京津冀地區線環構造遙感地質解譯與控礦規律分析

盧克軒，劉新星，張 娟，成嘉偉，高 椿

河北地質大學/河北省戰略性關鍵礦產資源重點實驗室，河北 石家莊 050031

0 引言

隨著20 世紀70 年代遙感技術的飛速發展，地質學家們逐漸注意到影像中線－環形構造與礦床的密切聯系［1］. 20 世紀80 年代，我國也開始了對于遙感影像中線－環形構造的研究，如楊武年［2］通過圖像增強技術識別MSS 衛片上的環形異常，并得出環形異常與蝕變異常、礦點的分布比較吻合；趙不億等［3］從遙感線－環構造的定量統計方面詳細探討了在找礦方面的應用，較為深入、全面地研究了遙感地質的定量分析方法.地球化學元素的異常富集和地殼運動的綜合結果導致區域性大的成礦帶，而具體位置則受控于具體的線性構造與環形構造［1］. 比如金銀礦床的成礦關鍵就在于構造條件，以張家口－宣化地區的幔枝構造為例，在遙感圖像上顯示為3 層環狀構造，其成礦物質主要來自地球深部并通過地幔熱柱的演化從地核運移到近地表，在幔枝構造的有利構造帶中集聚成礦［4-6］. 因而，對遙感圖像上的線－環形構造的分析，無疑將深化控礦構造及找礦研究的意義. 近年來遙感影像的空間分辨率越來越高，多源遙感數據有利于線環構造的精細化解譯［7］，還有地質學家將線環構造與多源信息（地、物、化、遙）結合起來進行綜合分析［8-11］. 隨著越來越多的礦床被發現，各類礦床的成礦作用、各地區的礦床成因更加深入的研究，有必要進一步對線－環形構造控礦規律進行總結，為指導找礦提供有效依據.

1 區域地質特征

1.1 區域地層與構造

京津冀地區位于華北平原的北部，本地區地層包括：下前寒武系，主要分布在太行山和燕山地區；中—新元古界，分布廣泛，出露良好，發育完整，區內廣泛出露長城系、薊縣系、青白口系；古生界寒武系、奧陶系，出露于北起平泉，延伸至南部的邯鄲西部山區，劃分為冀北地層分區和冀南地層分區；中生界，為一套復雜的陸相火山－沉積巖系，三疊系、侏羅系和白堊系出露廣泛；新生界，主要分布于河北平原、壩上高原以及太行山和燕山的山前地帶.

本區地質構造十分復雜，在地質歷史的演化過程中，形成東西向展布的燕山板內造山帶（天山－陰山造山帶的一部分）和呈北東向展布的太行山板內造山帶（興安－太行山構造巖漿巖帶的一部分），是中國窗欞式構造的重要組成部分［12］. 研究區構造分區如圖1 所示.

圖1 河北省主要斷裂構造圖（據文獻［13］）Fig. 1 Tectonic map of major faults in Hebei Province（From Reference［13］）1—重力推斷構造斷裂（gravity-inferred fault）；2—重力推斷構造單元界線（gravity-inferred boundary of tectonic unit）；I1—內蒙古板塊南緣（southern margin of Inner Mongolia Plate）；II11—內蒙古海西褶皺帶（Hercynian Inner Mongolia fold belt）；III11—康保褶皺束（Kangbao fold bundle）；III12—棋盤山中凹陷（Qipanshan sag）；I2—華北板塊（North China Plate）；II21—冀北巖漿固結陸塊（Northern Hebei magmaconsolidated land block）；II22—燕山基地－蓋層活動構造帶（Yanshan base-cap active tectonic belt）；III21—宣化－蔚縣凹褶皺束（Xuanhua-Yuxian depression-fold bundle）；III22—承德－平泉穹凹褶束（Chengde-Pingquan dome-depression-fold bundle）；II23—太行山隆升斷塊（Taihang Mountain uplifted fault block）；II24—冀中南活動軟塊（斷陷盆地）（Central South Hebei active soft block）；III23—廊 坊－保 定 臺 陷（Langfang-Baoding platform subside）； III25—臨 清 臺 陷（Linqing platform subside）

1.2 區域礦產

京津冀地區的三大巖類齊全且地層出露良好，賦存了大量的礦產資源. 礦床分布相對集中，但小型礦床多，大型礦床少，非金屬礦產多，金屬礦產少，貧礦多，富礦少. 截至1995 年，該地區已發現各類礦產109種，其中已探明儲量的66 種，占全國已探明儲量礦產種類的34.38%. 已探明的礦產儲量中，有44 個礦種保有儲量居全國前10 位，還有9 個礦種居全國第11到14 位［12］.

