青龙地区构造和蚀变信息遥感解译与铀成矿关系

田青林，潘 蔚，余长发，罗富生

(核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京 100029)



青龙地区构造和蚀变信息遥感解译与铀成矿关系

田青林，潘 蔚，余长发，罗富生

(核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京 100029)

在对Landsat7 ETM+数据进行预处理的基础上，对多波段假彩色合成图像做滤波处理以增强区域构造特征来进行遥感构造解译；采用主成分分析和阈值分割法提取铁染、羟基蚀变信息；最后对解译的线性环形构造和提取遥感蚀变信息、航放异常和已知铀矿床(点)分布资料综合分析，圈定出3个找矿远景区。

青龙地区；遥感构造；蚀变异常；铀成矿远景区

青龙地区是我国北方代表性热液铀矿田区，在我国铀矿资源中具有重要地位[1]。前人对区内成矿区域地质背景、成矿地质特征、成矿地质条件有较详细的研究，物探、化探等工作程度较高，但遥感工作，尤其是多元信息综合分析与找矿研究相对较少。

本文立足于区域成矿地质背景分析，运用Landsat7 ETM+数据，开展地质构造解译并重点探讨了遥感蚀变异常信息提取方法及其与航放异常、已知铀矿床(点)空间上的相互联系，在此基础上进行成矿条件分析和远景预测。

1 研究区概况及数据源

1.1 研究区概况

研究区位于华北陆块秦皇岛岩浆弧(Ar3)III级构造单元北缘，出露有由太古代富铀钾质混合岩、古元古代富钾质似斑状黑云母花岗岩构成的高成熟度古陆块，区域上位于古亚洲构造体系(天山-阴山EW向复杂构造岩浆带)与滨太平洋构造体系(大兴安岭-太行山NNE向岩浆活动带)的交汇区东缘，属青龙-锦西EW向构造岩浆活动带与北票、建昌NNE向构造岩浆活动带的交汇处，具备有利于铀成矿的构造环境[2]。

1.2 遥感数据源

本次研究选取Landsat7卫星的ETM+数据，数据幅号为121/32，时相为2000年5月2日。属于1级产品，在进行蚀变信息提取之前对影像进行辐射校正、大气校正、几何校正、裁剪等预处理。为了使彩色合成图像能最大限度地反映地表信息，通过波段相关性分析，选择相关性较小的ETM+7(R)、4(G)、2(B)波段组合进行假彩色合成。

2 数据处理与构造解译

2.1 图像增强处理

影像中地质体的色调、颜色、纹理等都是遥感解译的重点依据，为了突出影像中构造信息，对预处理后的遥感影像进行滤波处理。以往研究表明，在地质解译前进行中值滤波处理，对消除孤立点噪声的影响有良好改善效果[3]。因此，本文对青龙地区遥感影像进行5×5中值滤波处理，消除遥感影像的随机噪声，线性体边缘得到增强，利于构造特征的解译。

2.2 地质构造的遥感解译分析

利用目视解译方法，我们对区内的线性和环形构造进行了重点解译。解译结果表明研究区内线性、环形构造十分发育，线性构造展布方位主要有EW、NE、NW、NNE向等。环形构造空间上多沿NE、NWW向断裂呈串珠状分布(图1)。结合地质资料分析，发现本区构造与区内岩浆活动和铀成矿关系密切。

图1 青龙地区遥感构造解译图Fig.1 Remote sensing Interpretation map of structures in Qinglong areas1—线性结构；2—环形构造；3—铀矿床；4—铀矿点。

研究区以EW、NE、NW、NNE向多组断裂构造发育为特征。EW向断裂控制了中上元古界的沉积格局、盆地边界及晚期正长斑岩等脉体的产出。NE向断裂多为区域性深大断裂，表现为中晚元古代裂陷槽与隆起的接触带断裂，贯穿基底，具有多期活动的特点，为控制岩浆活动、控制火山盆地和铀成矿带的重要构造。NNE向断裂是中生代盖层构造，为NE向构造的派生次级构造，控制晚期火山活动。NW向断裂是NE向断裂的配套断裂，控制了次火山岩体及中基性、中酸性脉体的分布。在干沟一带NW向断裂是铀成矿热液运移的通道。

环状构造主要控制火山盆地、岩体的分布，在空间上多沿NE、NW向断裂分布。大的环形体是由火山塌陷盆地形成的，边部有呈环状、弧状分布的岩墙。小的环状构造多为火山机构。

3 遥感蚀变信息提取与异常分布特征

3.1 遥感蚀变信息提取的理论依据

内生成矿作用过程中热液流体活动常形成一定规模的蚀变围岩，围岩蚀变是一种重要的找矿标志[4]。热液蚀变矿物在短波近红外波段具有诊断性吸收特征，这种光谱诊断特征使得利用遥感数据提取矿化蚀变信息成为可能[5]。

