地質找礦中遙感信息的綜合研究與深化應用
——以鈾礦為例

劉德長，葉發旺，趙英俊，楊 旭，伊丕源，董秀珍

地質找礦中遙感信息的綜合研究與深化應用
——以鈾礦為例

劉德長，葉發旺，趙英俊，楊 旭，伊丕源，董秀珍

(核工業北京地質研究院遙感信息與圖像分析國家級重點實驗室，北京 100029)

以鈾礦勘查為例，通過對遙感信息進行綜合研究與深化應用的思考，提出后遙感應用技術的新理念，并認為它是將遙感信息的應用“從技術層面提升到科學層面”的重要途徑。在此基礎上，又提出砂巖型鈾礦斷隆成礦的觀點，進而建立了我國克拉通和大型活化盆地的鈾礦區域找礦模式。在上述觀點和模式指導下，利用新型遙感技術，特別是高分辨率遙感數據，在塔里木盆地北緣柯坪斷隆東段發現了3條頗具規模的鈾礦化帶，取得了顯著的找礦效果。

鈾礦勘查;遙感技術;綜合研究;成礦觀點與找礦效果

0 引言

地質勘查工作的深入開展對遙感技術的應用提出了更高的要求。如何深化應用遙感信息，以便更有效地服務于礦產資源勘查，已成為當前遙感地質工作者積極探索的科學難題和熱點。而開發新型遙感探測技術與先進的圖像處理方法、促進遙感技術與多學科的交叉集成，是這一探索的方向和重要途徑。本文結合鈾資源勘查，重點從遙感信息綜合研究的角度，對其在地質勘查領域深化應用的這一科學難題進行了探索。

1 地質找礦中遙感信息綜合研究和深化應用的思考與理念

1.1 思考

(1)遙感技術在地質領域應用的局限性。遙感技術在地質領域應用的局限性主要表現在遙感所獲得的信息主要是地表信息，而目前找礦更多的是需要地下深部信息。因此，單靠遙感技術本身很難解決復雜的地質找礦問題。

(2)找礦難度愈來愈大，遙感技術與傳統技術相結合已成必然。隨著地質勘查工作的深入發展，一方面，出露地表的礦床明顯減少，勘查的目標已由地表或近地表轉向地下深處的隱伏礦床，因此找礦的難度愈來愈大;另一方面，由各種地學手段獲得的信息愈來愈豐富，如何最大限度地利用這些信息資源，以提高勘查效果，是值得重視的問題。

(3)遙感技術要與迅速發展的現代信息技術相整合。進入21世紀以來，現代信息技術得到迅速發展，如何將這些新技術(如:三維地理信息系統(GIS)技術、三維可視化技術、仿真模擬技術、虛擬現實技術等)應用于地質勘查領域，進一步解決礦產資源的勘查問題。

鑒于上述思考，筆者提出了遙感信息深化應用的思路:即充分發揮遙感技術優勢，實現遙感技術應用的以下兩個結合:一是遙感信息與傳統地學信息的結合，二是遙感技術與現代信息技術的結合;同時，在遙感技術應用的過程中要注入地質專業知識，將信息轉化為創新思維，用來指導找礦決策和實踐。

1.2 理念

遙感技術的應用不僅包括遙感技術本身的應用，還應包括遙感技術及其延伸應用，而且隨著遙感技術應用的深入，更要重視遙感信息及其延伸應用。據此，作者出了“后遙感應用技術”的理念［1］。

陳述彭院士曾指出:“面對盲礦和深部礦床的找礦難題，遙感的應用須從遙感‘技術索引’的思路走出來，從‘控礦構造’邁向與成礦機理相結合的高度，遙感的應用須與物化探、磁力、重力、地震探礦相結合”。他還強調要將遙感信息的應用“從技術層面提升到科學層面”［2］，而“后遙感應用技術”探討的正是實現這一跨越的重要途徑。

