基于ETM+影像的鄂西－湘西地区铅锌矿遥感找矿远景预测

刘劲松，邹先武，田成富，雷天赐，崔 森，夏 杰

(1.武汉地质矿产研究所，武汉 430205;2.湖北省地球物理勘察技术研究院，武汉 430056)

鄂西－湘西地区铅锌矿是上扬子地块低温热液矿床的重要组成部分，主要分布在上扬子地块北缘和东南缘:在北缘的鄂西地区分布有一系列的中小型矿床和矿化点，如凹子岗、沐浴河、白鸡河铅锌矿等;在东南缘分布有花垣李梅、鱼塘等大型铅锌矿床，近年来在其外围又取得了新的找矿突破。前人对该区铅锌矿的成矿物质来源、控矿因素及矿床成因等方面做了大量的研究[1－7]，对认识和指导本地区铅锌矿的找矿工作具有重要意义，而从遥感方面来认识本地区的铅锌成矿规律和指导找矿方面的研究较少。遥感技术在铅锌矿成矿规律和找矿预测方面已得到了较为广泛的应用[8－12]。本区铅锌矿具有明显的层控特征[4，13]，且分布在一些特定的构造部位，如褶皱、古隆起区、断裂交汇处等[14]，而遥感的视域广、宏观性强、分辨率高等特征对识别不同岩性特征尤其构造具有独特之处。基于此，本文以ETM +融合图像为数据源，对区域地层和构造进行遥感解译和分析，尤其是与铅锌矿密切相关的地层和构造，在此基础上结合区域地质背景及化探信息提供找矿信息，圈定铅锌矿找矿预测区，为本区铅锌找矿工作提供依据。

1 区域地质概况

鄂西－湘西地区在大地构造位置上跨秦岭造山带、上扬子地块和江南地块(东南缘)3 个二级大地构造单元[13，15]。该区断裂、褶皱和古隆起较为发育，主要分布在上扬子地块周缘，北缘有区域上的青峰大断裂，东南缘有与湘西地区铅锌矿密切相关的湘黔断裂带，古隆起主要有鄂西地区的神农架隆起、黄陵隆起和湘西地区的雪峰隆起，区域地质简图以及遥感解译图如图1、图2。

图1 鄂西－湘西地区地质矿产简图Fig.1 Geological sketch map of Pb－Zn deposits in west Hubei and west Hunan

图2 鄂西－湘西地区遥感地质综合解译Fig.2 Remote sensing geological interpretation map in west Hubei and west Hunan

图3 鄂西－湘西地区铅锌矿主要赋矿层位简图[16]Fig.3 Sketch map showing the main ore-bearing strata of Pb－Zn deposits in west Hubei and west Hunan

该区地层跨秦岭、扬子和江南3 个地层区，区内地层出露齐全，从元古宇到中新生界均有发育，主体为震旦系—下古生界，区内铅锌赋矿层位广泛(图3)，主要有震旦系陡山沱组、灯影组，下寒武统清虚洞组和下奥陶统南津关组等，岩性特征为灰岩或白云岩，铅锌矿具有顺层分布的特征。在鄂西地区主要赋矿层位为震旦系陡山沱组和灯影组，控矿岩相为浅海盆地—碳酸盐岩泥页岩(亚)相、浅海台地边缘坡—含磷块岩泥页岩白云岩(亚)相、台地边缘礁相、台地蒸发相、台地边缘浅滩相[15];在湘西地区主要为下寒武统清虚洞组和中寒武统敖溪组，控矿岩相为早寒武世碳酸盐台地边缘浅滩—藻礁相和中寒武世早期台缘斜坡相[13];在鄂西湘西交界的咸丰、宣恩、鹤峰、龙山地区赋矿层位为中上寒武统娄山关组和下奥陶统南津关组，控矿岩相为中晚寒武世潮坪相和早奥陶世局限台地高能浅滩—潮坪相。

2 研究方案

根据本区铅锌矿具有明显的层控特征，且分布在一些特定的构造部位，如褶皱、古隆起区、断裂交汇处等的成矿分布规律，制定本次运用遥感技术预测铅锌矿的方案(图4):选择与工作比例尺相近且具有中等光谱分辨率、空间分辨率的Landsat－7 ETM+多光谱卫星数据，经过波段选择与组合、辐射与几何校正、镶嵌与融合等预处理制作影像图，增强显示铅锌矿控矿地质信息——地层、断裂构造、褶皱构造、环形构造等，利用影像的色、线、环、块、色等要素建立各地物遥感解译标志，通过目视地质解译和人机交互式解译相结合，识别、提取与成矿相关地层和构造信息，结合区域地质及化探资料提供的找矿信息开展基于遥感的多源信息预测，圈定铅锌矿找矿预测区。