Landsat7遥感卫星包含专为地质勘查而设计的TM5(1.55～1.75μm)和TM7(2.08～2.35μm)波段。在TM7波段内，羟基矿物形成明显的特征吸收带，是探测含Al-OH、Fe-OH、Mg-OH基团的矿物最理想遥感波段之一[6]。而含铁矿物在TM1和TM4波段有较强吸收带。因此，利用ETM+图像可提取出铁染强度、岩石土壤中的羟基等基本的光谱信息[7]。

3.2 蚀变信息提取方法

提取矿化蚀变信息的过程是对影像中所有像元信息进行统计分析的过程[8]。为了增强影像灰度级之间的差异，区分细微差异，需要对影像进行增强处理。通常选用线性拉伸，先对各波段像元灰度值进行统计，再将波段中像元灰度最大值与最小值之间的全部数据线性拉伸至0～255，以保证微弱的蚀变异常信息在图像拉伸过程中得到增强。

研究区受植被、水系和阴影等诸多因素的影响，所以在蚀变信息提取前先要去除这些因素的干扰，受干扰的像元不参与统计分析。利用ENVI软件中的掩膜运算对干扰信息进行掩膜处理。

对经过增强及去除干扰后的图像，采用主成分分析方法提取蚀变异常信息。

提取铁染信息用ETM+1、3、4、5波段做主成分分析，本区图像相关波段的特征向量见表1所示。由表1可知，PC4特征向量载荷因子在ETM+1波段和ETM+3波段呈高值，且在ETM+3波段为正值、ETM+1波段为负值，基本上与含Fe2+、Fe3+的矿物在ETM+3波段存在反射峰和在ETM+1波段存在吸收谷相符，因此PC4反映了铁化蚀变信息。

表1 青龙地区ETM+ 1、3、4、5波段特征向量及特征值

提取羟基信息用ETM+1、4、5、7波段做主成分分析，本区图像相关波段的特征向量见表2所示。由表2可知，PC4中ETM+5与ETM+7、ETM+4具有相反的贡献值，ETM+1与ETM+5具有相同的贡献值，因此PC4反映了羟基蚀变信息。

表2 青龙地区ETM+ 1、4、5、7波段特征向量及特征值

异常的分级利用标准差的倍数Kσ，采用不同的Kσ得到的异常级别就不同[9]。图像经过PCA变换后，将结果量化拉伸到0～255区间，K为标准离差倍数，对于羟基异常K一般取2～3，对于铁染异常K一般取1.5～2.5[10]。据此，对主成分影像进行阈值分割，然后进行低通滤波去除噪声和孤立点，异常一般分为3级，Kσ值最大的为一级，次之为二级，最小的为三级(图2)。

图2 青龙地区铀成矿要素分布与综合预测图Fig.2 Distribution of uranium metallogenic elements and prognosis in Qinglong areas1—一级铁染异常；2—二级铁染异常；3—三级铁染异常；4—一级羟基异常；5—二级羟基异常；6—三级羟基异常；7—线性构造；8—环形构造；9—航放U>1.56×10-6异常值分布区；10—矿床；11—矿点；12—成矿远景区及编号。

4 解译信息与铀成矿关系分析

4.1 遥感蚀变信息与铀成矿关系

(1)蚀变异常分布特征

从遥感蚀变异常分布图可以看出，青龙地区遥感蚀变异常分布相对比较集中。羟基异常主要受构造控制，呈NE向分布。其中一级羟基异常范围较小，多分布在构造交叉部位及富水区附近。铁染异常与构造关系不明显，且多分布在河流和汇水区附近。

(2)蚀变异常与铀成矿关系

从青龙地区遥感蚀变异常与已知铀矿化的空间关系看，已知铀矿床(点)密集区分布有许多二、三级羟基异常，受NE、EW向构造控制明显，与铀矿化关系密切。部分异常与解译环形构造关系密切，受火山机构控制，与已发现的铀矿化存在一定关系。

4.2 断裂构造与铀成矿关系

火山岩型铀矿化的形成与断裂构造、火山岩浆和热液活动密切相关，特别是断裂构造。从遥感解译构造图和已发现的铀矿化分布叠合可以看出，青龙地区的3个矿床都分布在EW向断裂带上。青龙铀矿化聚集区发育较多环状构造，处于EW、NW向断裂构造带上。线、环构造控制该区域铀矿床(点)的空间分布，尤其是与火山机构、次火山岩有关的环形构造，与铀矿床的对应关系更为明显。该火山机构边部分布有433、434等铀矿床及一系列铀矿点。

5 综合预测

利用遥感解译构造和遥感蚀变信息开展成矿预测，关键是充分利用遥感信息的成矿地质意义来确定评价要素。对于火山岩型铀矿而言，环形构造和蚀变信息尤其重要，预测区确定和分级一般采用评价要素叠加的方法[11]。该方法中，多个评价要素重叠的地方被认为是成矿有利区域，有利评价要素越多，成矿的有利度就越大。

利用地理信息系统进行多源信息综合预测是地质遥感的优势，将遥感蚀变异常、构造、航放异常、矿床(点)等多种地学信息在ArcGIS平台进行叠加，综合分析探讨找矿前景，圈定了3个找矿远景区(图2)，具体如下：

