余長(zhǎng)發(fā), 張?jiān)獫?/p>

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 遙感信息與圖像分析技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100029)

近年來(lái)，遙感技術(shù)已經(jīng)成為地質(zhì)勘查中的重要手段之一。其應(yīng)用主要表現(xiàn)為利用遙感技術(shù)和圖像信息處理技術(shù)，快速而有效地提取與區(qū)域成礦相關(guān)的構(gòu)造和蝕變信息。一方面，利用遙感影像開(kāi)展區(qū)域構(gòu)造解譯，可以直觀、逼真地反映構(gòu)造要素特征及其空間展布規(guī)律；另一方面遙感技術(shù)具有宏觀性的特點(diǎn)，能在宏觀上分析和研究區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造格局，進(jìn)而開(kāi)展區(qū)域構(gòu)造控礦作用研究[1-3]。在遙感影像上，構(gòu)造信息通常以不同的紋理、色調(diào)、地形地貌突變、水系的變化等線性特征表現(xiàn)出來(lái)[4-5]，如線性連續(xù)的溝谷、節(jié)理、構(gòu)造破碎帶等。大量研究表明，遙感影像線性構(gòu)造大多反映的是構(gòu)造應(yīng)力作用下的地層、巖石的形變帶、軟弱帶，是導(dǎo)礦與容礦的場(chǎng)所[6-7]。通過(guò)對(duì)構(gòu)造的遙感解譯與分析，從不同側(cè)面揭示地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)活動(dòng)特征，為不同區(qū)域的成礦預(yù)測(cè)提供了重要的遙感信息[8-12]。

衛(wèi)境地區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部，屬于巴音寶力格隆起鈾成礦帶。前人在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量的花崗巖型鈾礦化點(diǎn)、異常點(diǎn)，顯示出該區(qū)優(yōu)越的花崗巖型鈾成礦潛力[13]。特別是近年來(lái)核工業(yè)208隊(duì)在該地區(qū)開(kāi)展了新一輪的鈾礦資源潛力評(píng)價(jià)，通過(guò)鉆探查證工作，在衛(wèi)境查干哈達(dá)地區(qū)發(fā)現(xiàn)了多處較好的工業(yè)鈾礦化，進(jìn)一步揭示了該地區(qū)具有巨大的鈾成礦潛力[14]。但是，由于已有的工作大多集中在重點(diǎn)地段，對(duì)整個(gè)衛(wèi)境地區(qū)的研究較薄弱。擬利用遙感技術(shù)宏觀性的特征，對(duì)整個(gè)衛(wèi)境地區(qū)開(kāi)展遙感構(gòu)造解譯，分析研究區(qū)的構(gòu)造格架，并結(jié)合已有的地質(zhì)資料，探討構(gòu)造與鈾成礦的關(guān)系，為進(jìn)一步開(kāi)展鈾礦勘查提供依據(jù)。并根據(jù)遙感解譯查證結(jié)果，開(kāi)展大比例尺γ能譜掃面測(cè)量工作，圈定潛在鈾礦化異常。

圖1 衛(wèi)境地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖[17]Fig.1 Regional geological sketch of Weijing area[17]

1 區(qū)域地質(zhì)背景及鈾礦化地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

衛(wèi)境地區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中北部，巴音寶力格隆起鈾成礦帶西南段。大地構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊南緣與華北陸塊北緣接壤部位(圖1)[15]，中亞造山帶中部，艾勒格廟-錫林浩特前寒武系地塊的中西段[16]。

區(qū)內(nèi)發(fā)育的主要地層有青白口系艾勒格廟群大理巖、石英片巖、炭質(zhì)板巖等；二疊系大石寨組變質(zhì)流紋巖、晶屑凝灰?guī)r、炭質(zhì)板巖等；白堊系白彥花組泥巖、砂巖等。其他還有長(zhǎng)城系、侏羅系以及第四系地層零星出露。其中青白口系艾勒格廟群和二疊系大石寨組是主要的含礦地層。區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造十分發(fā)育，褶皺構(gòu)造以貴勒斯泰背斜和西力廟向斜為主體。斷裂構(gòu)造以區(qū)域性近東西向西力廟-達(dá)青牧場(chǎng)大斷裂和北東向二連-達(dá)茂旗大斷裂為主[13]，其他還發(fā)育多組北東向、近東西向和北西向次級(jí)斷裂。已有的研究表明，近東西向斷裂與鈾礦化關(guān)系密切。區(qū)內(nèi)巖漿巖十分發(fā)育，以志留紀(jì)、二疊紀(jì)和侏羅紀(jì)花崗巖體為主，兼有二疊紀(jì)閃長(zhǎng)巖(圖1)。其中與鈾礦化密切相關(guān)的主要是侏羅紀(jì)黑云母花崗巖。