图4 本次研究工作技术框图Fig.4 Technical flow diagram in the study area

3 图像预处理

3.1 数据源选择

依据目标任务和工作比例尺要求，结合各遥感数据源参数设置，优选遥感数据为Landsat－7 ETM+经过辐射校正和系统级几何校正的Level 2产品，该卫星于1999－04－15 由美国航空航天局发射，携带了增强型主题成像传感器(ETM +)，近极近环形太阳同步轨道、轨道高度705 km、倾角98.22°、运行周期98.9 min、成像扫描带宽185 km，卫星主要技术参数及工作区数据情况见表1。

3.2 遥感图像预处理

(1)控制点选取与几何校正。以校正后的1∶5万地形图或野外GPS 点为参照，在原始影像和参照间寻找同名明显特征地物点作为控制点对，控制点对在校正单元内均匀分布，一般地势平缓的地区每景选取20 个左右，在高山区达到25 个左右。校正模型采用有理函数多项式拟合，通过控制点对对原始影像重采样进行几何校正;校正过程中，同名点获取以1 个像素为标准过滤误差较大同名点，累积控制点误差的标准方差在1 个像元之内，山区放宽至3 个像元，校正后影像误差不大于0.5 mm，控制点拟合精度控制在0.3 mm以内，对于精度不满足条件的重采样校正。

(2)数据融合。针对多波段遥感数据不同光谱特征，选取最佳波段组合的多光谱影像(B742)，与高分辨率全色波段(B8)影像融合，形成兼有高空间分辨率和多光谱彩色信息的融合影像，通过融合处理突出反映各类地质体及其变化的空间信息和光谱信息，便于解译和分析。融合总体上分为以下几个步骤:融合前影像处理;融合单元的选择;最佳融合算法的选取及实现;融合后的处理和效果检查。

表1 Landsat－7 ETM+数据主要技术参数及工作区数据分布Table 1 Main technical parameters of Landsat-7 ETM+and original data in the study area

(3)图像镶嵌。研究区跨多景遥感影像，需要对遥感影像镶嵌处理，镶嵌针对采样间隔相同的相邻影像，镶嵌前进行重叠精度检查，尽可能保留分辨率高、时相新、云雾量少、质量好的影像，选取镶嵌线对DOM 进行镶嵌，镶嵌处无地物错位、模糊、重影和晕边现象，时相相同或相近的镶嵌影像纹理、色彩自然过渡，时相差距较大、地物特征差异明显的镶嵌影像允许存在光谱差异。镶嵌尽量选取线状地物或地质体边界线，以便使镶嵌影像中的拼缝尽可能地消除，使不同时相影像镶嵌时保证同一地质体完整;接缝平滑镶嵌中选定20 ～100 重叠像素范围作均值法接缝平滑，以保证整体色调的连贯统一。

4 遥感地质解译

4.1 地层解译

研究区从北向南由于构造特征、地形地貌、植被覆盖程度等差异，地层遥感影像特征存在很大差异，即使是同一地层，由于沉积环境导致的岩性差异，其遥感影像特征也不同。该区铅锌矿具有显著的层控特征，建立该区地层的遥感解译标志，尤其铅锌矿的赋矿层位或与之密切相关的标志层位是指导该区找矿的关键之一。通过人机交互方式，结合区域构造和沉积环境特征，对研究区出露的主要地层尤其是赋矿层位进行解译，将其色调、地形、水系、植被等特点进行归纳(表2)。

