東省離子吸附型稀土礦勘查部署和礦產(chǎn)資源開發(fā)提供借鑒和指導(dǎo)。

SPOT 5數(shù)據(jù);稀土礦;地貌;遙感定量預(yù)測

0 引言

在礦產(chǎn)資源勘查遙感技術(shù)應(yīng)用中，通常采用中、高分辨率的遙感數(shù)據(jù)，運用圖像增強技術(shù)提取與成礦有關(guān)的現(xiàn)代地貌信息，結(jié)合區(qū)域成礦地質(zhì)背景建立遙感地質(zhì)找礦模型，達到識別礦床和圈定找礦遠景區(qū)的目的［1］。廣東省離子吸附型稀土礦產(chǎn)資源十分豐富，廣泛分布于粵北、粵東等地區(qū)，其中以揭陽、和平、英德及平遠等地較為豐富。

本文以SPOT 5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為信息源，歸納了離子吸附型稀土礦含礦巖石建造內(nèi)地貌面元影像特征和解譯方法，總結(jié)了離子吸附型稀土礦的時空分布規(guī)律，圈定了離子吸附型稀土礦的賦礦地貌面元，進行了礦產(chǎn)資源量的遙感預(yù)測。該成果對廣東省離子吸附型稀土礦勘查部署和礦產(chǎn)資源開發(fā)具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)地理地質(zhì)概況

廣東省位于我國南嶺金屬成礦帶東端，是我國有色金屬、稀有稀土金屬和放射性金屬等礦產(chǎn)資源的重要聚集區(qū)。省內(nèi)稀土礦產(chǎn)資源豐富且種類多、儲量大、分布廣，大部分易采、易選，是全國重要產(chǎn)區(qū)之一，素有“稀土金屬之鄉(xiāng)”美稱。該省地處亞熱帶，雨量充沛，植被繁茂，風化殼發(fā)育和保存良好，具有形成離子吸附型稀土礦的優(yōu)越地質(zhì)條件和地理環(huán)境。

廣東省地貌類型復(fù)雜多樣，溝谷水系發(fā)育。粵北、粵東、粵西多為中低山地和高丘陵，南部沿海則多平原和臺地。丘陵大多分布在山地周圍，與山地連接，或零星分布于沿海平原和臺地之上。

2 數(shù)據(jù)源及其處理

采用SPOT 5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行地貌解譯。首先，應(yīng)用ERDAS軟件對覆蓋廣東省范圍的82景SPOT 5圖像進行幾何糾正、數(shù)字鑲嵌等預(yù)處理;然后，通過主成分分析、方向濾波、比值增強、反差擴展及線性變換等方法，增強圖像的地貌信息;最后，選擇 B2(R)，B3(G)，B1(B)的波段組合方案［2－3］進行圖像假彩色合成，制作出色彩層次豐富、紋理清晰，可以滿足地貌解譯的遙感影像圖。

3 研究方法

3.1 高程信息提取

通過對研究區(qū)地形圖的再編輯，利用遙感影像信息制作了廣東省地勢高程圖(圖1)，并在低山丘陵地區(qū)內(nèi)提取海拔高程小于500 m、切割深度小于200 m的低緩殘丘地貌亞區(qū)。野外地質(zhì)調(diào)查與研究表明，該區(qū)風化殼發(fā)育，是離子吸附型稀土礦的有利成礦區(qū)域。

圖1 廣東省地勢高程Fig.1 Altitude map of Guangdong province

3.2 坡度信息提取

利用1∶5萬DEM數(shù)據(jù)，通過對研究區(qū)地形圖的再編輯，按一定的坡度級別制作坡度分區(qū)圖(圖2)。在全省低山丘陵地區(qū)，提取坡度小于30°(通常在15°～20°之間)的緩坡地貌地段。這些地段風化殼較為發(fā)育，且不易被剝蝕流失，是離子吸附型稀土礦有利成礦和保存的地段。

3.3 地貌遙感解譯

在花崗巖分布的低山丘陵緩坡地區(qū)，利用SPOT 5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)對含礦巖石建造內(nèi)的地貌面元進行解譯，主要步驟如下:

1)細化目標層位，確定含礦層位的賦存狀態(tài)，補充成礦作用相關(guān)信息。

2)依據(jù)地形、地貌和地層巖性特征，圈定風化殼最小預(yù)測范圍(圖3a)，風化殼主體位于花崗巖分布的低山丘陵緩坡地區(qū)。

3)對SPOT 5數(shù)據(jù)進行幾何糾正與配準，并將解譯出的第四系與原地質(zhì)圖的第四系圖層進行拼合，形成現(xiàn)代地貌圖層(圖3b)。

4)對風化殼最小預(yù)測范圍內(nèi)的已有稀土礦進行解譯，圈定已開采的稀土礦分布范圍，并將其與現(xiàn)代地貌圖層進行合并，對風化殼最小預(yù)測范圍進行裁剪分離，得到最終目標層(圖3c)［4］。

圖3 地貌遙感解譯Fig.3 Geomorphological remote sensing interpretation

4 結(jié)果與分析

4.1 典型礦床研究

廣東省較為著名的離子吸附型稀土典型礦床有5個，即有揭東縣五經(jīng)富－五房稀土礦、新豐縣來石稀土礦、平遠縣仁居稀土礦、和平縣下車稀土礦和乳源縣寨背頂稀土礦(表1)。

本文以揭東縣五經(jīng)富－五房稀土典型礦床為例，對含礦原巖及風化殼特征、礦體特征和成礦作用進行了研究。

表1 廣東省離子吸附型稀土礦典型礦床Tab.1 Ion adsorption type rare earth representative deposits in Guangdong province

4.1.1 含礦原巖及風化殼特征

含礦原巖為燕山四期中粗粒、中細粒黑云母二長花崗巖，位于饅頭山巖體東緣。風化殼呈面狀分布，依風化程度不同大致可分為3層，其特征分別如下:

1)表土層(殘坡積層)呈褐紅、土黃色，以粘土質(zhì)為主，含少量石英砂及植物根。

2)全風化層呈淺紅或灰白色，成分主要為粘土、石英及少許黑色礦物。

3)半風化層呈淺紅或灰白色，原巖結(jié)構(gòu)、構(gòu)造較清晰。

4.1.2 礦體特征

礦體賦存在黑云母二長花崗巖全風化層中。礦體形態(tài)與風化殼形態(tài)關(guān)系密切，礦體的厚度變化受花崗巖風化殼發(fā)育程度及后期改造等因素控制:一般在地形坡度平緩地段，風化殼厚度較大，礦體也較厚;在地形起伏較大地段，剝蝕作用較強烈，風化殼厚度變薄，礦體厚度也較薄。

4.1.3 成礦作用

稀土礦的形成經(jīng)歷了成礦母巖(原巖)風化—稀土礦物解離—稀土元素隨滲濾水下滲遷移—被粘土礦物吸附等過程，最終形成離子吸附型稀土礦床，并保存于低山丘陵等平緩地貌地段。

4.2 成礦規(guī)律

離子吸附型稀土礦含礦原巖主要為各類侵入巖、火山巖和次火山巖，其次為混合巖。從時間上來看，從加里東期起，經(jīng)海西期、印支期，一直到燕山期，各個時期巖漿活動都有稀土富集作用，而燕山期則是稀土富集作用的最高峰時期，其中重稀土富集作用又以燕山早期最為重要。

4.2.2 控礦規(guī)律

1)構(gòu)造控礦。構(gòu)造起著控巖、進而控礦的作用，使稀土礦床(點)成群成帶產(chǎn)出。廣東省離子吸附型稀土礦最主要受東西向和北東向構(gòu)造帶控制。

2)巖性控礦。含礦巖性多為沉積建造，古老和挽近期的斷裂構(gòu)造控制著含礦層沉積盆地的大小和形態(tài)、沉積建造的性質(zhì)、分布和厚度，控制著火山活動及其展布，同時也在一定程度上控制成礦期后的熱液活動，并對已成礦床產(chǎn)生一定的改造或富化［5－6］。