1.2 主要鈾礦化地質(zhì)特征

目前，衛(wèi)境地區(qū)已經(jīng)查明的鈾礦化主要產(chǎn)于查干哈達(dá)和巴彥敖包地區(qū)[17-18]。

查干哈達(dá)地區(qū)地表鈾礦化主要產(chǎn)于侏羅紀(jì)中粗粒黑云母花崗巖的碎裂帶中，礦化體呈脈狀，走向與東西向斷裂一致，受斷裂構(gòu)造與堿交代體控制。鉆探結(jié)果顯示，在侏羅紀(jì)花崗巖體內(nèi)部以及與艾勒格廟群變質(zhì)巖接觸帶附近均發(fā)育鈾礦化，圍巖蝕變主要有硅化、褐鐵礦化、赤鐵礦化等，鈾礦化受接觸帶或巖體內(nèi)部的碎裂帶控制明顯，沿裂隙面可見(jiàn)瀝青鈾礦充填。

巴彥敖包地區(qū)的鈾礦化主要產(chǎn)于二疊紀(jì)花崗巖與青白口系艾勒格廟群變質(zhì)巖的接觸帶中，礦體空間展布與接觸帶平行，地表鈾礦化大多受后期北西向等次級(jí)斷裂構(gòu)造控制[17]。圍巖蝕變主要有硅化、赤鐵礦化、褐鐵礦化等。

2 構(gòu)造遙感解譯

2.1 遙感數(shù)據(jù)

近年來(lái)，中國(guó)高分遙感數(shù)據(jù)在地質(zhì)填圖與找礦中得到了良好的應(yīng)用[19-20]。遙感解譯主要是基于高分二號(hào)(GF-2)衛(wèi)星L1A級(jí)遙感數(shù)據(jù)(景號(hào)：L1A L1A0002253019、L1A0002253015、L1A0002246573、L1A0002246602等6景數(shù)據(jù))，采集時(shí)間為2017年3月18日。GF-2衛(wèi)星于2014年8月發(fā)射，全色圖像分辨率1 m；多光譜圖像包含4個(gè)波段：0.45～0.52、0.52～0.59、0.63～0.69、0.77～0.89 μm，空間分辨率4 m。重訪周期5 d，星下點(diǎn)影像空間分辨率可達(dá)0.8 m[21]。

進(jìn)行遙感構(gòu)造解譯之前，在ENVI5.3軟件中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了大氣校正、圖像融合等預(yù)處理，以滿足遙感地質(zhì)解譯應(yīng)用的需求。

2.2 構(gòu)造遙感解譯

利用遙感技術(shù)開(kāi)展構(gòu)造解譯以及鈾成礦預(yù)測(cè)已經(jīng)得到了良好的應(yīng)用[22-23]。將經(jīng)過(guò)預(yù)處理完成之后的遙感數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS軟件平臺(tái)，主要通過(guò)目視解譯的方法在ArcGIS軟件平臺(tái)完成遙感構(gòu)造信息提取。通過(guò)觀察分析遙感影像的特征，并結(jié)合已有的地質(zhì)資料，建立工作區(qū)構(gòu)造遙感解譯標(biāo)志，主要包括紋理標(biāo)志、色調(diào)標(biāo)志、水系標(biāo)志、地貌標(biāo)志等(圖2)。

