火山成因塊狀硫化物礦床遙感示范研究
——以甘肅省白銀礦田為例

尹　滔，尹顯科，王　波，裴亞倫，李　威，張　偉

火山成因塊狀硫化物礦床遙感示范研究
——以甘肅省白銀礦田為例

尹滔，尹顯科，王波，裴亞倫，李威，張偉

（四川省地質(zhì)調(diào)查院，成都 610081）

根據(jù)白銀礦田區(qū)域成礦地質(zhì)背景，礦床地質(zhì)特征，成礦規(guī)律等方面的特征，對(duì)礦田及周邊地區(qū)進(jìn)行了遙感地質(zhì)解譯，通過(guò)對(duì)區(qū)域地層、構(gòu)造、巖漿巖因素的綜合分析，圈定了遙感找礦靶區(qū)，初步建立了火山成因塊狀硫化物礦床遙感找礦模型，對(duì)火山成因塊狀硫化物礦床進(jìn)行了遙感示范研究。

塊狀硫化物礦床；遙感；找礦模型；白銀礦田

圖1　遙感找礦模型流程圖

1　遙感圖像的選擇和預(yù)處理

采用空間分辨率為30m的Landsat-TM圖像，原始數(shù)據(jù)來(lái)自美國(guó)NASA網(wǎng)站。一般情況下先用最新的遙感圖像數(shù)據(jù)，也可以根據(jù)需要選用特定時(shí)期的數(shù)據(jù)。圖像中云、雪分布面積應(yīng)小于工作區(qū)的5%，特殊情況下可放寬到10%，但積雪、云不能覆蓋重要地質(zhì)現(xiàn)象和礦產(chǎn)地。

應(yīng)用中選擇最佳波段組合，使得假彩色合成圖像盡量達(dá)到影像清晰、色調(diào)協(xié)調(diào)、蘊(yùn)含信息量大、易于解譯的目的，以便進(jìn)行各種找礦信息的提取。本文選用ETM+ 7（R）、4（G）、1（B）波段假彩色合成圖像作為遙感地質(zhì)解譯的基礎(chǔ)圖像。圖像影像底圖制作前應(yīng)進(jìn)行預(yù)處理，如果圖像存在明顯的噪聲，應(yīng)選用高斯濾波、平滑濾波或自適應(yīng)濾波等方法消除噪聲。當(dāng)圖像不同波段間存在地理錯(cuò)位時(shí)，應(yīng)根據(jù)錯(cuò)位類(lèi)型使用坐標(biāo)平移或圖像控制點(diǎn)糾正的方法進(jìn)行圖像配準(zhǔn)處理。基礎(chǔ)圖像紋理清晰，對(duì)比度好，能滿足目視地質(zhì)解譯要求。

2　建立火山成因塊狀硫化物礦床的遙感找礦模型

遙感影像是地表信息或淺部信息在地表的反映，在一定程度上遙感能彌補(bǔ)地質(zhì)勘查技術(shù)的不足。區(qū)域地質(zhì)背景是地質(zhì)研究的前提，在建立火山成因塊狀硫化物礦床的遙感找礦模型之前，首先應(yīng)該充分了解區(qū)域地質(zhì)特征和礦床的地質(zhì)特征，如：區(qū)內(nèi)的巖石、構(gòu)造類(lèi)型和特點(diǎn)，礦床的產(chǎn)出及分布，礦體的產(chǎn)狀和形態(tài)及其空間位置的控制，礦體的圍巖蝕變等等；此外，還要了解礦床的成因，成礦特點(diǎn)，找礦標(biāo)志和找礦方向。基于以上信息的收集和深入了解，以遙感影像特征的為解譯標(biāo)志，逐項(xiàng)進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，最終進(jìn)行遙感找礦綜合分析，指明遙感找礦靶區(qū)并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，由此建立遙感找礦模型如圖1所示。

圖2　亞洲火山成因塊狀硫化物礦床的分布

3　火山成因塊狀硫化物礦床遙感示范研究

3.1亞洲火山成因塊狀硫化物礦床的分布特點(diǎn)

據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局?jǐn)?shù)據(jù)，亞洲192個(gè)大中型火山成因塊狀硫化物礦床的分布如圖2。該類(lèi)礦床主要集中分布于俄羅斯葉卡捷琳堡、車(chē)?yán)镅刨e斯克、土耳其北部、塞浦路斯、東非裂谷、我國(guó)三江等地區(qū)以及我國(guó)北祁連、新疆阿爾泰以及環(huán)太平洋島鏈地區(qū)。根據(jù)亞洲構(gòu)造綱要圖的劃分，這些地區(qū)主要是古老的地臺(tái)邊緣、裂谷和造山帶以及較為年輕的環(huán)太平洋島鏈。

