塞尔维亚博尔地区遥感控矿构造特征分析

0 引言

传统野外地质工作由于观测视域的限制,不能达到全面观测区域内构造的要求。遥感影像具有大范围、客观真实的全面反映构造信息等优势,因此被广泛应用于区域构造研究中[1-3]。综合分析区域内线、环构造特征及内生金属矿产与线环构造空间耦合关系,可达到从空间上进一步认识区域内主要控矿构造及内生金属矿的分布规律,为发现新的矿产资源提供依据[4,5]。

塞尔维亚东部地区矿产资源极其丰富,该区已发现世界闻名的马伊丹佩克、博尔、克里韦里超大型斑岩型铜金矿床,且现有研究表明,该区仍有巨大找矿潜力[6]。塞尔维亚作为我国“一带一路”的重要合作伙伴,该国矿业、旅游业出口是主要的经济来源。国内有关该区域的研究年代较为久远,基础工作较少。因此本文以塞尔维亚东部马伊丹佩克(Majdanpek)—博尔(Bor)地区作为研究区,利用ETM+多光谱影像、天地图高分辨率影像,在人机交互条件下提取研究区内线、环构造及矿产信息,综合分析区域内线、环构造空间组合特征及其与内生金属矿空间耦合特征,为该区未来地质找矿提供依据。

1 区域地质概况

研究区位于塞尔维亚东部博尔地区,大地构造位于特提斯—欧亚成矿带最西部的阿尔卑斯—喜马拉雅造山带最西段ABTS(Apuseni-Banat-Timok-Srednogorie)岩浆弧,TMC(Timok Magnetic Complex)北部。区域主要出露元古界片麻岩,下古生界火山碎屑岩、白垩系安山质碎屑岩、辉石安山质碎屑岩博尔砾岩等,侵入岩主要为晚白垩世黑云角闪安山岩、辉石安山岩、粗面安山岩。区域内发育一系列NNW向走滑断层,NE向及近ES向断裂次之,其中NNW向断裂为区域内主要断裂,以博尔断裂为主,表现为一系列右行走滑特征(图1),控制了区内的矿床、矿(化)点分布。区内矿化与晚白垩世钙碱性岩浆岩密切相关,如克利维利矿床主要赋存在白垩系角闪安山岩质火山碎屑岩中[7]。区内已发现金马伊丹佩克超大型铜矿、博尔超大型铜矿、克里韦里(Veliki Krivelj)超大型铜矿等[8-10]。

2 数据来源及数据处理

2.1 数据来源

本次选择 2000年7月5日成像、轨道号18529的ETM+中分遥感数据及天地图提供的高分辨率影像。影像由美国NASA 1999年发射的Landsat7号卫星上搭载的ETM+(Enhanced Thematic Mapper)传感器获取,该传感器共有8个波段,可见光波段(b1~b3)30 m空间分辨率、近/中红外波段(b4、b5、b7)30 m空间分辨率、热红外波段(b6)60 m分辨率、全色波段(b8)15 m分辨率。不同波段具有不同的图像特征[11],对水体、植被、岩石矿物等地物的光谱效应也不同(表1)。

表1 ETM+中分遥感数据特征一览表Table 1 List of characteristics of ETM + remote sensing data

2.2 数据预处理

在线、环构造解译工作开展之前为进一步改善图像质量、突出所需信息,对遥感影像进行图像融合、彩色合成等预处理操作满足实验开展的要求。其中图像融合既保留了多光谱波段的纹理特征信息,又保留了全色波段的空间信息特征,增强了解译可靠性及遥感影像的利用率,本次实验采用GS(Gram-Schmidt Pan Sharpenin)融合法,将ETM+影像1~5波段、7波段(30 m)与全色波段(15 m)相融合,使多光谱空间分辨率提升到15 m,即保留了影像纹理特征、波谱特征又提高了空间分辨率(图2)。

假彩色合成方案基于OIF(Optimun Inder Faotor)选择最佳波段[12],其数学表达式为:

式(1)中SDi为i波段的标准差,CCj为波段间的相关系数,波段标准差反映波段灰度值的离散程度,离散程度越大波段包含的信息量越多,相关系数表达波段之间的信息冗余程度,相关系数越大波段之间的信息量越少。图像中所涵盖的信息量与其标准差成正比,标准差越大,信息量越多,图像的独立性与波段间的相关系数成反比,相关系数越低,信息冗余度越小,其独立性越好。当标准差越大,相关系数越小时OIF指数越大,说明该图像合成时信息越丰富。因此,依据OIF指数(表2),结合ETM+7波段及ETM+4波段用途,选择RGB(743)假彩色合成方案,该研究方案可较好的反应研究区内构造信息(图2、图3)。

表2 各波段组合OIF值Table 2 OIF values of each band combination

3 线性—环形构造特征

3.1 线性构造特征

线性构造是指在遥感影像上与地质作用有关的直线、弧线、折线等线性影像,包括断裂构造、破碎带、线性应变带等地质现象[13]。在遥感影像解译过程中可通过色调、影纹、水系特征等解译标志识别。

本次工作中解译出线性构造具有如下影像特征:第一地貌标志,在影像中有线性沟谷线性构造(图4a);第二色调标志,在影像中体现为沿线性构造走向两侧色彩明显不同;第三岩石标志,在影像中体现为线状的岩脉(图4b)。

3.1.1 线性构造空间特征

本次解译工作共解译出大于1 km线性构造293条,区内博尔北部线性构造较该地区南部发育,整体可分为NNW向、近EW向、NNE向3组,其中近EW向线性构造在研究区北部较为发育,NNW向构造规模最大位于研究区中部,NNE向线性构造在研究区北部最不发育。近EW向构造多以小规模破碎状态出现,NNW向构造多以大型构造为主整体贯穿整个研究区 (图5)。

NNW向线性构造共解译出6组,自西向东依次是F1、德贝里卢格—弗拉奥莱—博尔州(F2)、马伊丹佩克—弗拉佐格尼亚克(F3)、鲁德纳(F4)、莫斯纳—克洛科切瓦茨(F5)、乌罗维察(F6)。该方向线性构造在工作区北部呈4.7~6.0 km等间距分布。其中德贝里卢格—弗拉奥莱—博尔(F2)线性构造在空间上具较好的连续性,贯穿整个研究区北部(图5)。

NNE向构造共解译出5组,自西向东依次是马伊丹佩克(F7)、马伊丹佩克东(F8)、乌罗维察—克纳伊卡(F9)、卢卡—博尔州(F10)、斯拉蒂纳(F11)。F7、F8、F9、F10上述4组线性构造呈8~9.8 km等间距分布,马伊丹佩克地区NNE向线性构造F7切穿NNW向F2线性构造及近EW向F14线性构造,克里韦里地区NNE向线性构造F10切穿NWW向F2构造及近EW向F21构造,因此通过切穿关系推测NNE向构造为区域内最晚形成的构造(图5)。

近EW向线性构造共13组,自北向南依次是博西利科瓦茨(F12)、布拉戈耶夫·卡门—马伊丹佩克—托波尼卡(F13)、马伊丹佩克—德贝里卢格(F14、F15)、莱斯科沃—克纳伊卡(F16)、弗拉奥莱—克里韦利北部(F17、F18、F19、F20)、克里韦利—格洛戈 维察(F21)、博尔(F22)、兹 洛 特(F23)、波德哥拉克—梅托夫尼察(F24)。F14、F15、F17、F18等近WE向线性构造主要在研究区域中北部呈2.4~5.0 km等间距分布,整体上近EW构造均匀分布整个研究区单个规模较小且不连续,多处被NNW向、NNE向构造错断(图5)。

NNW向、NNE向、近EW向3组构造均具有平行等间距分布的特征,NNW向构造规模最大为区域内的主构造。从空间关系上看,三者在研究区有多处交汇并在交汇处组成三角形样式空间特征,如马伊丹佩克(F7、F13、F15)、克里韦里(F21、F10、F2)、博尔(F10、F2、F22)、斯拉蒂纳(F11、F3、F23)。