鐵礦：主要有受變質鐵硅質建造鐵礦床、接觸交代礦床、巖漿型礦床. 此外，還有少量海相沉積礦床、沉積變質礦床、沉積礦床，極少量的熱液礦床.

金礦：主要分布在承德、唐山、張家口等地. 據數據統計，燕山期巖體附近的儲量約占86%，海西期巖體附近的儲量約占13%.

銅礦：主要分布在高化學豐度值的地層中，興隆壽王墳－平泉小寺溝銅礦成礦區、平泉下營房銅礦成礦區和淶水鎮廠－淶水東團堡銅礦成礦區為3 處重點成礦區.

鉛鋅礦：主要為共生礦床. 鉛礦主要為熱液型，其次為斑巖型、火山－次火山熱液型，規模均較小；鋅礦以火山－次火山熱液型為主，夕卡巖型次之.

煤礦：在平面上呈帶狀分布，煤炭資源豐富，變質程度普遍較高. 主要有開灤煤田、廣宗煤田和東坡煤田.

2 遙感數據的選擇與處理

2.1 遙感數據選擇

2013 年Landsat 8 衛星發射，主要攜帶有兩個傳感器：OLI（陸地成像儀）和TIRS（熱紅外傳感器）.OLI 含有9 個波段，不僅包括了ETM＋的所有波段，而且還對波段5、全色波段進行了調整，增加了海岸波段1 和卷云波段9，輻射分辨率提高到12 bit，灰度區間為0～65535，增加了影像的灰度顯示范圍. 故而本次選取較新且植被較少的2017 年11 月22 日Landsat 8 OLI 遙感影像作為源數據. 表1 對OLI 與ETM＋的波段設置進行了對比［14-15］.

表1 OLI與ETM＋的波段設置對比Table 1 Comparison of band settings between OLI and ETM＋

2.2 遙感數據處理

在遙感影像解譯前，需要對其進行預處理，從而能夠真實地反映地表信息. 具體操作包括輻射校正、幾何校正、鑲嵌融合、圖像增強及圖像彩色合成. 輻射校正：首先利用ENVI 軟件中的Radiomertric Calibraton工具進行輻射定標，然后用大氣校正工具FLAASH 進行大氣校正，可以消除或減弱大氣對陽光和來自目標的輻射所產生的散射而引起的輻射失真.

鑲嵌融合：通過使用ENVI 平臺的Seamless Mosaic 工具對的京津冀地區的多景Landsat 8 OLI 影像進行鑲嵌、融合，從而拼接成一幅完整的京津冀地區的遙感影像，作為本次研究的對象. 圖像增強：對于一幅遙感影像，它的邊緣和突變等細節比較豐富的地方屬于影像中的高頻部分，背景區域等細節比較少的地方則屬于低頻部分，頻域高通濾波法只允許高頻部分通過而相對抑制低頻部分，進而達到了銳化圖像的目的. 圖像彩色合成：為了更好地解譯線－環構造，采用753 波段分別賦予藍、綠、紅三原色進行RGB 合成.

2.3 遙感地質解譯

本研究主要采用目視解譯的方法，解譯了研究區的線－環構造（如圖2），同時疊加了搜集到的礦點信息. 從解譯出的線－環形構造及礦點分布情況可以看出：該區的礦床多成群出現，部分環形構造受北東向和東西向的線性構造控制，且部分環形構造內部包括含一個或多個次級環形構造；該區小環較多，大環相對較少，且多數礦點落在了小環之上或其旁側，即小型環形構造控礦特征較為明顯；環形構造分布明顯受控于線性構造，線性構造與環形構造交錯分布，且在線性構造交匯部位礦床分布較為密集，尤以研究區的東部和西南部最為明顯.

圖2 京津冀地區線－環形構造與礦點分布關系圖Fig. 2 Relationship between line-ring structures and ore occurrences in Beijing-Tianjin-Hebei region1—銅礦點（Cu occurrence）；2—金礦點（Au occurrence）；3—鉛鋅礦點（Pb－Zn occurrence）；4—磁鐵礦礦點（magnetite occurrence）；5—線性構造（linear structure）；6—環形構造（ring structure）

3 線－環形構造的控礦規律分析

3.1 線性構造的控礦規律

3.1.1 單一線性構造

根據線性構造不同半徑緩沖區內的礦點數量統計（圖3），可以看出緩沖區半徑在0.5～5 km 時，隨著緩沖區半徑的增大，礦點數量的增長速度較快且大致相同，因而得出線性構造5 km 內為最佳成礦范圍. 然后對該范圍內的礦床成因類型進行統計得出，96%的礦床類型為內生礦床，外生礦床僅占4%，可見線性構造對內生礦床的控制作用最為顯著，與外生礦床關系甚微；并且熱液礦床和中溫熱液礦床為主要成因類型，分別占比35%和27%. 對線性構造最佳成礦范圍內的內生礦床礦種類型進行統計（圖4），可見線性構造對金礦和鉛鋅礦的控制作用十分強烈.

