遙感解譯在魯西龍寶山地區(qū)隱伏金礦預(yù)測中的應(yīng)用

張 超，郭寶奎，胡 戈，單 偉，陳國棟，韓代成，張永翼，徐 超，高 燕

（1. 山東省地質(zhì)科學(xué)研究院，山東·濟(jì)南 250013；2. 臨沂市國土資源局，山東·臨沂 276000；3. 山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)大隊，山東·兗州 272100）

山東省金礦儲量約占全國的1/4，是我國最大的黃金產(chǎn)地。其中，膠東地區(qū)已探明的黃金儲量約占山東省黃金儲量的93%[1]。魯西地區(qū)雖然也發(fā)現(xiàn)了平邑歸來莊[2-3]、磨坊溝[4-5]、沂南銅井[6-7]等金礦，但金礦床數(shù)量和成礦規(guī)模卻無法與膠東地區(qū)相比。相關(guān)學(xué)者認(rèn)為，這與膠東和魯西的地質(zhì)背景、構(gòu)造演化過程以及成礦動力學(xué)背景的較大差異有關(guān)[8-14]。魯西龍寶山地區(qū)金成礦條件較好，以往在該地區(qū)開展了大量的地質(zhì)找礦工作，但自龍寶山石英脈型小型金礦床發(fā)現(xiàn)以來[15-22]，一直未有新的找礦突破。筆者參與該地區(qū)隱伏金礦找礦方向研究工作的過程中，在野外地質(zhì)工作的基礎(chǔ)上，開展了1:10000遙感地質(zhì)解譯，目的是通過遙感手段從宏觀的角度獲得研究區(qū)的構(gòu)造和礦化蝕變信息，為該區(qū)域的隱伏找礦提供數(shù)據(jù)和研究基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

龍寶山地區(qū)位于臨沂市蘭陵縣、費縣和棗莊市山亭區(qū)交界處。大地構(gòu)造位置屬于華北板塊魯西隆起區(qū)尼山—平邑斷隆尼山凸起，沂沭斷裂帶西側(cè)約100km，豐沛斷裂以北約50km處（圖1）。研究區(qū)屬于華北地層區(qū)魯西地層分區(qū)，出露的地層依次為長清群李官組、朱砂洞組、饅頭組，九龍群張夏組、崮山組、炒米店組、三山子組[23]。

圖1 魯西龍寶山地區(qū)大地構(gòu)造位置圖(據(jù)文獻(xiàn)[24]修改)Fig.1 Geotectonic map of Longbaoshan area, west of Shandong province

研究區(qū)內(nèi)多發(fā)育脆性斷裂，斷裂走向多為北西－北北西、北東－北北東和近南北向，斷裂性質(zhì)為高角度張性或張扭性，斷裂帶內(nèi)構(gòu)造角礫巖比較發(fā)育，蝕變多為褐鐵礦化、硅化、碳酸鹽化等。與金礦化關(guān)系密切的斷裂為北東向和近南北向2組，而北北東向斷裂經(jīng)歷了從左行到右行、從拉張到擠壓的演化過程，呈現(xiàn)出多期次活動疊加[25-26]，為主要控巖和控礦構(gòu)造。龍寶山雜巖體外圍的放射性構(gòu)造比較發(fā)育，表現(xiàn)為北端放射，南端收斂，局部可見脈巖充填其中。此類放射性構(gòu)造較明顯控制著研究區(qū)內(nèi)金礦化的形成和分布。

研究區(qū)內(nèi)巖漿巖為中生代燕山期巖漿活動的產(chǎn)物。與金成礦關(guān)系最為密切的侵入巖是龍寶山雜巖體，雜巖體出露面積約為3.5km2，分布于研究區(qū)內(nèi)龍寶山、明山后、北崮和東峪等地，巖性以石英正長巖、霓輝正長巖、閃長巖、二長巖、正長閃長巖為主，多以不規(guī)則巖株狀分布產(chǎn)出（圖2）。正長斑巖、斑狀細(xì)晶正長巖以脈巖形式，呈放射狀分布于龍寶山雜巖體的外圍。

圖2 龍寶山雜巖體地質(zhì)略圖(據(jù)文獻(xiàn)[24]修改)Fig.2 Geological sketch of the Longbaoshan alkaline complex

