白岗岩型铀矿关键要素识别遥感应用——以纳米比亚欢乐谷地区为例

周觅，张杰林，王俊虎，郭帮杰，武鼎

（1.中国核工业集团有限公司，北京 100822；2.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）

纳米比亚铀资源丰富，是世界主要产铀国之一。欢乐谷地区是纳米比亚最早被发现有铀矿化的地区。该地区主要有白岗岩型和钙结岩型两种铀矿床类型［1］。罗辛铀矿为白岗岩型铀矿的代表性矿床［2］。目前，欢乐谷地区的罗辛铀矿的采矿权归属我国中核集团。本文研究目标——白岗岩型铀矿，其相关成矿机理，国内外已有大量研究成果。

Swakop 群罗辛组下伏的大理岩带对白岗岩型铀矿化起到圈闭作用，是一个天然的地球化学障，与白岗岩的位置、规模和铀含量有着密切的空间关系［3-5］，大理岩的存在有利于白岗岩型铀矿化的形成。Brynard（1988）［6］认为，白岗岩由于Damara 造山运动初期侵入的花岗岩发生了重熔，随着岩浆向上迁移，挥发组分发生了分馏，形成残余的富钾岩浆，从中结晶出晶质铀矿。Cuney（1980）［7］认为白岗岩与罗辛组大理岩相互作用后，引起CO2压力增加，使得部分晶质铀矿结晶与富集，岩浆期后的白岗岩热液蚀变阶段也会发生部分铀矿化，矿化主要在黑云母的边缘或萤石脉中。

遥感技术在地矿勘查领域应用广泛，其能否有效识别白岗岩型铀矿已知的成矿要素，加快罗辛铀矿外围矿化勘查，短期内扩大铀矿可采范围，意义重大。本文根据白岗岩型铀成矿理论［1-8］，将遥感技术应用在纳米比亚欢乐谷地区进行的白岗岩型铀矿勘查中，扩大遥感技术在铀矿勘查领域的应用范围。

1 区域铀矿地质概况

纳米比亚大地构造单元可分成3 大块体，即北部的刚果（Congo）克拉通南部，西部和中部的达马拉（Damara）造山带和东南部的卡拉哈里（Kalahari）克拉通的北缘。达马拉造山带是世界上重要铀成矿区之一，纳米比亚的铀矿床及铀矿化点主要集中分布在达马拉造山带中部地区，包括罗辛铀矿。

研究区处于达马拉带次级构造单元中央带南部区和奥卡汉贾线形带（Okahandija Lineament）内，位于北东向奥玛鲁鲁（Omaruru）断裂和奥卡汉贾（Okahandja）断裂所夹持区域（图1）。

研究区侵入岩发育，主要分为前达马拉期和达马拉期两期。前达马拉期的侵入岩主要为阿巴比斯（Abbabis）杂岩体，包含片麻状花岗岩和眼球状片麻岩，主要分布在研究区东南部，常呈北东向延伸的岩株产出。这类岩石总与一些放射性异常相伴，该岩石的铀含量一般在（3～20）×10-6，这些岩石的出露区与铀矿床的分布密切相关。达马拉期花岗岩可划分出5 个侵入序列（超单元），其中第5 序列为罗辛（Rossing）序列，主要包括不同的花岗岩和白岗岩，是白岗岩型铀矿的含矿母岩。根据岩石结构构造、矿物成分和矿化特征，罗辛序列可区分出6 种岩石类型，年龄处于458～542 Ma 之间，时代为奥陶纪。白岗岩为细-粗粒结构或伟晶状花岗结构，主要以碱含量高为特征，常出现在背斜穹隆中，也以脉状侵入体形式出现。

达马拉造山作用后，本区长时间处于较稳定的构造环境，从而造山期后富铀的岩浆和热液在有利的部位叠加富集成矿。

2 遥感数据介绍

本文主要使用具有14 个波段的ASTER 数据和空间分辨率较高的Quickbird 数据（表1，表2）。

图1 研究区地质及构造略图Fig.1 Geology and structure sketch of the study area

表1 ASTER 数据参数Table 1 Parameter of ASTER data

表2 Quickbird 数据参数Table 2 Parameter of Quickbird data

3 铀成矿要素遥感解译

3.1 铀矿化相关地层的遥感解译标志

图2 罗辛组灰白色大理岩（左）和条带状石英岩（右）Fig.2 Grey-white marble of Rossing Formation（left）and banded quartzite（right）

研究区内白岗岩主要侵入在Nosib 群罗辛组（NRs），该地层分布较广（图2）［9］。由于受到强烈的区域压扭性的韧性剪切作用，罗辛组沿北东向定向展布，但在穹窿的转折端的张扭性部位出现地层加厚，片理则沿穹窿而变化。该层位与上覆下伏地层均呈不整合接触，在不整合接触部位有较高铀异常值。本区重要的富铀花岗岩主要发育在该地层中，侵位于该组大理岩中的D-E 型白岗岩和石英脉的铀矿化发育更好。罗辛组出露的主要岩性有上、下两套大理岩、堇青石片麻岩、条带状石英岩、变砾岩和片岩。大理岩岩层的厚度为1～50 m 不等，是罗辛组的主要岩石，常与黑云母片岩、石英岩及堇青石-石榴子石片麻岩互层。

