陆地卫星TM数据在森林覆盖区金矿勘查中的应用 北京理工大学走出过哪些知名校友？
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王品清 姜德仁 孟凡让
（航空物探遥感中心，北京 100083）
在本项研究中，在系统地收集、整理、分析和总结前人研究成果，并借鉴邻区已知岩金矿床地质特征的基础上，充分利用现有各类地学信息，尤其是陆地卫星TM图像所提供的大量区域构造信息，对研究区内金矿的时空分布特征进行分析，为地面详查找矿预测提供了较为详实的资料。
在方法技术方面，以陆地卫星TM图像数据为主，结合地形、地质、矿产及物化探等地学数据进行综合评价预测。除了利用图像处理系统对蚀变岩石和矿物以及与Cu、Au等金属硫化物矿床有关的地植物异常进行信息提取试验外，还在各类地学信息的变量提取、变换和综合分析及处理方法方面进行探索，即借助地理信息系统以人机交互处理的方式对区内与矿化作用有关的地质变量进行筛选，并采用最大似然估计法计算出每一个地质变量的含矿概率值。最终，利用本次建立的概率模型分别以4×4和1×1的网格密度计算出每个网格区域内至少有一个矿化事件出现的概率值。这为区域矿产资源分析及找矿靶区预测提供定量的分析数据。
一、研究区概况
（一）位置及自然地理
研究区位于黑龙江东部的小兴安岭北段，地理坐标为N50°00′以北和E124°00′以东的黑龙江地区，中俄边界为本次研究区的北部和东部边界，总面积约54000km2。
该区地处我国东北边陲，属高寒林区。冬季漫长，夏季短促，年平均气温在零度以下，无霜期不足百天；7～8月为雨季，9月开始降雪。
区内森林密布、沼泽遍地、岩石出露条件极差。由于交通极为不便、工作环境恶劣以及野外装备等限制，给图像处理、图像解译分析、信息提取和地面检查验证带来极大困难。
（二）地质概况
1.地层
本区出露地层除太古界尚未发现外，其它各时代地层均有出露。而且有些是代表性地层建组、建群的地区。
元古界的兴华渡口群和落马湖群在本区均有出露。其中下元古界的兴华渡口群主要分布在呼玛县兴华、韩家园子、加格达奇和松林岭一带。自下而上分别由兴华村组、兴安桥组、呼玛河组、和小古里河组组成。其主要岩性为均质混合岩、条带混合岩、黑云斜长片麻岩、黑云角闪石英片岩、变粒岩、大理岩、条带磁铁石英岩等深变质岩石。上元古界落马湖群分布在倭勒根河、宽河、嫩江上游落马湖和铁帽山农场一带。主要岩石为含石榴石二云石英片岩、含硅线石黑云斜长变粒岩、斜长片麻岩、十字石二云片岩和大理岩夹层等。
古生界地层在研究区内十分发育，分布也十分广泛。主要为一套优地槽型的沉积建造。其中寒武系地层主要分布在该区北部，即兴隆沟一带。主要岩性为千枚岩、绢云板岩、绿泥板岩、大理岩、泥质板岩、火山凝灰岩及熔岩等正常沉积建造为主的岩石组合。在这套沉积建造中，泥盆系为一套典型的含细碧—角斑岩建造。其中以下泥盆统的罕达气、金水和泥鳅河组中的富含钠质的细碧岩和角斑岩为主，是区内的主要矿源层，绝大部分砂金采矿活动及岩金矿点的空间分布与该套地层分布吻合。
中生界地层中除三叠系、侏罗系下统和白垩系下统地层缺失外，其它各时代地层均较发育，而且分布十分广泛，尤其在本区西部和北部出露面积最大。侏罗系地层以一套陆相沉积建造和陆相火山岩建造组合为主要特征。白垩系地层主要分布在一些坳陷和断陷盆地中，为一套内陆火山—陆相碎屑含煤建造。
2.构造
