曹創(chuàng)華，張利軍，劉 鈞，黃建中，文春華，陳劍鋒，黃志飚，成永生，張立平，劉曉輝

(1湖南省地質(zhì)調(diào)查院，湖南長(zhǎng)沙 410116；2中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410083；3湖南省有色地質(zhì)勘查研究院，湖南長(zhǎng)沙 410015；4湖南省核工業(yè)地質(zhì)局311隊(duì)，湖南長(zhǎng)沙 410100；5成都理工大學(xué)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院，四川成都 610059)

目前稀有金屬礦產(chǎn)資源的勘查與開(kāi)發(fā)過(guò)程大致為：區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與成礦潛力評(píng)價(jià)→礦區(qū)普查→礦區(qū)詳查→采礦各類(lèi)可行性評(píng)價(jià)→采礦證審批→探礦采礦及選礦→礦山閉坑及生態(tài)修復(fù)治理→地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)等。其第一步區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與成礦潛力評(píng)價(jià)在中國(guó)找礦勘探界的傳統(tǒng)做法是大面積網(wǎng)格式填圖，具體是以區(qū)域小比例尺礦產(chǎn)地質(zhì)填圖成果為主圈定成礦靶區(qū)，最終實(shí)現(xiàn)由已知到未知的找礦突破。但隨著“綠水青山就是金山銀山”生態(tài)環(huán)保理念的提出，為響應(yīng)和落實(shí)《加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見(jiàn)》（中華人民共和國(guó)中央人民政府,2015），自然資源部牽頭提出綠色勘查概念（國(guó)土資源部等,2017），要求礦產(chǎn)調(diào)查工作朝著高質(zhì)量勘查之路前進(jìn)。面對(duì)稀有金屬礦床的亟需和勘查的綠色要求，如何快速高效綠色勘查，盡最大可能地減少環(huán)境擾動(dòng)，其關(guān)鍵是發(fā)展現(xiàn)有勘查技術(shù)手段，革新方法技術(shù)和勘探理念。

華南是中國(guó)稀有金屬的重要產(chǎn)出地區(qū)，且往往與鎢錫等多金屬礦伴生，主要礦床類(lèi)型有花崗巖型和偉晶巖型（曹創(chuàng)華等,2020），花崗巖型的代表性礦床有江西宜春鉭鈮鋰礦床、廣西栗木鉭鈮錫礦床；偉晶巖型代表型礦床有福建南平西坑鉭鈮礦床、近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的湖南幕阜山仁里稀有金屬礦床等。上述典型礦床的發(fā)現(xiàn)都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期復(fù)雜的科研工作和野外一線(xiàn)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的，往往呈現(xiàn)出投資大、周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，加之華南稀有金屬礦床產(chǎn)出區(qū)都在多植被、多云霧、多山地地區(qū)，如何在“十四五”期間實(shí)現(xiàn)快速評(píng)價(jià)，滿(mǎn)足國(guó)家綠色勘查需要，以探測(cè)技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源高質(zhì)量勘查是目前最為緊要的工作，也是革新傳統(tǒng)找礦方式的必然要求。

1 國(guó)內(nèi)外稀有金屬礦集區(qū)快速探測(cè)技術(shù)及評(píng)價(jià)體系現(xiàn)狀

近年來(lái)針對(duì)礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)體系論述較多，大致分為3類(lèi)，一類(lèi)是針對(duì)礦產(chǎn)資源安全提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（周娜等,2020）；二是針對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)采期間節(jié)約集約利用而提出的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（林鐘揚(yáng)等,2020;McKenna et al.,2020;張君宇等,2020）；三是不分礦種提出的勘查評(píng)價(jià)技術(shù)體系（朱思才等,2021）。而針對(duì)稀有金屬礦床快速探測(cè)評(píng)價(jià)體系至今鮮有論述，目前基于物化遙技術(shù)探測(cè)稀有金屬礦床的具體進(jìn)展如下：

遙感技術(shù)探測(cè)稀有金屬礦床方面：早在2010年，中南大學(xué)高光明團(tuán)隊(duì)就在新疆阿勒泰地區(qū)開(kāi)展了相關(guān)遙感技術(shù)尋找稀有金屬的工作，從早期的幾何花紋圖案，幾何特征識(shí)別發(fā)展到了利用光譜波段識(shí)別異常，逐步推進(jìn)了定量遙感技術(shù)的進(jìn)步（金文強(qiáng)等,2010;Peng et al.,2011;伍澤昆等,2014）；自2018年以來(lái)，中煤航測(cè)遙感局煤航地質(zhì)勘查院王輝團(tuán)隊(duì)在西昆侖大紅柳灘等地利用WorldView-2高空間分辨率數(shù)據(jù)開(kāi)展地質(zhì)礦產(chǎn)遙感解譯，并利用ASTER數(shù)據(jù)波段合成方法實(shí)現(xiàn)了礦化蝕變有關(guān)的遙感異常信息提取，圈定了1處含稀有金屬的花崗偉晶巖帶（范玉海等,2018）；2019年中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所王登紅團(tuán)隊(duì)對(duì)中國(guó)三稀礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，提出了多源遙感數(shù)據(jù)及建立遙感數(shù)據(jù)模型是未來(lái)的發(fā)展方向（代晶晶等,2019），隨后在川西甲基卡偉晶巖型鋰礦多源利用遙感找礦技術(shù)對(duì)異常進(jìn)行了分析（令天宇,2020）；2020年中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所基于一種巖性微弱信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)對(duì)ASTER遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，指導(dǎo)在新疆鏡兒泉地區(qū)發(fā)現(xiàn)1處鋰鈹偉晶巖脈體（姚佛軍等,2020）；同年王子燁等人利用深度學(xué)習(xí)的方法實(shí)現(xiàn)了喜馬拉雅淡色花崗巖巖體的識(shí)別（Wang et al.,2020;王子燁,2020）；最近中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源實(shí)物地質(zhì)資料中心對(duì)新疆可可托海稀有金屬礦床的礦物和巖石進(jìn)行了系列熱紅外光譜特征分析（回廣驥等,2021），為稀有金屬礦物的識(shí)別及花崗偉晶巖型礦床的勘探提供了新的支撐。

