鈾礦地質找礦中遙感技術的開拓應用研究

劉德長，董秀珍，王子濤

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

當前，礦產資源對我國國民經濟發展的瓶頸制約凸顯，采用新技術、新方法來加強礦產資源的勘查力度，擴大資源儲量，是保障我國經濟可持續發展戰略的重要途徑。核工業地質系統的研究人員，20世紀70年代中期便將遙感技術引入鈾資源勘查，并不斷開拓創新，使其具有了自己的特色和先進性。進入21世紀以來，隨著找礦難度的加大和遙感技術 （特別是高分辨率遙感技術）、現代信息技術的發展，需要對遙感技術的應用進一步開拓創新，最大限度地提高遙感技術的地質應用效果，以促進鈾資源勘查的戰略突破。

1 應用理念的開拓

1.1 遙感地質找礦深化應用的思考

（1）遙感技術在地質領域的應用具有明顯的優勢，但也有局限性。局限性主要表現在遙感技術所獲取的信息主要是地表信息，而找礦更多的是需要地下深部信息。因此，單靠遙感技術本身很難解決復雜的地質找礦問題。

（2）隨著地質勘查工作的不斷深入，一方面，出露地表的礦床明顯減少，勘查的目標已從地表轉向地下深處的隱伏礦床，找礦的難度愈來愈大；另一方面，由各種地學手段獲取的地質信息愈來愈豐富，如何最大限度地利用這些信息資源，提高勘查效果，是值得探索的問題。因此，將遙感技術與傳統地學方法相結合已成必然趨勢。

（3）遙感技術要與現代信息技術相整合。21世紀以來，現代信息技術得到迅速發展，如何將這些新技術，如三維地理信息系統、三維可視化技術、仿真模擬技術和虛擬現實技術等引入鈾資源勘查領域，以便于利用現代信息技術來進一步解決鈾資源勘查成為首要問題。

1.2 遙感地質找礦深化應用的思路

（1）充分發揮遙感技術的優勢。遙感在地質應用領域的最大技術優勢是它能夠快速發現用常規地質方法難以發現的地質體和地質現象，從而促使地質人員發現問題、提出問題并重新思考問題。

（2）要實現兩個結合：①遙感信息與傳統地學信息相結合；②遙感技術與現代信息技術相結合。

（3）在遙感應用過程中要注入地質專業知識，并采用科學思維方法，將信息轉化為創造性思維，來指導決策和實踐。

1.3 遙感地質找礦的新理念——“后遙感應用技術”的理念

遙感技術的應用不應局限于遙感技術本身，還應該包括遙感信息及其延伸應用，而且隨著遙感技術應用的深入，更要重視遙感信息及其延伸應用，即 “后遙感應用技術”的應用。陳述彭院士曾指出：面對盲礦和深部礦床找礦難題，遙感 “須從 ‘技術索引’的思路走出來，從 ‘控礦構造’邁向與成礦機理相結合的高度，遙感的應用需與物化探、磁力、重力和地震探礦相結合”。他還強調要將遙感信息的應用 “從技術層面提升到科學層面”［1］。 “后遙感應用技術”理念的提出與開拓是實現這一遙感應用跨越的重要途徑。

2 遙感應用向成礦理論研究的開拓

圍繞后遙感應用技術理念，開發了鈾資源數據勘查區構建技術、遙感信息與其他地學信息集成技術、地學信息三維可視化技術，

鈾成礦過程的計算機模擬技術和虛擬找礦與虛擬勘探技術等。在后遙感應用技術理念及開拓的相關技術支持下，以鄂爾多斯盆地東勝鈾礦床為示范區，開展了鈾成礦理論的研究。

2.1 東勝鈾礦區域構造背景遙感研究的新發現

（1）東勝地區發育一斷隆構造（東勝—石灣子斷隆構造），東勝鈾礦床位于該斷隆構造的南緣。該斷隆構造在ETM圖像上顯示為一楔形隆起的斷塊（圖1a）。斷隆的北緣為河套斷陷的南緣斷裂帶F2和F3，斷隆的南緣為本害敖包—準格爾召斷裂，西部發育NW和NE向斷裂 F3和 F4。 這樣，由 F1、 F2（和 F3）、 F4、F5圍成的楔形斷塊，在ETM圖像上其色調與周圍明顯不同，紋理比周圍明顯發育，反映為一隆起斷塊。該斷塊構造在三維可視化圖像上顯示得更加形象和逼真（圖1b）。

