欧洲大陆遥感地质解译、诠释与矿产勘查战略选区

刘德长，童勤龙，林子喻，杨国防

(1.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;2.东华理工大学地球科学学院，抚州 344000)

0 引言

欧洲大陆位于欧亚大陆西部，其核心为俄罗斯克拉通，东侧以乌拉尔褶皱带与西伯利亚地台毗邻，西侧以挪威—不列颠岛—阿巴拉契亚加里东褶皱带与北美地台相接，南侧以西欧褶皱带和阿尔卑斯—高加索中、新生代褶皱带与冈瓦纳大陆为界［1］;其大地构造可划分为加里东褶皱带、芬兰—斯堪的纳维亚地盾、东欧地台、西欧地台、华力西褶皱带和阿尔卑斯褶皱带6 个构造单元［2－3］。

在成矿方面，欧洲大陆属于劳亚成矿域和特提斯成矿域，包括地中海成矿带、欧洲成矿区、乌拉尔—蒙古成矿带和格陵兰成矿区［4］，主要发育石油、天然气、煤、钾盐、铁、铜、铬、铅、锌、汞和沥青等矿产，是全球地质构造和矿产资源都极为复杂和丰富的地区，也是研究程度较高的地区。但运用遥感技术全面研究欧洲大陆基础地质和矿产分布规律等科学问题的资料并不多。

为了更好地发挥遥感技术在境外投资战略决策中的重要作用，实现技术与信息服务，本文开展了欧洲大陆遥感地质解译、诠释以及矿产勘查战略选区研究，并对欧洲大陆地质构造和矿产勘查等问题提出新认识。

1 遥感地质解译与制图

1.1 数据源及其预处理

本次遥感地质解译工作以2000年前后获取的Landsat ETM+遥感数据为主要信息源，以MODIS和ASTER遥感数据为辅助数据源，数据获取时相分别为1—3月份和7—9月份。选取的图像清晰，对比度较好，纹理结构明显，利于地质构造解译。

主要选择覆盖欧洲大陆的Landsat ETM+7(R)4(G)2(B)波段组合进行假彩色合成，并将彩色合成图像与ETM+8全色波段融合，生成空间分辨率有显著提高的融合图像;经过正射纠正，空间位置较为准确，能达到1∶25 万比例尺的精度要求［5－7］。

1.2 卫星遥感解译专题GIS系统建立

将收集和处理的欧洲卫星遥感图像和地质、物化探及重要矿产数据在GIS平台上加以系统集成，形成专题图层，建立“欧洲地质矿产卫星遥感解译专题GIS系统”。

1.3 遥感地质解译

在建立的卫星遥感解译专题GIS系统平台上，采用人机交互、分层识别、叠置比对和综合分析等方法进行了欧洲大陆的遥感地质解译，解译内容主要包括遥感影像分区、地层、岩体、构造(线形、环形、带状、块状等)和矿业活动信息等［8－9］。

欧洲大陆在卫星遥感图像中表现出较明显的分区特征，总体上可分为中间块状影像区和周围带状影像区。中间块状影像区相当于地质上的俄罗斯克拉通地区，其中又可分为西北部斯堪的纳维亚前寒武纪地盾影像区(图1－Ⅱ)和东欧地台影像区(图1－Ⅲ)，前者表现为崎岖不平的高地景观，后者表现为块状低缓平原景观。东欧地台又可分为北、中、南3个亚区:北部亚区植被发育，地形略有起伏(图1－Ⅲ1);中部亚区植被稀少，地形非常平缓(图1－Ⅲ2);南部亚区出现半荒漠化，影像色彩斑驳，呈低缓丘陵地貌(图1－Ⅲ3)。周围的带状影像区主要有西北部的条带状影像区(图1－Ⅰ)，相当于爱尔兰—斯堪的纳维亚加里东褶皱带;南部亚平宁—巴尔干条带状影像区(图1－Ⅵ)，相当于阿尔卑斯褶皱带;东部条带状影像区(图1－Ⅳ)，相当于乌拉尔华力西褶皱带。另外，在东欧地台影像区以西、阿尔卑斯褶皱带西段以北为西欧华力西构造影像区，呈块带状中低山地－丘陵与平原相间或环带状山地围绕盆地的景观特征，亦分为北、中及南3个亚区(图1－Ⅴ1—Ⅴ3)。

