基于遥感与分散流异常综合找矿预测研究

2015-03-24 12:36于建华彭中勤

华南地质 2015年1期

于建华，彭中勤

YUJian-Hua1,PENGZhong-Qin2

(1.天津华北地质勘查局,天津300170，2.武汉地质调查中心，武汉430205)

（1.Tianjin North China Geological Exploration Bureau,Tianjin 300170；2.Wuhan Center of China Geological Survey,Wuhan 430205,China）

1 引言

随着遥感技术应用面不断扩大，利用遥感信息和地球化学异常找矿综合分析，进而圈定出找矿靶区，发展成为一种找矿预测新技术方法[1-5]。该方法基于成矿元素的地球化学异常场与遥感影像特征之间存在某种确定的专属联系的遥感地球化学理论。对于以构造控矿为主的成矿区域，遥感影像资料最能从宏观上揭示构造控制的成矿有利部位，如作为热液通道的各级断裂构造及其交汇部位、构造容矿机构及伴随的矿化、蚀变带地物波谱异常区等。研究证明，正是这些遥感找矿异常区通常与地球化学异常存在着某种相关性。因此，在找矿预测中，应用遥感信息和地球化学异常相互配合，互为补充，就可以提高找矿预测的效果与效率。

目前，遥感技术与应用已从地球资源的现状调查实验阶段进入参与规划、决策和评价的实用阶段，它正在转向实用化和商业化。空间遥感技术是21世纪科学技术发展中最激动人心、最有希望的高科技之一。由此可见，遥感技术与地球化学信息综合找矿研究，是将最新技术与传统找矿模式的结合，这将为传统的地质找矿工作带来深远的影响。

2 地质背景

研究区位于广西壮族自治区北部的龙胜县与湖南省城步县之间，交通极为不便，利用传统方法在该区开展找矿工作，不仅投入人力物力十分巨大，周期相当长，而且效果也不明显。利用遥感和分散流技术在该区开展找矿工作，刚好能弥补传统方法的不足，更能发挥其巨大的优势，取得良好的效果。研究区南北长约7.7 km，东西宽约6.6 km。

龙胜地区大地构造位置隶属于扬子准地台南部边缘，位于华南板块二级构造单元扬子陆块南缘与华南褶皱带的交接部位。加里东造山运动期，该区处于华南褶皱带变形的前锋，构造变形强烈，表现为紧密的线性褶皱和推覆构造[6]。一条NNE向区域深断裂（泗水-五团深断裂)贯穿本区。本区区域深断裂具有发生时间早(晚元古代)、切割深度大(硅铝-硅镁层)、活动时间长(雪峰期-印支燕山期)、普遍发生脆-韧性剪切变形（如基性-超基性、长英质糜棱岩带、劈（片）理化带普遍）等特征。区域深断裂及其次级NNE向、近NS向区域断裂及更次级NE、NW、NEE向剪切断裂构成统一的“面状”透入性构造带。褶皱构造主要为NNE向紧闭背斜，如平等背斜、龙胜背斜、马海背斜，背斜核部为丹洲群，两翼为震旦系、寒武系。

桂北龙胜里市地区出露地层[7]主要有四堡群、丹洲群、震旦系、寒武系。其中，下-中元古宇四堡群为该区出露的最老地层，构成下部褶皱基底，上元古宇-下古生界地槽型沉积，构成上部褶皱基底[8]，其中主要以丹洲群、震旦系为主，约占全区的80%左右[9]。

3 遥感数据的选择与信息提取

3.1 遥感数据的选择

根据工作区遥感图像资源状况、地区自然气候和植被自然生长情况，卫星遥感图像月份应尽量选择为晚秋（9~11月上旬）。为了保证图像解像力和解译效果，购买图像时，要尽量选择无云或云量较少的图像。因此，在本次研究中选取了美国陆地资源卫星Landsat-7 ETM+（20001106）数据和法国SPOT-5（20051002）卫星数据。

本文主要利用Landsat-7 ETM+数据的B7、B4、B3的假彩色合成影像来解译出研究区内一定数量的区域性构造信息，宏观的角度为SPOT-5高分辨率的构造信息提取提供有益参考，并利用多光谱波段，采集出一定数量与我们采集的分散流数据点对应的灰度值，制成波谱曲线图，找出不同波段灰度值与分散流异常之间的联系。基于Landsat-7 ETM+遥感数据，利用采样点的最佳示矿波段确定法，开展了基于分散流采样点的最佳示矿波段选择研究，利用遥感影像数据对已知分散流采样点进行Z剖面波谱分析，确定出最佳示矿波段。