（2）礦床南面存在一條NWW向的區域性斷裂（本害敖包—準格爾召斷裂）。該斷裂是筆者通過遙感解譯而最早發現。F1斷裂在遙感圖像上線狀影像特征明顯，而且南北兩側的色調、紋理顯著不同。該斷裂不僅在重力、航磁上有反映，而且經野外檢驗，在地表存在明顯的斷裂破碎帶，礦床的礦化地段沿該斷裂同方向（NWW向）展布。

（3）礦床的西部出露一略顯橢圓形的環狀構造（泊江海子環狀構造）。也是筆者通過遙感圖像解譯而發現。該環狀構造地表呈現為同心環狀水系和放射狀水系。據野外檢驗，這些環狀和放射狀水系主要反映出一些裂隙帶和小斷層，環狀構造與圓形的重力低位異常對應，在航磁異常圖上表現為磁力低，說明環狀構造中心沒有花崗巖漿侵入。經對環狀構造發育地區出露地層酸解烴的取樣分析，甲烷、乙烷含量很高， 最高可達 6 041 μL·kg-1［2］。

2.2 遙感解譯構造的延伸研究

將收集的研究區遙感、地質、物探 （航放、重力、航磁和地震）等數據建成GIS數據庫，通過空間相關性的分析，進一步認為：東勝—石灣子斷隆構造為基底隆起背景上的富鈾斷塊，它的不斷隆升，能夠為成礦提供鈾源，斷隆南緣斷裂為一從地表切入盆地基底的貫穿性斷裂，是深部物質向上運移的通道；環狀構造為一與油氣有關的環狀構造，反映其為一油氣活動的中心，可以為成礦提供油氣等還原性物質。由上述地質構造要素構成的成礦背景疊加在早期大青山—河套蝕源區與南部斜坡帶成礦背景之上［3］，構成了該區鈾成礦的特殊區域地質構造環境。

2.3 東勝鈾礦床的形成機理

綜合分析了東勝鈾礦床的區域地質構造背景之后，又進一步研究了礦床的鈾成礦特征，認為礦化有明顯的疊加現象，如鈾源的疊加、 成礦流體的疊加［4］和成礦年齡的多期性［5］等，而且鈾礦化類型具有雙重性和復雜性。

再綜合礦床的成礦背景信息與礦床的成礦特征信息，注入鈾礦地質專業知識，實現了信息的轉化。重新認識了東勝鈾礦床的成礦機理，并通過計算機模擬了東勝鈾礦床的成礦過程：

（1）早白堊世初期階段。斷隆構造所在地區與北部大青山隆起區相連，構成大青山—河套蝕源區與南部斜坡帶的成礦格局。鈾源主要來自蝕源區的古老地層和不同時代的花崗巖體，形成（120±11）Ma的古層間氧化帶型鈾礦化（圖2a）。

（2）晚白堊世階段。斷隆南緣斷裂形成，斷裂的活動導致深部油氣 （以氣為主）上升，沿斷裂帶上升的油氣，一方面改造了古層間氧化帶型鈾礦化；另一方面導致油氣參與了成礦過程，形成（80±5）Ma的鈾礦化。

（3）新生代階段。河套斷陷發生，斷隆構造整體隆升，使得成礦區與蝕變區隔開（圖2b）。

由于斷隆構造的不斷隆升，致使延長組、延安組和直羅組富鈾層露出地表，遭受風化剝蝕，在干旱氣候條件下，為成礦提供了新鈾源。沿斷裂上升的油氣和熱流體與地下水帶來的新鈾源相遇，發生還原和酸化，形成了（20±2）Ma 和（8±1）Ma 的富鈾礦化。

鈾成礦過程的多次疊加形成了東勝特大型鈾礦床。

然而，當用后遙感應用技術擴大研究范圍時，還發現了斷隆非疊加成礦的證據。如鄂爾多斯盆地的黃陵鈾礦床位于渭北斷隆的北緣，國家灣鈾礦床位于固原—華亭斷隆上，磁窯堡鈾礦床位于牛首山—羅山斷隆的西緣等（圖3a）；塔里木盆地的巴什布拉克礦床位于蘇魯切列克斷隆的南緣（圖3b），日達里克鈾礦床處于上新統之后形成的康村斷隆的南緣等。雖然這些礦床在空間分布上與斷隆構造有關，但未發現疊加成礦現象。

綜合斷隆疊加成礦和非疊加成礦的研究成果，筆者提出砂巖型鈾礦斷隆成礦的觀點。斷隆成礦觀點的核心是強調構造，特別是深位貫穿性斷裂和油氣，甚至熱流體等深部還原性物質在砂巖鈾成礦過程中的重要作用，認為該類型鈾礦床的形成不同于傳統的層間氧化帶類型鈾礦床，不只是淺部地質作用過程，也是深部與淺部地質作用的復合產物。同時，還強調我國北方大型盆地的找礦應圍繞斷隆構造及其邊緣，開展多目標找礦，包括砂巖型、碳硅泥巖型和熱液型鈾礦床等。