地球物理技術(shù)探測(cè)稀有金屬礦床方面：2008年胡忠德發(fā)現(xiàn)可可托海3號(hào)脈中的偉晶巖脈呈現(xiàn)的高磁異常特征與斜長(zhǎng)角閃巖中的磁鐵礦化有關(guān)；廣西栗木錫鈮鉭礦外圍成礦構(gòu)造器氡氣探測(cè)響應(yīng)呈強(qiáng)度高、范圍大（姚錦其等,2009）；在川西甲基卡稀有金屬礦集區(qū)高視電阻率物探異常帶與地球化學(xué)組合異常，且探地雷達(dá)法能較好的分辨淺層隱伏巖體頂界面（付小方等,2014;2018）；新疆阿勒泰布勒格礦床偉晶巖脈產(chǎn)出部位不同而呈現(xiàn)出各異的物性特征，一般呈高阻、低極化；而當(dāng)較大規(guī)模的偉晶巖與圍巖接觸存在磁鐵礦化、硫化物時(shí)，物探異常則表現(xiàn)出中高阻、高極化（李應(yīng)清,2017）；針對(duì)湖南省偉晶巖型和花崗巖型稀有金屬礦床，湖南省地質(zhì)調(diào)查院研究了重、磁、電、放多種地球物理探測(cè)方法在典型稀有金屬礦床探測(cè)效果，其工作成果為湖南省乃至中國(guó)華南稀有金屬快速地球物理探測(cè)技術(shù)奠定了良好基礎(chǔ)（曹創(chuàng)華等,2020）。

地球化學(xué)技術(shù)探測(cè)稀有金屬礦床方面：內(nèi)蒙古曾利用水系沉積物測(cè)量及土壤地球化學(xué)測(cè)量相結(jié)合的方法發(fā)現(xiàn)了新的稀有金屬成礦有利區(qū)（程華生等,2012;寶音烏力吉等,2014）；為探索地球化學(xué)新技術(shù)探測(cè)深部異常的分布，以甲基卡偉晶巖型鋰礦床為研究對(duì)象，耿燕（2019）證實(shí)中性硫酸鉀溶液能較好的提取土壤中的Li元素活動(dòng)態(tài)；王秋波（2020）認(rèn)為地氣測(cè)量技術(shù)對(duì)大部分稀有金屬礦體有較好指示性；呂維（2020）初步建立了以第四代手持式X熒光儀器通過(guò)土壤測(cè)量快速評(píng)價(jià)花崗偉晶巖含礦性的偉晶巖稀有金屬礦X熒光勘查方法。

近幾年綜合利用多種方法技術(shù)組合是探測(cè)稀有金屬礦床的熱點(diǎn)方向，肖瑞卿等（2018）基于地質(zhì)和地球化學(xué)調(diào)查梳理了四川甘孜甲基卡鋰礦成礦特征和找礦標(biāo)志；葉小拼等（2020）基于重磁數(shù)據(jù)和Sn-W-Li-Be-F等元素組合化探異常預(yù)測(cè)了錫鎢、稀有金屬礦產(chǎn)找礦潛力；張忠利等（2021）證實(shí)在新疆阿爾泰卡魯安鋰輝石礦區(qū)利用土壤（植物）地球化學(xué)Li-Nb-Ta-Bi-Cs-Hf異常和高電阻率、高極化率物探響應(yīng)特點(diǎn)套合較好，這些成果為多方法精準(zhǔn)探測(cè)稀有金屬礦脈提供了技術(shù)支持。

上述研究成果表明物化遙方法各有特色，單一方法或者簡(jiǎn)單技術(shù)組合可以解決一定的找礦問(wèn)題，但未上升到“空、天、地”快速評(píng)價(jià)體系，工作重點(diǎn)也集中在新疆、內(nèi)蒙、四川等植被裸露或者半裸露區(qū)，如何在中國(guó)華南多植被、多云霧等典型地理環(huán)境地貌基礎(chǔ)上進(jìn)行無(wú)損（或者少損）的綠色快速勘查，響應(yīng)國(guó)家“綠水青山就是金山銀山”理念，從而推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 中國(guó)華南稀有金屬礦集區(qū)快速探測(cè)評(píng)價(jià)體系的建立

