福建平和植被覆蓋區遙感地質構造異常信息提取及找礦預測

，

(1.水利部長江勘測技術研究所,湖北 武漢 430011； 2.中國地質大學(武漢)資源學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

遙感線環構造解譯是遙感地質研究的基本內容，被廣泛應用于地質找礦研究中。20世紀70年代，美國陸地衛星的成功發射，為遙感地物的識別、分析提供了較好的數據基礎，使地質填圖、地質背景分析的工作變得更快捷、有效，因而對遙感線環構造的研究越來越多，并同時將其應用于找礦研究中(Sabins,1999；Onyedim et al,2004；Schmieder et al,2009；Ivanov et al,2011；Cooper et al,2012)。如Kogbe(1983)利用1∶50萬MSS衛星影像對尼日利亞中部地區進行了地質解譯。Eevertt等利用MSS影像進行線環構造地質解譯對美國田納西州和肯塔基州的鉛缽礦區進行了研究(祝愛明,2009)。

20世紀80年代初，我國也出現了眾多遙感線環構造在找礦方面的研究和應用。楊武年(1983)通過圖像增強技術識別MSS衛片上的環形異常，并得出環形異常與蝕變異常、礦點的分布比較吻合，深入探討了遙感環形構造與礦產分布的關系。趙不億等(1988)從遙感線環構造的定量統計方面詳細探討了在找礦方面的應用，對于遙感地質的定量分析方法研究較深入、全面。

劉吉平等(1997)通過地質結構的定量方法對魯西地區遙感地質解譯圖的地質結構異常進行了研究，并利用距離值制作等值線圖以揭示區域地質結構異常與礦床的關系。遙感地質統計方法使遙感線環構造的研究不僅限于定性描述，而是更加精確的定量分析，使其在找礦應用上能發揮更好的作用，包括線環構造的密度分析、交點密度分析等，這些定量方法均基于數理統計的常規方法，但發揮了良好的作用。如在澳大利亞奧林匹克壩大型金礦的發現中，遙感線性構造密度分析發揮了極大的作用。Abalos等(1989)對伊比利亞南部的衛星影像進行線性構造解譯，并進行了線性體密度分析及其分布位置等定量分析，探討其地質背景與成因，其結果與布格重力異常和已知地質資料比較相符。

1 三維遙感線環構造解譯

1.1 線性構造解譯標志建立及遙感影像解譯

1.1.1 線性構造與成礦的關系 線性構造是指在遙感圖像上，通過陰影、色調、紋理特征等表現出的被認為與地質作用相關聯的直線、弧線、折線狀等的線狀影像特征。主要強調線狀構造成因與地質作用存在的關聯，并不是專指構造。

絕大多數遙感影像線性構造主要是表現構造應力作用下形成的巖石形變帶、應力集中帶，這些部位是重要的導礦與容礦通道。線性構造的級別對成礦具有不同的影響，多數情況下，深大斷裂構造及巨型斷裂帶主要是控制成礦方向及礦田和成礦帶位置，大型礦床等有工業開采價值的礦床主要分布于主干斷裂斜交或平行的次級斷裂或節理中。除線性構造級別對成礦有影響外，構造活動周期對成礦也有重要影響，如果發育在成礦前的線性構造可以作為導礦與容礦通道，發生在成礦后的構造活動形成的線性構造會破壞已形成的礦床。熱液礦床主要是巖漿作用形成的，而巖漿主要是沿大型剪切帶侵入到剪切應力場的拉張區，并伴隨有礦化作用，形成礦床。

1.1.2 典型線性構造三維遙感影像解譯標志建立及解譯 (1) 蘆溪—霞寨斷裂(北西向)。該斷裂在研究區內規模較大，主要位于區內海拔較高、地形較為復雜的西北方向，高程多在800 m以上，主要由大面積的剛性巖漿巖構成，該斷裂對研究區的影響較大，規模較大，主要向北西延伸。