根據(jù)構(gòu)造遙感解譯標(biāo)志，通過(guò)目視解譯與人機(jī)交互解譯的方法開(kāi)展構(gòu)造解譯。結(jié)果顯示，工作區(qū)主要發(fā)育北東東向、北北東向、近東西向、北西向、近南北向5組構(gòu)造。不同級(jí)別的線性構(gòu)造與成礦的關(guān)系是不同的，深大斷裂控制著礦田或成礦帶的位置，而有工業(yè)遠(yuǎn)景的礦床往往分布在與主干斷裂斜交或平行的次級(jí)斷裂帶和節(jié)理帶中[6]。因此，劃分線性構(gòu)造級(jí)別對(duì)鈾成礦預(yù)測(cè)具有重要的意義。線性構(gòu)造級(jí)別的劃分沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)，主要依據(jù)線性構(gòu)造的延伸規(guī)模、展布特征、紋理特征、清晰程度及在區(qū)域構(gòu)造中的作用綜合劃分。根據(jù)以上劃分依據(jù)，綜合將遙感解譯構(gòu)造劃分為3級(jí)。

其中1級(jí)構(gòu)造兩組(北東-北東東向F12、北北東向F11，圖3)。北東-北東東向F12和北北東向F11是重要的控巖控礦構(gòu)造。從區(qū)域上看，兩組1級(jí)構(gòu)造將衛(wèi)境地區(qū)大致分為3個(gè)部分：西北部、中部和東南部。

圖2 構(gòu)造遙感解譯標(biāo)志 Fig.2 Marks of remote sensing interpretation

圖3 遙感解譯構(gòu)造與鈾礦化分布Fig.3 Distribution of remote sensing interpreted structures and uranium mineralization

3個(gè)不同地段的構(gòu)造發(fā)育情況完全不同，西北部主要發(fā)育近東西向的2級(jí)構(gòu)造，發(fā)育少量平行于F11的次級(jí)北北東向構(gòu)造；中部地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈而且復(fù)雜，北西向構(gòu)造、北東向構(gòu)造、南北向構(gòu)造均有發(fā)育，其中以北西向構(gòu)造最為發(fā)育；而東南部構(gòu)造發(fā)育則較弱，主要發(fā)育次級(jí)北東-北東東向構(gòu)造。

此外，衛(wèi)境地區(qū)的鈾礦化在3個(gè)不同地段也具有明顯的差異。從區(qū)域上看，衛(wèi)境地區(qū)的鈾礦化大多分布在兩組1級(jí)構(gòu)造F11和F12附近，或者分布在1級(jí)構(gòu)造與近東西向、北西向次級(jí)構(gòu)造交匯部位，北東-北東東向F12和北北東向F11構(gòu)造與工作區(qū)鈾礦化關(guān)系十分密切(圖3)。但是，具體到3個(gè)不同地段的鈾礦化又有不同。西北部鈾礦化主要產(chǎn)于北北東向F11構(gòu)造與近東西向F23構(gòu)造交匯部位、或者是次級(jí)北北東向F21構(gòu)造與近東西向F22構(gòu)造交匯部位(圖3)。總體而言，北北東向F11構(gòu)造及其次級(jí)構(gòu)造與近東西向構(gòu)造的交匯部位是重要的鈾礦化空間。中部地區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，鈾礦化相對(duì)較弱，大多沿著北西向2級(jí)構(gòu)造(如F25)分布。東南部鈾礦化特征明顯，大多沿著北東-北東東向F12構(gòu)造分布(圖3)。

2.3 野外驗(yàn)證

為判別遙感解譯構(gòu)造的準(zhǔn)確性以及解譯構(gòu)造與鈾礦化的關(guān)系，選取代表性的解譯構(gòu)造進(jìn)行野外查證。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，解譯構(gòu)造主要表現(xiàn)為：斷裂構(gòu)造、構(gòu)造破碎帶、強(qiáng)烈片理化地層以及巖體中廣泛發(fā)育的平行節(jié)理。尤其在蘇莫查干敖包地區(qū)發(fā)現(xiàn)了受北東東-北東向F12構(gòu)造控制的鈾礦化構(gòu)造破碎帶(圖3)。構(gòu)造破碎帶傾向315 °～345°，傾角39°，地表沿走向延伸超過(guò)500 m，鈾礦化以構(gòu)造破碎帶的形式斷續(xù)產(chǎn)出。圍巖為大石寨組三段炭質(zhì)板巖、片巖，板理、片理產(chǎn)狀與構(gòu)造破碎帶產(chǎn)狀一致。構(gòu)造破碎帶中巖石發(fā)育強(qiáng)烈的硅化、鈉長(zhǎng)石化、赤鐵礦化、褐鐵礦化、碳酸鹽化等蝕變(圖4)。

