江西盛源火山盆地遙感地質解譯與鈾礦找礦前景分析

董麗娜，張 微，2，王 雪，陳 玲，楊金中，莫子奮

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083;2.北斗航天衛(wèi)星應用科技集團，北京 100070;3.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院，北京 100083;4.江西省核工業(yè)地質局265大隊，鷹潭 335000)

0 引言

20世紀70年代以來，隨著航天技術和計算機技術的飛速發(fā)展，遙感技術在地質、礦產、國土、環(huán)境等調查領域的應用越來越受到重視［1－2］;其宏觀性、現勢性和多時效性等特點，更在近年來的區(qū)域地質調查、礦產資源勘查、工程地質調查和地質災害動態(tài)監(jiān)測等工作中得到了廣泛應用［3］。經過十幾年的應用與發(fā)展，隨著空間分辨率和光譜分辨率的不斷提高［3］，利用多光譜衛(wèi)星遙感數據開展礦產資源勘查與資源評價已經成為一種快速經濟的找礦手段［4－5］。本文以 ALOS，SPOT5 和 ETM+等多源遙感數據為信息源，在完成圖像幾何糾正與配準和圖像增強的基礎上，對江西盛源火山盆地進行1∶5萬比例尺遙感地質解譯和遙感蝕變異常信息提取與篩選;并結合已有地質資料分析尋找鈾礦的前景，為該區(qū)的礦產資源勘查和資源評價提供基礎地質資料和參考依據。

1 研究區(qū)概況

1.1 自然地理概況

研究區(qū)盛源火山盆地位于江西省東北部，隸屬于鷹潭市。浙贛、皖贛及鷹廈等鐵路和320國道等多條高等級公路穿越研究區(qū)，交通十分便利(圖1)。

圖1 研究區(qū)交通位置圖Fig.1 Traffic position of study area

從區(qū)域上看，鄱陽湖及其周邊地區(qū)的地貌類型復雜，山地、丘陵、崗地、平原和湖泊洼地兼而有之。研究區(qū)內則以崗地、平原、湖泊和洼地為主，主要由上更新統亞粘土直接覆蓋于前第四系之上，并組成二級階地與一級階地;信江自東向西橫貫研究區(qū)中北部，沿江地區(qū)由全新世晚期堆積物組成河漫灘。

1.2 地質礦產概況

江西盛源火山盆地位于揚子準地臺與華南褶皺系接壤處、信江凹陷中段南緣，處在近EW向萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂、NE向鷹潭—安遠深斷裂與NW向鷹潭—瑞昌大斷裂的復合部位。基底主要由元古宙—早寒武世淺變質巖系和加里東期花崗巖組成，蓋層為上侏羅統火山巖地層和白堊系砂巖紅層。在新近紀特別是燕山期，太平洋板塊開始向歐亞板塊俯沖，被動大陸邊緣充分發(fā)育的硅鋁殼發(fā)生從熔改造，過渡巖漿房的巖漿分異結晶，形成強分異的富鈾巖漿;隨著俯沖速度的減慢和俯沖帶逐漸向大洋方向遷移，大陸邊緣因受到強烈擠壓而逐漸向拉張轉化，沿結合帶發(fā)育的斷裂帶開始復活;過渡巖漿房的富鈾巖漿及其聚集的揮發(fā)份和流體迅速上移和噴出，形成大面積的裂隙式火山巖;在多組構造的結合帶附近發(fā)生廣泛的鈾化［1］，聯合控制了帶內的陸相火山活動和鈾成礦作用。其中萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂不但控制了2個Ⅰ級大地構造單元的地殼演化，而且控制了帶內的構造－巖漿活動及礦化活動，使得盛源盆地及其鄰區(qū)成為贛—杭構造火山帶內的1個重要的產鈾火山盆地，具有良好的找鈾礦前景。研究區(qū)及其周邊地區(qū)礦產資源豐富，已探明儲量的有金、銀、鉛、鋅、鈾、瓷土、石膏、硅等30余種，其中銀、石膏、瓷土和鈾礦均十分豐富［6］。

2 遙感數據處理

2.1 幾何糾正與配準

本文采用 ALOS，SPOT5和ETM+衛(wèi)星數據，首先以控制點－多項式擬合校正方法對原始數據進行了幾何糾正和配準;然后利用基于地理坐標的無縫鑲嵌方法對圖像進行鑲嵌，并運用亮度匹配等方法確保鑲嵌圖像的質量［7］。

2.2 圖像增強

圖像增強主要是突出不同地物之間波譜特征的差別，以及空間形態(tài)、邊緣、線條及紋理結構特征(如蝕變帶、接觸帶、破碎構造帶、線性體及地貌特征等)［8］。本文選用圖像融合［9－11］、主成分變換［5］、比值分析［6］和濾波增強等不同的圖像處理方法，通過對圖像處理結果的對比分析及相互驗證，達到提高區(qū)內巖性、構造信息提取效果的目的(圖2)。