3 斷隆成礦觀點的應用

在塔里木盆地北緣遙感地質找礦中，依據斷隆成礦的觀點，圍繞柯坪斷隆，應用新型遙感數據源，特別是高分辨率遙感數據源開展了多目標找礦，取得了顯著的效果。

3.1 柯坪斷隆成礦地質環境分析

將已知的鈾礦點、礦化點投影到柯坪斷隆ETM遙感圖像上進行分析發現，鈾礦點、礦化點幾乎全部集中分布在柯坪斷隆構造變動最強烈的東段（圖4），而斷隆上的古生代地層在東西段呈連續分布，顯示已知鈾礦化的這種分布與地層無關。那么已知鈾礦化與構造變動強烈地區之間是否會存在內在聯系？綜合分析遙感信息與重力、航磁和地質信息發現，該區發育幾條深大斷裂，存在兩個巖漿活動中心，二疊紀有大面積玄武巖噴發和基性巖脈侵入，并產有熱液型鉛-鋅礦等。因此，認為柯坪斷隆東段是一處熱液型礦床成礦區，提出該區的找礦思路要有所改變，應從原來找碳硅泥巖型鈾礦為主的思路轉向找含鈾熱流體型鈾礦為主的思路，也即從地層找礦為主的思路轉變為以斷裂為主的找礦思路。

3.2 薩克鈾礦化帶的發現

在新的找礦思路指導下，利用ASTER數據與航放異常信息聚焦分析的方法，發現原來認為孤立分布的兩處航放異常，實際上受同一條斷裂帶控制，推斷該帶可能是一條鈾礦化帶。經野外調查和系統地面放射性γ能譜測量證實，該帶確為一條頗具規模的鈾礦化帶，命名為薩克鈾礦化帶。該帶受多期次活動斷裂控制，沿帶熱液蝕變發育，主要表現為碳酸鹽化和赤鐵礦化，鈾礦化強度高，品位最高達3%以上，是一條值得深部探索的鈾礦化帶。經包裹體測溫獲得110℃和210℃兩個正態分布的峰值；測定的同位素年齡為（172±28）Ma。

3.3 類似鈾礦化帶的區域搜索

首先建立了薩克鈾礦化帶地質模型，然后對該地質模型進行遙感反演。此過程先后應用了TM、ASTER、IKONOS和QuickBird等數據源，但是只有在增強處理的QuickBird圖像上，上述薩克鈾礦化帶的結構特征才被反演出來。在分辨率為0.6 m的QuickBird圖像上，基性巖脈為黑色線狀體，斷裂帶為白色線狀體，蝕變現象為沿斷裂帶分布的灰白色斑狀體，三者共同構成了該鈾礦化帶的遙感影像模式。應用QuickBird遙感圖像，通過模式識別，并經野外驗證，在薩克鈾礦化帶外圍又發現了兩條具類似特征的鈾礦化帶，從而擴展了該區的找礦潛力［6］。

4 結 論

在地質找礦中對遙感技術進行開拓性應用包括：充分發揮遙感技術的優勢，最大限度地利用現有的地質勘查信息資源，進行新成礦理論的探索和建立新的找礦模式，利用新模式并采用新技術進行找礦。這是一條從“信息找礦”到 “理論找礦”、 “模式找礦”再到 “技術找礦”的正確途徑，實踐證明取得了顯著的找礦效果。

［1］陳述彭.礦產資源與遙感信息深度開發應用［C］//遙感科技論壇文集.北京:地震出版社，2007:373-375.

［2］劉德長，葉發旺，張杰林.泊江海子油氣環狀構造的發現及其對鈾成礦的重要作用［J］.國土資源遙感， 2007，23（1）:69-71.

［3］肖新建，李子穎，方錫珩，等.東勝砂巖型鈾礦床古層間氧化帶成因追溯［C］//中國核學會鈾礦地質分會學術交流會論文集.北京:核工業北京地質研究院，2005.

［4］李子穎，方錫珩，陳安平，等. 鄂爾多斯盆地東北部砂巖型鈾礦疊合成礦模式［J］. 鈾礦地質，2009， 25（2）:65-70.

［5］劉漢彬，夏毓亮，田時豐.東勝地區砂巖鈾礦成礦年代及成礦鈾源研究［J］.鈾礦地質，2007，23（1）:23-29.

［6］劉德長，楊 旭，張杰林.新型遙感技術數據的鈾資源勘查應用［J］.地球信息科學學報，2009，11（3）:268-272.