基于上，本團(tuán)隊(duì)提出了中國(guó)華南稀有金屬快速探測(cè)評(píng)價(jià)體系（圖1），具體分為3個(gè)階段，第一階段利用區(qū)域小比例尺物化遙（具體有小比例尺區(qū)域航磁和衛(wèi)星光學(xué)或SAR遙感數(shù)據(jù)）資料和已有其他地學(xué)資料選定成礦遠(yuǎn)景區(qū)；第二階段是在選定的成礦遠(yuǎn)景區(qū)利用本團(tuán)隊(duì)發(fā)明的去云霧、去植被技術(shù)進(jìn)行高光譜遙感定量反演圈定蝕變范圍，輔助土壤地球化學(xué)和視電阻率面積性成果進(jìn)行巖體、地層和構(gòu)造體系識(shí)別，進(jìn)一步縮小成礦有利區(qū)；第三階段是在第二階段基礎(chǔ)上布設(shè)大比例尺剖面，利用電阻率測(cè)深和地氣探測(cè)以厘定礦（化）體空間分布特征。從時(shí)空上可分為“高空、低空、地表、深部”探測(cè)4個(gè)方面，評(píng)價(jià)階段的第一階段為高空、評(píng)價(jià)的第二階段為低空和地表、評(píng)價(jià)的第三階段為深部，構(gòu)成了中國(guó)華南稀有金屬“空、天、地、深”一體化的綜合快速評(píng)價(jià)體系。

圖1 華南厚植被覆蓋區(qū)稀有金屬快速評(píng)價(jià)技術(shù)體系示意圖Fig.1 Sketch map of rapid assessment technology system of rare metals in thick vegetation cover area of South China

該體系實(shí)施的前提條件是建立在工作區(qū)已有地質(zhì)找礦和科技成果基礎(chǔ)上，其技術(shù)關(guān)鍵是通過(guò)深入的預(yù)研究和本體系各種指標(biāo)的精細(xì)使用，目的是提高稀有金屬快速探測(cè)效果和成功率。

2.1 高空探測(cè)評(píng)價(jià)手段

高空探測(cè)評(píng)價(jià)手段包括小比例尺（一般小于1∶50 000）的航空重力、航空磁測(cè)和光學(xué)衛(wèi)星等工作。中國(guó)航空重力起步較晚，目前還未形成大面積工作能力，2006年在地質(zhì)調(diào)查、資源勘探領(lǐng)域引進(jìn)了GT-1A型航空重力儀，集成了更高精度的航空重力測(cè)量系統(tǒng)，形成了實(shí)際生產(chǎn)能力，但目前難于滿(mǎn)足固體礦產(chǎn)勘查的空間分辨率（熊盛青,2020）。航空磁測(cè)方面，中國(guó)基本完成了國(guó)內(nèi)陸域和大部分海域的航磁調(diào)查，航磁資料對(duì)大地構(gòu)造研究，特別是對(duì)劃分構(gòu)造單元和深大斷裂的分辨和圈定有特殊作用（管志寧,2020）。針對(duì)稀有金屬礦床，1∶5萬(wàn)航磁測(cè)量結(jié)果顯示甘肅阿爾金地區(qū)具有分帶特征，可以分辨地質(zhì)體、蝕變帶的邊界和反映熱液蝕變的特征（杜發(fā)等,2018）。區(qū)域遙感用于找礦最早是利用衛(wèi)星影像進(jìn)行地質(zhì)解釋?zhuān)淠康氖莿澐值刭|(zhì)體界限、線(xiàn)性/環(huán)狀構(gòu)造等幾何特征，為地質(zhì)找礦提供宏觀上的認(rèn)識(shí)，工作中目前常用的數(shù)據(jù)來(lái)源有國(guó)外的QuickBird（快鳥(niǎo)）、WorldView系列、Geoeye-1、IKONOS等，國(guó)內(nèi)遙感數(shù)據(jù)來(lái)源有中國(guó)資源衛(wèi)星1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)，高分1號(hào)、2號(hào)等。

2.2 低空探測(cè)評(píng)價(jià)手段

低空探測(cè)一般有低空航磁和高光譜遙感探測(cè)。低空航磁主要任務(wù)是1∶10 000尺度的面積性探測(cè)工作，一般操作是把磁力儀外掛在無(wú)人機(jī)上，其優(yōu)點(diǎn)是能夠適應(yīng)去除地面噪聲，適應(yīng)一定的起伏地形，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在內(nèi)蒙等礦集區(qū)的找礦工作中（張文杰等,2021）。高光譜技術(shù)在可見(jiàn)光、近紅外、短波紅外和熱紅外波段范圍內(nèi)可獲取上百個(gè)光譜波段，包含了豐富的光譜信息，極高的光譜分辨率特性，可以定性和定量的探測(cè)寬波段遙感中不能被識(shí)別的物質(zhì)。高光譜數(shù)據(jù)主要針對(duì)鋰輝石、綠柱石等具有特殊光譜特性來(lái)提取與三稀礦產(chǎn)資源有關(guān)的蝕變信息（代晶晶等,2019）；常用的高光譜遙感數(shù)據(jù)包括高光譜衛(wèi)星及無(wú)人機(jī)獲取的高光譜遙感數(shù)據(jù)。本體系基于GF-2號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)（UAV）高光譜數(shù)據(jù)，利用本團(tuán)隊(duì)近期研發(fā)的“遙感圖像廣義陰影光譜重建”和“植被抑制和巖石土壤信息還原”等專(zhuān)利（張利軍等,2019;2020;2021）新技術(shù)對(duì)高光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.3 地表探測(cè)評(píng)價(jià)手段

