遙感解譯在魯西龍寶山地區隱伏金礦預測中的應用

張 超，郭寶奎，胡 戈，單 偉，陳國棟，韓代成，張永翼，徐 超，高 燕

（1. 山東省地質科學研究院，山東·濟南 250013；2. 臨沂市國土資源局，山東·臨沂 276000；3. 山東省地質礦產勘查開發局第二地質大隊，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地。其中，膠東地區已探明的黃金儲量約占山東省黃金儲量的93%[1]。魯西地區雖然也發現了平邑歸來莊[2-3]、磨坊溝[4-5]、沂南銅井[6-7]等金礦，但金礦床數量和成礦規模卻無法與膠東地區相比。相關學者認為，這與膠東和魯西的地質背景、構造演化過程以及成礦動力學背景的較大差異有關[8-14]。魯西龍寶山地區金成礦條件較好，以往在該地區開展了大量的地質找礦工作，但自龍寶山石英脈型小型金礦床發現以來[15-22]，一直未有新的找礦突破。筆者參與該地區隱伏金礦找礦方向研究工作的過程中，在野外地質工作的基礎上，開展了1:10000遙感地質解譯，目的是通過遙感手段從宏觀的角度獲得研究區的構造和礦化蝕變信息，為該區域的隱伏找礦提供數據和研究基礎。

1 區域地質概況

龍寶山地區位于臨沂市蘭陵縣、費縣和棗莊市山亭區交界處。大地構造位置屬于華北板塊魯西隆起區尼山—平邑斷隆尼山凸起，沂沭斷裂帶西側約100km，豐沛斷裂以北約50km處（圖1）。研究區屬于華北地層區魯西地層分區，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 魯西龍寶山地區大地構造位置圖(據文獻[24]修改)Fig.1 Geotectonic map of Longbaoshan area, west of Shandong province

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

研究區內巖漿巖為中生代燕山期巖漿活動的產物。與金成礦關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，分布于研究區內龍寶山、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，多以不規則巖株狀分布產出（圖2）。正長斑巖、斑狀細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 龍寶山雜巖體地質略圖(據文獻[24]修改)Fig.2 Geological sketch of the Longbaoshan alkaline complex

2 遙感影像解譯

2.1 研究區自然地理概況

研究區地形以低山丘陵為主，平均海拔260m。區內多為農業耕作區，森林覆蓋率低，巖石地層整體出露較好，山前洼地、河谷兩側覆蓋有第四紀地層。暖溫帶季風區半濕潤大陸性氣候，四季分明，無霜期長，光照充足，水質好且資源豐富，自然災害少，非常適合各類農作物的栽培和各種蔬菜的生產。

2.2 遙感數據的選擇

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。所選用的衛星圖像全區無冰雪、云層覆蓋及干擾條帶，圖像清晰、數據質量好，色彩飽和度好，偏色現象不明顯，能夠滿足本次地質礦產解譯及礦化蝕變信息提取的需要。

2.3 遙感數據預處理

在ENVI軟件中，根據要求輸入衛星影像的飛行日期、時間、地面平均高程、景中心經緯度等參數，進行大氣輻射校正。經過FLAASH 大氣校正后，相對消除了大氣影響。經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關聯進行對比檢查，相同地形地物點的坐標誤差小于1m，消除了地形誤差，達到精校正的目的。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星數據融合中的應用效果，采用主觀目視評價與客觀評價相結合的方法進行分析，通過對比試驗結果發現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，統計結果相對較好，但光譜保真度略差。主成分變換和GS變換方法融合結果紋理信息較清晰，光譜保真度較好（表1）。在Landsat數據處理過程中采用了GS變換方法融合。

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

圖像增強處理和影像圖制作過程中，從TM各波段數據特征的統計分析發現，兩景數據Band6波段與其它各波段相關性較小，其余波段均較大，Bandl-Band3相關性尤為明顯，均大于0.99。結合均值、標準偏差以及地質解譯的目的，分別選擇了TM743+8、TM741+8、TM754+8等多種波段合成方案進行比較，其中TM743+8和OLI431+8合成圖像色調最理想，巖石地層差異明顯，構造形跡清晰，地質可解譯度高，圖像信息量大，色彩豐富，層次感好，清晰度高，干擾信息少，有極為豐富的地質信息和地表環境信息；地質可解譯程度高，各種構造形跡顯示清楚，不同類型的巖性、巖石地層單元邊界顯示清晰。

利用已經配準、糾正的DEM數據和影像數據作為基礎地理信息數據，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字高程模型 DEM進行快速融合，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。導入三維地理信息系統進行管理，實現研究區地質構造三維可視化瀏覽、查詢、分析、編輯等功能。