2 遙感信息的綜合研究與我國砂巖型鈾礦斷隆成礦觀點的提出

2.1 鄂爾多斯盆地東勝鈾礦床遙感信息的綜合研究

2.1.1 對地質資料分析的質疑

東勝鈾礦床位于鄂爾多斯盆地東部，是近年來發現的一處特大型砂巖型鈾礦床。關于礦床成因，研究初期人們認為它屬層間氧化帶鈾成礦類型，鈾源來自盆地北緣蝕源區的含鈾地層和中酸性巖體，在氧化條件下，雨水淋出的鈾滲入地下，經地下水搬運，沿滲透性高的砂巖層遷移，在從氧化帶進入還原帶的過渡地帶，由于氧化還原環境的變化，發生了鈾的沉淀和富集，形成了該鈾礦床(圖1(a))?？墒?，經礦化同位素年齡分析，礦床的形成經歷了從120±11 Ma～8±1 Ma的一個漫長過程［3］，新生代時(20±2 Ma和8±1 Ma)繼續有鈾礦化形成，但新生代時，河套斷陷已經形成，斷陷的下陷已將蝕源區與成礦區分開，這時成礦的鈾源已不可能再來自盆地北緣(圖1(b))。因此筆者認為，用傳統的觀點難以完全解釋東勝鈾礦床的形成。

圖1 傳統的鈾成礦觀點與斷隆成礦觀點鈾源對比Fig.1 The comparison figure of the traditional and fault－ uplift mineralization viewpoint about the uranium source

2.1.2 礦床區域構造背景遙感研究的啟示

針對上述質疑，利用ETM彩色合成圖像對東勝鈾礦床的區域構造背景進行了研究(圖2)。

經研究，有以下3點新發現:

圖2 東勝—石灣子斷隆構造遙感解譯及三維可視化Fig.2 Fault－uplift structure of the Dongsheng－Shiwanzi

(1)東勝地區發育一斷隆構造(東勝—石灣子斷隆構造)，東勝鈾礦床位于該斷隆構造的南緣。該斷隆構造在ETM圖像上顯示為一楔形隆起的斷塊(圖2(a))。斷隆的北緣為河套斷陷的南緣斷裂帶F2和F3，斷隆的南緣為本害敖包—準格爾召斷裂，西部發育北西(NW)和北東(NE)向斷裂F3和F4。這樣，由 F1、F2(和 F3)、F4、F5圍成的楔形斷塊，在ETM圖像上其色調與周圍明顯不同，紋理比周圍明顯改變，反映為一隆起斷塊。該斷塊構造在三維可視化圖像上顯示得更為形象和逼真(圖2(b))。

(2)礦床南面存在一條北西西(NWW)向的區域性斷裂(本害敖包—準格爾召斷裂)。該斷裂是作者通過遙感解譯發現的。F1斷裂在遙感圖像上表現為其南北兩側的色調、紋理明顯不同(圖2(b))。該斷裂不僅在重力、航磁上有反映，而且經野外檢驗，在地表存在明顯的斷裂破碎帶(泊江海子以西的格爾蓋一帶表現最為清楚)。已知礦床的礦化地段沿該斷裂呈NWW向展布。

(3)礦床的西部出露一環狀構造(泊江海子環狀構造)。通過對ETM圖像進行地質解譯發現，在泊江海子一帶存在一個略呈橢圓狀的環狀構造。環狀構造地表呈現為同心環狀水系和一系列放射狀水系。據野外檢驗，這些環狀和放射狀水系主要反映一些裂隙帶和小斷層，環狀構造與圓形的重力低位異常對應說明環形構造中心沒有花崗巖侵入。經對環狀構造發育地區出露地層酸解烴的取樣分析，甲烷、乙烷含量很高，最高可達6 041 μl/kg［4］。

2.1.3 新發現地質現象的遙感信息綜合研究

先將收集的研究區的遙感、地質、地球物理(重力、航放、航磁)、地球化學數據建成GIS數據庫;然后利用GIS分析功能，將遙感信息與傳統地學信息集成(復合和融合)，并進行數據挖掘和知識發現。通過綜合研究進一步認為:東勝—石灣子斷隆構造為一基底隆起背景上的富鈾斷塊，它的不斷隆升，能夠為成礦提供鈾源;斷隆南緣斷裂為一從地表切入盆地基底的貫穿性斷裂，是深部物質向上運移的通道;環狀構造為一與油氣有關的環狀構造，反映該區油氣活動的中心［4］，可以為成礦提供油氣等還原物質。

