遙感技術在西非某國濱海型鋯鈦砂礦找礦靶區篩選中的應用

張悅秋，居維偉，劉小胡，肖 娥，牛 琳，梅 芳

（江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇 南京 210007）

鋯鈦作為戰略性新興礦產，被廣泛應用于航空、航天、化工、電力等領域，需求量不斷增大，而國內鋯鈦資源有限，每年鋯、鈦礦進口需求量分別達到90%和70%。為擺脫對ILUKA、TRONOX和Rio Tinto三大供應商的依賴，保障我國未來鋯鈦供應，國內相關企業一方面積極拓展進口渠道；另一方面也在通過綠地勘查、購買礦權等多種方式積極參與海外鋯鈦砂礦資源的開發。

研究區位于西非某國西部沿海地區的綠地，總面積約2100平方公里，地質工作程度較低，河網密布，沼澤叢生，交通極為不便，常規找礦方法效率低下。筆者所在團隊利用Landsat-8的OLI/TIRS多光譜數據對研究區進行了遙感地質特征的提取，并通過遙感地質解譯、遙感異常篩選和綜合分析，結合區域地質背景及成礦條件，進而確定找礦遠景區，取得了較好的階段性成果。

1 區域地質背景及成礦條件

研究區位于西非克拉通博韋（Bove）向斜盆地的西南翼、大西洋近岸沉降區中。區內出露地層簡單，主要為新生界第四系及古生代地層，其中第四系地層又可分為第四系濱海和海相沉積物層以及陸相沉積物層。濱海和海相沉積物層在區內出露范圍最廣，巖性為砂層、砂土及淤泥；陸相沉積物層巖性為砂礫、粘土及砂層；古生代地層巖性為中粗粒石英砂巖。區域上巖漿巖較為發育，從上太古代到中生代均有出露，巖石類型包括角閃巖、花崗巖以及橄欖巖等，并以花崗巖類為主。新構造運動發育不明顯，對重砂礦的形成和分布沒有明顯的控制作用。

根據礦石元素分析儀對黑云母花崗巖及石英砂巖露頭速測的結果，顯示露頭中的鋯鈦含量有一定富集，見表1。因研究區屬于熱帶季風氣候，終年高溫多雨，基巖的物理-化學風化作用強烈，有利于重礦物從巖石中分離，經風化剝蝕后，可為重砂礦的形成提供豐富的物質來源。

表1 工區內露頭的礦石元素分析速測結果一覽表

區內的地貌類型包括海灘、階地、水下沙壩、沙洲及濕地紅樹林，其中砂質海灘對成礦較為有利。

綜上所述，區內物源豐富、氣候條件較好、有利于形成重砂礦的地形地貌，故存在形成重砂礦的可能性。

2 遙感影像的選取和預處理

選擇Landsat-8的OLI/TIRS影像數據做為數據源，軌道號分別為202～053、202～54、203～52、203～53，多光譜波段的空間分辨率為30m，全光譜波段的空間分辨率為15m。

使用ENVI軟件自帶的FLAASH大氣校正模塊，有效去除水蒸氣/氣溶膠散射效應，同時基于像素級的校正，矯正目標像元和鄰近像元交叉輻射的“鄰近效應”，并對由于人為抑止而導致波譜噪聲進行光譜平滑處理。

由于該地區開發程度低，多為無人區，很難尋找到居民點和標志性建筑物作為校正采樣點，并且道路也多沿著河流分布，基本失去幾何校正的采點作用。若按照通常采點，控制點不足，很難保證均勻采點，故通過對比影像圖、已知地形圖和地質圖及規模較大的河流和巖石、植被的界線和交叉部位，以“地貌點”和“地形點”做為幾何校正控制點。在多項式和克呂金插值數學模型下幾何校正總誤差控制在1個像元之內。

基于OLI的特征，采用不同的波段和波譜計算、比較和相關性分析，對區內的鐵礦化信息、羥基、碳酸根離子信息和矽卡巖等蝕變信息進行定性和半定量分析。將OLI564和OLI754波段組合作為地層和蝕變巖解譯的基礎影像圖，地層、巖土、水系、植被等都有較好的影像反映。

3 遙感影像特征

區內遙感影像特征較為簡單（見圖1），按成因形態分類原則，可分10種主要地貌單元。在衛片上，各地貌單元有以下影像特征：

（1）低臺地影像特征：灰到深灰色，臺面較平整，由陸向海緩傾斜，近海地段常被風成砂或海成砂堤覆蓋，多被河脊海灣，瀉湖分割而呈不連續狀，常以低矮山包似饅頭狀鑲嵌于濱海平原上。低臺地巖性為寒武系變質巖和花崗巖，海拔高度35m～80m。