1964年在紅海發(fā)現(xiàn)高熱鹵水與Atlantis Ⅱ海淵多金屬軟泥，科學(xué)家對(duì)現(xiàn)代海底熱水活動(dòng)與金屬硫化物沉積成礦進(jìn)行了研究。截止目前所發(fā)現(xiàn)的全球現(xiàn)代海底熱液成礦活動(dòng)區(qū)，Hannington et al. （1995）認(rèn)為現(xiàn)代海底熱液成礦與塊狀硫化物礦床有著不可分割的關(guān)系［3］。該種成礦活動(dòng)與我們所熟知的VHMS型和SEDEX型礦床的成礦模式非常相似，是直接觀察該類(lèi)礦床成礦過(guò)程的天然實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所。根據(jù)Rona等（1993）對(duì)全球海底熱水成礦作用的統(tǒng)計(jì)顯示其主要分布與大洋洋脊、洋脊裂谷、洋隆、轉(zhuǎn)換斷層、海嶺、海淵以及島弧、弧后等環(huán)境［4］。這些熱水活動(dòng)區(qū)域的研究有助于對(duì)比和研究古老塊狀硫化物礦床成礦模式的研究以及礦床的勘查和評(píng)價(jià)有著重要意義，有助于我們推測(cè)該類(lèi)礦床可能的產(chǎn)出位置，從而有效地進(jìn)行成礦預(yù)測(cè)。

3.2典型火山成因塊狀硫化物礦床的遙感示范研究

北祁連是我國(guó)重要的銅多金屬礦產(chǎn)地，廣泛分布火山成因塊狀硫化物礦床，其中白銀廠礦田最典型。區(qū)內(nèi)ETM遙感影像清晰，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)不復(fù)雜，地質(zhì)工作程度比較高，白銀廠礦田可作為典型的火山成因塊狀硫化物礦床進(jìn)行遙感示范研究。

3.2.1區(qū)域地質(zhì)背景

該礦田處于三大地塊之間，早期經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的大陸邊緣裂解—閉合，后南北陸塊碰撞造山，直至中新生代的陸內(nèi)淺層斷坳陷一逆掩疊覆一隆升造山體制［5］。受加里東運(yùn)動(dòng)影響，區(qū)內(nèi)主要發(fā)育NWW-NW、NE、NEE向三組不同性質(zhì)的斷裂，控制了區(qū)內(nèi)地質(zhì)體展布。區(qū)內(nèi)地層主要由新元古代一奧陶紀(jì)由南至北分布的裂谷一島弧一弧后擴(kuò)張脊3條火山巖帶構(gòu)成［6］，其中礦田主要分布于中部石青硐一白銀廠一帶為寒武紀(jì)一奧陶紀(jì)島弧火山巖內(nèi)，區(qū)內(nèi)有很多侵入巖體。

3.2.2礦床地質(zhì)特征

白銀礦田為一復(fù)式背斜構(gòu)造，位于石英角斑巖、石英角斑凝灰?guī)r為核心的短軸背斜構(gòu)造內(nèi)，局部常見(jiàn)牽引褶曲及次級(jí)緊閉褶皺。斷裂構(gòu)造則主要有NWW、NEE和NNE向三組。根據(jù)遙感圖象解譯，該區(qū)還發(fā)育一系列呈北東向展布的隱伏斷裂構(gòu)造及其與北西向構(gòu)造交匯部位發(fā)育的環(huán)型構(gòu)造。

3.2.3區(qū)域成礦規(guī)律

分布在白銀廠一石青銅成礦帶的與早古生代島弧火山巖建造有關(guān)的銅、鉛、鋅、金、銀等“黑礦型”火山成因塊狀硫化物礦床包括石青銅、小鐵山、銅廠溝、四個(gè)圈、折腰山、火焰山等，成礦系列與北祁連洋殼俯沖作用密切相關(guān)。礦田內(nèi)各礦體受島弧火山巖建造控制，賦存于寒武系白銀廠群、中奧陶統(tǒng)中堡群、中上奧陶統(tǒng)銀洞溝群［7］。任有祥等（2000）通過(guò)以火山巖相序?yàn)樘攸c(diǎn)的野外填圖和衛(wèi)星照片解譯，恢復(fù)古火山機(jī)構(gòu)，研究了火山機(jī)構(gòu)與成礦的空間關(guān)系，提出了穹窿體及穹窿周邊成礦的概念，建立了新的礦田成礦和找礦模式［8］，提出了新區(qū)缺位礦床和已知礦床深部找礦目標(biāo)定位預(yù)測(cè)區(qū)，如北祁連清水溝-白柳溝礦田尕爾坂礦床。