从大地构造的观点来看，研究区位于大小兴安岭褶皱带的交汇处。虽然本区地层发育比较齐全，但由于岩浆活动和断裂构造的破坏，加之土壤发育、植被覆盖严重、地层出露条件极差，使本区的构造显得十分零乱，在野外难于恢复完整的构造格架。但通过遥感图像的解译与分析，从中可以发现大量的线性构造信息。尤其是近东西向构造带的识别与发现，弥补了以往常规方法研究中的缺欠。
除上述东西向构造外，区内北西、北东向构造均比较发育，而且在遥感图像上反映得比较明显。
3.岩浆岩
研究区内岩浆活动频繁，岩石类型以中酸性侵入岩和中生代大面积的中酸性陆相火山喷出岩为主要特征。前者多以较大的岩基产出，其中华力西期酸性侵入岩分布最广、出露面积最大，具有活动强烈、频繁等特点，而且与区内主要内生金属矿产关系最为密切，如多宝山铜钼多金属矿和三矿沟夕卡岩型铁铜矿床等。
（三）区域成矿地质特征
目前，除研究区南部的多宝山斑岩型铜钼金等多金属矿床外，还未发现具有工业价值的岩金矿床。所以，在本项研究中不得不借鉴邻区（如南部地区的团结沟大型金矿床）已知金矿床的成矿特征，根据地质条件、沉积建造特征及成矿模式，采用外推法来分析和研究区内的金矿空间分布规律。此外，区内的近代砂金采矿活动及古代采金信息可为本项研究提供十分重要的线索。
现有的地质资料表明，研究区内的金矿化与华力西晚期和燕山期的中酸性岩浆活动有关，而且受优地槽型的沉积建造控制，即区南的泥盆系细碧角斑岩建造和区北的下元古界兴华渡口群变质岩系属本区的主要矿源层。
根据与邻区已知矿床的对比以及对本区已知金矿点的分析发现，金的成矿作用与区域构造关系极为密切，直接控制矿体的形态和产出部位。研究区内已知的金矿化主要有斑岩型铜金矿、变质热液型金矿和火山热液型岩金矿床。此外，在区内还有与中生代陆相沉积建造有关的古砂金矿床，即砾岩型金矿。但该种类型成因复杂，在本项研究中未被列入工作重点。
与金矿化作用有关的蚀变有硅化、高岭石化、绢云母化、褐铁矿化、黄铁矿化以及毒砂矿化等围岩蚀变。
研究区内金的成矿作用主要受下元古界和古生界优地槽型沉积建造控制。在地理信息系统人机交互式处理分析中发现，区内绝大多数已知矿点和采金迹的空间分布与这两套沉积建造的分布吻合。由此说明，矿源层为成矿作用提供了物质来源，变质作用或者岩浆活动为成矿作用提供了热源和气水热液，而构造裂隙为成矿物质的运移、富集提供良好的通道和空间。
图1 金成矿地质模型
1—海水；2—碳酸盐岩；3—花岗岩；4—细碧岩；5—角斑岩；6—火山角砾；7—碎屑岩；8—金矿体；9—韧性剪切带；10—片理化带；11—断层
图1示出了该研究区内金成矿作用的地质模型。在地槽发展的早期阶段（图1a），随着地壳的剧烈沉降，大范围的强烈的海底火山喷发使大量的金呈分散状态分布于火山沉积建造中形成矿源层，但地层中金的含量远远未及工业品位（在火山口附近例外）。然而，在地槽发展的后期，造山运动使这套沉积地层经受了强烈的褶皱和区域变质作用（图1b），由于温度升高、压力增大使原本呈分散状态的金得以活化，其与SiO2及变质热液同时析出、迁移，并在有利部位富集成矿，即形成韧性剪切带型或构造蚀变岩型金矿床。与此同时，在造山运动过程中，大规模的中酸性岩浆侵入活动为成矿作用也提供了气水热液和热源，也使矿源层中的金在岩浆热液中进一步富集，并在有利的构造部位形成品位很高的岩浆期后矿床或接触交代矿床，而在一些小的岩枝或斑岩岩体内则形成斑岩型金矿床。