三維遙感解譯標志：① 三維影像色調標志。色調差異明顯，在三維影像上主要呈線型展布，且形跡清晰，該線性色調主要為紅色或品紅色，該類色調主要反映為人類活動及聚居區，在色調上顯示線條延伸較為平直，且穩定連續，延伸十幾千米(圖1A)。② 三維影像水系標志。三維影像上可以看出其為水系，是一個河谷地形，且紅色或品紅色的人類聚居區主要沿河谷地形呈線性分布，在三維影像上顯示河流較為平直(圖1A)，表明斷裂穿越河谷，該河谷的形成也主要受斷裂控制。相對于平面遙感解譯，三維遙感解譯能明顯地顯示河谷地形，可以較為準確地判斷該河流是否受斷裂控制。③ 三維地貌標志。從三維影像上可以看到河谷較為狹長且較深，河谷兩側可見連續排列的斷層三角面(圖1 B、C)，蘆溪水系在下圩處可見流向發生了變化，出現了直角轉彎(圖1D)。

蘆溪—霞寨斷裂規模較大，且在該處存在多條北西向的大斷裂，呈雁列式組合，控制了區內西北部的火山活動及巖漿地層的分布。

圖1 蘆溪—霞寨斷裂解譯標志

(2) 坪水斷裂(北西向斷裂)。該斷裂位于歐寮巖體附近，歐寮為大片的花崗巖地貌，侵蝕較為嚴重，溝壑縱橫主要呈北西向延伸，一直延伸到邦寮山，延伸距離也較遠，達11 km。

三維遙感解譯標志：① 三維遙感影像水系標志。三維影像上可見明顯的水系標志，主要呈線性延伸，延伸穩定連續，在該斷裂上發育有斷陷湖，該湖泊位于山谷中。從影像上看，該巖體溝壑縱橫，切割嚴重，存在眾多線性影紋(圖2)。② 三維地貌標志。該地區主要為花崗巖地貌，受構造活動影響，形成出露山體，切割較為明顯，山體多成塊體狀，三維影像上溝谷較為發育。歐寮火山組合體受燕山晚期構造活動影響，發生多期次巖漿活動，形成多期次花崗巖侵入體。該斷裂及周邊斷裂對歐寮巖體改造強烈，形成棋盤狀線性影紋。

圖2 坪水斷裂解譯標志

1.2 環狀構造解譯標志建立及遙感影像解譯

1.2.1 環狀構造與成礦的關系 環形構造邊緣區域、不同環構造相交部位、線環構造相交部位，也是成礦有利部位。研究表明，環狀構造不僅起著控礦和容礦作用，而且其分布處具有比背景區更為普遍的礦化現象。

1.2.2 典型環形構造三維遙感影像解譯標志建立及解譯 破火山口指1個或數個火山多次噴發，造成巖漿房萎縮，并使火山噴發中心部位沿環狀斷裂發生塌陷形成的破火山口凹地。鐘騰破火山口是研究區內最大的一個環狀構造，在影像上有明顯的環塊狀色調異常，基本形狀呈現為橢圓形。

三維遙感解譯標志：① 三維地貌標志。三維影像顯示其為典型的中間較低，周邊高山環繞的負地形，為典型的火山口地貌(圖3 A、B)。② 三維影像上水系標志。從影像上可見其環狀邊緣寄生有許多由環狀水系、環形山及異常色帶形成的小型環狀構造(圖3 D、E、G、H)。③ 三維地貌標志。從三維地貌上，可明顯發現其平均海拔較高，且環狀水系主要受北東及北西向的構造控制，呈現為明顯的格狀。通過立體顯示發現環外存在放射狀水系，并發育放射狀深切山谷(圖3C)。