巖石樣品鏡下鑒定結(jié)果顯示其主要成分為鈉長(zhǎng)石、石英，次生礦物為方解石、褐鐵礦、赤鐵礦等。巖石具有變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。鈉長(zhǎng)石有兩種形態(tài)：一種為半自形柱狀；另一種為梳狀集合體，呈脈狀，被后期的石英脈等穿切。少量金屬礦物主要是黃鐵礦和褐鐵礦殘留，大部分充填在鈉長(zhǎng)石顆粒間。分析巖石原巖為鈉長(zhǎng)石化巖，在后期動(dòng)力變質(zhì)作用下，發(fā)生碎裂巖化，可見(jiàn)有石英脈、鈉長(zhǎng)石脈以及碳酸鹽脈沿裂隙充填。

野外查證中發(fā)現(xiàn)的重要礦化異常點(diǎn)均采樣分析，樣品分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試中心完成，分析方法采用《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法》(GB/T 14506.30—2010)要求，利用德國(guó)賽默飛公司產(chǎn)高分辨電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(儀器型號(hào)為Element XR)完成分析測(cè)試。主要礦化異常樣品巖石地球化學(xué)分析結(jié)果(表1)顯示，U含量為220×10-6～4 448×10-6，Th含量為142×10-6～3 244×10-6，表明該地區(qū)鈾礦化異常明顯。

Fe為褐鐵礦;Py為黃鐵礦;Ab為鈉長(zhǎng)石;Q-Vein為石英脈; C-Vein為方解石脈; Ab-Vein為鈉長(zhǎng)石脈圖4 典型鈾礦化異常樣品照片F(xiàn)ig.4 Photos of uranium mineralization samples

表1 樣品地球化學(xué)分析結(jié)果

在野外查證中發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)境地區(qū)構(gòu)造以北西向最為發(fā)育，其次為北東向、近東西向和南北向。顯示衛(wèi)境地區(qū)的構(gòu)造十分發(fā)育且復(fù)雜，經(jīng)歷了多期次的構(gòu)造演化過(guò)程，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)從加里東期到燕山期一直在發(fā)生變化，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)構(gòu)造變形強(qiáng)烈[17,24]。但是，區(qū)內(nèi)的主要構(gòu)造格架是清晰的，以北東向、北西向和東西向構(gòu)造為主，北東-北東東向F12和北北東向F11構(gòu)造是區(qū)內(nèi)重要的控巖控礦構(gòu)造和格架構(gòu)造，形成時(shí)間較早，后期發(fā)生變形；北西向構(gòu)造形成較晚，多為次級(jí)構(gòu)造。F12構(gòu)造在蘇莫查干敖包地區(qū)發(fā)現(xiàn)有較好的露頭(圖5)，為一前人剝土廢棄的人工露頭，構(gòu)造破碎帶產(chǎn)于大石寨組三段炭質(zhì)板巖、片巖中，巖石十分破碎，斷層帶內(nèi)可見(jiàn)斷層泥，發(fā)育強(qiáng)烈的硅化、赤鐵礦化、褐鐵礦化等蝕變。斷層傾向315°～345°，傾角39°。

3 γ能譜掃面測(cè)量

γ能譜測(cè)量是鈾礦勘查中常用方法之一，能夠快速、高效提供區(qū)域放射性信息，對(duì)研究與鈾礦化有關(guān)的蝕變帶、侵入體等地質(zhì)問(wèn)題具有重要的作用[25-28]。根據(jù)遙感解譯的野外查證結(jié)果，選定了敖包吐—蘇莫查干敖包地區(qū)開(kāi)展γ能譜掃面測(cè)量工作。

圖5 鈾礦化構(gòu)造破碎帶野外照片F(xiàn)ig.5 Field picture of uranium mineralized tectonic fracture zone

研究區(qū)γ能譜掃面測(cè)量按1∶10 000比例尺展開(kāi)。采用的儀器為便攜式γ能譜儀(HD-2002)，使用前對(duì)儀器進(jìn)行了放射性計(jì)量檢定，并取得合格證書。測(cè)量方法按照《地面伽瑪能譜測(cè)量規(guī)范》(EJ/T 363—2012)要求，設(shè)計(jì)了20 m×100 m(線距100 m，點(diǎn)距20 m)的網(wǎng)格，測(cè)線走向NW，共設(shè)計(jì)完成74條線，8 722個(gè)γ能譜測(cè)量點(diǎn)，完成檢查測(cè)量點(diǎn)918個(gè)，U、Th、K合格率均滿足要求(表2)，證明γ能譜測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可信。