4.2.3 空間分布規(guī)律

到達陣地后，夏國忠指揮士兵們抓緊時間搶修工事。他讓戰(zhàn)士們利用地勢地形，構(gòu)筑起一條環(huán)山掩體，每隔幾米挖一個防空洞，以防鬼子飛機大炮的轟炸。

離子吸附型稀土礦在廣東省分布十分廣泛，北起于湘、贛兩省的邊界(N25°30'左右)，南到粵西電白(N21°30'左右)均有分布，其中尤以 N23°～25°之間礦化最為集中。

離子吸附型稀土礦物主要賦存在高程小于500 m、高差小于200 m，坡度小于30°的丘陵、殘丘地貌帶的燕山一、二、三、五期花崗巖中，巖性為二長花崗巖。綜合研究表明，品位較高的稀土礦物主要賦存于燕山三期的花崗巖中，燕山一、二期花崗巖含稀土品位一般偏低，而燕山四期花崗巖一般不含稀土礦物。

在SPOT 5圖像上，離子吸附型稀土礦礦體的形態(tài)在平面上呈不連續(xù)的無規(guī)則面狀影像，野外實地剖面上則呈現(xiàn)似層狀、透鏡狀或新月形等特征(圖 4)［7］。

圖4 連平地區(qū)稀土礦床SPOT 5圖像(左)與野外照片(右)Fig.4 SPOT 5 image and photo of rare earth deposit in Lianping area

4.3 礦產(chǎn)資源預(yù)測

本研究重點位置在稀土礦典型礦床外圍的低山緩坡丘陵地段。利用套合了1∶5萬地形等高線的SPOT 5圖像，綜合運用燕山期花崗巖、已知稀土礦點和La，Y化探異常等多元信息，對全省離子吸附型稀土礦分布區(qū)進行地貌與第四紀地質(zhì)遙感解譯，所獲得的解譯成果被礦產(chǎn)預(yù)測組采納，其中所圈定的賦礦地貌面元作為礦體表面積成為必要預(yù)測要素，在礦產(chǎn)預(yù)測組最終圈定稀土礦最小預(yù)測區(qū)和資源量預(yù)測過程中發(fā)揮了重要作用［8］。

研究表明，離子吸附型稀土礦圈定的遙感最小預(yù)測區(qū)基本分布在遙感解譯的地貌面元中，表明地貌要素是極為重要的預(yù)測要素之一，可以用于快速圈定離子吸附型稀土礦的最小預(yù)測區(qū)范圍。特別是在燕山三期的花崗巖分布地區(qū)，按稀土礦賦礦地貌面元圈定的遙感最小預(yù)測區(qū)具有很好的預(yù)測效果，如圖 5 所示［9］。

圖5 廣東省離子吸附型稀土礦遙感解譯圖Fig.5 Map of ion adsorption type rare earth deposits remote sensing interpretation in Guangdong province

從圖5可以看出:①稀土礦主要分布在粵東、粵西地區(qū);②已知稀土礦礦點大多位于花崗巖風化殼分布區(qū)內(nèi)，對地貌遙感解譯具有指導(dǎo)意義;③遙感最小預(yù)測區(qū)與稀土礦點吻合程度高，表明典型礦床外圍和深部可能還有較大的找礦潛力;④離子吸附型稀土礦與第四系分布特征基本無關(guān);⑤稀土礦遙感最小預(yù)測區(qū)與地貌遙感解譯面元吻合較好。

4.4 遙感定量預(yù)測

基于GIS的支持，共提取稀土礦含礦單元體101個。資源量估算采用簡單的體積法估計，其公式為

式中:Q為稀土礦資源量，t;S為含礦單元體水平投影面積，m2;H為含礦單元體平均厚度，m;r為平均含礦率，g/m3;k為含礦體體積分數(shù)(%)。其中，H，r和k采用礦產(chǎn)預(yù)測組提供的數(shù)值。