圖3 鐘騰破火山機構解譯標志

依據線性構造的走向與區域內主要斷裂的走向，以及線性構造與環形構造的規模對線環構造進行等級劃分，主要將線性構造和環形構造各劃分為3個等級，結果如圖4所示。

2 遙感地質線環構造定量分析

2.1 線性體構造密度定量分析

2.1.1 線性體密度分析方法 大量研究表明(王潤生等，1992；張旺生等，1997；劉婷婷等，2012)，與線性構造相關的定量統計分析中，線性體構造的密度與礦產關系密切，多數情況下，與斷裂構造相關的礦床主要位于遙感影像線性體構造密度的相對高密區的周邊及邊緣區域。線性體構造密度是在特定網格單元內線性體的累計長度，是線性構造分布的定量解釋和表示，可以通過線性體密度圖來反映線性構造在空間內密度分布的數字和結構特征(朱亮璞,1993；陳建平等，1998)。由于不同級別的構造具有不同的影響力和影響范圍，為了符合實際情況，在密度分析時，將與成礦有關的構造賦予高權重，與控巖有關的構造賦予低權重，其公式為：

(1)

式(1) 中，D為密度值；li、wi分別為第i條線形體的長度和權重；n為第i單元中的總線形體數。其中對線性構造劃分后進行權系數設定，權重值依次為0.8，0.6，0.4；同時對線性體長度進行標準化變換。采樣網格間距為1 km，共將研究區劃分為40×55個網格。

2.1.2 線性體密度結果分析 分析礦點與線性體密度等值圖(圖5)的疊加結果，得出如下結論。

圖5 平和礬山遙感線性密度圖

(1) 線性體構造密度主要用來反映線性構造的復雜程度及發育密度。研究區位于瀕太平洋大陸邊緣地帶，經歷多期次大陸板塊運動影響，形成了多次斷塊構造活動，因此區內線性體構造斷裂極為發育，在線性體密度上的反映即是高值區分布廣泛，高密區主要呈團塊狀，與區域內控制構造格架的大斷裂延伸方向一致，主要為北西向和北東向延伸。

(2) 通過權重值劃分構造對成礦的有利度，依據權重值實現研究區線性體等密度圖繪制。通過將區域內銅鉬礦等金屬礦點與線性體密度圖進行疊加分析，發現礦點主要分布于高密度值周邊區域。依據方差將線性構造密度值分為5段，其均值為0.24，標準差為0.29。密度過高區主要是斷裂構造發育太過強烈的地區，并不利于構造成礦和容礦，而相對高值區及其周邊區域為礦質的沉淀提供了相對穩定有利的容礦環境，如鐘騰、大礬山、小礬山、泮池等礦點均為當地已知礦點，均位于高值區邊緣地帶，而高密度值區沒有礦點分布。從圖5可以看出，礦點主要分布于相對高值區及其周邊區域，即分布于高值區中心邊緣。

2.2 線環構造交點密度定量分析

2.2.1 基于核密度估計的交點密度分析方法 區域上多組線性構造交匯的部位常會發生火山噴發、巖漿侵入、火山-次火山熱液活動等(肖克炎等,2010)，區內礦點與巖漿活動和火山作用聯系緊密，同時，環形體的存在常與區域地質狀況有極為密切的內在聯系，并與礦產的發生緊密相關。根據上述礦點與線環構造組合的空間分布關系的分析可以發現：不僅在線性構造的交點處容易成礦，線環交切點、環環交切點均易成礦，且交點高密區的周邊及邊緣區域易于成礦。因此，此次交點分析在ArcMap中提取線環構造的交點，包括線線交點、線環交點、環環交點，并剔除自相交點，再對該交點數據進行密度分析。基于ArcGIS平臺的核密度函數分析(劉銳等,2011)，得出交點密度等值圖。主要借助滑動窗口進行點密度計算。設x1,...，xn是從分布密度函數f總體中抽取獨立同分布樣本，求算f在某點x處的值，通常選擇Rosenblatt-Parzen核函數。算法如下：

(2)

式(2)中，h>0為帶寬，其主要作用為控制核密度函數估計的平滑度，選擇規則是使均方差最小；N為樣本個數值；K(...)為核密度函數；x-Xi為估計點到樣本Xi處的距離。

具體方法：(1) 定義固定的核函數帶寬，通過滑動窗口統計區域內的點個數；(2) 通過核函數計算出每個點對窗口內各柵格的密度貢獻值，其中主要通過設定的屬性值及點個數進行密度貢獻值計算。