由于研究区缺少中、大比例尺的基础地质资料的情况下，利用SPOT-5的高分辨率的特征，解译出研究区内一定数量的构造信息，为研究区找矿预测提供一定的依据；并在原有1∶50万地质图的基础上，运用遥感图像处理方法，圈定出本研究区各地层之间的界线。最后通过分散流数据分析结果、Landsat-7 ETM+解译信息、SPOT-5图像处理结果等进行综合叠加、对比分析，为找矿预测研究提供有力的证据和直观、精确的定位。

3.2 遥感线性构造提取

线性体是指遥感影像上任何天然的线或线性排列，遥感图像中解译出的线性构造多数是构造要素的反映，并主要与断裂构造（包括节理、断层、断层带）有关[10-12]。在一般情况下，线性体的方位多具近于正交的特点，并多具优势方位，其优势方位反映了区域构造基本轮廓，而其方位偏差则反映了局部构造异常，规模较大且延续性强的线性影像异常是深层构造在地表的直接表现，因此，通过遥感影像所提取的线性构造大多数与构造要素存在密切联系，通过对线性影像的统计分析，有助于分析研究各类构造的成生和空间展布规律，为区域构造及其找矿研究提供重要依据。

项目在综合了对Landsat-7-ETM+和SPOT-5影像数据的解译基础上，解译了141条线性构造和6个弧形构造，其中有几条较大的北东向的线性构造：L1、L4、L5穿过整个研究区，伴随着这几条大的线性构造周围，发育一系列的次一级的北西和北东向线性构造。从线性构造分布的特征来看，在全区范围内均有展布，主要方向为北北东向，次一级为北西向。线性构造密度分布在不同部位差别明显，密度最大的区域主要分布在研究区SW 方向的东升地区及其周围，以及大白山山系带上，这在很大程度上反映了这两个地区断裂构造的实际分布状况。

通过对位于大白山山系以东的已知Pb和Sn矿矿点的查证，这个已知矿点的矿脉展布方向为NEE，产于区域性的大白山山系断裂构造带的次一级NEE断裂构造带中，其形成与大白山山系发育的构造带有关。因此，解译出本研究区内的次一级、二级断裂构造有着相当重要的意义。在研究区约50 km2的范围内，解译出了141线性构造和采集了287个分散流点，经实地查证结果显示，遥感解译的这些线性构造大部分都是断裂构造。

4 分散流信息

分散流实质上是次生晕在水系沉积物中的一种特殊表现形式，是在表生作用下形成的一种产物[13]。它可以在次生晕形成的同时或其后，形成的方式主要是通过流水作用将遭受风化的矿体及其原生晕机械破碎物和盐类状态的成矿元素及伴生元素进行迁移[14]。

地球化学异常下限的确定是勘查地球化学的一个基本问题，也是勘查地球化学应用于矿产预测时的一个关键性环节。根据龙胜里市地区钨锡等多金属勘查区分散流数据分析结果，通过地球化学异常下限的确定方法，即通过统计勘查地球化学数据，检验其是否符合正态分布或对数正态分布，如果不符合，则筛除部分异常数据，通常是元素的高含量数据，直到数据符合正态分布或对数正态分布为止。本文剔除了六种分散流数据的部分高值和低值异常后，将数据按对数间隔分组，得到数据的对数直方图，直到研究区六种元素分散流异常的对数符合对数正态分布，并利用公式[15]：

计算得到各元素异常信息的平均值（c）和标准离差（σ），并以平均值与1.5倍标准离差之和(表1)作为六种元素异常的下限（c+1.5σ）（我国目前使用的地球化学勘查标准中规定的异常下限是（c+σ）），圈定异常区域，并将圈得的异常区域在地理信息系统软件sufer 8.0中分层保存，经投影变换和坐标配准后，进行层与层之间的空间叠加，从而得到七种分散流元素的异常区域空间叠加图，W和Sn元素之间，Mo、Ag、Pb、Cu和Zn元素异常区域之间都有很大面积的重叠，显示了很好的空间相关性。

表1 地球化学分散流元素的均值、标准离差和异常下限Table 1 The elements of the mean，standard deviation and anomaly thresholds