在后期的造山运动中，成矿作用则变得复杂化，一是可能使早期的矿体遭到破坏，二是使已有矿体进一步富集。另外，在一些山前凹陷和山间盆地沉积的磨拉石建造中形成砾岩型金矿床，即古砂金矿。这类矿床的形成机制极为复杂，主要取决于岩相古地理环境。
二、研究方法
（一）遥感地质解译
本次研究主要利用了陆地卫星TM图像数据中4、5、7（R、G、B）三个波段组合的假彩色合成图像。由于区内植被、土壤极为发育，给图像的岩性解译分析工作带来极大的困难。尽管如此，图像中仍能反映出大量的线性构造和环形构造特征。其中有许多线性构造在前人工作中未能引起足够的重视。通过综合分析和研究发现，东西向线性构造对研究区内的地层（特别是北部区的含金地层）以及砂金、岩金的空间分布均有一定的控制作用，而环形构造在一定程度上反映出火山机构和侵入岩的基本特征。
1.线性构造解译
线性构造在研究区内的陆地卫星TM图像上反映的十分明显，区域性构造往往与水系分布有着极为密切的关系，反映出构造水系特征。其主要为一些呈线状分布的沟谷、线性色调异常等图像特征。现将区内的线性构造分述如下：
（1）东西向线性构造
研究区内东西向构造比较发育，这一结论是通过遥感解译分析得出的。该构造是本区中最古老的一组构造，由于受后期历次构造运动的影响变得支离破碎。因此，在遥感图像上通常反映为一系列断断续续且彼此平行的短直线性沟谷和冲沟。这组构造在研究区北部反映的较为明显，而且继续向东延伸，在俄罗斯境内反映的更为突出。在以往的工作中，人们对这组构造没有引起足够重视。通过遥感图像解译以及与区内地层和采金迹的对比分析发现，这组线性构造的空间分布与元古界地层分布基本吻合，而且与古代和现代的采金活动关系密切。
此外，在该区南部的黑宝山至金水一线，也明显地反映出有一条东西向构造特征。这一条构造带在航磁资料上也有明显的反映，尤其是在南北方向导数的处理结果中明显地反映出梯度带特征。它除了可能与多宝山斑岩型铜、钼等多金属矿有一定成因联系外，也对第四纪五大连池旧期玄武岩的分布起着明显的控制作用。
（2）北东向线性构造
它是本区最发育的线性构造之一。在遥感图像上反映的也最为明显，而且连续性好。多表现为线性沟谷、角状水系、水系节点连线、直线形陡岸，以及切割山脊的微地貌和直线性色调异常特征。此外，大多数近代河流均受该组构造控制，如嫩江、塔河、内倭勒根河、嘎拉河等。
该组线性构造对区内的地层沉积、岩浆活动，乃至各类金属矿产的空间分布起控制作用。该组构造常为不同地质单元及不同地质体的分界线，并切割不同时代的地层和侵入体，说明其形成时代较晚。
（3）北西向线性构造
本区北西向构造比较发育，分布也十分广泛。像黑龙江、呼玛河、倭勒根河、那都里河—裸河和皮尔格里河—泥鳅河等较大的河流均受该组构造控制。应着重指出的是，北西向构造对研究区的内生金属矿产有着明显的控制作用。如多宝山、三矿沟、小多宝山、育宝山等矿床和矿化作用均与该组构造有关。此外，在地理信息系统中通过交互式处理分析发现，区内的砂金矿、古采金迹和部分岩金矿化也与该组线性构造有着极为密切的关系，特别是在河流沿这组构造带分布的地段往往是砂金的富集区，如韩家园子东部的达拉罕河等。
2.环形构造解译
研究区内环形构造十分发育。在遥感图像中的表现形态也不尽相同，如有单层环形水系合围构成、多层同心状水系及山脊构成（如多宝山环形构造），同心状和放射状水系共同构成，和以色调及其它综合标志表现出来的环形构造等等。就其成因来说，比较肯定的有与火山机构有关的环形构造，与岩浆侵位有关的环形构造，也有褶皱构造转折端及多组不同方向构造构成的环状断裂形成的环形构造。同时也存在着大量成因不明的环形构造，在此不赘述。