2.2.2 交點密度結果分析 分析礦點與交點密度等值圖(圖6)的疊加結果，得出以下結論。

圖6 平和礬山遙感線環交點密度圖

(1) 研究區內交點密度高值區形狀主要呈團塊狀、環狀，尤其在鐘騰、礬山、泮池一帶，密度值較高，多呈半環體、弧體狀，上述3個地區線環構造交點甚多，且是礦點較密集地區，但從解譯結果看，其線性構造的發育并不突出，而環形構造卻比較發育。因此，在交點分析時，將環形構造納入其中顯得非常重要。

(2) 高值區整體呈北西向分布，其次為北東向，與區域構造格架相符，這些部位同時也代表了成礦的構造優勢區域。其交點密度標準差值為0.4，銅鉬等金屬礦點分布大多分布于高值中心周邊區域，與線性體密度相似，定量揭示了成礦有利部位。

3 遙感地質構造異常信息提取及找礦預測

3.1 地質構造異常信息提取

遙感信息定量信息找礦預測是以綜合信息成礦預測體系為指導，通過對遙感地質解譯的結果進行定量分析，提取有利成礦的異常結果，將各類異常賦值進行疊加，同時結合有利成礦地層數據，得出異常綜合圖，進行找礦預測(趙鵬大等,1999；陳永清等,2008)。本次研究中異常變量包括線性體構造密度、線環交點密度，將2類結果進行綜合統計分析，并依據統計結果的均值和方差進行密度分割，最終得出研究區遙感找礦的定量預測圖(圖7)。

圖7 平和礬山植被覆蓋區遙感定量找礦信息提取結果圖

3.2 找礦預測

圖7中綜合了遙感線環構造定量分析結果，依據均值加方差的統計參數進行背景值及預測區的劃分以及兩級預測區的劃分。從圖7中可以看出，一級高值區分布范圍較小，主要位于鐘騰、礬山、泮池等區域附近，高值區邊緣也分布多個礦點，這些礦點也是研究區內正在開采的礦區；二級高值區分布范圍與一級類似，但范圍較大一些，主要礦點也主要分布于其中，大多數礦點及工業礦床也位于二級預測區及其邊緣區。

大量研究已經表明線性構造密度分析及交點密度分析結果在一定程度上可以反映成礦規律，其中線性體構造密度及交點密度與礦產關系密切。礦產主要發育和分布于線性體構造密度及交點密度的相對高值區，而不是最高值區；礦產主要分布于大斷裂周邊的小構造之中，所以定量分析結果的高值區，即一級預測區的中心區往往是不利于成礦的，這與圖7結果較為一致，大多數礦點基本分布于二級預測區邊緣地帶或二級預測區到一級預測區之間的區域。因此，利用遙感線環構造定量綜合分析，可較好地反映區域成礦的大致規律，實現線環構造解譯的遙感找礦信息提取，也能提高找礦信息提取的可靠性。結合已知礦點能很好地驗證遙感線環構造定量分析提取的信息，也說明金屬礦點與線環構造的關聯性較大，通過定量分析線環密度及其交點密度可以有效指示金屬礦床。

4 結 論

研究區位于上杭—云霄成礦帶上，具有很好的成礦地質背景，為典型的中等切割高植被覆蓋區，受植被覆蓋影響，很難開展野外勘查工作。研究區地形地貌嚴格地受構造控制，以此為出發點，建立研究區三維可視化遙感影像，在三維可視化遙感影像的基礎上建立遙感線環解譯標志，完成研究區內線環構造解譯。依據三維可視化遙感進行線環構造解譯可以很容易區分山谷、河谷以及山地等傳統解譯無法直觀判斷的地形，在此基礎上可以輕松識別線環構造解譯識別標志，提升遙感線環構造解譯的效率，也提高了遙感解譯線環構造的精度，為后續的定量分析提供良好的數據，提高定量分析的可靠性。

針對研究區線環解譯結果，結合定量分析方法進行定量分析，包括線性體密度分析以及交點密度分析，統計結果定量表征了研究區構造分布形態，并綜合定量結果和礦點空間分布，在一定程度上反映了隱伏信息，進而實現遙感地質定量找礦信息的提取及找礦預測。

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