大青山盆地遥感解译信息与成矿预测

周荣辉，阳正勇，周文博，邓福理

（核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000）

0 引言

随着航天与信息技术的飞速发展，以及遥感影像的空间和光谱分辨率的不断提高，遥感技术在地质、矿产、环境等调查领域的应用越来越受到重视（关震等，2014；张廷斌等，2014；张云峰，2014），也逐渐成为一种快速经济的找矿手段（邓会娟等，2014；董丽娜等，2015）。遥感技术能在高覆盖地区有效的提取火山构造、断裂构造形迹，对查明火山构造、断裂构造的性质、规模、特征具重要意义；也能从宏观层面反映出区域地质构造与矿床分布规律之间的关系，是一种行之有效的工作手段。本文信息源采用ETM+遥感数据，在进行图像几何校正及图像增强等预处理后，合成本区遥感影像，针对性的开展1∶10万遥感构造解译和蚀变异常信息提取，结合已有地质资料综合分析，总结成矿潜力，预测成矿远景。

1 研究区概况

1.1 基本地质概况

大青山盆地大地构造处于华北板块和西伯利亚板块之间的中蒙古-额尔古纳微地块上，属古生代造山褶皱带陆缘岩浆弧构造环境（黄净白等，2011），与俄罗斯斯特列措夫铀矿田、蒙古多尔诺特铀矿田处于同一大地构造单元，具有较大的成矿潜力（方锡珩等，2012；周荣辉等，2019）。该地块经历了多期次的花岗质岩浆侵位，为铀及多金属成矿奠定了良好的基础（阳正勇等，2016）。

大青山盆地内断裂构造较发育，主要有NE、NW、SN向三组断裂。其中NE向呼伦湖西缘（F3）、满洲里-巴扬山断裂（F4）及NW向哈尼沟断裂（F5）、巴嘎超脑特乌拉-东庙断裂（F6）相互交汇、切割形成多个构造结，直接控制了大青山火山盆地的空间展布（图1）。

图1 （a）研究区大地构造位置图；（b）大青山盆地区域地质矿产简图

区内出露地层岩性主要为元古界额尔古纳河组变质岩，中侏罗世玄武岩，上侏罗世流纹岩、粗面岩及流纹质碎屑岩，下白垩世流纹岩、流纹质碎屑岩等。盆地中部大青山西侧出露半环状的燕山期二长花岗岩体。

区内已发现铀矿化（异常）点7个，多金属矿（化）点3个，邻区已发现多个大型铀-多金属矿床，典型的为俄罗斯斯特列措夫铀矿床、甲乌拉-查干布拉根银铅锌矿床、乌奴格吐山铜钼矿床。

1.2 研究区以往研究简史

上世纪八十年代末，1∶20万区调已覆盖全区，但受限区内岩石出露差，断裂构造难以观测，尚未建立完善的构造体系。新世纪以来，研究区内也仅在北部汗乌拉火山机构附近开展过相关矿产地质工作。综上所述，前人在此地区开展相关找矿工作较少，工作程度较低，对该盆地认识不足，仅认为北部汗乌拉火山机构附近具有一定的成矿远景（阳正勇，2020）①。

2 数据源及数据处理

2.1 遥感数据源

本次研究遥感构造解译的数据源为Landsat8 ETM 多光谱遥感数据，景号为LC81250262014165LGN01，选用影像拍摄时间为2014年6月14日，从影像中可见研究区范围内无云、雾遮掩，无冰雪、植被覆盖，无人工干扰，基本满足1∶10万遥感解译及蚀变提取的需求。

2.2 数据预处理

为提高图像精度，对获得的影像数据进行预处理，主要包括：几何校正、波段选取、影像裁剪等。几何校正采用控制点-多项式拟合方法对原始数据进行了几何纠正和配准，以大青山盆地1∶5万地形图及google earth影像为基准，选取了多个相对应地面的控制点进行校正（陈功等，2006）。

为宏观反映构造地貌特征，制作了覆盖全区的影像，根据Landsat8 ETM数据波段的特征（张玉君，2013）及前人应用经验结合地质解译目的，经最佳组合波段分析后选取B7、B4、B1波段三个波段分别赋予RGB三原色进行假彩合成，生成彩色影像（图2），此图能反映中等尺度的地质、地貌宏观特征，处理后图像层次丰富、色调均匀、影纹清晰、反差适中，满足1∶10万遥感解译精度需求。

图2 大青山盆地741波段RGB假彩影像

为提高解译精度，在解译过程中同时选取其他波段合成影像参考联合解译：其中解译线性构造选取B7、B4、B3波段合成影像联合解译，解译环状构造选取B6、B3、B2波段合成影像联合解译。

图像增强是为了重点突出不同地物之间波谱特征差异，以及地质体宏观形态、空间展布、纹理结构等特征（汤国安等，2004），本文采用直方均衡化进行图像效果增强。最后根据研究需求，裁剪出研究区影像。