2 遙感影像解譯

2.1 研究區(qū)自然地理概況

研究區(qū)地形以低山丘陵為主，平均海拔260m。區(qū)內(nèi)多為農(nóng)業(yè)耕作區(qū)，森林覆蓋率低，巖石地層整體出露較好，山前洼地、河谷兩側(cè)覆蓋有第四紀(jì)地層。暖溫帶季風(fēng)區(qū)半濕潤大陸性氣候，四季分明，無霜期長，光照充足，水質(zhì)好且資源豐富，自然災(zāi)害少，非常適合各類農(nóng)作物的栽培和各種蔬菜的生產(chǎn)。

2.2 遙感數(shù)據(jù)的選擇

本次工作選取了2001年4月3日的ETM遙感影像和2013年3月12日的OLI遙感影像。所選用的衛(wèi)星圖像全區(qū)無冰雪、云層覆蓋及干擾條帶，圖像清晰、數(shù)據(jù)質(zhì)量好，色彩飽和度好，偏色現(xiàn)象不明顯，能夠滿足本次地質(zhì)礦產(chǎn)解譯及礦化蝕變信息提取的需要。

2.3 遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理

在ENVI軟件中，根據(jù)要求輸入衛(wèi)星影像的飛行日期、時間、地面平均高程、景中心經(jīng)緯度等參數(shù)，進(jìn)行大氣輻射校正。經(jīng)過FLAASH 大氣校正后，相對消除了大氣影響。經(jīng)過幾何精校正和正射校正完成后，通過把影像與地形圖通過大地坐標(biāo)關(guān)聯(lián)進(jìn)行對比檢查，相同地形地物點的坐標(biāo)誤差小于1m，消除了地形誤差，達(dá)到精校正的目的。在圖像融合過程中，對比研究了IHS變換融合法、主成分變換融合法、Brovey 變換融合法、GS變換融合等算法在衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合中的應(yīng)用效果，采用主觀目視評價與客觀評價相結(jié)合的方法進(jìn)行分析，通過對比試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)Brovey變換方法融合效果較差，CN變換相對較好，IHS變換由于拉伸處理，統(tǒng)計結(jié)果相對較好，但光譜保真度略差。主成分變換和GS變換方法融合結(jié)果紋理信息較清晰，光譜保真度較好（表1）。在Landsat數(shù)據(jù)處理過程中采用了GS變換方法融合。

表1 Red波段不同融合方法部分圖像質(zhì)量評價指標(biāo)Table 1 Quality assessment indicators for some images of The red wave band by different fusion methods

圖像增強(qiáng)處理和影像圖制作過程中，從TM各波段數(shù)據(jù)特征的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，兩景數(shù)據(jù)Band6波段與其它各波段相關(guān)性較小，其余波段均較大，Bandl-Band3相關(guān)性尤為明顯，均大于0.99。結(jié)合均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及地質(zhì)解譯的目的，分別選擇了TM743+8、TM741+8、TM754+8等多種波段合成方案進(jìn)行比較，其中TM743+8和OLI431+8合成圖像色調(diào)最理想，巖石地層差異明顯，構(gòu)造形跡清晰，地質(zhì)可解譯度高，圖像信息量大，色彩豐富，層次感好，清晰度高，干擾信息少，有極為豐富的地質(zhì)信息和地表環(huán)境信息；地質(zhì)可解譯程度高，各種構(gòu)造形跡顯示清楚，不同類型的巖性、巖石地層單元邊界顯示清晰。

利用已經(jīng)配準(zhǔn)、糾正的DEM數(shù)據(jù)和影像數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，添加影像矢量化定位信息道路、居民地等。將彩色正射遙感影像與數(shù)字高程模型 DEM進(jìn)行快速融合，形成具有照片實景效果的三維地面模型（圖3），生成地形工程文件。導(dǎo)入三維地理信息系統(tǒng)進(jìn)行管理，實現(xiàn)研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造三維可視化瀏覽、查詢、分析、編輯等功能。

圖3 龍寶山地區(qū)三維場景圖Fig.3 3D scene map of Longbaoshan area

3 遙感地質(zhì)解譯

3.1 研究區(qū)遙感影像特征

研究區(qū)中西部“崮”形地貌發(fā)育，如抱犢崮、陰陽寨、崮堆山、楊家崮、大澗等，上覆巖層多為張夏組下灰?guī)r段，在遙感影像上色調(diào)表現(xiàn)為暗灰色，灰?guī)r基巖裸露時色調(diào)較亮，灰?guī)r風(fēng)化黏土色調(diào)多為棗紅色（圖4）。部分砂巖、頁巖表現(xiàn)為紫紅色，頁巖易風(fēng)化，部分色調(diào)較亮，多被開墾為農(nóng)田。巖漿巖類石英、長石含量較高，在經(jīng)過拉伸處理后的Landsat融合影像上色調(diào)較亮，顯示為黃色調(diào)，風(fēng)化后土壤肥沃，多為耕作農(nóng)田。