由上述構造要素構成的成礦背景疊加在早期大青山—河套蝕源區與南部斜坡帶的成礦背景之上［5］，構成了該區鈾礦形成的特殊區域地質構造環境。

2.2 東勝鈾礦床的斷隆疊加成礦

在綜合研究了東勝鈾礦床的區域地質構造背景之后，又進一步研究了礦床的成礦特征，發現油氣和熱流體參與了成礦過程，礦化有明顯的疊加現象，如鈾源的疊加、成礦流體的疊加［6］和成礦年齡的多期性等，且鈾礦化類型具雙重性和復雜性等。

將礦床的成礦背景信息與礦床的成礦特征信息綜合，并注入鈾礦地質專業知識，實現了信息的轉化，重新認識了東勝鈾礦床的成礦過程，認為該礦床經歷了如下3個發展階段(為了可視化這一成礦過程，還通過計算機進行了模擬):

(1)早白堊世初期階段。斷隆構造所在地區與北部大青山隆起區相連，構成大青山—河套蝕源區與南部斜坡帶的成礦格局。鈾源主要來自蝕源區的古老地層和不同時代的花崗巖體，形成了120±11 Ma的層間氧化帶型的鈾礦化(圖3)。

圖3 東勝鈾礦床形成過程計算機模擬圖之一Fig.3 First figure of the computer simulation of the formation process about the Dongsheng uranium deposit

(2)晚白堊世階段。斷隆南緣斷裂形成，斷裂的活動導致深部油氣(以氣為主)上升，沿斷裂帶上升的油氣，一方面改造了早期形成的層間氧化帶型的鈾礦化;另一方面導致油氣參與了成礦過程，形成80±5 Ma的鈾礦化(圖4)。

圖4 東勝鈾礦床形成過程計算機模擬圖之二Fig.4 Second figure of the computer simulation of the formation process about the Dongsheng uranium deposit

(3)新生代階段。河套斷陷發生，斷隆構造整體隆升，使得成礦區與蝕源區隔開。由于斷隆構造的不斷隆升，致使延長組、延安組和直羅組富鈾層露出地表，含礦層遭受風化剝蝕，在干旱氣候條件下，為成礦提供了新的鈾源。沿斷裂上升的油氣和熱流體與地下水帶來的新鈾源相遇，發生還原與酸化，形成了20±2 Ma和8±1 Ma的富鈾礦化(圖5)。

圖5 東勝鈾礦床形成過程計算機模擬圖之三Fig.5 Third figure of the computer simulation of the formation process about the Dongsheng uranium deposit

多次鈾成礦作用的疊加形成了東勝特大型鈾礦床。

2.3 砂巖型鈾礦斷隆成礦觀點的提出

(1)斷隆非疊加成礦的證據。當擴大研究范圍后發現，鄂爾多斯盆地的其他鈾礦床在空間分布上也與斷隆構造有關，如黃陵鈾礦床位于渭北斷隆的北緣，國家灣鈾礦床位于固原—華亭斷隆上，磁窯堡鈾礦床位于牛首山—羅山斷隆的西緣等(圖6(a))。塔里木盆地的北緣斷隆與鈾礦床的空間分布關系同樣密切相關，如，巴什布拉克鈾礦床處于蘇魯切列克斷隆的南緣(圖6(b))，日達里克鈾礦床處于上新統之后形成的康村斷隆的南緣等。

圖6 斷隆與鈾礦床空間分布關系Fig.6 The spatial distribution relationship of fault and uranium deposit

綜合斷隆疊加成礦和非疊加成礦的研究成果，筆者提出了砂巖型鈾礦斷隆成礦的觀點。

(2)斷隆成礦的機理。通過對斷隆構造成礦機理的研究認為:①斷隆構造的隆升作用，使深部的鈾礦床和富鈾層被抬升到地表，遭受風化、剝蝕，為新的成礦過程提供鈾源;② 斷隆邊緣斜坡帶的地形和沉積環境(有利于形成賦礦的粗碎屑的沉積地層);③斷隆邊緣貫穿性斷裂是將深部還原性物質向上運移的導通等。這些有利的成礦要素在斷隆構造環境形成了最佳組合，從而使斷隆構造孕育了源(鈾源)－運(搬運)－聚(富集)統一的成礦條件。