3 遥感解译与蚀变异常信息提取

3.1 构造解译

采用目视法对区内线性和环形构造进行解译。解译发现研究区内线性和环形构造进行十分发育。

3.1.1 线性构造解译

区内线性构造在遥感影像上主要表现为清晰的线型色调界线，色调异常；沿线性分布的陡崖坎、负地形；山体、山脊线被错移或突然中断；河流水系直线性、格状展布，出现串珠状水系；直角拐弯或同步拐点。线性构造主要为NE、NW、近SN向3 组（图3）。NE 向线性构造为区内主要控岩、控盆断裂，走向延伸较大；NW向线性构造最为发育，呈近似等间距平行分布，多截切NE向断裂；近SN 向断裂规模最小，常截切NE、NW向断裂。通过开展野外查证工作，将多条解译断裂修正为实测、推测断裂。

图3 大青山盆地线性构造遥感解译图

依据遥感构造解译及野外查证成果，将研究区断裂按规模大小划分为三级，构成了该区构造格架，具体如下：①一级构造格架由NE向和NW向区域大断裂（F3、F4、F5、F6）组成，直接控制了大青山火山盆地的空间展布；②二级构造格架以NE向和NW向为主，均为区域NE向和NW向一级断裂派生断裂；③三级断裂主要由二级断裂派生出多组不同性质的细小断裂及后期火山活动形成的环状、放射状断裂。其中一级构造为区域控岩、控盆构造，二级构造格多控矿构造，而三级断裂是主要的容矿构造。

3.1.2 环形构造解译

研究区内的环形构造在遥感图像上主要表现为环状山脊、环状水系及环状的色调纹理差异。从空间分布看，多分布在断裂构造附近。最大的环状构造直径可达10 km，小者直径约1 km，一般以1～2.5 km为主。主要集中于大青山火山机构、汗乌拉火山机构及五个门火山机构附近，与火山、岩浆活动关系密切。研究区内与火山关系密切的环状构造，其内部常伴有放射状断裂，例如大青山环状火山机构（图4）。

图4 大青山盆地环状构造遥感解译图

3.2 蚀变提取

3.2.1 区域成矿蚀变特征

通过对岩石样品的系统采取及显微镜下岩相学研究（许文良等，2010），发现本区及邻区铀矿化主要与晚期硅化、高岭石化蚀变作用有关（阳正勇等，2016）。多金属矿床围岩蚀变主要为硅化、碳酸盐化和青磐岩化（曹艳华和刘翼飞，2020），且其地表多见有褐铁矿化、赤铁矿化。

3.2.2 蚀变提取意义

因此，应用ETM遥感数据提取羟基蚀变能有效反映高岭土化、水云母化、绿泥石化发育特征；而铁染蚀变有效的翻译赤铁矿化、褐铁矿化发育特征（卢辉雄等，2019），为本区铀及多金属找矿预测提供有利信息。

3.2.3 工作方法

本次工作采用主成分分析法提取蚀变，是以最小均方差为准则，将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法。它能有效地去除数据的噪音及冗余，将原来复杂的数据降维处理（刘颖璠，2012）。

对大青山盆地数据作处理后分别针对羟基异常提取和铁基异常提取。利用美国地质调查局（USGS）标准矿物波谱数据，结合ETM波段范围，根据其反射率波谱特征确定分别采用1、4、5、7波段和1、3、4、5波段进行主成分分析，以±4σ（标准离差）作为特征向量输出的动态范围，获得蚀变异常特征主分量。进行蚀变矿物波谱特征对比分析发现：羟基类矿物波谱特征表现为5波段高反射，7波段强吸收；铁染类矿物波谱特征表现为3波段高反射，1波段强吸收。

因此，羟基异常特征向量应具有的特点是：5波段与7波段的贡献系数符号相反，且5波段的绝对值较大。铁染异常特征向量应具有的特点是：3波段与1波段的符号相反，且3波段的绝对值较大（刘颖璠，2012）。依据上述判断，羟基异常应包含在TM1、4、5、7波段的PC3上（表1），铁染异常应包含在TM1、3、4、5波段的PC2上（表2）。

表1 TM1、4、5、7波段主成分变换输出特征矩阵

表2 TM1、3、4、5波段主成分变换输出特征矩阵

依据理论（张玉君和杨建民，1998）对PC3/PC4采用均值+n倍标准差作为异常切割阈值，在ArcGIS平台上进行密度分割，分别圈出羟基、铁染异常区。运用MapGIS图像分析功能将所获得的异常信息进行投影变换，生成本区范围的羟基与铁染蚀变异常图。

3.2.4 蚀变异常分布特征

区内遥感蚀变异常分布相对集中，主要呈片状、串珠状分布于线性构造及构造交汇部位附近。羟基异常和铁染异常套合整体较差，局部较好，异常总体分布与已知蚀变带吻合较好（图5）。