图1 欧洲大陆构造单元遥感解译图Fig.1 Remote sensing interpretation map of tectonic units in continent of Europe

根据遥感图像的色调、纹理、地形地貌和水系类型等解译标志，结合地质图和其他相关资料，可以大致解译出欧洲大陆的沉积岩、侵入岩、火山岩和变质岩的分布。沉积地层分布较广，在各个大地构造单元中均有大面积出露;侵入岩主要分布于地盾区或褶皱带中，具有刚性岩石地块和线形构造发育的特征;变质岩的时代主要为古生代和前寒武纪，构成斯堪的纳维亚褶皱带的主体和阿尔卑斯褶皱带的核部，并在西欧华力西构造区内的中间地块中出露;欧洲各时代火山岩均不发育，分布零散(图2)。在不同的地理分带、构造分区和植被覆盖条件下，同一时代地层的遥感影像特征差异较大。

图2 1∶500万欧洲地质矿产卫星遥感解译图Fig.2 Satellite remote sensing interpretation map of geology and mineral products in Europe at 1∶5 000 000 scale

欧洲大陆线形构造在卫星遥感图像中以色界、色带、线形沟谷水系、切割山脊和纹理的线形特征等呈现出来，总体上较易识别。斯堪的纳维亚半岛、阿尔卑斯和乌拉尔山脉、西班牙和苏格兰山地等地区线形构造的可解译性和可靠性相对较好;而东欧和西欧平原地区，由于大量植被、耕地以及冰雪等覆盖，主要是结合航磁和重力资料解译的(图2)。

欧洲大陆的环形构造主要分布在北部斯堪的纳维亚地盾和南部华力西褶皱带和阿尔卑斯褶皱带内。块状构造主要发育在西欧华力西褶皱带和东欧地台区。推覆构造主要发育在阿尔卑斯造山带边缘及内部各构造单元之间，主要表现为弧形弯曲状，并伴随强烈的紧闭型地层褶皱。从总体上看，欧洲大陆呈镶嵌状构造型式，由无数稳定地块被周围造山带环绕所组成。

2 遥感解译成果诠释的新认识

经遥感地质解译，发现在欧洲大陆上的一些新的地质体和地质现象。本文探索了下列7个有关欧洲基础地质方面的科学问题;并围绕这些科学问题，探讨了欧洲矿产分布的某些规律。

1)俄罗斯克拉通不是传统观点认为的“稳定地块”，后期有明显的构造活动;因此，在克拉通上不仅要重视找老矿，还要重视找新矿。传统观点认为，克拉通区属于构造“稳定”区;而从遥感解译结果来看，俄罗斯克拉通周围被波状大断裂所限制，内部被NE向大断裂分为4个断块，分别为斯堪的纳维亚地盾隆起区(图 1－Ⅱ)、东欧地台北部断陷区(图1－Ⅲ1)、中部断隆区(图1－Ⅲ2)和南部断陷区(图1－Ⅲ3)。断陷区出露厚度巨大的古生代、中生代和新生代沉积地层;断隆区除上述地层外，还出露老地层(如乌克兰地盾的形成实际上就是中部断隆区南缘强烈隆起的结果)。上述特征表明，东欧地台后期发生过明显的断块活动;根据应力状态分析，断块活动很可能与阿尔卑斯褶皱带形成时NE方向的强烈推挤有关。另外，从已知矿产在遥感图像中的分布特征来看，断隆区多发育内生矿床(如俄罗斯伏尔加格勒地区发育多处内生U和Ni－Co－Cr等矿产);断陷区发育油气、煤、铝土矿、钒、钾盐和磷矿等外生矿产;而后期断块活动既可能造成早期形成的矿产重新分布，又可能形成新的矿产。因此，在俄罗斯克拉通地区，不仅要重视找老矿，还要重视找后期中－新生代与热液作用有关的多金属矿产和与沉积作用有关的外生矿产。