3.2 环形构造特征

环形构造指在遥感影像由色调、水系、影纹结构等标志显示出的近圆形、空心的环形构造或未封闭的弧形等影像特征。现有研究表明,岩浆活动成因、热液蚀变成因的环形构造与内生金属矿床具有密切相关关系[4,14,15]。

在本次实验工作中,根据743(RGB)合成方案中环形影像特征建立了如下解译标志:第一,具明显的负地形特征环形构造内具有树枝状水系特征(图6a);第二,区内环形构造边界具有明显的弧形山脊影像(图6b);第三,大型环形构造与周围的色调具有明显差异。根据环形构造的空间组合特征,区内环形构造可分为单一式、包含式、双层式、套接式[16],主要分布在研究区的北部及东部(表3)。

表3 工作区环形构造类型Table 3 Working area ring structure types

3.2.1 环形构造空间特征

本次环形构造解译过程中共解译出环形构造53个,其中单一式33个、双层式4个、套接式5个、串珠状1组6个,半圆形5个(图7)。其中双层式为C7、C17、C25,串珠状环形构造为C31,套接式为C1、C20、C10、C35、C45、C48,半 圆 形的 为C3、C4、C8、C21,其余均为单一式环形构造。

其中C31为串珠状隆起推测为火山作用成因环形构造,C36环形构造环内具有树枝状水系特征且边缘起伏明显推测为岩浆侵入作用成因,C44环内颜色明显暗于环外且边界不清晰具有热液蚀变成因的环形构造特征。

研究区具有2条NNW向环带分别为马伊丹佩克—博尔—加姆齐格勒环带、莫斯纳—葛洛法戈察环带。马伊丹佩克—博尔—加姆齐格勒环带由7个环形构造组成自西北至东南依此为C17、C22、C36、C44、C46、C47,该环带包含2个套接式、1个双层式及4个单一式环形构造。莫斯纳—葛洛法戈察环带由12个环形构造组成自西北向东南依此为C8、C9、C13、C23、C24、C26、C31,该环带由一组6个串珠式环形构造及6个单一式环形构造组成。

区内仅有2条NNE向环带,分别为乌罗维察—坦达环带、下米拉诺瓦茨—弗拉奥莱环带。乌罗维察—坦达环带位于工作区的东部,由6个环形构造组成,自东北至西南依次为C6、C14、C15、C20、C24、C30,该环带由1个套接式及5个单一式环形构造组成。下米拉诺瓦茨—弗拉奥莱环带由6个单一式环形构造组成,自东北至西南依次为C8、C9、C12、C18、C22、C28。

3.3 线、环构造空间组合特征

NNW向线性构造与环组合特征:区域内自西北至东南,C10、C21、C32、C39、C47分布在NNW向线性构造西侧;C16、C54、C33~C40、C40~C49位于NNW向线性构造F1与F2构造带之间,F2线性构造穿 过NNW向 环 带C1、C16、C22、C36;C17、C37、C38位于F2与F3线性构造带之间,F3穿过C1、C18、C30、C45;C7、C11、C12位于线性构造带F3与F4之间,F4线性构造带穿过C19;F5线性构造带穿过C31~C36一组串珠状环形构造;C14、C20、C27位于线性构造带F5与F6之间,F6穿过C15环形构造;C25位于F6线性构造东侧(图8)。

NNE向线性构造与环组合特征:自北东至西南方向NNE向F7线性构造穿过C1,C8、C9、C12、C13、C19、C18六个环形构造位于F8、F9两条NNE向线性构造之间,上文论述的乌罗维察—坦达环带NNE向环带C6、C14、C15、C20、C24、C30位于F9、F10线性构造之间(图8)。

近EW向线性构造与环组合特征:自北向南近EW向构造多穿过环形构造,研究区北部F12~F14穿过C1套接式环形构造,C16、C17、C18位于F15、F16两组线性构造之间。F20穿过C33~C37处单一式环形构造(图8)。