地表探測(cè)是指大比例尺（一般大于1∶10 000）的物化探工作，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和實(shí)踐以及前人在稀有金屬礦集區(qū)探測(cè)成果及認(rèn)識(shí)（曹創(chuàng)華等,2020），利用視電阻率掃面、土壤地球化學(xué)測(cè)量、X熒光原位探測(cè)等方法進(jìn)行重點(diǎn)解剖。在稀有金屬成礦靶區(qū)內(nèi)利用視電阻率掃面圈定偉晶巖脈在平面上的分布狀態(tài)，基于土壤地球化學(xué)以元素組合特征圈定異常帶，反演遙感波譜反射率來(lái)厘定致礦巖石蝕變范圍，根據(jù)3種不同探測(cè)方法結(jié)果綜合圈定地表含礦蝕變偉晶巖范圍，快速厘定礦致區(qū)域，為鉆探定位提供依據(jù)。

2.4 深部探測(cè)評(píng)價(jià)手段

深部探測(cè)手段主要以地球物理和地球化學(xué)方法探測(cè)，探測(cè)方法建議為電阻率測(cè)深（視電阻率測(cè)深、可控源音頻大地電磁測(cè)深等方法）和地氣探測(cè)。根據(jù)需求，可按照網(wǎng)度布設(shè)電阻率測(cè)深剖面，其探測(cè)結(jié)果可形成三維地球物理電阻率分布圖，結(jié)合地球物理物性參數(shù)識(shí)別地下三維空間成礦地質(zhì)體、構(gòu)造和地層分布。

3 實(shí)例分析

眾所周知，2017年華南湘東北仁里高品位超大型偉晶巖型鈮鉭礦多金屬被評(píng)為中地質(zhì)學(xué)會(huì)十大找礦成果（劉翔等,2018），近年來(lái)在國(guó)家和部省眾多項(xiàng)目的支撐下在其外圍做了大量的科研與找礦勘探工作，本文以其西北部工作空白區(qū)—黃柏山地區(qū)為例，闡述本團(tuán)隊(duì)建立的中國(guó)華南植被覆蓋稀有金屬礦集區(qū)快速探測(cè)評(píng)價(jià)體系應(yīng)用效果。

3.1 湘東北仁里礦區(qū)外圍黃柏山預(yù)測(cè)區(qū)地質(zhì)特征

研究區(qū)區(qū)域上位于揚(yáng)子陸塊雪峰構(gòu)造帶湘東北斷隆帶，屬江南新元古造山帶中段北緣（圖2a），幕阜山西南緣（圖2b）。黃柏山示范區(qū)（圖2c）位于幕阜山巖體西南仁里偉晶巖密集區(qū)——仁里礦田西部，區(qū)內(nèi)地層以走向北西、傾向南西的低角度冷家溪群云母片巖為主，是偉晶巖脈的圍巖。區(qū)內(nèi)北部出露燕山晚期第一次侵入體為中粗粒似斑狀、片麻狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；南部出露雪峰期梅仙巖體，巖性為中細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)花崗巖及石英閃長(zhǎng)巖。研究區(qū)內(nèi)褶皺構(gòu)造不發(fā)育，含稀有金屬礦的載體為偉晶巖脈。

圖2 黃柏山研究區(qū)大地構(gòu)造位置圖(a)、區(qū)域地質(zhì)圖(b)及地質(zhì)簡(jiǎn)圖(c)Fig.2 The geotectonic background(a),regional geological diagram(b)and geological sketch(c)of Huangbaishan demonstration area

3.2 快速探測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)體系的應(yīng)用

本探測(cè)體系以含礦偉晶巖脈為最終識(shí)別目的，利用已有小比例尺區(qū)域重磁和地質(zhì)成果，基于團(tuán)隊(duì)完成的區(qū)域光學(xué)遙感解釋?zhuān)裱梢阎轿粗?、循序漸進(jìn)的原則，以實(shí)現(xiàn)該探測(cè)技術(shù)體系的快速評(píng)價(jià)。

3.2.1 高空探測(cè)

在本研究區(qū)所在區(qū)域上選擇了湘東北仁里-公田一帶（約1500 km2）的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，具體的主要選擇了光學(xué)ASTER和微波PALSAR兩種數(shù)據(jù)（圖3a、b）。ASTER是Terra衛(wèi)星上的一種高級(jí)光學(xué)傳感器，包括了從可見(jiàn)光到熱紅外共14個(gè)光譜通道，其中3個(gè)可見(jiàn)光近紅外波段（分辨率15 m）；6個(gè)短波紅外波段（分辨率30 m）；5個(gè)熱紅外波段（分辨率90 m）。PALSAR是ALOS衛(wèi)星相控陣型L波段合成孔徑雷達(dá)，不受云層、天氣和晝夜影響，可全天候觀測(cè)，具有掃描式、合成孔徑雷達(dá)、極化三種觀測(cè)模式，空間分辨率7～44 m。數(shù)據(jù)預(yù)處理的主要手段有輻射定標(biāo)、Flaash大氣校正、幾何校正和廣義陰影光譜重建。取得的主要認(rèn)識(shí)有：仁里-公田地區(qū)位于慕阜山巖體西南緣，整體屬于隆升區(qū)，其北西部為斷陷沉降盆，北東向區(qū)域性斷裂為滑脫邊界，東南端以團(tuán)山-桐車(chē)鋪北東東向區(qū)域性斷裂為界。區(qū)域內(nèi)地層主要為青白口紀(jì)冷家溪群淺變質(zhì)巖系，巖性主要為絹云母板巖、絹云母含鈣質(zhì)細(xì)砂巖、絹云母砂質(zhì)板巖。巖漿巖主要為燕山期黑（二）云母二長(zhǎng)花崗巖、黑云母花崗巖，另西南部分布有時(shí)代不明的黑云母花崗閃長(zhǎng)巖、黑云母斜長(zhǎng)花崗巖等。仁里-公田地區(qū)內(nèi)部以梅仙-南江橋北東向斷裂為界，分為2個(gè)不同的構(gòu)造體系。南東部受幕阜山巖體西南伸出端和梅仙巖體影響，北西向構(gòu)造變形帶整體呈狹長(zhǎng)條帶，并存在一定的右旋扭作用，表現(xiàn)出一定的反“S”弧度，北東向和北東東向斷裂構(gòu)造后期切錯(cuò)早期北西向構(gòu)造變形帶，仁里超大型礦床即就位于該地區(qū)。北西部整體為一向南西傾的滑脫構(gòu)造帶，北西向構(gòu)造形跡影像特征非常明顯，對(duì)應(yīng)于地質(zhì)上北西向?qū)娱g滑脫斷裂構(gòu)造或?qū)觾?nèi)板理、片理構(gòu)造。北東向區(qū)域性斷裂影像形跡特征顯著，往往切錯(cuò)早期北西向構(gòu)造。南北向斷裂構(gòu)造主要分布于區(qū)域北西部慕阜山巖體內(nèi)，規(guī)模較小。構(gòu)造次序（從早到晚）：北西向-北東東向-北東向-南北向。