研究区分散流测量显示，W 分散流值为：1.3~69.2μg/g。W异常高值出现在研究区的西北角上，地理位置上主要位于东升地区的西北部，在东升的南部和东部也有一小片面积的W异常出现。

Pb的分散流值为：0.17~9.98μg/g，Mo异常也出现在大白山山系南部；

Zn的分散流值为：20~245μg/g，Zn异常出露的位置大致与Mo相同。

综合分析W、Sn、Zn、Ag、Pb、Cu和Mo七个元素，显示出这些元素之间的高度相关性。W元素的异常高值区流值为8.8~56μg/g，分散流测量Pb异常在研究区出露面积广，在东升的西部和东部，大白山山系的南部都有大面积的出露，是所有分散流数据分析样品中出露面积最广的；

Cu的分散流值为：12.1~566.2μg/g，Cu的异常出露面积也很广，但高值区面积较小，主要的高值点位于大白山山系南部；

Ag的分散流值为：0.034~0.67μg/g，Ag异常主要出现在大白山山系南部；

Sn的分散流值为：1.2~27.1μg/g，Sn异常与W异常出露的位置大致相同。二者表现为很好的相关性；

Mo的分散，Sn元素也同样出现几乎重合的异常高值现象。显示出了W和Sn高度相关性，而在这两个元素的高值区，其他几种元素除Pb以外几乎无高于异常下限值出现。同样的情况也出现在Mo、Ag、Zn、Cu元素的异常区。只有Pb在同时出现在两种异常区中，说明在研究区内，元素伴生和组合存在规律性。

5 找矿预测研究

5.1 波谱信息提取与最佳示矿波段的确定

本次研究的波谱信息提取是在Landsat-7 ETM+遥感数据上进行的。由于Landsat-7 ETM+遥感数据的分辨率为30 m，而由MapGIS中采集的数据点坐标数据是精确到小数点后两位。所以，在我们利用分散流数据点的坐标值在遥感图像上运用象索定位找取对应点时，只能找取与坐标值最临近的点作为波谱信息采集点，但是，从测量的结果表明，采取的最临近点的波谱值基本能够反应出分散流数据点的波谱特性。在采集的287个分散流数据点中，随机抽取了10个点作为本次波谱信息测定的点，波谱测定结果如表2所示。根据ETM+的不同波段的特征和用途，本文选择Band-1、Band-2、Band-3、Band-4、Band-5和Band-7的波谱反射率进行对比。

表2 Landsat-7 ETM+波谱信息测定结果Table 2 The results of the spectrum information of Landsat-7 ETM+

由表2波谱测定结果、表3的分散流值和图1的分散流数据点的波谱曲线特征图可以看出，分散流点3、点8和点9的Mo、Ag、Cu、Pb、Zn的光谱分析值较低，对于光谱曲线图中，这几个点的光谱曲线都表现为相对起伏不大，点2的分散流光谱分析结果中Cu的值相对较高，点4、点6、点7和点10的分散流光谱分析结果中表现出Pb的值较高，而恰好在这几个点的位置的Band-4的灰度值也较高，相对于Band-3与Band-5出现了异常的高值现象。在点5的分散流光谱分析结果中表现出了Cu和Pb的值均较高的现象，该点处的Band-4的灰度值较Band-3和Band-5有一定的提高，但相对与点4、点6、点7和点10的提高效果反而并没

有那么大，正是由于该点Cu含量的增加反而降低了该点的灰度值。点1的光谱分析值比较特殊，虽然在该点的光谱分析值较低，却在Band-4中的灰度值同其他数据点一样出现了异常的高值现象。

表3 龙胜里市地区部分分散流值Table 3 Some results of the spectral analysis in the point of dispersion flow data

图1 部分分散流数据点的波谱曲线特征图Fig.1 Thespectral curve in thepoint of dispersion flow data

总的来说，分散流异常与遥感灰度值之间有着一定的联系，根据不同波段波谱反射率对比结果来看，主要表现为在Band-4波段处，分散流异常高值点的遥感影像灰度值也相应出现异常高值，Band-5和Band-2波段次之，在其他波段表现却并不明显。所以，在本特定的研究区，可认为Landsat-7 ETM+数据的Band-4波段为最佳示矿波段，Band-5和Band-2次之。