（2）洪積階地、洪積扇、洪積裙影像特征：色調多變，與鄰近地貌單元的色調常有區別。形態較規整。或扇形為洪積扇，或幾個扇形相連呈裙狀為洪積裙。

（3）沖積階地影像特征：影紋細膩，沿河流兩側樹枝狀展布。

（4）三角洲平原影像特征：平原面開闊平坦，略向海作2°～3°微傾斜，溝渠縱橫，牛扼湖等河流改道遺跡顯示清楚。

（5）海積平原影像特征：較大規模的海積平原面平坦，微向海傾，北東向不連續的幾列砂堤位于平原上，砂堤內灰白色調，樹木密集時呈黑色。海積平原高程小于7m。

（6）瀉湖平原影像特征：影像細膩柔和，積水色調更深。

（7）海成砂堤影像特征：海成砂堤是區內成礦地貌單元之一，形成時代早為Q3者稱老砂堤，以后形成者稱新砂堤。老砂堤色調較深，灰色為主，部分灰白色(受風成砂影響)，粗糙。老砂堤離海遠，位于海岸線內側，延長方向與海岸線一致。規模大小不一，長約500m～800m，寬約100m～1000m不等，標高一般在3m～20m之間，常背靠臺地，或位于瀉湖平原、河海混合堆積平原之上，砂島上也見產出。形態多樣，有規則或不規則長條狀，有短條狀或圓狀。新砂堤色調淺于老砂堤，呈灰白色，形成時代越新，調越淺，目前尚在繼續擴展的砂堤色調最淺。新砂堤在海邊廣泛發育，規模大小不一，空間位置及形態特征在航片上表現最為清楚，毗岸砂堤背靠平原或臺，呈彎月狀或紡睡狀、細條狀、開叉狀，堤間常夾暗色調洼地；攔灣砂堤籍丘體或臺地作依托，向一端發展。攔封海灣，逼灣口位移；砂咀頂部鉤形特征明顯。

（8）砂礫質海灘影像特征：在潮間帶地貌中色調較淺，結構較粗糙。有基巖出露海灘見黑色凸起的斑點或斑塊。

（9）泥質海灘影像特征：灰結構細膩，灰朦朦似霧狀，有密如蛛網的潮水細溝。

（10）紅樹林海灘影像特征：密布淡黑色小斑點，紅樹林越茂盛，色調越深。灘面潮水溝也較發育。

4 鐵染信息提取

以三價鐵和二價鐵離子的光譜反射波譜特征為出發點，尋找出特征譜帶所對應的OLI波段，采用適當的遙感增強方法提取到鐵礦化信息。含三價鐵（Fe3+）礦物的反射光譜曲線圖見圖2。

圖2 含Fe3+礦物的反射光譜曲線圖

OLI的2、4、5和6波段是反射谷和反射峰交替出現，光譜亮度值反差較大，將這四個波段進行組合，有利于鐵化信息的提取。為方便后期與其他地質信息進行綜合分析，使獲得的類鐵礦化信息半量化處理，即根據影像圖對應的灰度直方圖分布特征和信息分布規律，設定閾值，將各類鐵礦化信息分級量化處理，再將量化后的礦化信息統一轉化到ARCGIS軟件平臺上，不斷地和已知的、已獲取的構造、巖性等信息進行疊加綜合分析，來正確的判斷蝕變信息的分布特征、剔除一些假的或無用的礦化信息。獲得的OLI的類鐵化蝕變分布及強度見圖3。

圖3 鐵染異常分布圖（藍色區域為鐵染異常區）

5 遙感異常查證

圖4 砂灘上的鐵染異常區照片

根據遙感影像特征及鐵染異常分布形態的不同，從圖3可見，藍色的鐵染異常可分為海岸線附近條帶狀異常區、河流入海口處流線狀或條帶狀異常區以及內陸團塊狀、星點狀異常區。通過現場調查發現前兩種鐵染異常區地表通常為灰白色、土黃色夾薄層狀、星點狀黑色砂層或混合砂層（見圖4），而內陸的異常區地表通常為鐵紅色、紅褐色或土黃色砂土所覆蓋（見圖5）。利用礦石元素分析儀對部分內陸鐵染異常區內的樣品進行測試，測試結果表明樣品中鐵元素含量一般2%～5%，最高可達24.19%，故推測為鐵質氧化所致，非鋯鈦砂礦致異常。

圖5 農田中的鐵染異常區照片

6 遙感找礦預測與找礦靶區圈定

鑒于重礦物鋯英石與鈦鐵礦的含量存在正相關性，且砂質海灘對鋯鈦砂礦成礦較為有利，在高分遙感解譯及野外調查驗證的基礎上，初步判斷海岸線附近遙感影像為亮白色、灰白色調，且重疊或附近有流線狀或條帶狀鐵染異常分布的區域成礦可能性較大。基于以上原則，圈定2處鋯鈦砂礦找礦靶區（圖3中紅色圖框范圍），并利用人工沖擊鉆在靶區1內施工了6個鉆孔進行驗證，經樣品采集及礦石元素分析儀速測，發現一中等規模的鋯鈦砂礦體，取得了較好的找礦效果。

7 結論

（1）采用中高分辨率的Landsat-8的OLI/TIRS多光譜數據，利用ENVI遙感圖像處理平臺，在地質工作程度低、交通困難的區域開展遙感地質工作，具有快速、經濟和高效的特點。

（2）根據濱海型砂礦的控礦要素及礦化特征，以OLI/TIRS多光譜數據為基礎，確定地形地貌及鐵染異常等解譯重點，對找礦靶區的圈定具有明確的指導意義。

（3）在總結區域地質背景和成礦條件的基礎上，結合遙感解譯成果，開展成礦預測，圈定2個找礦靶區，并施工少量鉆孔對其中1個靶區進行驗證，發現一中等規模的鋯鈦砂礦體。