图5 大青山盆地遥感解译综合成果图

4 铀-多金属矿找矿前景分析

以遥感解译结果和蚀变异常信息为主要预测依据，结合区内已有地质、物化探等资料，综合分析大青山盆地成矿前景，圈定3片成矿远景区（图6）。

图6 大青山盆地成矿远景预测图

4.1 汗乌拉成矿远景区

位于研究区北部汗乌拉地段，面积78 km2，处于哈尼沟多金属成矿带东南侧，区内火山构造、断裂构造发育，断裂构造以NW向、近SN向及其派生的次级断裂为主，火山构造主要为汗乌拉火山机构；区内发育有多期次的岩浆侵位活动，地表见有正长斑岩、石英正长斑岩、流纹斑岩等。遥感解译发现若干环形构造影像，该区段内见有多处遥感异常，以铁染异常为主，羟基异常分布较为稀疏，强度较弱；单处异常多呈NE向，少量为NW向，与断裂构造关系密切。前人在该区段发现有多处Ag、Pb、Zn、Ag、Mn元素异常晕及放射性高场异常场。远景区内已有大坝银金铜矿，其西北部外围发育有较为明显的环形构造，且见有明显铁染异常，结合地质、物化探信息，建议在该区西北部环状构造与NW向构造复合交切部位进一步开展深部找矿工作。

4.2 大青山敖包成矿远景区

位于研究区中西部大青山敖包地段，面积63 km2。处于NE向满洲里-巴扬山基底隆起带边缘，北部额尔古纳河组变质岩系零星出露，地层主体为晚侏罗世中酸性熔岩。断裂、火山构造发育，主要为环状断裂和放射状断裂；多期次岩浆侵位和脉岩活动明显，地表已见有流纹斑岩脉、石英脉，经钻探发现其深部正长斑岩、花岗闪长岩、基性脉岩发育。区内发现多处化探异常晕及放射性高异常场。遥感解译发现若干环形构造和疑似火山隆起的影像，环形构造周边常见有放射状断裂构造。该区段内见有多处遥感异常，以铁染异常为主，羟基异常分布较为稀疏，强度较弱；异常整体呈北西向展布与NW向断裂构造关系密切，与已知构造蚀变带吻合较好。同时，于远景区内西北侧经钻孔揭露已发现有铜多金属矿化。推测深部存在斑岩型铜多金属矿化（体）。

该区段遥感影像及蚀变异常的空间分布特征与邻区哈拉胜多金属矿床形态极为相似，其中北缘为中低温热液型多金属矿床的有利成矿部位，南部为斑岩型铜矿有利成矿部位，具有良好的找矿前景。

4.3 五个门成矿远景区

位于研究区东南部五个门地段，面积46 km2。处于呼伦湖西缘断裂西北侧，其次级断裂及火山构造发育，区内NE、NW向断裂构造复合交切明显，且发育有与之配套的近SN向断裂。区内沿NW向断裂发育有多期次、多种类的热液蚀变作用，有硅化、高岭土化、绿泥石化、碳酸盐化等，局部还见有石英脉等岩脉出露。区内地表已发现多处与NW向构造及SN向断裂构造关系密切的放射性高场异常场、局部发现有多金属异常晕。遥感解译有多个环状构造，并与NW向断裂关联性较强。该区见有多处遥感异常，异常与已知构造蚀变带较为吻合，以羟基为主，蚀变较强，局部见有铁染异常，主要发育于羟基异常边部，强度较弱。区内已发现见有多处铀异常（矿化）点，因此，认为该区是寻找深部热液有关的铀矿床的有利部位。

5 结论

（1）本文利用多源遥感数据，有效地提取出线性构造、环形构造和火山机构，初步建立了大青山的构造格架，有效地解决了大青山盆地高覆盖地区断裂、火山构造难以观察的问题，为该地区的铀-多金属找矿工作的开展提供了基础数据和参考依据。

（2）通过遥感异常信息提取，结合已有地质矿产资料，综合分析认为铁染异常主要展布于NW向断裂构造带两侧，及火山机构放射性状构造带附近，受NW向断裂构造及火山构造控制特征明显，与多金属成矿关系密切；而羟基异常主要呈片状、带状展布，受NW与NE向构造结控制特征明显，与区内铀异常（矿化）点（带）的分布特征较为吻合，表现出与铀矿成矿关系密切的特征。

（3）通过综合分析，在研究区内圈定成矿远景区3处。为该地区的铀及多金属找矿工作提供了重要依据及找矿方向。

注 释

①阳正勇,周荣辉,陈凯.2020.内蒙古新巴尔虎右旗－满洲里地区铀-多金属矿资源调查评价项目成果报告[R].核工业二四三大队,180-184.