圖4 研究區(qū)區(qū)及周邊地區(qū)Landsat8 OLI傳感器影像(RGB=B4 B3 B1, 紅色方形內(nèi)為龍寶山地區(qū))Fig.4 Image of work area and its adjacent area by landsat8 OLI sensor

3.2 地層解譯

朱砂洞組上灰?guī)r段在遙感影像中呈現(xiàn)灰白、淺灰色彩，露頭色調(diào)較亮，風(fēng)化后黏土呈現(xiàn)棗紅色調(diào)，表面較粗糙，地貌構(gòu)成低緩的殘山、丘陵；朱砂洞組余糧村段在遙感影像中呈紫紅色，表面較平滑，地貌構(gòu)成低緩的丘陵山坡；朱砂洞組下灰?guī)r段在研究區(qū)內(nèi)露頭分布較少，只有少量風(fēng)化后黏土。饅頭組石店段在遙感影像中表現(xiàn)為紫紅—灰黃色，表面較平滑，地形起伏平緩，多開墾為農(nóng)田；下頁巖段顏色為灰紫－黃灰－灰白色，表面較平滑，慢坡地形，多為農(nóng)田；洪河段顏色為暗紫色，表面較粗糙，在崮下往往形成坡度較大陡坡。張夏組下灰?guī)r段在遙感影像中為灰色，表面粗糙，在“崮”山頂易形成陡崖地形，風(fēng)化后形成紅色黏土；盤車溝頁巖段為淺黃－黃綠－淺白色，表面較平滑，慢坡地形，多開墾為農(nóng)田；張夏組上灰?guī)r段為淺灰－灰白色，表面較粗糙，地形坡度較緩。崮山組為灰色－灰白色－灰綠色，部分出露頁巖開墾為農(nóng)田，亮度較高，灰?guī)r出露區(qū)域紋理較粗糙，地形坡度較小。炒米店組為灰色－灰白色，灰?guī)r露頭亮度較高，紋理粗糙，有層狀分布，地形坡度不大。三山子組為褐灰色－灰白色，有亮色帶狀巖層出露，灰?guī)r出露區(qū)域地表較粗糙，風(fēng)化見紅色黏土，地形坡度小。綜合地層解譯結(jié)果來看，地層與該地區(qū)的金成礦無明顯的關(guān)系。

3.3 巖漿巖解譯

在遙感影像上，巖漿巖色調(diào)較明亮，在Landsat8 OLI彩色合成影像中呈現(xiàn)黃色調(diào)，風(fēng)化后易與圍巖張夏組盤車溝頁巖段、朱砂洞組余糧村段等混雜。由于受到巖石風(fēng)化、農(nóng)田耕作、植被覆蓋等方面的影響，巖漿巖巖性在圖像中不易區(qū)分，主要根據(jù)以往地質(zhì)資料確定巖性。

3.4 斷裂構(gòu)造解譯

區(qū)內(nèi)構(gòu)造以線性斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造不發(fā)育，區(qū)域斷裂的展布主要為北西向、北北東向、近東西向和近南北向四組。線性構(gòu)造在衛(wèi)星圖像上的直接解譯標(biāo)志主要是色彩異常、色彩界面等線狀延伸，間接解譯標(biāo)志主要是地貌、植被、水系、土壤及含水性的變化等。在研究區(qū)衛(wèi)星影像圖上，一些斷裂成因的線形構(gòu)造錯斷山脊、水系和地層。

在龍寶山地區(qū)及其周邊共解譯線性構(gòu)造95條。以龍輝斷裂為代表的北西向斷裂是研究區(qū)周邊的主要斷裂，形跡明顯。雙河水庫-龍寶山－明山－井山等北北東向斷裂，成束、帶狀集中分布，切割寒武－奧陶地層以及中生代巖體，斷裂內(nèi)多被正長斑巖和煌斑巖脈充填。以樓山－明山斷裂為代表的近東西向斷裂，多切割寒武系地層和基底巖系，并被北東和北西向斷裂切斷。東馬山－大澗一帶的近南北向構(gòu)造，與山體走向幾乎平行。由于脈巖呈束帶狀侵入龍寶山雜巖體，形成了以龍寶山雜巖體為中心向四周輻射的線性構(gòu)造。