通过解译可知，在研究区北部的房县、神农架和黄陵地区赋矿层位解译标志具有相似特征，环形影纹为其显著特点，其中神农架和黄陵地区铅锌矿沿环形影纹分布。鄂西南地区出露地层主要为古生界、中生界，二者影像特征差别明显，色调、地形地貌、水系及植被发育情况都存在较大区别，该区铅锌矿主要赋存在古生界碳酸盐岩中，条带影纹明显，铅锌矿顺条带影纹分布。湘西北地区主要出露的地层为中生界、古生界及部分南华系－震旦系，由南东向北西赋矿层位从震旦系向下古生界过渡，由于岩性特征的变化，其影像特征也呈规律变化:震旦系以绿色调为主，影纹呈块状，岩性以碳酸盐岩为主;下古生界为斑杂紫红色调，集中沿张家界－吉首一线近北东向分布，向西南进入贵州都匀地区。紫红色调影像区分布有花垣李梅、鱼塘等大型铅锌矿床，是湘西地区最重要的铅锌矿分布区，该区下古生界岩性既有碳酸盐岩也有碎屑岩。根据野外工作情况来看，尤其是下寒武统牛蹄塘组和石牌组为厚度巨大的碎屑岩;上古生界为碳酸盐岩，呈绿色调，条带影纹明显，脊状地形;中生界岩性以碎屑岩为主，呈紫色调，与古生界接触界线清楚，条带影纹明显，呈扭曲状或“Y”形，地形地貌平坦，可作为该区的标志层。

4.2 构造解译

4.2.1 褶皱 褶皱主要分布在鄂西南及鄂西、湘西交界区域的咸丰、宣恩、鹤峰、龙山地区，以狭长紧闭线状褶皱为主，与铅锌矿关系密切，铅锌矿分布在背斜的特定层位，褶皱在遥感影像图上特征明显，为一系列呈北东向条带分布、呈不同色调对称分布的重复影像，主要为绿色调和斑状紫红色调，条带宽、窄相间分布，形成隔槽式褶皱，在南部的湘西地区地层产状较陡，表现为狭长的线状影像;在鄂西、湘西交界处地层产状较缓，褶皱转折端呈尖的“V”型，整体表现为勺子状或细的长条状影像(图5)。

表2 鄂西－湘西地区主要地层及铅锌赋矿层位遥感影像解译标志Table 2 Remote sensing interpretation keys of the main strata and ore-bearing strata in west Hubei and west Hunan

图5 鄂西、湘西交界地区ETM+ B742 遥感影像线性构造解译及铅锌矿床分布Fig.5 ETM + B742 remote sensing interpretation of linear structures and distribution of Pb－Zn deposits in border area of west Hubei and west Hunan

4.2.2 断裂 研究区断裂较为发育，部分区域性大断裂是铅锌矿的重要导矿通道，活动性强烈，是成矿流体的有利运移通道，如:北部近东西向的青峰断带和南部北西向的湘黔断裂带，它们在遥感影像图上特征明显;同时这些大的断裂也控制了铅锌矿的分布，部分次级断裂为铅锌矿提供了赋矿空间。

在遥感影像图上，研究区北部断裂分布以近东西向为主，北西向和近南北向次之，其中区域上的青峰断裂带在遥感影像图上呈近东西向线性特征(图2)，两侧影像特征差异明显:断裂以北呈柏叶状纹理，发育树枝状水系，水系主要呈北西向分布，地形地貌不规则;断裂南侧发育条带纹理，主要发育近东西向呈弧形平行分布的水系，侵蚀切割深，地形地貌呈弧形并列分布的山脊和沟谷。中部和南部断裂以北北东向为主，其中在湘黔交接地区与铅锌矿密切相关的湘黔断裂带在遥感影像图上为北西向的斑杂紫红色线性影像，呈扫帚状分布(图2)，断裂两侧影像差别较大，沿断裂带水系较为发育。地质和地球物理资料表明，该断裂断裂带中的麻栗场断裂为一同沉积断裂[17－18]，两侧地层厚度、岩相和地壳厚度都存在差异，在遥感影像上，同为下古生界分布区，断裂带区域与两侧色调差异显著，表明了岩相差异的变化。

4.2.3 环形构造(及环形影像) 环形构造遍布全区，区内遥感解译的环形构造主要为古隆起区、短轴向斜和构造盆地，其中古隆起区与该区铅锌矿关系密切。从遥感影像图(图2)上看，研究区古隆起区主要分布在研究区北缘和东南缘，这些古隆起区呈明显的环形影像(图2、图6)，其色调、地形地貌不同于其周缘，如鄂西地区的神农架隆起和黄陵隆起环形周围呈暗绿色调，侵蚀切割较深，发育环状水系;湘西地区的雪峰隆起整体呈鲜绿色调和暗绿色调分区的环形区，在遥感影像图上向西南延伸整体呈明显的勺子状。这些大的古隆起区核部为上扬子地块的基底岩系，其周缘的震旦纪和寒武纪碳酸盐岩地层是鄂西、湘西地区的重要含矿层位，古隆起对铅锌矿具有重要的控制作用。短轴向斜主要分布在该区中部的鄂西、湘西交界地区，构造盆的地主要分布在鄂西地区，二者对铅锌矿的控制作用不明显。