（1）与火山机构有关的环形构造
这类环形构造在本区，尤其在北部、西部居多，但最有代表性的应属东部龙音山环形构造和西部塔源环形构造。
①龙音山环形构造
在陆地卫星TM假彩色合成图像上表现为大半个椭圆形图像特征，为四层同心状结构，核部和内环带为墨绿色调，中部环带为蓝绿色，外环带为黄色。从地质上看，核部和内环带由侏罗系中性火山岩组成；中环带由志留系、泥盆系构成；外环带则由奥陶系、石炭系和花岗岩构成。此外，在自然重砂测量结果中，该区有一辰砂、金的异常区，颇值得注意。
②塔源环形构造
该环形构造由一环形沟谷和近放射状冲沟表现出来。由核向外为白垩纪次火山岩、火山岩、侏罗纪火山岩至花岗闪长岩、角闪辉长岩构成。
此外，像大博乌勒山西环形构造、哈源环形构造等环形影像特征也都十分典型。
（2）与侵入岩体有关的环形构造
这类环形构造也比较多。规模较大的有呼玛县二道沟环形构造、兴隆沟环形构造和多宝山—卧都河环形构造等。
①二道沟环形构造
该环形构造由核部山体，内环水系和外环水系构成。核部是由元古代花岗岩构成，外部则主要环绕着加里东期花岗岩。在该环形构造内有较大的砂金矿床。
②兴隆沟环形构造
以北西里—兴隆华力西早期基性岩体为核心，以寒武－泥盆纪及华力西晚期中酸性岩体构成直径约50km的环形构造。
③多宝山—卧都河环形构造
是以三峰山主体及其周围一系列放射状沟谷组成的环形构造。北到卧都河林场，西南过多宝山。该环形构造是以华力西中晚期花岗闪长岩、斜长花岗岩、白岗岩侵入古生界形成。
（3）构造运动形成的环形构造
①桦树排子南山环形构造
由下志留统构成的山体发生明显弯转，岩层走向与山脊走向一致，构成弧形。外围岩层和山脊也呈弧形，可以确认是由向斜转折端构成的环形构造。
②罕达气环形构造
该环形构造东部被断裂切开，其余三面有环形水系，内部几条断裂相衬托，推断为断裂围限的环形构造。
3.岩性解译
考虑到区内森林密布、土壤发育等不利条件，岩性解译未被列入工作重点。但是，在这种遥感技术难以发挥特长的地区，仍能识别出一些地层、岩性特征，特别是一些中酸性的侵入体特征。如，在韩家园子南山地区，以往填图中将其误认为下元古界兴华渡口群地层。通过此次陆地卫星图像解译分析，认为该地区应属华力西期花岗岩，后来经过实地调查得到证实。由此说明，即使在这类森林覆盖地区，遥感图像不仅能为地质学家提供大量的区域性构造信息，而且还能揭示出某些地层岩性特征。正如Barry S.Siegal等人（1980）指出的，到目前为止，遥感技术对地质学的主要贡献是为地质学家们提供大量有用的区域性构造信息和修改现有的地质图件。
（二）古采金迹信息的提取
黑龙江省地矿部门在七·五期间的攻关研究结果中得出根据砂金分布特征直接找岩金矿床的结论。因此，通过对现代砂金采矿活动及古采金迹空间分布特征的分析和研究，可以为区域性岩金矿床的评价预测提供依据。现代采金迹在经过增强处理的陆地卫星TM图像和航空像片上均有不同程度的显示，而古采金迹（主要是日伪时期砂金采矿活动的遗迹）仅能在50年代获取的航片和据此绘制的地形图中有所反映。
图2示出了兴隆沟—韩家园子地区的古采金迹分布图。这类采金迹信息在建立区域性矿产预测概率模型中，对于变量选择、参数估计和概率计算均起到了关键性的作用。在研究区内的砂金采迹中，有相当一部分砂矿属于残坡积型砂金矿床，甚至是构造破碎带中的风化残积型砂矿床。因此，对这类砂金采迹空间分布规律的研究，可为岩金的普查与找矿提供有益线索。