I号远景区发育有一级、二级、三级铁染蚀变及二、三级羟基蚀变，同时又是多组断裂及环形构造交叉部位，属航放铀偏高场区。结合该区铀矿床受EW向控矿断裂控制，呈等间距分布的规律矿床，将该区划为进一步勘查找矿的I号远景区。

II号远景区分布有三级羟基蚀变，EW向控矿断裂贯穿全区，与环形火山机构交汇，目前沿着该EW向断裂已发现有多处铀矿点，同时区内属航放铀偏高场区，成矿有利信息明显。

III号远景区分布有一级、二级、三级羟基蚀变，区内断裂构造发育，EW、NE和NW向构造交叉，分布有多个已知铀矿点，属航放铀偏高场区，也是成矿有利地段之一。

6 结论

(1)遥感构造解译表明，研究区内线性、环形构造十分发育。环形构造空间上多沿NE、NW向呈串珠状分布。线性构造展布方位主要有EW、NE、NW、NNE向，其中EW、NE向构造控制着铀矿床的空间分布，已发现的铀矿床(点)也进一步印证了这一结论。

(2)研究区内羟基蚀变异常分布相对集中，主要受NE、EW向构造控制。此外，该地区的部分异常与解译环形构造关系密切，受火山机构控制，与已发现的铀矿化存在一定相关关系。

(3)通过遥感信息和已知铀矿床(点)对比研究，证实遥感解译构造和遥感蚀变异常信息可以作为成矿预测的标志。综合分析线性环形构造、遥感蚀变异常信息、航放异常信息和铀矿床(点)分布等多种地学信息，用于成矿远景预测，为研究区进一步地质找矿工作提供线索。

[1]商亚军,彭仕冕,杨冰. 青龙铀矿田成矿地质特征及找矿方向初探[J].四川地质学报,2010,30(4):399-400.

[2]潘桂棠,肖庆辉,陈松年,等. 中国大地构造单元划分[J]. 中国地质,2009,36(1):5-8.

[3]丰茂森. 遥感图像数字处理[M]. 北京: 地质出版社,1992.

[4]王日冬,邢立新. 矿床蚀变信息的遥感提取方法[J]. 世界地质,2000,19(4):397-401.

[5]杨建民,张玉君,姚佛军. 利用ETM+遥感技术进行尾亚杂岩体的岩性识别[J]. 岩石学报,2007,23(10):2397-2402.

[6]阎积惠,康慧. TM图像地质应用原理与方法[M]. 北京:冶金工业出版社,1993:45-72.

[7]杨建民,张玉君,陈薇,等. ETM+(TM)蚀变遥感异常技术方法在东天山戈壁地区的应用[J]. 矿床地质,2003,22(3):278-286.

[8]钱建平,张渊,赵小星,等. 内蒙古东乌旗遥感构造和蚀变信息提取与找矿预测[J]. 国土资源遥感,2013,25(3):109-113.

[9]Longhi I, Sgvetti M, Chiari R, et al. Spectral analysis and classification of metamorphic rocks from laboratory reflectance spectra in the 0.4225μm interval: A tool for hyperspectral data interpretation[J]. International Journal of Remote Sensing,2001,22(18):3763～3782.

[10]冯雨林,时建民,杨利军. ETM+遥感影像矿化蚀变信息的提取与找矿实践[J]. 地质与资源,2008,17(1):69-71.

[11]潘蔚,谢迎春,罗富生，等.全国铀矿资源潜力评价遥感数据处理与应用[J]. 铀矿地质,2012,28(6):383-387.

(，Continuedonpage64)(，Continuedfrompage56)

Structure and Alteration Information of Remote Sensing Image in Qinglong Area and its Relationship to Uranium Mineralization

TIAN Qing-lin, PAN Wei, YU Zhang-fa, LUO Fu-sheng

(NationalKeyLaboratoryofRemoteSensingInformationandImageAnalysisTechnology,BeijingResearchInstituteofUraniumGeology,Beijing100029,China)

The Enhanced Thematic Mapper image (ETM+) was used to study uranium metallogenic elements in Qinglong area, Hebei Province.The image were first enhanced with color composition and image filtering technology, and linear and circular structures were identified by visual interpretation.The iron-stained and hydroxy alteration information were extracted with Principal Component Analysis (PCA) and threshold segmentation.The relation of linear and circular structures, alteration information, airborne radioactive anomaly and uranium occurrences and deposit was comprehensively analyzed with GIS , and three metallogenic prospective areas were finally predicted in Qinglong area.

Qinglong; remote sensing；structure; alteration anomaly; prospective areas of uranium mineralization

10.3969/j.issn.1000-658.2015.01.007

2014-09-17 [改回日期]2014-10-15

田青林(1988—)，男，核工业北京地质研究院在读硕士研究生。专业研究方向：地学目标图像识别。E-mail：736924158@qq.com

1000-0658(2015)01-0052-06

TP75

A