而對局部重點地區(qū)，則針對不同的地物特征信息，運用圖像糾正、彩色合成與空間變換、圖像增強處理、圖像鑲嵌等技術手段，以達到最佳效果［12］。

3 遙感地質解譯與蝕變異常信息提取

3.1 地質解譯

盛源火山盆地位于揚子準地臺與華南褶皺系接壤處、信江凹陷中段南緣，處在近EW向萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂、NE向鷹潭—安遠深斷裂與NW向鷹潭—瑞昌大斷裂復合部位。其中萍鄉(xiāng)—廣豐深斷裂是1條自中元古宙以來長期發(fā)展的活動帶，它不但控制了2個Ⅰ級大地構造單元的地殼演化，而且控制了帶內的構造－巖漿以及礦化活動;特別是在燕山期，該活動帶與太平洋板塊向歐亞板塊俯沖，聯合控制了帶內的陸相火山活動和鈾成礦作用。故遙感地質解譯中先利用ETM+圖像建立研究區(qū)遙感構造格架(圖3)，進行區(qū)域地質背景綜合分析。

再利用ALOS，SPOT5等空間分辨率優(yōu)于2.5 m的數據，對重點區(qū)進行詳細的巖性和構造解譯(圖4)。

依據各地質體的影像特征，結合已有地質資料，在研究區(qū)內共解譯出3組不同方向的線性構造;并分別采用紋理分析和卷積對NE，NW和近EW向構造進行增強處理，解譯結果對推測隱伏斷裂構造具有很大意義。為了更好地對斷裂構造的規(guī)模和空間展布方向進行解譯，還利用ALOS圖像與空間分辨率為30m的DEM進行疊加顯示，對生成的三維遙感影像圖進行詳細解譯。最后，對解譯出的典型構造和巖性進行了野外實地驗證［13］，并根據驗證結果完善了解譯標志、提高了解譯精度。

此外，通過濾波增強處理，還發(fā)現若干疑似火山機構，在三維遙感影像圖上有較好的反映(圖5)。

圖5 疑似火山機構的環(huán)形構造影像圖Fig.5 Circular structure images of suspected volcanic institutions

3.2 蝕變異常信息提取

研究區(qū)地表覆被嚴重，尤其是植被、陰影區(qū)、云、水體和沼澤地等對遙感蝕變異常信息提取的干擾很大。結合以往經驗，通過改進“去干擾－主成分分析－異常篩選”技術［14－15］，成功地去除了上述干擾信息，實現了不同水平遙感異常的精確定位;在此基礎上，利用ETM+數據進行了遙感蝕變異常信息的提取、分類和分級［16］(圖 6)。

圖6 研究區(qū)遙感異常圖Fig.6 Remote sensing anomaly map of study area

在以上處理的基礎上，以遙感影像為基礎，綜合圖像處理、地質解譯和蝕變異常信息提取結果，在楊梅塘、壩口和金源地區(qū)圈定出3處環(huán)形構造，初步推測為火山機構(在下文的綜合找礦信息及鈾礦前景分析中作具體論述);并對需要補充開展的驗證工作提出了建議。

4 綜合找礦信息及鈾礦前景分析

以從遙感圖像獲取的解譯結果和異常信息為主要預測依據，結合已有相關資料，分別從地層、構造和遙感異常等方面［17－18］進行綜合找礦預測和鈾礦前景分析，提出曲溪、余壩和盛源3處遙感找礦有利區(qū)，分述如下:

圖7 曲溪遙感找礦預測圖Fig.7 Rem ote sensing prospecting p rediction m ap for Quxi zone

1)曲溪遙感找礦有利區(qū)(圖7)。該區(qū)段位于研究區(qū)的西部、盆地西緣外側的推覆體內。地層以下白堊統贛州群(K1g)為主，西部發(fā)育有少量的上侏羅統打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)。區(qū)段內地質構造十分發(fā)育，其中EW向葉家—盛源斷裂與NE向壩口—貴溪斷裂、NW向余干—鷹潭斷裂聯合控制著火山坳陷西邊緣。賦礦地層主要為上侏羅統打鼓頂組(J3d)熔結凝灰?guī)r，受上述3組斷裂構造影響，形成了規(guī)模較大的順層破碎帶，現已在該破碎帶中發(fā)現大型鈾礦床。該區(qū)段遙感圖像的影紋較平滑，色調較均勻單一，地形起伏不大，形成一系列低矮山丘，局部地區(qū)環(huán)形構造較為明顯。遙感蝕變異常較為發(fā)育，主要以羥基異常為主。

