遥感解译在鲁西龙宝山地区隐伏金矿预测中的应用

张 超，郭宝奎，胡 戈，单 伟，陈国栋，韩代成，张永翼，徐 超，高 燕

（1. 山东省地质科学研究院，山东·济南 250013；2. 临沂市国土资源局，山东·临沂 276000；3. 山东省地质矿产勘查开发局第二地质大队，山东·兖州 272100）

山东省金矿储量约占全国的1/4，是我国最大的黄金产地。其中，胶东地区已探明的黄金储量约占山东省黄金储量的93%[1]。鲁西地区虽然也发现了平邑归来庄[2-3]、磨坊沟[4-5]、沂南铜井[6-7]等金矿，但金矿床数量和成矿规模却无法与胶东地区相比。相关学者认为，这与胶东和鲁西的地质背景、构造演化过程以及成矿动力学背景的较大差异有关[8-14]。鲁西龙宝山地区金成矿条件较好，以往在该地区开展了大量的地质找矿工作，但自龙宝山石英脉型小型金矿床发现以来[15-22]，一直未有新的找矿突破。笔者参与该地区隐伏金矿找矿方向研究工作的过程中，在野外地质工作的基础上，开展了1:10000遥感地质解译，目的是通过遥感手段从宏观的角度获得研究区的构造和矿化蚀变信息，为该区域的隐伏找矿提供数据和研究基础。

1 区域地质概况

龙宝山地区位于临沂市兰陵县、费县和枣庄市山亭区交界处。大地构造位置属于华北板块鲁西隆起区尼山—平邑断隆尼山凸起，沂沭断裂带西侧约100km，丰沛断裂以北约50km处（图1）。研究区属于华北地层区鲁西地层分区，出露的地层依次为长清群李官组、朱砂洞组、馒头组，九龙群张夏组、崮山组、炒米店组、三山子组[23]。

图1 鲁西龙宝山地区大地构造位置图(据文献[24]修改)Fig.1 Geotectonic map of Longbaoshan area, west of Shandong province

研究区内多发育脆性断裂，断裂走向多为北西－北北西、北东－北北东和近南北向，断裂性质为高角度张性或张扭性，断裂带内构造角砾岩比较发育，蚀变多为褐铁矿化、硅化、碳酸盐化等。与金矿化关系密切的断裂为北东向和近南北向2组，而北北东向断裂经历了从左行到右行、从拉张到挤压的演化过程，呈现出多期次活动叠加[25-26]，为主要控岩和控矿构造。龙宝山杂岩体外围的放射性构造比较发育，表现为北端放射，南端收敛，局部可见脉岩充填其中。此类放射性构造较明显控制着研究区内金矿化的形成和分布。

研究区内岩浆岩为中生代燕山期岩浆活动的产物。与金成矿关系最为密切的侵入岩是龙宝山杂岩体，杂岩体出露面积约为3.5km2，分布于研究区内龙宝山、明山后、北崮和东峪等地，岩性以石英正长岩、霓辉正长岩、闪长岩、二长岩、正长闪长岩为主，多以不规则岩株状分布产出（图2）。正长斑岩、斑状细晶正长岩以脉岩形式，呈放射状分布于龙宝山杂岩体的外围。

图2 龙宝山杂岩体地质略图(据文献[24]修改)Fig.2 Geological sketch of the Longbaoshan alkaline complex

2 遥感影像解译

2.1 研究区自然地理概况

研究区地形以低山丘陵为主，平均海拔260m。区内多为农业耕作区，森林覆盖率低，岩石地层整体出露较好，山前洼地、河谷两侧覆盖有第四纪地层。暖温带季风区半湿润大陆性气候，四季分明，无霜期长，光照充足，水质好且资源丰富，自然灾害少，非常适合各类农作物的栽培和各种蔬菜的生产。

2.2 遥感数据的选择

本次工作选取了2001年4月3日的ETM遥感影像和2013年3月12日的OLI遥感影像。所选用的卫星图像全区无冰雪、云层覆盖及干扰条带，图像清晰、数据质量好，色彩饱和度好，偏色现象不明显，能够满足本次地质矿产解译及矿化蚀变信息提取的需要。