圖3 華南湘東北公田-仁里光學(xué)遙感圖像(a)及其地質(zhì)解釋結(jié)果圖(b)1—第四系；2—含礫石砂巖；3—石英砂巖；4—鈣泥質(zhì)石英砂巖；5—白堊系花崗質(zhì)砂礫巖；6—震旦系并層；7—冷家溪群并層；8—絹云母鈣質(zhì)砂巖；9—絹云母變質(zhì)砂巖；10—變砂質(zhì)絹云母板巖；11—砂質(zhì)絹云母板巖；12—絹云母變質(zhì)細(xì)沙巖；13—夾變質(zhì)細(xì)砂巖；14—中細(xì)粒斑狀黑云母二長(zhǎng)花崗巖；15—中細(xì)粒黑云母二長(zhǎng)花崗巖；16—細(xì)中粒黑云母花崗閃長(zhǎng)巖；17—中細(xì)粒黑云母斜長(zhǎng)花崗巖；18—花崗偉晶巖脈；19—北東向斷裂構(gòu)造；20—北西向斷裂構(gòu)造；21—黃柏山示范區(qū)；22—水庫(kù)Fig.3 Optical remote sensing image(a)of Gongtian-Renliin northeastern Hunan,South China and its geological interpretation result map(b)1—Quaternary;2—Pebbly quartz sandstone;3—Quartz sandstone;4—Calcareous quartz sandstone;5—Cretaceous granitic glutenite;6—Sinian Mixture;7—Lengjiaxi Group miscite;8—Sericite calcareous sandstone;9—Sericite calcareous sandstone;10—Metasandy sericite slate;11—Sandy sericite slate;12—Sericite metamorphic fine sandstone;13—Intercalated metamorphic fine sandstone;14—Medium-fine-grained porphyritic biotitemonzonitic granite;15—Medium-fine-grained biotitemonzonitic granite;16—Fineand medium-grained biotitegranodiorite;17—Medium-fine biotite plagiogranite;18—Granite pegmatite;19—NE fault structure;20—NW fault structure;21—Huangbaishan demonstration zone;22—Reservoir

搜集的研究區(qū)內(nèi)1∶50 000區(qū)域航磁探測(cè)結(jié)果（崔志強(qiáng)等,2015;2016）表明，湘東北幕阜山地區(qū)呈現(xiàn)明顯的正異常，該異常為磁性花崗巖引起，化極上延2～20 km后異常仍然存在，表明異常規(guī)模大，延深大；在較大比例尺的幕阜山航磁△T化極中，最大值在幕阜山巖體及其南緣。仁里地段地表對(duì)應(yīng)地層主要為冷家溪群淺變質(zhì)碎屑巖變質(zhì)巖，根據(jù)變質(zhì)程度，屬無(wú)磁性-中強(qiáng)磁性層，推斷引起異常的地質(zhì)原因?qū)偕畈科缘淖冑|(zhì)結(jié)晶基底，同時(shí)認(rèn)為本地區(qū)稀有金屬為親石元素（表明稀有金屬的物質(zhì)來(lái)源可能與深部巖體有關(guān)）。

3.2.2 低空探測(cè)

低空探測(cè)利用了高光譜遙感，遙感數(shù)據(jù)源主要采用GF-2號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)和無(wú)人機(jī)（UAV）高光譜數(shù)據(jù)，其中GF-2數(shù)據(jù)編號(hào)為：GF2_PMS2_E113.6_N28.8_20201111_L1A0005183888，成像時(shí)間為：2020-11-11 03:11:07，包 含Blue（0.45～0.52 nm）、Green（0.52～0.59 nm）、Red（0.63～0.69 nm）和NIR（0.77～0.89 nm）4個(gè)多光譜波段；無(wú)人機(jī)（UAV）高光譜數(shù)據(jù)由大疆MPro600無(wú)人機(jī)搭載美國(guó)Headwall高光譜相機(jī)進(jìn)行拍攝采集，Headwall高光譜相機(jī)波段范圍0.40～1.0μm，波譜分辨率1～3 nm，270個(gè)波段，飛行高度300 m和400 m兩種，空間分辨率28～40 cm。遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理除傳統(tǒng)輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何校正外，本次工作采用了團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的廣義陰影光譜重建技術(shù)進(jìn)行處理（張利軍等,2020;2021），解決了因研究區(qū)地形起伏大、遙感圖像地形陰影多、地物光譜曲線(xiàn)扭曲等光譜重建難題（圖4b）?；谧灾餮邪l(fā)的植被抑制及巖石土壤信息還原新技術(shù)（張利軍等,2019）對(duì)低空探測(cè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行了較好的還原（圖4c）。