图6 黄陵隆起区ETM+ B742 遥感影像线性、环形构造解译及铅锌矿床分布Fig.6 ETM+ B742 remote sensing interpretation map of linear and ring structures and distribution of Pb－Zn deposits in Huangling uplift area

5 遥感找矿预测

地质矿产简图(图1、图2)已反映了研究区部分铅锌矿的分布规律，如:黄陵隆起区铅锌矿沿着隆起区周缘分布，湘西地区部分铅锌矿沿断裂交汇处集中分布，遥感影像可以较为直观的反映不同岩性特征、尤其是构造特征，因而可以更为直观的反映出该区铅锌矿的分布规律，更为重要的是，通过前面地层及构造解译，结合已有铅锌矿在遥感影像图上的分布，在遥感影像图上可以分析出与这些已有铅锌矿具有相似形成条件的区域，提供找矿信息，进而圈定找矿预测区。

在鄂西地区北部的神农架和黄陵地区，铅锌矿受古隆起和地层的控制，神农架隆起和黄陵隆起区呈明显的环形影像，这些影像区具有相似的成矿条件。在鄂西、湘西交界地区，铅锌矿受到背斜和地层控制，在遥感影像图上与这些矿床具有相似岩性和构造解译标志的区域成矿条件相似，即呈绿色调线性条带分布区，这些区域是紧闭线性背斜的核部。在湘西地区，铅锌矿的层控作用明显，在雪峰隆起西侧与断裂有关的线性构造区域是该区铅锌矿的集中分布区，从ETM +合成影像图的特征来看，铅锌矿点分布在遥感影像特征明显的雪峰隆起西侧近北东向分布的紫红色影像区，尤其是线性影像交汇处，该区指示了相似的成矿条件，是寻找铅锌矿的有利区域。在湘西所属的雪峰隆起区，铅锌矿主要分布在鲜绿色调影像区，该影像区指示了找矿有利区。

在上述分析的基础上，结合研究区1∶20万铅锌地球化学异常资料[19－20]，圈出了6 个铅锌找矿预测区(图7)，其中:Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号远景区分布在黄陵隆起和雪峰隆起区环形影像周缘区域;Ⅳ号远景区分布在鄂西与湘西交界的条带状影像区域;Ⅴ号远景区分布在湘西地区的呈紫红色调影像区;Ⅵ号远景区分布在湘西呈环形影像区域的绿色调影像区。

6 结 论

6.1 取得的主要成果

(1)通过对鄂西－湘西地区地层和构造遥感解译，可以直观的反映出该区铅锌矿的分布规律:鄂西北部地区铅锌矿主要沿着环形影像周缘分布，湘西地区铅锌矿主要分布在南部环形影像西侧线性影像交汇区，鄂西及与湘西交界区域铅锌矿主要分布在北东向条带状影像区域。

图7 鄂西－湘西地区铅锌矿遥感地质找矿预测图Fig.7 Remote sensing geological prospecting targets of Pb－Zn deposits in west Hubei and west Hunan

(2)鄂西北部地区的环形构造影像区周缘铅锌矿具有相似成矿条件，是铅锌成矿有利区域，鄂西、湘西交界地区呈绿色调线性条带影像分布区成矿条件有利，湘西地区北东向分布的紫红色影像区尤其是线性影像交汇处是铅锌成矿有利区域。

(3)通过遥感解译，结合研究区1∶20万铅锌地球化学异常资料，圈定了6 个铅锌矿遥感找矿预测区，为开展鄂西、湘西地区铅锌矿产资源评价及找矿工作提供了参考依据。

6.2 问题与不足

(1)研究区范围较大，覆盖遥感数据较多，不同时相数据色调相差较大，镶嵌时色调调整往往造成部分数据光谱信息的改变或损失。

(2)宏观上，虽然对构造的遥感解译效果较好，但微观上对构造成矿作用解析及赋矿岩性地层解译作用有限，如辅以适量的遥感蚀变信息提取将会对遥感找矿预测提供更有力的支撑。

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