2.3 遥感数据预处理

在ENVI软件中，根据要求输入卫星影像的飞行日期、时间、地面平均高程、景中心经纬度等参数，进行大气辐射校正。经过FLAASH 大气校正后，相对消除了大气影响。经过几何精校正和正射校正完成后，通过把影像与地形图通过大地坐标关联进行对比检查，相同地形地物点的坐标误差小于1m，消除了地形误差，达到精校正的目的。在图像融合过程中，对比研究了IHS变换融合法、主成分变换融合法、Brovey 变换融合法、GS变换融合等算法在卫星数据融合中的应用效果，采用主观目视评价与客观评价相结合的方法进行分析，通过对比试验结果发现Brovey变换方法融合效果较差，CN变换相对较好，IHS变换由于拉伸处理，统计结果相对较好，但光谱保真度略差。主成分变换和GS变换方法融合结果纹理信息较清晰，光谱保真度较好（表1）。在Landsat数据处理过程中采用了GS变换方法融合。

表1 Red波段不同融合方法部分图像质量评价指标Table 1 Quality assessment indicators for some images of The red wave band by different fusion methods

图像增强处理和影像图制作过程中，从TM各波段数据特征的统计分析发现，两景数据Band6波段与其它各波段相关性较小，其余波段均较大，Bandl-Band3相关性尤为明显，均大于0.99。结合均值、标准偏差以及地质解译的目的，分别选择了TM743+8、TM741+8、TM754+8等多种波段合成方案进行比较，其中TM743+8和OLI431+8合成图像色调最理想，岩石地层差异明显，构造形迹清晰，地质可解译度高，图像信息量大，色彩丰富，层次感好，清晰度高，干扰信息少，有极为丰富的地质信息和地表环境信息；地质可解译程度高，各种构造形迹显示清楚，不同类型的岩性、岩石地层单元边界显示清晰。

利用已经配准、纠正的DEM数据和影像数据作为基础地理信息数据，添加影像矢量化定位信息道路、居民地等。将彩色正射遥感影像与数字高程模型 DEM进行快速融合，形成具有照片实景效果的三维地面模型（图3），生成地形工程文件。导入三维地理信息系统进行管理，实现研究区地质构造三维可视化浏览、查询、分析、编辑等功能。

图3 龙宝山地区三维场景图Fig.3 3D scene map of Longbaoshan area

3 遥感地质解译

3.1 研究区遥感影像特征

研究区中西部“崮”形地貌发育，如抱犊崮、阴阳寨、崮堆山、杨家崮、大涧等，上覆岩层多为张夏组下灰岩段，在遥感影像上色调表现为暗灰色，灰岩基岩裸露时色调较亮，灰岩风化黏土色调多为枣红色（图4）。部分砂岩、页岩表现为紫红色，页岩易风化，部分色调较亮，多被开垦为农田。岩浆岩类石英、长石含量较高，在经过拉伸处理后的Landsat融合影像上色调较亮，显示为黄色调，风化后土壤肥沃，多为耕作农田。

图4 研究区区及周边地区Landsat8 OLI传感器影像(RGB=B4 B3 B1, 红色方形内为龙宝山地区)Fig.4 Image of work area and its adjacent area by landsat8 OLI sensor

3.2 地层解译

朱砂洞组上灰岩段在遥感影像中呈现灰白、浅灰色彩，露头色调较亮，风化后黏土呈现枣红色调，表面较粗糙，地貌构成低缓的残山、丘陵；朱砂洞组余粮村段在遥感影像中呈紫红色，表面较平滑，地貌构成低缓的丘陵山坡；朱砂洞组下灰岩段在研究区内露头分布较少，只有少量风化后黏土。馒头组石店段在遥感影像中表现为紫红—灰黄色，表面较平滑，地形起伏平缓，多开垦为农田；下页岩段颜色为灰紫－黄灰－灰白色，表面较平滑，慢坡地形，多为农田；洪河段颜色为暗紫色，表面较粗糙，在崮下往往形成坡度较大陡坡。张夏组下灰岩段在遥感影像中为灰色，表面粗糙，在“崮”山顶易形成陡崖地形，风化后形成红色黏土；盘车沟页岩段为浅黄－黄绿－浅白色，表面较平滑，慢坡地形，多开垦为农田；张夏组上灰岩段为浅灰－灰白色，表面较粗糙，地形坡度较缓。崮山组为灰色－灰白色－灰绿色，部分出露页岩开垦为农田，亮度较高，灰岩出露区域纹理较粗糙，地形坡度较小。炒米店组为灰色－灰白色，灰岩露头亮度较高，纹理粗糙，有层状分布，地形坡度不大。三山子组为褐灰色－灰白色，有亮色带状岩层出露，灰岩出露区域地表较粗糙，风化见红色黏土，地形坡度小。综合地层解译结果来看，地层与该地区的金成矿无明显的关系。