據(jù)圖4c，黃柏山研究區(qū)北西向構(gòu)造主要為青白口系冷家溪群古老地層北西走向的擠壓-伸展構(gòu)造層，為一單斜構(gòu)造，西北角靠近慕阜山巖體部分受擠壓應(yīng)力作用強(qiáng)烈，緊密定向排列明顯，南部后期伸展作用明顯，相對(duì)舒緩開(kāi)闊，二者之間為一地質(zhì)結(jié)構(gòu)面；另研究區(qū)內(nèi)疊加一組北東向后期破壞斷裂構(gòu)造。

如何從高光譜遙感獲取稀有金屬蝕變礦化信息是本次快速評(píng)價(jià)體系面積性探測(cè)工作的重要落腳點(diǎn)，傳統(tǒng)的礦化蝕變信息提取主要為診斷性提取方法，但巖礦的特征吸收波段往往在SWIR和TIR譜段，而該譜段的高精度數(shù)據(jù)非常稀缺，嚴(yán)重的制約了本領(lǐng)域的快速發(fā)展。因此筆者基于團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一套非診斷式遙感光譜信息提取新方法（張利軍等,2021），得到了研究區(qū)構(gòu)造和偉晶巖礦化蝕變信息（圖4d）（其中構(gòu)造用紅色實(shí)線(xiàn)表示，蝕變信息用彩色色斑表示，并識(shí)別了各種類(lèi)型的地層）。

圖4 華南湘東北地區(qū)仁里礦田黃柏山研究區(qū)高光譜遙感處理過(guò)程及成果圖a.常規(guī)高光譜遙感圖片；b.廣義陰影光譜重建遙感圖片；c.植被抑制后遙感圖片；d.蝕變反演解釋遙感圖Fig.4 Hyperspectral remote sensing processing process and results in the Huangbaishan demonstration area of Renli mine field in South China and northeast Hunan a.Conventional hyperspectral remotesensing image;b.Hyperspectral remotesensing imageafter removing clouds and fog;c.Remotesensing image after devegetation;d.Remotesensing image for alteration inversion interpretation

3.2.3 地表探測(cè)

地表探測(cè)方面，本體系利用視電阻率、土壤地球化學(xué)和X熒光探測(cè)方法，探測(cè)尺度一般為1∶10 000～1∶5000，探測(cè)數(shù)據(jù)成圖一般為等值線(xiàn)圖和平面剖面圖，基于本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的標(biāo)本與電性?huà)呙鏀?shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)新方法（曹創(chuàng)華等,2021）確定了研究區(qū)內(nèi)偉晶巖脈的平面分布特征（圖5a）。野外試驗(yàn)時(shí)視電阻率和土壤地球化學(xué)探測(cè)采用的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)度均是線(xiàn)距100 m、點(diǎn)距20 m，視電阻率掃面探測(cè)選用SQ-5型雙頻激電儀、探測(cè)裝置為中間梯度法。土壤地球化學(xué)數(shù)據(jù)野外采集物質(zhì)成份主要為黏土、亞黏土、粉砂等。樣品采集時(shí)，穿過(guò)腐質(zhì)層，主要在淋積層采集，野外采集樣品重量大于300 g，土壤測(cè)量的樣品自然粒度加工過(guò)20目篩孔，每個(gè)樣品曬后（干燥后）的重量不少于150 g，后續(xù)處理數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)若以相關(guān)距離系數(shù)20作為劃分標(biāo)準(zhǔn)（Christopher et al.,2021;Abuamarah et al.,2021），結(jié)果表現(xiàn)出Nb、Ta、Be、Sn、Li、Mo、Bi、Rb元素在一組內(nèi)，呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)特征，這組元素反映了與偉晶巖脈密切相關(guān)的稀有金屬元素組合特征。基于探測(cè)結(jié)果，筆者認(rèn)為視電阻率面積性成果作為本體系的偉晶巖脈分布識(shí)別主要方法，地球化學(xué)土壤測(cè)量為礦化偉晶巖脈富集區(qū)提供了直接指示。

圖5 黃柏山研究區(qū)物化探地表探測(cè)成果圖a.視電阻率掃面等值線(xiàn)；b.土壤地球化學(xué)Be異常等值線(xiàn)；c.土壤地球化學(xué)Nb異常等值線(xiàn)；d.土壤地球化學(xué)Ta異常等值線(xiàn)Fig.5 Surfacesurvey resultsof geophysical and geochemical exploration in Huangbaishan demonstration area a.Apparent resistivity scan surfacecontour;b.Soil geochemical Beanomaly contour;c.Soil geochemical Nb anomaly contour;d.Soil geochemical Taanomaly contour

3.2.4 深部探測(cè)