罗辛组地层在遥感影像上的特征比较明显，一是大理岩岩层较薄，色调为浅色，其所含碳酸盐矿物的光谱吸收特征明显，并与堇青石-石榴子石片麻岩互层；二是该组地层在ASTER 彩色合成图上呈青蓝色深色调（RGB 通道对应第6、8、1 波段），在QuickBird 彩色合成图上呈浅灰色夹白色色调；三是其地貌特征一般呈高陡地貌、耐风化、中褐色露头，地形切割强烈，辫状影纹，山体基岩裸露，无土壤覆盖层，植被稀少；四是发育有河谷冲沟，河谷表层为冲积砂和黏土，河谷中水系不发育，植被稀疏（图3）。

3.2 含铀花岗岩遥感解译标志

图3 罗辛组ASTER（左）和QuickBird（右）彩色合成遥感影像图Fig.3 Composite color remote sensing image of ASTER（left）and QuickBird（right）of the Roxin Formation

研究区内发育有A 至F 型共6 个期次的浅色花岗岩，其中D 和E 期的白岗岩为含矿岩体［9-11］，为S 型壳源花岗岩［12-13］，而且二者在NKn、NRs、NCh 组中均有发育。D 期花岗岩体多为白色中粗粒结构，主要鉴别特征为乳白色长石和烟灰色-黑色石英，其次是岩体内黑云母含量高，白云母含量低（图4 上）。放射性异常主要为铀异常，在硅质脉发育处铀含量更高，野外测量值最高可达650×10-6。E 期花岗岩体多为红至灰白色（颜色多变），细至粗粒（多变）结构，鉴别特征为浅红色长石和烟灰或黑色石英。E 型白岗岩常见特征为红褐色磁铁矿蚀变晕圈和褪色蚀变，蚀变处异常值偏高，局部发育黏土矿化（图4 下）。

D 期白岗岩在遥感影像的特征一是出露面积较小，在QuickBird 高分辨率彩色合成图上呈浅白色亮色调，环块状影纹，纹理清晰等特点；二是地貌上相对高差较大，坡度较陡，常为垄岗地貌，植被不发育（图5 左）。

E 期白岗岩遥感影像特征一是该期岩体在QuickBird 彩色合成图上呈浅白色亮色调，线条状影纹，纹理清晰；二是地貌上相对高差较大，坡度较陡，常为垄岗地貌，植被不发育（图5 右）。

3.3 控矿构造遥感解译标志

研究区的构造，特别是韧性剪切带对铀矿化控制显著［14-15］。已知的铀矿床主要分布在奥卡汉贾线性构造带和奥马鲁鲁线性构造带之间。矿床分布方向呈北东走向，与区域构造线的方向一致。通过对罗辛铀矿床的野外考察，矿体主要分布在罗辛组和可汗组断层接触带的北东向断裂附近，且距离构造带越近铀的品位越高。该断裂应该是控制白岗岩的侵位，进而控制铀矿体的分布的控矿构造。

图4 D 型白岗岩（上两幅）和E 型白岗岩（下两幅）野外照片Fig.4 Field photos of D-type alaskite（upper pictures）and E-type alaskite（lower pictures）

图5 D 型白岗岩（左）和E 型白岗岩（右）QuickBird 遥感影像图Fig.5 Quickbird images of D-type alaskite（left）and E-type alaskite（right）

千岁兰断裂是研究区内规模最大的北东向断裂，是研究区铀矿化的主要控矿构造。该断裂由多条平行的断裂带组成，穿越整个研究区，走向30°～40°，沿走向呈舒缓波状。断层早期表现为左行压扭性变形，后期为多期（次）张扭性变形。千岁兰断裂控制着研究区含铀花岗岩体的空间分布。罗辛矿床、罗辛南矿床、Tubas 钙结岩型铀矿床、1 号带、16号带、17 号带和18 号带等均分布于该断裂附近。野外观察发现，在1 号带、17 号带和18 号带等地区发现了许多构造破碎带，局部发育硅化、钾化、高岭土化、方解石化、绿泥石化等蚀变现象。其中，1 号带和18 号带地区构造发育密集，岩石破碎强烈，局部发育小型褶皱，褶皱面上褐铁矿化和高岭土化蚀变强烈。另外，断裂带内泥化、片理化明显，并发育方解石化、绿泥石化和硅化等蚀变现象，说明该期构造热液活动强烈。

3.4 铀成矿要素遥感解译

利用阈值分割技术、基于形态算子的类别集群算法和相邻图斑合并方法等遥感图像处理与分类技术，提取了白岗岩体空间分布特征；基于大理岩的碳酸根光谱特征（特征吸收峰位置 为2.34 μm，对 应ASTER 数据第8 波段），利用光谱角填图技术，识别和提取了大理岩信息，编制了遥感地质解译图（图6）。圈定了多处1：5 万地质图上未填出的罗辛组大理岩，如在3602 地区中东部，原地质图中为大面积的可汗组变质岩，经遥感解译和实地验证，该地区发育有罗辛组大理岩岩层，而且在该岩层中侵入的白岗岩体，铀含量高达200×10-6，有一定的铀成矿潜力。

图6 研究区遥感解译地质图Fig.6 Remote sensing interpretation of geological maps in the study area

4 结论

在纳米比亚欢乐谷地区，利用QuickBird 高分辨率遥感数据和ASTER 可见光-热红外多光谱数据，精确识别了大理岩岩层、白岗岩体、断裂构造及基性岩脉，圈定了多处地质图上未填出的与铀矿化密切相关的罗辛组大理岩，为铀成矿新区突破提供了重要依据。

由此得到结论，采用高空间分辨率可见光-近红外波段与中等分辨率热红外波段的组合遥感数据，遥感技术能够精确地提取白岗岩型铀矿成矿要素，为该类型铀矿勘查提供必要的技术支撑。