經研究發(fā)現，該區(qū)段內已發(fā)現的礦床因受后期盆地西部抬升作用的影響，在重力和伸展作用的影響下，向西滑覆到現在位置。通過不同尺度遙感圖像、遙感異常對比分析和疊加顯示發(fā)現，礦床東部發(fā)育有較為明顯的環(huán)形構造，且環(huán)形構造與遙感異常套合較好，因此建議在該區(qū)東部進一步開展找礦工作。

圖8 余壩遙感找礦預測圖Fig.8 Remote sensing prospecting prediction map for Yuba zone

2)余壩遙感找礦有利區(qū)(圖8)。該區(qū)段位于盛源火山盆地的南部，為火山巖分布區(qū)的三角地帶。該區(qū)段火山盆地基底為加里東期花崗巖(γ3)和震旦—寒武系海相火山碎屑巖富鈾層，地層以上侏羅統打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)為主，北部含少量的下白堊統贛州群(K1g)。該區(qū)段地處近EW向壩口—莊家斷裂帶與NE向壩口—貴溪斷裂帶、金源—流口斷裂帶的復合部位，地層展布明顯受斷裂控制，遙感影像特征明顯。經圖像增強處理，發(fā)現若干環(huán)形構造和疑似火山隆起的影像。在這些環(huán)形構造周邊已有次花崗斑巖出露，其深部可能隱伏有次花崗斑巖體。該區(qū)段內遙感異常顯著，以羥基異常為主;局部地區(qū)羥基異常和鐵染異常套合較好，鐵染異常多出現在羥基異常邊部，分布較為稀疏，強度較弱;異常總體分布與已知破碎蝕變帶吻合較好。

綜上所述，推測深部可能存在與次火山巖有關的礦化(體)。該區(qū)段遙感找礦預測圖上的蝕變異常的空間分布特征與已知礦床形態(tài)相似，是尋找深部火山巖中低溫熱液型鈾礦床的有利地段，顯現出良好的找礦遠景。

圖9 盛源遙感找礦預測圖Fig.9 Remote sensing prospecting prediction map for Shengyuan zone

3)盛源重點遙感找礦有利區(qū)(圖9)。該區(qū)段位于盛源火山盆地東部邊緣，NNE向漆工—圳上斷裂帶和弋陽—資溪斷裂的復合部位。該區(qū)段中部以上白堊統南雄組(K2n)為主，遙感圖像中紋理結構十分發(fā)育;而兩側則以下白堊統贛州群(K1g)為主，邊部發(fā)育有少量的上侏羅統打鼓頂組(J3d)和鵝湖嶺組(J3e)。該區(qū)段內地質構造十分發(fā)育，有NE，NW和近EW向3組，其中近EW向基底斷裂對礦床控制作用明顯。受EW向和NE向次一級斷裂構造的影響，順層破碎帶十分發(fā)育。侏羅系上統火山巖出露齊全，火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖相間出現，底部為中元古界變質巖，外圍有燕山期花崗巖體;遙感異常與斷裂構造關系較為緊密，具有較明顯的近EW向斑狀分布特征，基本上沿近EW向線性構造(帶)和礦帶斷續(xù)展布。

遙感異常以鐵染異常為主，有規(guī)律地分布在不同巖石地層單元的邊界處。該區(qū)段較多，成礦地質條件優(yōu)越。建議在已知礦床周邊，針對遙感地質解譯結果與遙感異常套合較好且分布集中的有利地段，開展進一步礦產詳查工作。

5 結論

1)本文利用多源遙感數據，采用圖像融合、主成分變換、比值分析和濾波增強等方法，通過對地物信息的增強處理，突出了不同影像單元的對比度，有效地圈定了巖石和地層界線，取得了較好的地質效果;同時結合數字高程模型(DEM)制作三維立體模型，提高了不同地物信息的對比度和可識別程度，更加有效地提取出線性構造、環(huán)形構造和火山機構，為該地區(qū)的找礦預測和資源評價提供了基礎數據和參考依據。

2)盡管研究區(qū)地表破壞嚴重，且大部分為白堊系紅層所覆蓋，但通過遙感異常信息提取，結合已有礦產資料，發(fā)現和圈定的遙感找礦有利區(qū)的鐵染異常均有規(guī)律地呈斑狀分布在火山碎屑巖與火山碎屑沉積巖出露帶上;且基本沿重要含礦地層單元界線呈線性展布，受構造控制特征明顯，與鈾礦成礦關系密切。

3)受客觀條件限制，本文的找礦預測方法和成果還有待進一步補充和完善，如遙感異常篩選、圖像增強等技術手段的針對性有待加強。在后續(xù)工作中將繼續(xù)進行更深入的遙感找礦研究。

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