3.2.4遙感地質(zhì)解譯

通過(guò)遙感影像，根據(jù)前人地質(zhì)資料進(jìn)行了遙感地質(zhì)解譯［7-8］，如圖3、圖4所示。

圖3　白銀地區(qū)遙感地質(zhì)解譯及成礦預(yù)測(cè)圖

白銀礦田位于石青硐—二道灣—黑石山大型斷裂（F1）以北，礦田內(nèi)的礦體主要集中產(chǎn)出于寒武系火山巖內(nèi)，區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造發(fā)育，主要以NW-NWW、NE-NNE向斷裂為主。其中NW-NWW向斷裂為南北大陸邊緣碰撞閉合形成，NE-NNE主要表現(xiàn)為剪切性質(zhì)。

圖4　白銀礦田及周邊地區(qū)遙感地質(zhì)解譯圖

3.2.5各要素分析及遙感找礦標(biāo)志

1）地層因素：在四個(gè)圈、小鐵山及銅廠溝礦床，賦存地層走向北北西-北西向，傾向南。賦礦地層被奧陶系火山巖不整合覆蓋［9］。遙感影像上，礦田周邊奧陶系火山巖明顯不同于寒武系火山巖地層，據(jù)資料顯示，奧陶系火山巖主要出露與礦田北部及周邊，影像趨灰白［7-8，10］。而寒武系地層影像為紫色、紫紅色，主要位于黑石山及白銀廠地區(qū)，主要為細(xì)碧角斑巖系［8］。

根據(jù)前人對(duì)各礦床成礦年齡研究，石青硐、折腰山、火焰山等6個(gè)礦床成礦時(shí)代比較相近，成礦作用較為集中［11］。賦礦寒武系海相火山巖地層NWW的展布方向，僅白銀礦田東側(cè)被奧陶系海相火山巖地層不整合覆蓋的區(qū)域還有一定的找礦空間。根據(jù)火山機(jī)構(gòu)與礦床的空間產(chǎn)出關(guān)系所建立的新型成礦模式推測(cè)鄰近的同時(shí)代地層中或許有一定的找礦空間。石青硐礦區(qū)地區(qū)的寒武系火山巖地層比較相似，皆屬于細(xì)碧石英角斑巖系，其影紋清晰，走向穩(wěn)定，沿礦區(qū)火山巖地層延伸方向有一定的找礦前景。

2）構(gòu)造因素：區(qū)內(nèi)地層總體上為一大型單斜構(gòu)造，礦田為一復(fù)式背斜。此外，區(qū)內(nèi)的斷裂構(gòu)造、環(huán)體構(gòu)造發(fā)育。斷裂構(gòu)造發(fā)育NW-NWW、NE-NNE向，在影像上比較明顯，表現(xiàn)為兩側(cè)位移、影紋不一致、線性負(fù)地形、水系異常等。其中北NWW向的石青硐—二道灣—黑石山大型斷裂（F1）控制著區(qū)內(nèi)古老地層的分布格局，其中前寒武系和寒武系地層分別位于斷裂的南北兩側(cè)。而區(qū)內(nèi)NE-NNE向的斷裂（F2、F3）主要表現(xiàn)為碰撞造山作用，對(duì)區(qū)內(nèi)地層主要表現(xiàn)為地質(zhì)體的剪切作用，受斷裂構(gòu)造影響，可能會(huì)有早古生代的火山成因塊狀硫化物礦床被斷裂構(gòu)造改造，如果在斷裂破碎帶能發(fā)現(xiàn)有銅、鉛鋅的礦化，那么該條斷裂對(duì)深部找礦有重要的參考價(jià)值。近年通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)礦床與火山機(jī)構(gòu)的關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)折腰山型火山噴口相，小鐵山和四個(gè)圈火山噴口斜坡相等［12］，由此可見(jiàn)火山機(jī)構(gòu)對(duì)礦床的產(chǎn)出空間位置有著重要的參考價(jià)值。礦區(qū)環(huán)體構(gòu)造發(fā)育，表現(xiàn)為顏色上以及地表形態(tài)上的細(xì)微差異，遙感影像在空間位置上與礦田周?chē)l(fā)育的多個(gè)古火山噴口比較一致，有助于區(qū)域火山機(jī)構(gòu)的確立。礦田范圍的背斜構(gòu)造在影像中不太明顯，僅能通過(guò)影紋中的線性構(gòu)造判斷地層的展布情況，但在Google Earth地圖中比較清楚。石青硐礦區(qū)地層為一大型單斜構(gòu)造，走向NWW，其地層內(nèi)部受區(qū)域構(gòu)造影響有很多小褶皺或劈理，影像上的大構(gòu)造背景有助于區(qū)域的成礦預(yù)測(cè)。