圖3 線性構造不同半徑緩沖區內礦點數量統計圖Fig. 3 Ore occurrence numbers in buffer zones with different radii from linear structure

圖4 線性構造5 km 緩沖區內內生礦床礦種統計圖Fig. 4 Varieties of endogenetic deposit in buffer zone of 5 km from linear structure

綜合以上分析可得出結論，線性構造5 km 范圍內應為最佳成礦范圍，與內生金屬礦床的分布極為密切，尤其是鉛鋅礦和金礦最為明顯，且該范圍內的礦床多為熱液礦床和中溫熱液礦床，對此兩種礦床的控制作用最強.

3.1.2 線性構造交匯部位

結合礦床的具體位置與線性構造的分布格局進行綜合分析，可知兩組或兩組以上線性構造交匯部位較單一線性構造控礦作用更為明顯. 對線性構造交點處不同半徑緩沖區內的礦點數進行統計（圖5），發現半徑在0.5～10 km 時礦點數的增長速度較快且保持穩定，繼續擴大范圍后礦點的增長速度突然下降，因此推斷線性構造交匯處10 km 內為最佳成礦范圍. 再對礦床成因類型進行統計，該區域內96%的礦床為內生礦床，外生礦床僅占4%，且在該區域內熱液礦床和中溫熱液礦床為主要的礦床類型，且此兩種礦床在線性構造交匯部位分布的比例明顯高于在單一線性構造處的分布，可知兩組或兩組以上斷裂的交匯部位較單一線性構造對成礦熱液的運移與礦床的形成更為理想. 從圖6 可推測，線性構造交匯部位為金屬礦床的形成提供了良好的條件，對內生金屬礦產的分布有一定的控制作用，其中對磁鐵礦礦床的控制作用最為明顯.

圖5 線性構造交點不同半徑緩沖區內礦點數量統計圖Fig. 5 Ore occurrence numbers in buffer zones with different radii from linear structure intersection

圖6 線性構造交點10 km 緩沖區內內生礦床礦種統計圖Fig. 6 Varieties of endogenetic deposit within 10 km buffer zone from linear structure intersection

綜上分析可得，線性構造交匯處10 km 范圍內為最佳成礦范圍，與磁鐵礦礦床的分布相關性較高，且構造交匯處礦床類型仍以熱液礦床和中溫熱液礦床為主.

3.2 環形構造的控礦規律

3.2.1 單一環形構造

環形構造與金屬礦床的分布有著十分密切的內在聯系，并對其具有一定的控制作用［16-17］. 對于環形構造與礦點的關系分析可從環形構造內部和環形構造外部兩方面進行分析比較［18］. 對環形構造內部不同半徑緩沖區內的礦點數進行了統計（圖7），發現2 km 為環形構造內部的最佳成礦范圍. 其中98%的礦床為內生礦床，可見環形構造與線性構造相似，與內生礦床關系十分密切，與外生礦床的形成關系甚小；中溫熱液礦床和熱液礦床為主要的礦床類型，40%礦床為中溫熱液礦床，11%為熱液礦床. 根據環內2 km 范圍內的內生礦床礦種類型的統計結果（圖8），約28%的鉛鋅礦、20%的磁鐵礦、14%的金礦和22%的銅礦分布在該范圍內，可見環形構造內部與鉛鋅礦分布最為密切.

圖7 環形構造內部不同半徑緩沖區內礦點數量統計圖Fig. 7 Ore occurrence numbers in buffer zones with different radii from ring structure

圖8 環形構造內部2 km 緩沖區內內生礦床礦種統計圖Fig. 8 Varieties of endogenetic deposit within 2 km buffer zone inside ring structure

圖9 為環形構造外部不同半徑緩沖區內礦點數量的統計結果，不難發現環形構造外部5 km 為最佳成礦范圍. 與環形構造內部比較發現，相同半徑緩沖區內，環形構造外部的礦點數量明顯高于環形構造內部，所以環形構造外部對礦床的控制作用更為明顯. 對該范圍內的礦床成因類型進行了統計，發現內生礦床仍占據主要地位，約占95%，構造對外生礦床幾乎無影響. 該范圍內35%的礦床為熱液礦床，27%的礦床為中溫熱液型礦床，可見熱液礦床和中溫熱液礦床與環形構造關系最為密切，受環形構造控制最為明顯. 從圖10 中可明顯看出，48%的磁鐵礦、55%的金礦、39%的鉛鋅礦和54%的銅礦分布在該范圍內，即將近50%的內生金屬礦床分布在該范圍內，可見環形構造外部5km 與內生金屬礦床的成礦關系十分密切，其中對金礦和銅礦的影響最大.