利用上述黃柏山研究區(qū)低空高光譜遙感蝕變解譯成果，結(jié)合物探視電阻率和化探土壤面積性成果，綜合鎖定了成礦最優(yōu)靶區(qū)面積性分布，選擇區(qū)內(nèi)若干條剖面進(jìn)行深部探測(cè)（圖4、圖6中黑色實(shí)線(xiàn)）。本體系深部預(yù)測(cè)根據(jù)探測(cè)深度可分為2個(gè)方面，一是探測(cè)上述步驟發(fā)現(xiàn)的偉晶巖脈的深部延伸情況建議用電阻率測(cè)深，二是探索成礦物質(zhì)來(lái)源深部的巖體界面建議用頻率域電磁測(cè)深法（AMT/CSAMT/MT法）。

3.3 異常查證

3.3.1 面積異常查證

視電阻率探測(cè)成果為圖5a，土壤地球化學(xué)本次分析了Nb、Ta、Li、Be、W、Sn、Bi、Mo、Rb、Sr、B、Ba、Mn、Cu、Pb、Zn、Ag、Sb、Hg、As等20種元素，因篇幅所限，此處僅列出與本區(qū)域成礦密切相關(guān)的Nb、Ta和Be成果（5b～d）。結(jié)合圖4d，共識(shí)別了6條近NW-SE向的異常帶（圖6），分別命名為yc1、yc2、yc3、yc4、yc5和yc6；經(jīng)過(guò)異?，F(xiàn)場(chǎng)查證，其中，yc1為北側(cè)的偉晶巖脈，此脈體圈定靶區(qū)含礦性較好，野外異常查證發(fā)現(xiàn)了鈮鉭礦（圖7a），且疑似為仁里礦區(qū)5號(hào)脈的延伸；yc2物化遙異常均存在明顯的指示，證實(shí)其偉晶巖脈含礦性較好且近地表存在露頭，在此處結(jié)合地形地貌等條件布設(shè)了zk01，見(jiàn)礦效果良好；yc3位于物化探探測(cè)測(cè)線(xiàn)18、19線(xiàn)大號(hào)點(diǎn)，物化探異常對(duì)應(yīng)非常好，遙感蝕變反演效果一般（因存在殘積土覆蓋），驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)圖7b；yc4為研究區(qū)貫穿全區(qū)的異常帶，視電阻率偉晶巖脈異常呈帶狀分布，東南和西北部都未封閉，從遙感蝕變反演結(jié)果來(lái)看礦化呈“分枝復(fù)合，膨脹收縮”特征，顯示出此條異常帶可能延綿幾公里以上，東南部連接仁里礦區(qū)的偉晶巖脈帶，異常查證見(jiàn)圖7c；yc5位于研究區(qū)西南部，異常查證時(shí)發(fā)現(xiàn)部分異常段存在露頭，也存在蝕變；yc6位于測(cè)區(qū)中南部，異常查證時(shí)全為第四系覆蓋，無(wú)遙感蝕變異常，但此區(qū)域?yàn)榛较∮薪饘俳M合異常峰值所在區(qū)域，且物化探異常存在小范圍偏移，推斷為地形起伏所致，異常撥土發(fā)現(xiàn)了含礦偉晶巖脈（圖7d）。

圖6 黃柏山研究區(qū)物化探綜合異常成果圖Fig.6 Map of comprehensive anomaly results of geophysical and geochemical exploration in Huangbaishan demonstration area,physical,chemical and telecomposite

圖7 黃柏山研究區(qū)面積性靶區(qū)驗(yàn)證結(jié)果a.圖6中yc1處野外景觀；b.圖6中yc 3處野外景觀；c.圖6中yc4處野外景觀；d.圖6中yc6處野外景觀Fig.7 Validation results of the area target area in Huangbaishan demonstration zonea.Field landscapeat yc1 in Fig.6;b.Field landscapeat yc3 in Fig.6;c.Field landscapeat yc4 in Fig.6;d.Field landscapeat yc6 in Fig.6

3.3.2 深部異常驗(yàn)證

上述成果中面積性異常查證效果較好，對(duì)應(yīng)異常經(jīng)過(guò)物化遙綜合信息即可確定異常的性質(zhì)及平面分布特征，實(shí)現(xiàn)了快速靶區(qū)優(yōu)選，為了驗(yàn)證探測(cè)方法對(duì)深部偉晶巖脈異常體的空間分布特征有效性判別，在研究區(qū)14線(xiàn)（圖4、圖6中黑色實(shí)線(xiàn)）以20 m點(diǎn)距進(jìn)行了X熒光、視電阻率垂向測(cè)深，結(jié)合上述yc2化探綜合異常區(qū)特征進(jìn)行了從平面到垂向空間的異常分布預(yù)測(cè)。X熒光探測(cè)了Be、Ce、Cs、La、Li、Nb、Rb等11個(gè)元素，因篇幅所限圖8中僅僅列出了Rb、Nb兩種元素的異常曲線(xiàn)（圖8a）；圖8b為利用雙頻激電儀基于中間梯度法采集的剖面視電阻率曲線(xiàn)圖，采集數(shù)據(jù)時(shí)同時(shí)采集了激發(fā)極化參數(shù)Fs，未見(jiàn)此區(qū)域內(nèi)有明顯的激電異常，認(rèn)為近地表300 m以淺不存在硫化物礦物蝕變，與偉晶巖型稀有金屬礦無(wú)關(guān)，所以沒(méi)有列出數(shù)據(jù)；圖8c為視電阻率垂向測(cè)深，供電最大極距為1.5 km，采集數(shù)據(jù)所用探測(cè)裝置利用對(duì)稱(chēng)四極法，利用高斯-牛頓最優(yōu)化方法進(jìn)行了反演（曹創(chuàng)華等,2019）；圖8d為沿剖面前進(jìn)方向截取的遙感蝕變反演和土壤地球化學(xué)疊合的綜合異常及鉆孔平面位置圖，鉆孔結(jié)合異常分布及實(shí)際場(chǎng)地選擇了綜合異常富集中心；圖8e為鉆探結(jié)果結(jié)合地表地質(zhì)填圖所繪制的地質(zhì)剖面圖，顯示了綜合物化遙信息對(duì)指導(dǎo)鉆孔定位及空間偉晶巖脈的分布起到了良好的作用。