3）巖漿巖：該區(qū)侵入巖主要形成于南北板塊碰撞造山過(guò)程，與火山成因的塊狀硫化物礦床的成礦作用無(wú)關(guān)。區(qū)內(nèi)與火山成因塊狀硫化物礦床密切相關(guān)的火山巖主要為寒武系的海相火山-沉積巖系，與其火山巖與火山機(jī)構(gòu)有密切聯(lián)系。基于對(duì)以上認(rèn)識(shí)和了解，通過(guò)對(duì)白銀礦田遙感影像的地質(zhì)解譯，深入分析和探討與成礦相關(guān)的相關(guān)問(wèn)題，建立了區(qū)內(nèi)地層、構(gòu)造、巖漿巖的遙感找礦標(biāo)志（表）。

3.2.6綜合分析及找礦靶區(qū)的圈定

通過(guò)上述資料綜合分析，根據(jù)對(duì)火山成因塊狀硫化物礦床的理論認(rèn)識(shí)，圈定了以下找礦靶區(qū)：

Z-1靶區(qū)：白銀廠礦田作為礦床的集中產(chǎn)出區(qū)，在影像中的環(huán)體構(gòu)造比較發(fā)育，揭示了火山活動(dòng)的廣泛發(fā)育。據(jù)有關(guān)區(qū)域物化探分析，已探明的資源量?jī)H為推測(cè)蘊(yùn)含金屬資源量的一半，其本區(qū)的深部找礦工作仍需加強(qiáng)。此外，還應(yīng)探究是否在鄰近的火山穹窿區(qū)域還存在“缺位”礦床的可能。

Z-2靶區(qū)：石青硐礦床的賦礦地層與白銀礦田相同，皆為細(xì)碧石英角斑巖系，屬于同時(shí)期的礦床。遙感影像上該套地層沿NWW向延伸，兩端為第四系和白堊系地層掩蓋。對(duì)白銀礦田成礦地質(zhì)特征的研究必定對(duì)石青硐地區(qū)的找礦工作有重要的參考價(jià)值。在其鄰近區(qū)域可能有進(jìn)一步“缺位礦床”的找礦空間，值得注意的是石青硐地區(qū)的逆沖推覆構(gòu)造比較發(fā)育，相比之下斷裂構(gòu)造對(duì)礦床的產(chǎn)出位置的判斷有重要影響。

Z-3靶區(qū)：根據(jù)遙感影像分析，二道灣地區(qū)與石青硐地區(qū)的寒武系地層應(yīng)該為同一套地層，兩者在影像特征上存在連貫性，主要被白堊系地層不整合覆蓋，受層序地層找礦的思想，該靶區(qū)范圍可能存在類(lèi)似的“石青硐”礦床。

火山成因塊狀硫化物型礦床遙感找礦模型表

4　討論

當(dāng)然，遙感技術(shù)的應(yīng)用不單指遙感影像的解譯，現(xiàn)代成像光譜科學(xué)的日新月異，就地質(zhì)找礦方面，還可以通過(guò)波段的不同算法進(jìn)行遙感異常提取等技術(shù)。此外，可以輔助于其他方法，更加全面的進(jìn)行綜合研究，如重力異常、磁異常、化探異常、三維可視化等，通過(guò)各種手段的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可以對(duì)找礦靶區(qū)予以更加科學(xué)的、精確的定位。需要說(shuō)明的是本文僅從遙感影像特征的層次，重點(diǎn)是結(jié)合地質(zhì)理論知識(shí)進(jìn)行的綜合分析研究。