圖3 龍寶山地區三維場景圖Fig.3 3D scene map of Longbaoshan area

3 遙感地質解譯

3.1 研究區遙感影像特征

研究區中西部“崮”形地貌發育，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巖段，在遙感影像上色調表現為暗灰色，灰巖基巖裸露時色調較亮，灰巖風化黏土色調多為棗紅色（圖4）。部分砂巖、頁巖表現為紫紅色，頁巖易風化，部分色調較亮，多被開墾為農田。巖漿巖類石英、長石含量較高，在經過拉伸處理后的Landsat融合影像上色調較亮，顯示為黃色調，風化后土壤肥沃，多為耕作農田。

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

3.2 地層解譯

朱砂洞組上灰巖段在遙感影像中呈現灰白、淺灰色彩，露頭色調較亮，風化后黏土呈現棗紅色調，表面較粗糙，地貌構成低緩的殘山、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，地貌構成低緩的丘陵山坡；朱砂洞組下灰巖段在研究區內露頭分布較少，只有少量風化后黏土。饅頭組石店段在遙感影像中表現為紫紅—灰黃色，表面較平滑，地形起伏平緩，多開墾為農田；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。張夏組下灰巖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，多開墾為農田；張夏組上灰巖段為淺灰－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田，亮度較高，灰巖出露區域紋理較粗糙，地形坡度較小。炒米店組為灰色－灰白色，灰巖露頭亮度較高，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，灰巖出露區域地表較粗糙，風化見紅色黏土，地形坡度小。綜合地層解譯結果來看，地層與該地區的金成礦無明顯的關系。

3.3 巖漿巖解譯

在遙感影像上，巖漿巖色調較明亮，在Landsat8 OLI彩色合成影像中呈現黃色調，風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。由于受到巖石風化、農田耕作、植被覆蓋等方面的影響，巖漿巖巖性在圖像中不易區分，主要根據以往地質資料確定巖性。

3.4 斷裂構造解譯

區內構造以線性斷裂構造為主，褶皺構造不發育，區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。線性構造在衛星圖像上的直接解譯標志主要是色彩異常、色彩界面等線狀延伸，間接解譯標志主要是地貌、植被、水系、土壤及含水性的變化等。在研究區衛星影像圖上，一些斷裂成因的線形構造錯斷山脊、水系和地層。

在龍寶山地區及其周邊共解譯線性構造95條。以龍輝斷裂為代表的北西向斷裂是研究區周邊的主要斷裂，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造。

3.5 環形構造解譯

研究區解譯環形構造邊緣由低山組成，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，引起蓋層呈環狀破裂而形成，表明環形構造內的巖漿巖體

圖5 龍寶山地區環狀構造Fig.5 Ring structure of Longbaoshan area

通過對后續遙感蝕變信息提取結果分析，可形成如圖6所示的環狀構造，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狀構造分析圖Fig.6 Analysis map of annular structure base on distribution of alteration zones in Longbaoshan area

3.6 蝕變作用解譯

選取龍寶山地區不同高程的巖心進行典型巖石的反射波譜的處理和分析，研究區內蝕變類型以硅化、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行統計，蝕變區域呈現一定的條帶狀分布，對于礦化帶的圈定較為有利。

4 結論

4.1 取得的成果

（1）開展研究區典型巖石和蝕變礦物光譜數據的測量，并建立了測區典型巖石光譜數據庫。通過對比不同遙感數據輻射校正、正射校正和圖像融合、增強方法，建立了地質解譯高分辨率遙感影像數據預處理技術流程。生成了研究區的三維影像場景，提供了真實、客觀、信息連續的宏觀分析地面景觀，建立了三維遙感地質解譯系統，用于研究區大比例地質構造、地層巖性的詳細解譯。

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

（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，根據門限化理論進行了礦化蝕變信息分級，獲取了研究區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律表現為北北東向線性構造與龍寶山雜巖體環形構造的交匯部位及其附近，且羥基異常發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。

值得關注的是，2015年，報道了龍寶山雜巖體南部邊緣發現規模較大的金礦化體，成礦類型為石英脈型金礦[27]。此處金礦化體的發現，是近些年來在本區域金礦找礦工作的一個新的突破，對今后在本區域尋找隱伏金礦起到了重要的指導作用。

4.2 存在問題

由于受ETM數據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，遙感圖像數據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。

感謝河南理工大學于海洋博士在野外工作和遙感解譯中給予的幫助和支持。