具體的，圖8a中存在4個(gè)異常峰值區(qū)間，分別是探測(cè)剖面100～300 m、400～500 m、600～700 m和750～900 m，指示存在稀有金屬富集；圖8b中存在3個(gè)異常峰值區(qū)間，分別是150～300 m、400～500 m和550～700 m，證實(shí)這3個(gè)區(qū)段存在偉晶巖脈；結(jié)合圖8c反演電阻率斷面特征，100～300 m存在一個(gè)傾向西南的偉晶巖脈且富Nb元素，且這段偉晶巖脈呈局部膨大特征；400～500 m呈現(xiàn)出較小的傾向東南的相對(duì)高電阻率異常，且呈現(xiàn)出Rb元素富集在偉晶巖脈邊緣而Nb元素的往往聚集在其內(nèi)；600～700 m段在反演電阻率斷面中呈現(xiàn)出區(qū)內(nèi)規(guī)模最大的偉晶巖異常帶，根據(jù)曲線(xiàn)判斷傾向東南，表現(xiàn)出Rb元素富集程度相對(duì)高于Nb元素；750～900 m是全剖面X熒光及土壤地球化學(xué)異常最強(qiáng)的部位，但淺部電阻率較低，證實(shí)位于熱液蝕變邊緣，且由于600～700 m段大的偉晶巖脈后期穿入冷家溪地層時(shí)破壞近地表，致使裂隙較為發(fā)育引起鉆探的第一層礦體變?yōu)橄鄬?duì)低電阻率，此區(qū)段整體上表現(xiàn)出Rb和Nb元素同變化的趨勢(shì)。

圖8 黃柏山研究區(qū)14線(xiàn)地球物理地球化學(xué)綜合探測(cè)及鉆探驗(yàn)證結(jié)果a.X熒光Rb和Nb探測(cè)剖面曲線(xiàn)；b.視電阻率異常探測(cè)剖面曲線(xiàn)；c.視電阻率垂向測(cè)深反演剖面；d.14線(xiàn)遙感和土壤地球化學(xué)組合異常及鉆孔布設(shè)圖；e.14線(xiàn)地質(zhì)鉆探剖面1—Rb曲線(xiàn)；2—Nb曲線(xiàn)；3—視電阻率曲線(xiàn)；4—電阻率等值面；5—土壤化探綜合異常曲線(xiàn)；6—板溪群；7—隱伏巖體；8—鉆孔；9—土壤化學(xué)樣采樣點(diǎn)；10—含礦偉晶巖脈Fig.8 Results of comprehensive geophysical and geochemical exploration and drilling verification in line 14 of Huangbaishan demonstration zone a.X fluorescence Rb and Nb detection profile curve;b.Apparent resistivity anomaly detection profile curve;c.Apparent resistivity vertical sounding inversion profile;d.Line 14 soil geochemical combination anomaly and borehole layout map;e.Line 14 geological section 1—Rb curve;2—Nb curve;3—Apparent resistivity curve;4—Resistivity equivalent surface;5—Comprehensiveanomaly curve of soil geochemical exploration;6—Banxi Group;7—Concealed rock mass;8—Drilling hole;9—Soil chemical sampling site;10—Ore-bearing pegmatitevein

4 結(jié) 論

（1）文章經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)和實(shí)踐工作，建立了中國(guó)華南“空天地”探測(cè)快速評(píng)價(jià)體系。該體系以“物化遙”3個(gè)細(xì)分探測(cè)方法為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了華南稀有金屬礦床的高效、綠色勘查。各大類(lèi)方法識(shí)別礦致異常的功能為：區(qū)域航空重力以識(shí)別巖體為主、區(qū)域航磁以識(shí)別熱液蝕變分帶為主、區(qū)域遙感以識(shí)別區(qū)域構(gòu)造和地層格架為主、高光譜遙感以識(shí)別反演礦化蝕變信息、視電阻率掃面識(shí)別巖體外圍的偉晶巖脈為主、土壤地球化學(xué)直接指示了稀有金屬在地表的分布范圍。

（2）在本方法技術(shù)體系的指導(dǎo)下，黃柏山研究區(qū)取得了良好的找礦效果。本體系以不同尺度遙感技術(shù)為切入點(diǎn)，以物化探技術(shù)多數(shù)據(jù)鎖定礦致區(qū)域，輔以少量地質(zhì)調(diào)查工作進(jìn)行異常查證，相關(guān)成果為中國(guó)華南植被覆蓋區(qū)稀有金屬乃至其他緊缺性戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源快速探測(cè)評(píng)價(jià)提供了模式，改變了以往依靠大量人力、物力首先進(jìn)行地質(zhì)填圖等地表規(guī)?；{(diào)查工作，在黃柏山研究區(qū)11線(xiàn)發(fā)現(xiàn)了多層含礦偉晶巖脈，充分證實(shí)了這種快速探測(cè)技術(shù)體系的理念和做法是可復(fù)制、可推廣的。