2)欧洲断裂构造明显受大地构造单元控制，表现各异;研究断裂控矿时，要注意其特殊性和差异性。欧洲中部的遥感影像特征表现为完整的块状，而四周呈带状，形成块－带组合;这种影像特征组合反映了地质意义上的台－槽结构。受这一大地构造背景控制，俄罗斯克拉通与其周围褶皱带的断裂构造特征及其格局迥然不同:克拉通上的断裂表现为直线型，性质主要为扭性和张扭性，与褶皱构造无关，形成棋盘格子状和地堑、地垒组合形式(图3);褶皱带的主体断裂呈波状，性质主要为冲断或推覆构造，常与褶皱构造相伴生，形成叠瓦式组合形式(图4)。

图3 欧洲构造遥感解译图Fig.3 Remote sensing interpretation map of structures in Europe

图5 欧洲大陆典型环形构造影像图Fig.5 Satellite im ages of typical ring structures in Europe

3)欧洲的环形构造具多样性和复杂性，复合型环形构造发育地区是找矿的有利目标区。欧洲大陆发育多种类型和不同大小的环形构造。本文主要介绍在遥感图像上清晰可辨、具有明确地学内涵的部分(图5):①穹窿构造形成的环形构造。该类环形构造是指前寒武纪变质基底中穹窿构造在遥感图像中显示的环形构造，主要分布于斯堪的纳维亚前寒武纪地盾区东北部，具有层纹状同心环形影像结构，显示出中间为片麻岩穹窿、周边韧性构造环绕的特点，其中以俄罗斯尼克尔椭圆形影像体最为典型(图5(a))。②岩浆活动形成的环形构造。包括岩浆侵入环形构造和岩浆喷发环形构造，前者以科罗斯坚环形构造为代表(图5(b))，后者以维苏威火山最为特征和著名，该火山口在卫星图像中呈现出环状锥形地貌和放射状水系景观特征(图5(c))。③陨石撞击形成的环形构造。在瑞典中部，由锡利扬湖和其他一些湖泊、低地构成。根据其偶发性和陨石坑常见的陨石撞击导致中心反弹的特征［10］，推测该环形构造为陨石坑(图5(d))。④复合型环形构造。包括“岩浆复合型”与“构造复合型”2种类型。前者环形构造的形成既有岩浆侵入的作用，也有岩浆喷发的参与，例如法国中央地块中的桑西山(Sancy)环形构造(图5(e))，该地区大量出露古生代侵入岩和新生代火山岩，显示出岩浆侵入和喷出的复成因特征，法国一些重要的花岗岩型铀矿床就分布在其内及周边地区;后者如捷克波希米亚中间地块(图5(f))，中心的古老地块是西欧华力西地槽在褶皱回返过程中卷入的地台基底成分，经地块侵位，造成地块边缘活化，形成环形构造［11－12］。在中－新生代，受阿尔卑斯构造运动叠加改造，被NE和NW向2组断裂交织成的菱形断块破坏，在遥感图像中表现为独特的菱－环形影像特征(图5(f))。环形构造内部和周围的矿产资源十分丰富，是世界上较老的金属采矿区之一，发育有 Pb，Zn，Au，U，Ag，Cu，W，Sn，Sb 和 Hg 等多种金属矿产［13］。

对欧洲大陆环形构造与成矿关系的研究表明，已知与环形构造有关的矿产多集中分布在复合型环形构造内及其边缘，这是因为复合型环形构造经历了多期岩浆侵入和喷发，往往是岩浆活动的通道和中心，深部的成矿物质被带入浅部或地表，易形成矿床;或者经历过多次构造活动和热液的叠加，往往形成矿化集中区。因此，笔者认为复合型环形构造发育地区是找矿的有利地区，应给予重视。

4)阿尔卑斯造山带向北突出部分叠置在西欧华力西褶皱带之上，要重视在该叠置区进行多层次、多目标的立体找矿。阿尔卑斯造山带在遥感影像中总体呈近EW向展布(图1－Ⅵ)，而中部向北突出部分呈蛇曲形，并且叠置在西欧华力西褶皱带(图1－Ⅴ)之上，主要证据是:①西欧华力西褶皱带NW向构造穿过阿尔卑斯褶皱带(图6);②阿尔卑斯褶皱带向NE方向突出地段的东西两侧为同一条多金属成矿带;③根据俄罗斯联邦矿产资源部所编的世界地质矿产图，在阿尔卑斯褶皱带向北突出部分的东面和西面均发育相同的地层，表明阿尔卑斯造山带中段向北突出部分实则叠置在西欧华力西褶皱带之上。这种褶皱带的叠置和推覆构造的叠瓦作用，都会造成地层、构造和矿化在剖面上的重复;上面的矿产有可能压着下面的矿产，因此要重视在该地区进行多层次、多目标的立体找矿。