利用式(1)分別求出廣東省離子吸附型稀土礦的輕稀土和重稀土的資源量。其結(jié)果與礦產(chǎn)預(yù)測組用較完善的地質(zhì)預(yù)測模型獲得的預(yù)測資源量相差很小，精度均達92%以上。這表明離子吸附型稀土礦的遙感定量預(yù)測方法能夠為該類礦產(chǎn)的資源潛力評價提供可靠依據(jù)。

4.5 資源潛力分析

離子吸附型重稀土礦是國內(nèi)外稀缺資源，廣東省重稀土資源豐富，是本省稀土礦的特色，今后應(yīng)注重離子吸附型重稀土礦的勘查與開發(fā)。根據(jù)地貌遙感解譯成果，建議將河源、佛岡、揭陽和新興等地作為今后離子吸附型稀土礦找礦重點區(qū)域;從離子吸附型稀土礦遙感定量預(yù)測資源量分布范圍來看，建議今后優(yōu)先在揭陽稀土礦田、佐坑稀土礦田和黃村稀土礦田部署稀土礦勘查工作。這些礦田有望成為廣東省稀土礦產(chǎn)的重要開發(fā)基地，建議在優(yōu)先部署工作區(qū)內(nèi)，整合探礦權(quán)，實行統(tǒng)一找礦整裝勘查工作部署。

5 結(jié)論

1)利用SPOT 5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進行地貌遙感解譯，研究歸納了離子吸附型稀土礦含礦巖石建造內(nèi)地貌面元遙感解譯的一套技術(shù)方法。

2)從研究離子吸附型稀土礦典型礦床的含礦原巖及風化殼特征、礦體形態(tài)和成礦作用著手，系統(tǒng)總結(jié)了離子吸附型稀土礦的時空分布規(guī)律和遙感影像特征。

3)利用地貌遙感解譯，快速圈定了離子吸附型稀土礦的賦礦地貌面元，進行了礦產(chǎn)資源量的遙感預(yù)測，對稀土礦資源潛力評價提供了遙感依據(jù)。

4)研究表明，遙感預(yù)測資源量精度較高，該研究成果對廣東省離子吸附型稀土礦勘查部署、礦產(chǎn)開發(fā)具有一定的參考價值和指導(dǎo)意義。

5)本次遙感定量預(yù)測主要采用地貌預(yù)測要素，而巖體特征、化探異常等預(yù)測要素同樣重要，需予重視;利用地貌遙感解譯方法難免會有目視解譯誤差，從而導(dǎo)致定量預(yù)測結(jié)果偏離真實情況，因此今后應(yīng)對地貌遙感解譯結(jié)果開展必要的野外調(diào)查驗證，提高其準確率。

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Remote Sensing Quantitative Forecast of the Potential of Ion Adsorption Type Rare Earth Resources:Land Form Research Based on SPOT 5 Data

WANG Geng－ming，HUANG Tie－lan，ZHU Jun－feng，XU Yan－jun
(Guangdong Province Institute of Geological Survey，Guangzhou 510080，China)

In order to probe into the remote sensing ore indicating significance of land form，the authors adopted 546 sheets of 1 ∶50 000 standard maps of Guangdong Province as the study area，used the data of SPOT 5 remote sensing to carry out the extraction and precise orientation of the land form.As a result，the land form type and distribution characteristics of the study area were detected，and effective ore indicating information of land form was obtained.The result has certain reference and guidance value for prospecting and exploiting rare earth resources in Guangdong Province.

SPOT 5 data;rare earth resources;land form;remote sensing quantitative forecast

TP 79

A

1001－070X(2012)01－0127－05

10.6046/gtzyyg.2012.01.22

2011－08－18;

2011－10－01

中國地質(zhì)調(diào)查局全國礦產(chǎn)資源潛力評價廣東省礦產(chǎn)資源潛力評價項目(編號:1212010881623)資助。

王耿明(1983－)，男，工程師，主要從事區(qū)域地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)和國土資源領(lǐng)域遙感應(yīng)用研究。E－mail:tiezi@126.com。

(責任編輯:刁淑娟)