整体上看,区域内发育两条NNW向环带及一条NNE向环带,马伊丹佩克—博尔—加姆齐格勒环带、莫斯纳—葛洛法戈察环带分别受NNW向构造F2、F5控制,NNE向环带为乌罗维察—坦达环带位于F9、F10线性构造之间,且区域内发育1组NNW向串珠状构造表明区内环形构造沿NNW向构造分布。因此,初步认为环形构造整体上受NNW向线性构造及NNE向构造联合控制(图8)。

3.4 线性构造控矿特征分析

塞尔维亚博尔地区晚白垩世岩浆活动频繁,岩浆岩主要为Timok一期岩浆岩,位于Timok东部,岩性为中性角闪石—黑云母—辉石安山岩。NNW向构造、NNE向构造与近EW向构造多期构造叠加,区域内的大型斑岩体受NNW向博尔断裂控制。为进一步掌握区域内线、环构造及矿床(点)的空间特征,对区域内线、环构造组合特征以及与矿床(点)空间耦合关系分析,查明研究区内线性构造格架以及控制区域内多金属矿床展布的主、次构造。

NNW向构造F2控制区域内马伊丹佩、博尔、克里韦里3处大型矿床,NNE向构造F7马伊丹佩矿床,F10穿过克里韦利及博尔矿床,F11东部具有6处的小型矿点。区域内大型矿床、矿点都存在于相邻两组近NW向线性构造之间(图5)。

线性构造作为不同构造应力下的产物往往伴随着岩石的破碎,根据本次线性构造解译结果分析可知,所有的矿床、矿(化)点均位于3组构造交汇形成的锐角三角形区域内,因此可初步认定3组线性构造对区域内矿床、矿(化)点有一定的控制作用。

区域内已发现的矿床、矿(化)点空间上成NNW向展布,局部上马伊丹佩克矿床、博尔矿床及克里韦里3处大型矿床展布方向均为NNW向,NNW向博尔构造对Timok岩浆混杂岩体内的矿床具有明显的控制作用。

研究区域内近EW向构造为形成时间最早的线性构造(图5),被NNW向线性构造及NNE向线性构造破坏。NNW向线性构造导控了晚白垩世岩浆分布,区域内马伊丹佩克矿床形成时间为83.77±0.5 Ma、博尔矿床形成时间为85.94±0.4 Ma、克里韦里矿床形成时间为87.88±0.5 Ma,三者均与晚白垩世岩浆活动有关[7],因此NNW构造作为主要控矿构造控制了该地区斑岩体的出露。NNE向构造与NNW向构造及近ES向构造交汇处组成的三角形区域对研究区矿床(点)分布具有明显的控制作用,因此NNE向构造为研究区的次级控矿构造。

3.5 环形构造控矿特征分析

从空间上看,区域内主要的大型环形构造为C1、C36、C44、C45,马伊丹佩克大型矿床位于C1环形构造中,C36环边缘具有2处小型矿点及克里韦里大型矿床,博尔矿床位于C44环形构造边缘,C45环形构造边缘处发育3处小型矿床(图6)。区域内共4处矿床、矿化(点)位于环形构造内,5处矿床(点)位于环形构造边缘。

上文已通过环形构造遥感解译特征判断C36、C44位于Timok岩浆混杂岩之上,为与岩浆活动成因相关的环形构造。马伊丹佩克大型斑岩型铜金矿床、克里韦里大型斑岩型铜金矿床、博尔大型斑岩型铜金矿床均与晚白垩世岩浆活密切相关。依据矿床、矿化(点)与环形构造空间耦合关系、矿床类型及环形构造成因综合分析,发现研究区内环形构造对矿床、矿化(点)具有明显控制作用。

3.6 线环组合控矿特征分析

研究区内NNW向、NNE向、近EW向3组构造组成工作区特有的三角形特征,且NNW向构造及NNE向构造控制环带的分布。NNW向、NNE向、近EW向构造自北向南在马伊丹佩克、克里韦里、博尔、斯拉蒂纳处均形成三角形组合特征,这4处三角形组合体均位于环形构造边缘。