3.3 岩浆岩解译

在遥感影像上，岩浆岩色调较明亮，在Landsat8 OLI彩色合成影像中呈现黄色调，风化后易与围岩张夏组盘车沟页岩段、朱砂洞组余粮村段等混杂。由于受到岩石风化、农田耕作、植被覆盖等方面的影响，岩浆岩岩性在图像中不易区分，主要根据以往地质资料确定岩性。

3.4 断裂构造解译

区内构造以线性断裂构造为主，褶皱构造不发育，区域断裂的展布主要为北西向、北北东向、近东西向和近南北向四组。线性构造在卫星图像上的直接解译标志主要是色彩异常、色彩界面等线状延伸，间接解译标志主要是地貌、植被、水系、土壤及含水性的变化等。在研究区卫星影像图上，一些断裂成因的线形构造错断山脊、水系和地层。

在龙宝山地区及其周边共解译线性构造95条。以龙辉断裂为代表的北西向断裂是研究区周边的主要断裂，形迹明显。双河水库-龙宝山－明山－井山等北北东向断裂，成束、带状集中分布，切割寒武－奥陶地层以及中生代岩体，断裂内多被正长斑岩和煌斑岩脉充填。以楼山－明山断裂为代表的近东西向断裂，多切割寒武系地层和基底岩系，并被北东和北西向断裂切断。东马山－大涧一带的近南北向构造，与山体走向几乎平行。由于脉岩呈束带状侵入龙宝山杂岩体，形成了以龙宝山杂岩体为中心向四周辐射的线性构造。

3.5 环形构造解译

研究区解译环形构造边缘由低山组成，中部为龙宝山杂岩体，反映了其成因似由深部岩浆热流柱向上运移隆升，引起盖层呈环状破裂而形成，表明环形构造内的岩浆岩体

图5 龙宝山地区环状构造Fig.5 Ring structure of Longbaoshan area

通过对后续遥感蚀变信息提取结果分析，可形成如图6所示的环状构造，蚀变边缘在北、西、南方向较清晰，在东部边缘不明显。

图6 基于蚀变带分布的龙宝山环状构造分析图Fig.6 Analysis map of annular structure base on distribution of alteration zones in Longbaoshan area

3.6 蚀变作用解译

选取龙宝山地区不同高程的岩心进行典型岩石的反射波谱的处理和分析，研究区内蚀变类型以硅化、大理岩化、黄铁矿化、褐铁矿化等为主。遥感矿化蚀变信息提取按照大气校正、去干扰、主成分分析、信息分级，得到矿化蚀变图像。分别对铁染蚀变和羟基蚀变图像进行统计，蚀变区域呈现一定的条带状分布，对于矿化带的圈定较为有利。

4 结论

4.1 取得的成果

（1）开展研究区典型岩石和蚀变矿物光谱数据的测量，并建立了测区典型岩石光谱数据库。通过对比不同遥感数据辐射校正、正射校正和图像融合、增强方法，建立了地质解译高分辨率遥感影像数据预处理技术流程。生成了研究区的三维影像场景，提供了真实、客观、信息连续的宏观分析地面景观，建立了三维遥感地质解译系统，用于研究区大比例地质构造、地层岩性的详细解译。

（2）通过分析研究区出露的地层和侵入岩体的色调（彩）、纹理、形状等影像特征以及研究区地形、水系特征，建立了研究区地层和构造的遥感解译标志。

（3）利用NDVI掩膜方法消除水体、阴影、植被等对矿化蚀变信息提取有干扰的信息，基于主成分分析方法提取矿化蚀变信息，根据门限化理论进行了矿化蚀变信息分级，获取了研究区羟基蚀变异常和铁染蚀变异常信息分布特征。

（4）龙宝山金矿遥感找矿规律表现为北北东向线性构造与龙宝山杂岩体环形构造的交汇部位及其附近，且羟基异常发育的地段以及龙宝山杂岩体的边部是寻找该类型金矿的最佳地段。

值得关注的是，2015年，报道了龙宝山杂岩体南部边缘发现规模较大的金矿化体，成矿类型为石英脉型金矿[27]。此处金矿化体的发现，是近些年来在本区域金矿找矿工作的一个新的突破，对今后在本区域寻找隐伏金矿起到了重要的指导作用。

4.2 存在问题

由于受ETM数据源光谱分辨率及空间分辨率的限制，目前仅能对矿化蚀变带进行广义的蚀变类型划分和蚀变信息提取，尚无法具体到蚀变矿物，其空间分辨率也不能完全满足要求，遥感图像数据所提取的遥感矿化蚀变信息还不能直接指示“矿床（点）”的存在。

感谢河南理工大学于海洋博士在野外工作和遥感解译中给予的帮助和支持。