圖9 環形構造外部不同半徑緩沖區內礦點數量統計圖Fig. 9 Ore occurrence numbers in buffer zones with different radii outside ring structure

圖10 環形構造外部5 km 緩沖區內內生礦床礦種統計圖Fig. 10 Varieties of endogenetic deposit within 5 km buffer zone inside ring structure

綜合上述對環形構造內部和外部的緩沖區分析可知，環形構造外部較環形構造內部更有利于礦床的形成，且與內生金屬礦床如金礦、銅礦的分布關系十分密切. 50%左右的內生金屬礦床都分布在環形構造外部5 km 范圍內，且礦床成因類型以熱液型和中溫熱液型為主.

3.2.2 環形構造交匯部位

環形影像往往并非孤立存在，它們多成群、成串或成復式環出現. 如果環代表不同期次的巖漿活動，則金屬礦床多富集在環與環的交匯處，或復式小環的內緣［19-20］. 通過對京津冀地區環形構造交點處的緩沖區分析（圖11），發現10 km 為環形構造交匯部位的最佳成礦范圍. 但是在實際工作中，不能脫離地質成礦理論，簡單地根據環的位置作為找礦的標志. 一般說，金屬礦床只賦存于與巖漿或熱源有關的環內［21］. 該范圍內的主要礦床成因類型為熱液型和中溫熱液型，分別占該范圍的38%和27%，且98%的礦床為內生礦床.因而斷定環形構造交匯處對內生礦床具有顯著的控制作用，與外生礦床無明顯聯系. 圖12 為環形構造交匯處10 km 范圍內的內生金屬礦床礦種統計圖，其中38%的銅礦床分布在該區域內，對其控制作用最為明顯，磁鐵礦、金礦次之.

圖11 環形構造交點不同半徑緩沖區內礦點數量統計圖Fig. 11 Ore occurrence numbers in buffer zones with different radii from ring structure intersection

圖12 環形構造交點10 km 緩沖區內內生礦床礦種統計圖Fig. 12 Varieties of endogenetic deposit within 10 km buffer zone from ring structure intersection

綜合上述對環形構造交匯處的分析可知，在半徑小于10 km 時，礦點數量的增長速度較快且保持穩定，半徑大于10 km 后礦點數量的增長速度明顯下降.因而推測10 km 為環形構造交匯部位的最佳成礦范圍，且對銅礦的分布影響最大，與熱液礦床和中溫熱液礦床關系最為密切，控制作用最為明顯.

3.3 線－環形構造交匯部位的控礦規律

借助ArcGIS 平臺對線性構造與環形構造交匯處進行緩沖區分析（圖13），發現半徑大于10 km 后，礦點數量的增長速度開始下降，因而推斷緩沖區10 km為線環構造交匯處的最佳成礦范圍. 熱液礦床和中溫熱液礦床為主要的礦床類型. 線性構造為熱液的運移提供了良好的通道，環形構造則成為了良好的容礦場所. 通過對線－環形構造交匯處10 km 范圍內的內生金屬礦床的礦種類型進行統計（圖14），可見54%的鉛鋅礦、54%的銅礦、49%的金礦和43%的磁鐵礦分布在該范圍內，其中線－環構造交匯處對銅礦、鉛鋅礦的影響最為明顯.

圖13 線－環形構造交點處不同半徑緩沖區內礦點數量統計圖Fig. 13 Ore occurrence numbers in buffer zones with different radii from the intersection of line-ring structure

圖14 線－環形構造交點處10 km 緩沖區內內生礦床礦種統計圖Fig. 14 Varieties of endogenetic deposit within 10 km buffer zone from the intersection of line-ring structure

綜合上述分析可得，線－環構造交匯處10 km 應為最佳成礦范圍，對金屬礦產如鉛鋅礦、銅礦分布的影響最為顯著，礦床成因類型仍以熱液型和中溫熱液型居首位.

4 結論

通過以上研究分析，得出如下結論：

（1）線－環構造與內生金屬礦床的形成與分布關系十分密切，與外生礦床無明顯聯系；

（2）線性構造和環形構造對熱液型礦床的控制作用較大；

（3）線性構造附近成礦幾率略大于環形構造；

（4）環形構造外部比環形構造內部更有利于成礦，線－環形構造交匯處較線性構造交匯處和環形構造交匯處更有利于成礦.

本次研究發現線環構造與成礦具有非常密切的聯系，大多數礦點分布在線環構造之上或其旁側，并且在構造交匯處礦點分布更為密集. 在一定程度上，線環構造對礦點的分布具有一定的控制作用，值得今后找礦勘探以及野外地質工作的進一步驗證.