图6 阿尔卑斯褶皱带与西欧华力西褶皱带叠置关系遥感解译图Fig.6 Remote sensing interpretation map of superim posed relationship between Alps fold belt and Varisian fold belt

5)阿登—波希米亚—匈牙利地块组成1条值得重视的多金属成矿带，应加强该区的找矿工作。波希米亚地块在遥感图像中表现为明显的菱－环构造。通过遥感解译认为，它是由褶皱环带与菱形断块复合构成的，早期地台边缘褶皱活化形成环状构造，尔后在阿尔卑斯褶皱期又发生了菱形断块的叠加，其形成经历了一个塑性和脆性叠加变形的复杂过程，因此具有极为有利的成矿环境，构成了欧洲著名的U，Cu及Au的矿化集中区。与波希米亚中间地块类似的还有匈牙利中间地块和阿登中间地块，三者的基底同为前寒武纪杂岩，位置均靠近俄罗斯克拉通的南缘;3个地块总体呈NW向排列，其中断裂主体方向亦为NW向，与西欧褶皱带的构造方向一致，应为西欧褶皱带的成分，反映了华力西期西欧褶皱带形成过程中将俄罗斯克拉通的成分卷入了西欧褶皱带。然而在阿尔卑斯褶皱带形成过程中，匈牙利地块又被卷入阿尔卑斯褶皱带，因此在遥感图像中匈牙利地块表现为阿尔卑斯褶皱带的中间地块(图7)。

从总体上看，上述3个地块的地质构造有很大的相似性，形成同一条NW向U，Au，Cu成矿带。因此，应加强在阿登和匈牙利地块寻找与波西米亚地块类似的矿产，特别是要重视匈牙利地块第四系覆盖下的多金属找矿工作。

图7 阿登、波希米亚和匈牙利地块空间分布图Fig.7 Spatial distribution map of Ardennesmassif，Bohem iamassif and Hungary massif

6)阿尔卑斯褶皱带的盆地是找中－新生代石油、天然气和煤等沉积矿产的最佳场所。中－新生代阿尔卑斯褶皱带的向北推挤，形成了一系列山间盆地和山前盆地，两者与阿尔卑斯褶皱的形成息息相关，这些盆地叠加在阿尔卑斯造山带内发生高度变形的推覆体和前寒武纪地层之上(如潘诺盆地［14］)，为寻找中－新生代石油、天然气和煤等沉积矿产提供了有利场所。

7)区域大断裂的结点为多金属矿产集中区，要特别重视“结点”找矿。区域性大断裂的交汇结点部位往往是矿产集中区，如乌拉尔西缘SN向大断裂与东欧地台区域大断裂的交汇部位、东欧地台区域大断裂与阿尔卑斯褶皱带北缘大断裂交汇部位等都探明有大量U，Ni－Co－C和Fe－Cu－Au等多金属矿产。这些结点处是构造活动强烈的地区，也是深部热流体上升的最佳通道，有利于聚矿而形成矿产集中区(图8)。

图8 欧洲大陆断裂结点聚矿遥感解译图Fig.8 M ineral enrichment area in faults intersections of in Europe

3 矿产勘查的战略选区

在遥感地质解译成果诠释的基础上，结合相关的地质矿产资料，对欧洲大陆进行了矿产勘查的战略选区，共圈定出8处有利成矿区(图9)，包括:

图9 欧洲大陆矿产勘查战略选区Fig.9 Strategic areas ofm ineral exp loration in Europe

1)俄罗斯科拉半岛穹窿区(Ⅰ)。该区地质背景属于斯堪的纳维亚前寒武纪地盾区，其东北部俄罗斯科拉半岛发育多个环形影像体(如上述俄罗斯尼克尔穹窿构造)，并且发育前寒武纪酸性侵入岩、火山岩和超基性侵入岩，科夫多及其他磷灰石－磁铁矿矿床的形成与这些侵入岩有关［15］。该地区是寻找Ni－Co－Cr和Fe等矿产的有利地区。