(3)斷隆成礦觀點的核心。斷隆成礦觀點的核心是強調構造，特別是深位貫穿性斷裂和油氣，甚至熱流體等深部還原性物質在砂巖鈾成礦過程中的重要作用。認為該類型鈾礦床的形成不同于傳統的層間氧化帶類型鈾礦床，不只是個淺部地質作用過程，而是深部與淺部地質作用的復合。

(4)斷隆成礦觀點提出的找礦意義:①我國克拉通盆地砂巖型鈾礦的區域找礦，應圍繞著斷隆構造及其邊緣進行;②圍繞斷隆構造找礦，不要局限于砂巖型鈾礦，應開展多目標找礦(包括砂巖型、碳硅泥巖型和熱液型);③不同斷隆構造形成的背景、演化歷史、成礦條件和找礦潛力不盡相同，即使同一斷隆構造不同部位的成礦環境和條件也不盡相同。因此，找礦時要進行具體的地質分析。

3 在斷隆成礦觀點指導下，應用新型遙感技術取得的找礦效果

3.1 柯坪斷隆成礦地質環境分析

將已知的鈾礦點、礦化點投影到柯坪斷隆ETM遙感圖像上進行分析發現，鈾礦點、礦化點幾乎全集中分布在柯坪斷隆構造變動最強烈的東段，而斷隆上的古生代地層在東西段呈連續分布，那么已知鈾礦化與構造變動強烈地區之間存不存在內在聯系(圖7)。經對遙感信息與重力、航磁和地質資料進行綜合分析發現，該區發育幾條深大斷裂，并存在兩個巖漿活動中心，二疊紀有大面積玄武巖噴發和基性巖脈侵入，并產有熱液型鉛鋅礦等。因此，認為柯坪斷隆東段是一處熱液型礦床成礦區，提出該區的找礦思路要有所改變，應從原來找碳硅泥巖型鈾礦為主的思路轉向找含鈾熱流體型鈾礦為主的思路，也即從地層找礦為主的思路轉變為以斷裂為主的找礦思路。

圖7 柯坪斷隆遙感影像與已知鈾礦化點疊加圖(紅線表示斷裂，紅線圈定的范圍為成礦遠景區，方框示已知鈾礦化點的集中區，紅點示鈾礦化點)Fig.7 The superposition figure of remote sensing image and uranium mineralization site

3.2 薩克鈾礦化帶的發現

在新的找礦思路指導下，利用ASTER數據與航放異常信息聚焦分析的方法，發現原來認為孤立分布的兩處航放異常，實際上受同一條斷裂帶控制，推斷該帶可能是一條鈾礦化帶。經野外調查和系統地面放射性伽瑪能譜測量證實，該帶確為一條頗具規模的鈾礦化帶，命名為薩克鈾礦化帶。該帶受多期次的活動斷裂控制，沿該帶熱液蝕變發育，主要表現為碳酸鹽化和赤鐵礦化，鈾礦化強度高，最高品位大于3%，是一條值得深部探索的鈾礦化帶。經包體測溫獲得了110℃和210℃等2個正態分布的峰值，測定的同位素年齡為172±28 Ma。

3.3 類似鈾礦化帶的區域搜索

首先建立了薩克鈾礦化帶地質模型，然后對該地質模型進行遙感反演。此過程先后應用了TM、ASTER、IKONOS、QuickBird等數據源，但是只有經增強處理的QuickBird圖像上，上述薩克鈾礦化帶的結構特征被反演出來，在分辨率為0.6m的圖像上，基性巖脈為黑色線狀體，斷裂帶為白色線狀體，蝕變現象為沿斷裂帶分布的灰白色斑狀體。三者共同構成了該鈾礦化帶的遙感影像模式。應用QuickBird遙感圖像，經模式識別，在薩克鈾礦化帶外圍又發現了2條具類似特征的鈾礦化帶［6］(圖8)。