3.5 環(huán)形構(gòu)造解譯

研究區(qū)解譯環(huán)形構(gòu)造邊緣由低山組成，中部為龍寶山雜巖體，反映了其成因似由深部巖漿熱流柱向上運移隆升，引起蓋層呈環(huán)狀破裂而形成，表明環(huán)形構(gòu)造內(nèi)的巖漿巖體

圖5 龍寶山地區(qū)環(huán)狀構(gòu)造Fig.5 Ring structure of Longbaoshan area

通過對后續(xù)遙感蝕變信息提取結(jié)果分析，可形成如圖6所示的環(huán)狀構(gòu)造，蝕變邊緣在北、西、南方向較清晰，在東部邊緣不明顯。

圖6 基于蝕變帶分布的龍寶山環(huán)狀構(gòu)造分析圖Fig.6 Analysis map of annular structure base on distribution of alteration zones in Longbaoshan area

3.6 蝕變作用解譯

選取龍寶山地區(qū)不同高程的巖心進(jìn)行典型巖石的反射波譜的處理和分析，研究區(qū)內(nèi)蝕變類型以硅化、大理巖化、黃鐵礦化、褐鐵礦化等為主。遙感礦化蝕變信息提取按照大氣校正、去干擾、主成分分析、信息分級，得到礦化蝕變圖像。分別對鐵染蝕變和羥基蝕變圖像進(jìn)行統(tǒng)計，蝕變區(qū)域呈現(xiàn)一定的條帶狀分布，對于礦化帶的圈定較為有利。

4 結(jié)論

4.1 取得的成果

（1）開展研究區(qū)典型巖石和蝕變礦物光譜數(shù)據(jù)的測量，并建立了測區(qū)典型巖石光譜數(shù)據(jù)庫。通過對比不同遙感數(shù)據(jù)輻射校正、正射校正和圖像融合、增強(qiáng)方法，建立了地質(zhì)解譯高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)流程。生成了研究區(qū)的三維影像場景，提供了真實、客觀、信息連續(xù)的宏觀分析地面景觀，建立了三維遙感地質(zhì)解譯系統(tǒng)，用于研究區(qū)大比例地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性的詳細(xì)解譯。

（2）通過分析研究區(qū)出露的地層和侵入巖體的色調(diào)（彩）、紋理、形狀等影像特征以及研究區(qū)地形、水系特征，建立了研究區(qū)地層和構(gòu)造的遙感解譯標(biāo)志。

（3）利用NDVI掩膜方法消除水體、陰影、植被等對礦化蝕變信息提取有干擾的信息，基于主成分分析方法提取礦化蝕變信息，根據(jù)門限化理論進(jìn)行了礦化蝕變信息分級，獲取了研究區(qū)羥基蝕變異常和鐵染蝕變異常信息分布特征。

（4）龍寶山金礦遙感找礦規(guī)律表現(xiàn)為北北東向線性構(gòu)造與龍寶山雜巖體環(huán)形構(gòu)造的交匯部位及其附近，且羥基異常發(fā)育的地段以及龍寶山雜巖體的邊部是尋找該類型金礦的最佳地段。

值得關(guān)注的是，2015年，報道了龍寶山雜巖體南部邊緣發(fā)現(xiàn)規(guī)模較大的金礦化體，成礦類型為石英脈型金礦[27]。此處金礦化體的發(fā)現(xiàn)，是近些年來在本區(qū)域金礦找礦工作的一個新的突破，對今后在本區(qū)域?qū)ふ译[伏金礦起到了重要的指導(dǎo)作用。

4.2 存在問題

由于受ETM數(shù)據(jù)源光譜分辨率及空間分辨率的限制，目前僅能對礦化蝕變帶進(jìn)行廣義的蝕變類型劃分和蝕變信息提取，尚無法具體到蝕變礦物，其空間分辨率也不能完全滿足要求，遙感圖像數(shù)據(jù)所提取的遙感礦化蝕變信息還不能直接指示“礦床（點）”的存在。

感謝河南理工大學(xué)于海洋博士在野外工作和遙感解譯中給予的幫助和支持。