马伊丹佩克大型矿床位于F7、F2、F14组成的三角形锐角及C1环形构造中,克里韦里大型矿床位于F2、F21、F10组成的锐角处及C36环形构造边缘,博尔大型矿床位于F2、F10、F22成的锐角处及C44环形构造北部边缘,斯拉蒂纳东部F3、F11、F23组成的锐角处有3处小型矿点位于C45环形构造边缘(图8)。

综上所述共有6处矿床(点)位于与线性构造与环形构造的交汇处,矿床(点)与线环构造具有较好的空间耦合度。其中马伊丹佩克矿床、克里韦里矿床、博尔矿床均为斑岩型铜金矿床。因此,结合上述矿床(点)与线环构造组合的空间耦合特征及矿床成因类型,推断研究区内成矿流体通过线性构造向上运移,在运移过程中与围岩进行充分接触,并在岩浆上侵过后冷凝收缩形成环形构造,因此确定研究区内线环形构造组合对矿床(点)具有明显控制作用。

4 内生金属矿床(点)“带行律”特征

区域内内生多金属矿床、矿(化)点严格受控于区域内断裂构造,断裂构造的空间布局在很大程度上决定了多金属矿床的区域展布格局。尽管区域内的矿床类型不尽相同,但他们共同组成NNW向成带、NNE向成行的空间分布格局(图9)。

NNW向成矿带在空间上整体为NNW向展布特征,该特征与整个TMC的岩体长轴展布方向一致[17]。NNW向整体矿带由西至东可分为2个成矿带,自西向东依此为马伊丹佩克—加姆齐格勒、鲁德纳—卢卡矿带。其中大型博尔矿床、大型克里韦里矿床、大型波尔矿床及2处中型矿床分布于马伊丹佩克—加姆齐格勒矿带内,鲁德纳—卢卡矿带南部发育8处小型矿床(图9)。

NNE向矿行总体共6组,自西向东依次是马伊丹佩克—布拉戈耶夫·卡门矿行、德贝卢格矿行、下米拉诺瓦茨—弗拉奥莱矿行、乌罗维察—波德哥拉克矿行、卢卡—苏姆拉科维奇矿行、加姆齐格勒矿行。因受研究区范围限制,德贝卢格矿行北部界线及加姆齐格勒矿行南部界线未标出,克里韦里矿床及博尔矿床及2处小型矿点分布在乌罗维察—波德哥拉克矿行内,卢卡—苏姆拉科维奇矿行内分布有3处小型矿点,加姆齐格勒矿行内分布有5处小型矿点(图9)。

通过以上分析可判断,以NNW向成矿带为代表,区域内矿床分布具有明显的分带、分行特性。在克里韦里、博尔、斯拉蒂纳东部地区NNW向矿带NNE向矿行交汇处均有矿床、矿(化)点存在。下一步的工作中可通过“带行律”内的缺失预测区如弗拉奥莱地区、德贝卢格地区进行找矿工作,因此研究区内生金属矿床“带行律”特征对指导该区找矿工作具有重要意义。

5 结论

(1)塞尔维亚博尔地区发育NNE向、NNE向、近EW向3组构造,NNW向构造规模最大为研究区主要构造,近 EW向构造数量较多但较为破碎,NNE向构造最不发育。3组构造均具有平行等间距分布,并具有多处交汇且在交汇处形成三角形样式的空间特征。

(2)环形构造整体上呈NNW向展布,发育2条NNW向环带及2条NNE向环带,环形构造受NNW向构造及NNE向构造联合控制。

(3)NNW向构造为区域内主要控矿构造,NNE向构造次之,研究区内生金属矿床多位于环形构造边缘及NNW、NNE、近EW向3组线性构造三角形交汇处。

(4)研究区域内生金属矿床具有NNW成带NNE成行的“带行律”空间分布特征。

(5)在下一步的找矿工作中,建议将工作重点放在NNW向、NNE向、近EW向线性构造与环形构造交汇处,“带行律”空间分布特征的内生金属矿床(点)缺失区。