圖8 新發現的鈾礦化帶(局部)的QuickBird遙感圖Fig.8 The QucikBird image(local)of the new discovered uranium mineralization belt

4 結論

實踐表明，如果用同樣的方法和手段研究同一個問題，由于看不到新的現象和事實，認識將很難有所突破。遙感技術在地質找礦中的重要作用，就是它能夠迅速發現用常規地質方法很難發現的地質體和地質現象，如果將這些新發現與傳統地質方法得到的信息相結合，將會促進地質人員重新考慮問題和進行創造性思維，以導致新概念的產生和礦化規律新認識的形成。正如陳述彭院士曾經指出的“沒有先進技術支持的理論是落后的”。同時可以看出，遙感技術的應用不僅限于“線、環、塊”的識別和蝕變信息的提取，更重要的是它還可以進行成礦理論的研究。因此，需要將遙感的應用“從技術索引的思路走出來”，“從技術層面提升到科學層面”。這樣才能使遙感在地質找礦中發揮更大的作用。

充分發揮遙感技術的優勢，最大限度地利用現有的地質勘查信息資源，進行新理論的探索和建立新的找礦模式，并利用新模式進行找礦，這是一條從“信息找礦”到“理論找礦”再到“模式找礦”的正確途徑，實踐證明可以取得顯著的找礦成果。

［1］ 陳述彭.礦產資源與遙感信息深度開發應用［C］//遙感科技論壇論文集.北京:地震出版社，2007:373－375.

［2］ Liu De － chang，Ye Fa － wang，Zhao Ying － jun，et al.A New Concept and Practice of Remote Sensing Information Application－Post Remote Sensing Application Technology and Application Case to Geology［C］//Proceedings of SPIE 15th Nation Symposium on Remote Sensing，Guiyang City，China:The International Society for Optical Engineering，2006，6200:1 －7.

［3］ 劉漢彬，夏毓亮，田時豐.東勝地區砂巖鈾礦成礦年代及成礦鈾源研究［J］.鈾礦地質，2007，23(1):23 －29.

［4］ 劉德長，葉發旺，張杰林.泊江海子油氣環狀構造的發現及其對鈾成礦的重要作用［J］.國土資源遙感，2007(1):69－71.

［5］ 肖新建，李子穎，方錫珩，等.東勝砂巖型鈾礦床古層間氧化帶成因追溯［C］//中國核學會鈾礦地質分會學術交流會論文集，北京:核工業北京地質研究院，2005年12月.

［6］ 劉德長，楊 旭，張杰林.新型遙感技術數據的鈾資源勘查應用［J］.地球信息科學學報，2009，11(3):268 －272.

Comprehensive Study and Deepened Application of Remote Sensing Information:A Case Study of Uranium Exploration

LIU De－chang，YE Fa－wang，ZHAO Ying－jun，YANG Xu，YI Pi－yuan，DONG Xiu－zhen
(National Key Laboratory of Remote Sensing Information and Image Analysis Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China)

With the uranium exploration as an example，this paper puts forward a new concept of post－ remote sensing application technology based on the thinking of the comprehensive research and deepened application of remote sensing information.This new concept is considered to be an important way to promote the application of remote sensing information from technology to science.On such a basis，the viewpoint of fault－ uplift mineralization of sandstone－type uranium is proposed and a model of regional prospecting for uranium in the craton and activated basin of China is established.Under the guidance of the viewpoint and the model and by using the new technique，3 uranium mineralization belts were found in the Kalpin fault－uplift on the northern margin of Tarim basin，thus achieving good prospecting result.

Uranium exploration;Remote sensing;Comprehensive research;Mineralization viewpoint and prospecting effect

TP 79:P 619.14

A

1001－070X(2011)03－0014－06

2010－12－28;

2011－02－11

劉德長(1938－)，研究員，博士生導師，長期從事鈾礦構造與遙感技術在鈾資源勘查和核軍事領域的應用。目前正在從事高光譜遙感技術和后遙感應用技術的開拓研究。

(責任編輯:丁 群)