2)乌克兰地盾区(Ⅱ)。乌克兰地盾与北部的斯堪的纳维亚前寒武纪地盾发育相似的地层层序和穹窿构造，它们具有前寒武纪发展的共同性［2］。斯堪的纳维亚前寒武纪地盾区发育丰富的Ni－Co－Cr和Fe－Cu－Au等矿产，同样在乌克兰地盾的东南部元古宙—太古宙侵入岩的周围发育大量的U和Ni－Co－Cr矿产;但在其西北部同时代侵入岩附近目前发现的矿产较少，因此该地区是寻找与东南部类似矿产的潜在地区。

3)乌拉尔造山带北端沃尔库塔区(Ⅲ)。该区位于乌拉尔造山带北部沃尔库塔地区，是东欧地台NE向大断裂与乌拉尔造山带的交汇部位。东欧地台中部和南部的另外2条NE向大断裂与乌拉尔造山带的交汇部位发育有大量的Ni－Co－Cr矿产和VMS型矿产;而北部沃尔库塔地区目前发现的矿床较少，因此是寻找与南部类似矿产有潜力的地区。

4)阿登—波希米亚—匈牙利地块铀、铜铅锌等多金属成矿区(Ⅳ)。德国阿登地块、捷克波希米亚地块和匈牙利地块组成了1条NW向的多金属成矿带。这3个地块中对波希米亚地块的研究相对成熟，其内部和周围的矿产资源也十分丰富，发育Pb，Zn，Au，U，Ag，Cu，W，Sn，Sb 和 Hg 等多种金属矿产;而阿登地块和匈牙利地块多被植被和第四系覆盖，研究程度相对较低，因此阿登地块和匈牙利地块第四系覆盖下的地层是极具潜力的矿产勘查区之一。

5)阿尔卑斯褶皱带与西欧华力西褶皱带叠置区(Ⅴ)。从遥感图像和地质分析中获知阿尔卑斯造山带中段推覆体叠加在华力西褶皱带之上。这种推覆体叠置同时也造成矿床在垂直方向的重复，因此在该地区除了要找阿尔卑斯褶皱带内的矿床外，还要注重找深部华力西褶皱带内的U和Au矿产。

6)阿尔卑斯褶皱带的盆地区(Ⅵ)。阿尔卑斯造山带内的一系列山间盆地是寻找中－新生代石油、天然气和煤等沉积矿产的有利地区。

7)东欧地台北部科米共和国铝土矿区(Ⅶ)。该区属于东欧地台北部断陷区，发育巨厚的古生代和中生代沉积地层，内生矿产较少，主要发育外生矿产(包括铝土矿和磷块岩等);目前发现的铝土矿主要赋存于泥盆系和下石炭统，而磷块岩主要发育于地台中部的侏罗系中［7］。北部科米共和国是寻找铝土矿的有利地区。

8)东欧地台断陷钾盐矿区(Ⅷ)。从已发现的大型钾盐矿床分布来看，波罗的海沿岸凹地(Ⅷ1)和里海沿岸凹地(Ⅷ2)是寻找钾盐矿床的最佳地区。

4 结论

1)通过对欧洲大陆的遥感地质解译，本文修正了部分地层界线，解译出一些新的断裂构造、环形构造和块状构造等，从而完善并丰富了原有的1∶500万欧洲地质图。

2)应用遥感信息技术的优势，在对欧洲大陆遥感图像分析的过程中，发现了一些新的地质体和地质现象;结合相关地质资料，提出了有关欧洲大陆基础地质的7点新认识，为开展欧洲重大地学环境问题和区域成矿规律研究提供新依据。

3)随着我国经济的高速发展，对能源矿产资源的需求日益增大，国内企业纷纷走出国门，走向世界。本文在综合遥感地质解译和地学分析新认识的基础之上，圈定出8处欧洲大陆矿产勘查的有利地区，可为企业“走出去”提供科学依据和技术服务。

志谢:本文的研究工作得到中国国土资源航空物探遥感中心的方洪宾、杨清华和聂洪峰等的支持帮助，在此深表谢意。

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