趙玉靈（2003）呈討論了遙感找礦模型的研究?jī)?nèi)容和研究方法［13］。本文中所建立的火山成因塊狀硫化物礦床的遙感找礦模型更多地注重已知地質(zhì)理論知識(shí)方面的收集和討論，只是眾多礦床類(lèi)型遙感找礦模型的實(shí)例之一。相對(duì)不同的礦床類(lèi)型，遙感找礦模型的建立應(yīng)該有所不同，且更有針對(duì)性。不同礦床類(lèi)型的找礦模式不同，對(duì)遙感找礦標(biāo)志的定位有所不同。與巖漿巖作用、蝕變環(huán)帶相關(guān)的斑巖型礦床，或者與構(gòu)造相關(guān)的構(gòu)造熱液型礦床其找礦側(cè)重點(diǎn)不一樣。

某些區(qū)域由于受到地表植被的影像，在影像上不同地質(zhì)體的影像特征差異性小，遙感解譯的難度比較高。我國(guó)高原地區(qū)植被覆蓋率較低的地區(qū)，遙感影像特征比較明顯，尤其結(jié)合不同波段組合、不同分辨率、不同傳感器類(lèi)型的影像數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，遙感找礦模型對(duì)地質(zhì)找礦工作可以發(fā)揮更大的作用。

遙感地質(zhì)解譯過(guò)程中，由于受到遙感影像數(shù)據(jù)本身的限制，遙感解譯結(jié)果與地質(zhì)構(gòu)造事實(shí)有待野外實(shí)地的地質(zhì)考察檢驗(yàn)。

5　結(jié)論

通過(guò)地質(zhì)資料的收集，對(duì)遙感影像進(jìn)行地質(zhì)解譯，在對(duì)火山成因塊狀硫化物礦床的成礦理論和區(qū)內(nèi)典型礦床成礦規(guī)律進(jìn)行理論認(rèn)識(shí)和綜合分析后，建立遙感找礦模型，進(jìn)行區(qū)域找礦預(yù)測(cè)是可行的。

本文以白銀礦田為例，基于區(qū)域成礦地質(zhì)背景，礦床地質(zhì)特征，成礦規(guī)律等方面的深入學(xué)習(xí)，對(duì)區(qū)域的地質(zhì)找礦思路有了初步了解。在遙感地質(zhì)解譯的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)區(qū)域地層、構(gòu)造、巖漿巖因素的綜合分析，確立了3個(gè)遙感找礦靶區(qū)。初步建立了以此過(guò)程為研究手段的火山成因塊狀硫化物礦床遙感找礦模型。

遙感找礦模型是遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦工作中扮演角色的一個(gè)升華。本文所建立的火山成因塊狀硫化物礦床遙感找礦模型僅是遙感找礦中的一個(gè)實(shí)例，其側(cè)重點(diǎn)在于地質(zhì)理論知識(shí)和遙感影像的綜合分析過(guò)程。遙感找礦模型更具有科學(xué)性、系統(tǒng)性和普遍性，還需要進(jìn)一步的深入研究。

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The Demonstration Study of Remote Sensing of VMSDs: A Case Study of the Baiyin Ore Field， Gansu

YIN Tao YIN Xian-ke WANG Bo PEI Yan-lun LI Wei ZHANG Wei
（Sichuan Institute of Geological Survey， Chengdu 610081）

This paper deals with the demonstration study of the remote sensing of VMSDs， by the example of the Baiyin ore field， based on regional geological setting， geological characteristics and metallogenic regularities of the VMSDs. The remote sensing images of the ore field and its surrounding areas are interpreted by means of a comprehensive analysis of regional stratigraphic， tectonic and petrologic data. The remote sensing prospecting targets are delineated. A remote sensing prospecting model of VMSDs is preliminarily established.

VMS； demonstration study； remote sensing； prospecting model； Baiyin ore field

P618.4

A

1006-0995（2015）04-0522-05

10.3969/j.issn.1006-0995.2015.04.010隨著現(xiàn)代遙感技術(shù)的日新月異的發(fā)展，航空和航天遙感技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和軍事的很多方面獲得廣泛的應(yīng)用。在地質(zhì)找礦方面遙感充分發(fā)揮了其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，如中科院遙感所利用細(xì)分紅外和多光譜遙感在新疆找到金礦［1］，國(guó)土資源部航測(cè)遙感中心利用遙感影像發(fā)現(xiàn)了羅布泊鉀鹽礦［2］等等。

2014-10-23

全球地質(zhì)礦產(chǎn)與資源環(huán)境衛(wèi)星遙感“一張圖”工程項(xiàng)目（編號(hào)：科［2012］D2-02）資助

尹滔（1983-），男，四川彭州人，研究生，從事礦產(chǎn)地質(zhì)、遙感地質(zhì)調(diào)查工作