（三）各类地学信息的综合处理
图2 韩家园子地区古采金迹分布
图3 研究工作方法框
在本次研究中，除利用遥感图像资料提取区域性构造，即线性构造和环形构造以外，还结合常规地质、矿产、古采金迹及重砂和化探资料，对区内的岩金矿产资源进行综合分析和评价预测（图3）。首先将上述地学信息输入地理信息系统，然后根据已知金矿点及矿化点和采金迹信息，以人机交互处理的方式研究各类地质变量与金矿化空间分布的关系。
某种特定成因类型矿床的形成，往往是由于多次地质作用叠加的结果。成矿作用的发生、发展、演变乃至最终的空间分布规律受众多的地质因子控制。然而，对各类与成矿作用有关的控矿地质因子来说，无论是它们各自形成的地质环境及时空分布特征，还是它们对成矿作用的贡献大小、作用方式、性质及其组合关系等方面都是极为复杂的（王品清，1990）。正是由于地质现象及成矿作用的多样、变异和复杂因素，使之存在不确定性和不精确性，即有随机性和模糊性。所以，利用统计分析与概率计算等数学方法来处理、研究地质现象和成矿条件更具有理论意义和实际意义。
鉴于上述讨论和分析，本项研究中采用了笔者在国家七·五攻关项目中所建立的概率模型，对研究区内的金矿分布特征和规律进行了预测分析。即：
Pt（m≥1）＝1—Pt（m=0）
航空物探遥感论文集
0≤Pt（m≥1）≤1
方程（1）中，Pt（m≥1）是每一个网格区域中至少有一个矿化事件出现的概率；ni为每一个网格区域内第i个地质变量统计单元出现的数量，而Pi则是在人机交互处理过程中，采用最大似然估计法计算出的每一类地质变量的概率常数。
为了分别考虑不同方向线性构造与区内金矿化之间的关系，参考线性构造走向玫瑰花图，将研究区内所有的线性构造按其方位分组，并采用最大似然估计法分别估计出它们的概率常数Pi。
需要指出的是，由方程（1）所计算出来的每一个网格区域内至少有一个金矿化出现的概率值Pt（m≥1），不仅考虑到不同方向线性构造和有关地层、岩性以及地球化学等地质变量对成矿作用的影响，还从数值上确定了各类控矿地质因子的空间分布特征及其组合关系，从而达到为区域性成矿地质条件评价和找矿靶区预测提供定量分析数据的目的。图4为韩家园子地区的含矿概率等值线及其三维立体图示。
图4 韩家园子地区含矿概率等值线图及三维立体显示
三、金矿评价与预测
纵观全区，近东西向（北部）和北东向（南部）区域性构造对金的成矿作用起着明显的控制作用。盛产砂金的地段是寻找岩金的直接标志，因为岩金的控矿构造直接控制着砂金的富集。因此，应注意在砂金富集地区寻找岩金矿床。
北部的韩家园子至兴隆沟地区中，应侧重在受东西向构造控制的古凹陷区内寻找与下元古界变质岩系有关的岩金矿床。
通过地理信息系统中以人机交互的方式对古采金迹与不同时代的地层、不同方向线性构造的对比发现，下元古界兴华渡口群变质岩系分布的地区，通常也是古今砂金采矿比较集中的地段，而且东西向构造往往比较发育。因此，在这类地区应重点沿区域性东西向构造寻找与破碎带有关的构造蚀变岩型岩金矿床，特别是东西向与北西向构造交汇的部位对成矿最为有利。此外，在中酸性侵入体附近，还可能找到与岩浆活动有关的热液型或者斑岩型金矿床，如韩家园子至老达罕一带。在这类地区中，古今砂金采矿活动十分活跃，而且往往是“狗头金”或者“暴头”出现的地段，说明砂金的搬运距离不大，寻找岩金的潜力很大。