5.2 遥感波谱信息与分散流数据回归分析

地球化学分散流异常和遥感信息虽然在其信息专业属性上不同，但都是根据地表层的地质体或地质现象所获得的，都是以不同形式的化学量和物理量表现出来的与找矿有关的信息，两者之间必然存在某种相关性，很多研究结果也证实了这一点[16-21]。

为了找出研究中遥感采集的波谱信息与分散流数据之间的相关性，本研究引入了回归分析和相关分析[22]。对任何两个变量X和Y的一组实验数据（Xi，Yi），i=1,2,…，n，都可以按上述步骤配出一条直线。但是，在实际中，只有当Y和X之间存在某种线性关系时配出的直线才有意义。

检验回归线有无意义，在数学上给出了一种辅助办法，引进了相关系数的量，用r表示。

5.3 找矿预测区优选

根据遥感所解译的线性构造分布和分散流地球化学测量的异常等值线图，进行数据综合分析，在研究区内圈定了两个一级找矿预测区和两个二级找矿预测区，获得研究区线性构造、分散流异常综合找矿图（图版Ⅱ）。找矿预测区圈定的条件和原则主要有以下几个点：

第一、同时拥有遥感解译的线性构造高密度区和分散流异常的高值区的位置，定义为一级找矿预测区；

第二、根据本研究区内构造控矿的特点，找矿预测区位于遥感等密度分析结果的线性构造高密度区，而没有出现分散流异常的高值，定义为二级找矿预测区；

第三、找矿预测区内具有分散流光谱测定出的高值点，而没有出现线性构造的高密度区，也定义为二级找矿预测区。

一级预测区I面积为2760 m2，位于里市的西侧，主要受北北东向区域断裂影响较大，该断裂位于研究区北西角上，具体位置在Landsat-7 ETM+影像中能很清楚地看到，该区的W和Sn异常主要产于区域断裂构造旁侧的次一级断裂构造带中。区内主要发育北北东向断裂构造，是遥感解译的线性构造的高密度区。在该预测区内，也是分散流异常的高值区，主要为W、Sn和Pb的异常，而其他金属元素在此区中的异常表现不明显。在该区所采集的土壤样品分析结果与预测效果相吻合，也验证了本次研究中找矿预测的准确性。

一级预测区II的面积为6320 m2，该区位于田边东侧。地形条件复杂，是本次研究区内地势最高的地带。主要受北北东向构造控矿，区内发育北北东向、北西向线性构造，也是遥感解译的线性构造高密度区。该区同时也是分散流异常的高值区，主要为Pb、Mo、Ag、Zn、Cu的异常，而W和Sn在此区的异常并不明显。

此外，还圈出了两个二级预测区，分别位于东升和大白山以东，这两个预测区的面积较小，二级预测区I内，主要发育北北东向、北西向线性构造，分散流测量结果高于异常下限；二级预测区II内主要发育北北东向线性构造，少量南北向线性构造。在该区内我们尚未布置分散流采样点，只是根据其南部的已知矿点的特征进行推测的结果，有待下一步工作进行查证。

6 结论

从遥感技术与地球化学分散流的结合来看，地球化学分散流为矿产勘查提供了直接信息，但其对具体目标的指示性不明确。而记录地物光谱特征的遥感图像具有视域广、直观性强、综合信息丰富的特点，其对地面地质条件(地层、岩性、构造等)、地形地貌条件等信息均可直接提取，是查明地球化学分散流异常形成因素的有利手段。因此，结合成矿地质背景，对这两种异常信息加以综合分析并利用，将会使地表找矿信息更加专业化，从而提高地质找矿水平和找矿效率。

通过对分散流异常和遥感信息的综合找矿预测研究，可以得出以下几点认识：

（1）遥感构造信息和地球化学分散流异常带的分布同构造体系的展布特征有很强的一致性，分散流异常高值较多的聚集在遥感所解译的线性/环形构造交切部位，证明了本研究区构造控矿的特点；

（2）利用遥感影像数据对已知分散流采样点进行波谱分析，确定出最佳示矿波段为Band-4，从而揭示出Band-4最佳示矿功能，因而其可以作为本区遥感找矿基本波段资源；

（3）通过对区内遥感高光谱与分散流数据之间的回归分析，确定出高水平相关波段-元素对是：Zn-ETM+5、Zn-ETM+7、Zn-ETM+4、Zn-ETM+2，Pb-ETM+4、Pb-ETM+5、Sn-ETM+1。

图版Ⅰ

图版Ⅱ

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