γ能譜掃面測(cè)量結(jié)果顯示，U背景值為3×10-6，Th背景值為13.55×10-6。單套地層中，以黑云母花崗巖中的U、Th背景值最高(U含量為3.64×10-6，Th含量為38.83×10-6)，并且在黑云母花崗巖中Th/U為2.05～58.59，表現(xiàn)出Th的強(qiáng)烈富集以及U的遷移。

γ能譜測(cè)量數(shù)據(jù)處理在ArcGIS平臺(tái)進(jìn)行，采用克里金插值法制作了測(cè)區(qū)各元素含量等值線圖。

由圖6可知，蘇莫查干敖包地區(qū)U背景值較低，U含量小于3×10-6范圍或3×10-6～6×10-6區(qū)間。異常主要分布在二疊系大石寨組三段的炭質(zhì)板巖中，呈北東向延伸的帶狀分布。結(jié)合遙感解譯構(gòu)造可以發(fā)現(xiàn)，U異常主要沿著北東向構(gòu)造或者北東向構(gòu)造與次級(jí)北西向構(gòu)造的交匯部位分布，受構(gòu)造控制作用十分明顯。尤其在測(cè)區(qū)東北部異常發(fā)育十分明顯，往東南延伸逐漸變?nèi)酰瑪嗬m(xù)出露，可能是由于第四系覆蓋較厚，鈾異常不明顯。

蘇莫查干敖包地區(qū)Th的總體分布明顯受地層控制(圖7)，二疊系大石寨組炭質(zhì)板巖中的Th含量最低，白堊系黑云母花崗巖中Th的含量最高。此外，釷鈾共生的特點(diǎn)也較明顯，在二疊系大石寨組炭質(zhì)板巖中U異常發(fā)育的地區(qū)，Th含量也相對(duì)較高。在3～28號(hào)點(diǎn)測(cè)得Th含量930.51×10-6，3～23號(hào)點(diǎn)測(cè)得Th含量799.23×10-6，99～186號(hào)測(cè)得Th含量887.1×10-6。但是Th異常多呈單點(diǎn)式異常出現(xiàn)，異常延伸不好。

表2 測(cè)區(qū)能譜測(cè)量參數(shù)統(tǒng)計(jì)

圖6 敖包吐—蘇莫查干敖包地區(qū)γ能譜U異常與遙感解譯構(gòu)造分布Fig.6 Distribution of γ spectrum U anomaly and remote sensing interpreted structures in Obotu-Sumochagan Obo area

圖7 敖包吐—蘇莫查干敖包地區(qū)γ能譜Th異常與遙感解譯構(gòu)造分布Fig.7 Distribution of γ spectrum Th anomaly and remote sensing interpreted structures in Obotu-Sumochagan Obo area

4 結(jié)論

(1)衛(wèi)境地區(qū)構(gòu)造遙感解譯結(jié)果表明，研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造十分發(fā)育，構(gòu)造組合型式復(fù)雜，構(gòu)造以北東向、北西向和東西向?yàn)橹鳌Ｌ岢隽吮睎|-北東東向F12和北北東向F11構(gòu)造是區(qū)內(nèi)的格架構(gòu)造，也是重要的控巖控礦構(gòu)造的新認(rèn)識(shí)。

(2)遙感解譯構(gòu)造與衛(wèi)境地區(qū)鈾礦化具有密切的聯(lián)系，北東-北東東向F12和北北東向F11構(gòu)造與次級(jí)近東西向構(gòu)造、北西向構(gòu)造、地層接觸帶等的交匯部位與γ能譜掃面測(cè)量發(fā)現(xiàn)的鈾礦化相吻合，是鈾成礦的有利空間部位，具有良好的鈾礦找礦前景。

(3)γ能譜測(cè)量結(jié)果顯示，在蘇莫查干敖包西南地區(qū)存在受北東向構(gòu)造控制的U、Th放射性異常帶，表明該地區(qū)具有良好的鈾成礦潛力。