在南部地区，北东向区域性构造不仅对古生界含金沉积建造起着重要的控制作用，而且与区内的金矿化有着极为密切的关系。特别应在下泥盆统细碧—角斑岩分布地区内区域性构造发育的地段寻找构造蚀变岩型金矿和斑岩型岩金矿床。尤其是北东向区域性断裂与局部北西向断裂两组不同方向构造交汇的部位对成矿十分有利，如三道沟—五道沟一带。
迄今为止，环形构造，特别是与岩浆活动有关的环形构造与区内的金矿化作用的关系不十分清楚。虽然在北部韩家园子及南部金水山两个环形构造附近均有古今砂金采矿活动的遗迹，但岩金矿点却寥寥无几，两者的关系尚有待进一步研究。
在找矿手段上，除利用遥感图像资料进行区域性构造解译分析外，在这类森林覆盖区还应充分利用砂金矿的空间分布和富集规律来指导岩金的普查找矿工作。此外，应密切结合现有的物、化探资料进行综合分析，并在综合研究基础上筛选出的有望地段进行小面积化探测量，以圈定金的富集地段。而其它方法，如地面物探等手段，在这类交通极为不便，沼泽遍地，而且野外定位极其困难的地区难以奏效。由于地下水位极浅，轻型山地工程在多数情况下也难以进行。
四、结论
尽管研究区地处高寒林区，但陆地卫星TM图像数据仍为这次岩金遥感地质研究及找矿工作提供了大量的有用信息。区内东西向构造带的识别，以及该组构造与老地层、砂金矿、岩金矿化空间分布之间关系的确立，为进一步的岩金找矿提供了有益线索。建立了在北部区应以近东西向与北西向构造交汇部位，在南部区以北东向和北西向构造交汇部位为找矿有利地段的找矿模式。
古采金迹信息的识别、提取及其在区域性成矿预测中的应用，使人们对研究区内的岩金矿化作用与下元古界、古生界优地槽型沉积建造相关性的认识得以深化，也将对进一步的岩金普查与找矿工作起到促进作用。
在上述研究基础上，结合区内的地质、地形和物化探及重砂等多种地学信息，利用改进的概率模型对区内岩金矿化的空间分布规律进行了综合分析和评价预测。此外，还对各类地学信息的提取、交换及综合处理与分析方法进行了探索。
本项研究除为利用陆地卫星TM图像在森林覆盖地区进行资源调查总结出一套工作方法外，还确定了7个找矿远景区，3个找矿靶区，为该地区进一步寻找岩金矿床提供了重要找矿线索。
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THE APPLICATION OF LANDSAT TM DATA TO THE GOLD EXPLORATION IN FORESTED TERRAIN
Wang Pinqing Jiang Deren Meng Fanrang
（Aerogeophysical Survey and Remote-Sensing Center,Beijing 100083）
Abstract
Some results of applying Landsat TM data to gold exploration in forested terrain are briefly presented in this paper.A few target areas for further investigation were delineated by analysing the linear features revealed on the remote sensing images as well as the conventional geologic data.
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