天津北部山区遥感找矿信息提取及找矿远景分析

王永立

（1.中国地质大学（北京），北京 100083；2.天津市地质调查研究院，天津 300191）

天津北部山区遥感找矿信息提取及找矿远景分析

王永立1,2

（1.中国地质大学（北京），北京 100083；2.天津市地质调查研究院，天津 300191）

利用遥感技术提取了工作区的线形构造、环形构造和矿化蚀变等找矿信息，基于概率论和数理统计方法对线形构造等密度、中心对称度、优益度以及羟基异常和铁染异常等信息进行了半定量分析与研究，圈定了7个找矿远景预测区，对本区今后的找矿工作具有一定指导意义。

遥感异常；构造信息；找矿远景；天津北部山区

遥感技术作为一种高科技手段，具有视域宽广、信息丰富、周期性和客观性等特点，遥感图像最能从宏观上反映各级断裂构造，识别岩性地层，同时对矿化蚀变也有不同程度的光谱异常显示，能够为矿产资源调查和成矿预测提供有效的信息。岩石蚀变信息的提取是遥感地质信息提取中一个重要的部分，近矿围岩蚀变形成的蚀变岩石与其周围的正常岩石在矿物种类、结构、颜色等方面都有差异，这些差异导致了岩石反射光谱特征的差异，并且在某些特定的光谱波段形成了特定蚀变岩石的光谱异常。根据遥感图像数据的异常识别，可以获取近矿围岩蚀变信息已经成为遥感找矿的一个重要方法。

天津处在滨太平洋成矿域华北地台北缘成矿省，华北地台北缘中段太古宙、元古宙、中生代金银铅锌成矿区中。区内地壳演化经历了陆核孕育、陆块发展和滨太平洋边缘活动带等多个重要发展阶段，具备形成多种矿产的有利地质条件[1]。在已发现的固体矿产资源中除煤炭分布在山前洪冲积平原之下外，其余均分布在蓟县山区。因此借助遥感地质技术的优势进一步研究区内成矿环境，提取与矿化有关的蚀变信息并寻找其它可能的靶区，将极大地提高区域矿产资源勘查评价的速度，有效促进社会经济的健康稳定发展[2-6]。

1 研究区地质概况

研究区位于天津市蓟县，面积约640 km2。构造区划上位于中朝准地台燕山台褶带马兰峪复式背斜的南翼，四级构造单元属蓟县凹褶束。区内构造非常发育，主要断裂构造走向有NE、NW和近SN，地层主要由长城系、蓟县系和青白口系组成，为一套局部层位夹有火山岩层的沉积岩系，不整合于太古宇之上。太古宇出露于蓟县东北部边缘，为一套角闪岩相－麻粒岩相的变质岩系，古生界仅在府君山和别山地区零星出露。火山岩发育在长城系大红峪组中，岩浆岩多以规模不大的岩体、岩株和岩脉产出，多为印支和燕山期岩浆侵入活动的产物。盘山岩体为区内最大的侵入岩体，分布于蓟县盘山、官庄镇和平谷县东罗庄一带，出露面积50 km2，大致呈南北略长的椭圆形，与围岩共同构成盘山穹隆构造[7]。

2 研究方法

本次工作采用美国陆地资源卫星Landsat7 ETM+为数据源，行列号122032，成像时间2002年12月9日。首先对遥感数据进行了几何校正、图像增强和图像掩膜等预处理。采用目视解译方法对增强处理后的影像进行矿产地质特征解译，主要判读与矿有关的线、环构造信息[8]，对解译的线形构造采用MORPAS系统做等密度、优益度及对称度分析[9-10]。再采用主成分分析方法，提取“羟基异常”和“铁染异常”[11]，最后根据与矿化有关的线环构造信息和蚀变异常信息圈定成矿远景区。

2.1 线环构造解译

对研究区进行线形构造和环形构造的目视解译，判读线形构造111条，环形构造26个(图1)。线形构造主要为NE、NNE、NW和近SN向，其中NE-NNE占主导地位，是良好的导矿构造，如蓟县山前断裂、黄崖关断裂，NW和NWW断裂影响着矿化点的分布，是有利的容矿构造。许多内生矿床分布在断裂带内部或者旁侧的构造中，如刘吉素和小辛庄重晶石矿就分布在蓟县断裂旁。环形构造规模不大，且较为分散，形态为圆形、椭圆形。这些环形构造主要由岩浆活动引起，与花岗岩侵入体、隐伏岩体和一些火山机构或通道有关。与单一环有关的矿床或矿点常位于环中心、环缘，也可能位于两环的交汇或交切部位。当环代表酸性侵入体的分布范围时，矽卡岩型矿床与部分热液矿床多分布在环的边缘，如盘山岩体周围的钼矿、铜矿等金属矿点。环形构造与岩浆岩侵入或喷发区有关，进而与成矿信息关系密切，因此线性构造与环形构造交汇处是重要的遥感找矿标志。例如：黄花山一带的金矿位于朱耳峪环形构造内NNE构造同NW构造交汇处，马伸桥磷矿位于马伸桥环形构造内NEE向构造与NW向构造形成的锐角区。

图1 天津北部山区遥感构造解译图Fig.1 Sketch m ap o of the m ountains in the northern Tian jin interp reted ofrom ETM+RS im age

2.1.1 线形构造等密度

其中，L为等密度，Si为单元格中第i条线形体的长度，n为单元格中的总线形体数，等密度深刻揭示了线形构造空间分布的结构特征，显示出深部构造信息和找矿线索。经计算统计，线形体等密度范围为：0.19≤L≤44.81，根据全区密度的平均值17.10上推三个值即31.20为中值界限，17.10为低值界限。从等密度图（图2）看出区内主体构造为北东向，中部、东北部线形构造最为密集，其中大于31.20的高值区分布在盘山、赵家峪、孙各庄、东水厂等地，而矿点位于等密度17.10≤L≤31.20的中值区域，这是由于等密度最高的地区成矿后构造发育强烈，对成矿具有破坏作用，而等密度中值区为矿质的沉淀提供了相对稳定的有利的容矿空间。

2.1.2 线形构造中心对称度

其中，σ为对称度，Si为第i条线形体的长度，θˉ为单元中总线形体的平均方位角，θi为第i条线形体的方位角。线形构造中心对称度描述了构造对称的特征。在岩浆侵入和喷出作用发育地区，利用中心对称度可以识别出火山机构和等轴状侵入体所特有的放射状、环状等局部构造格局，为找矿和区域地质研究提供重要信息。

图2 天津北部山区线形构造等密度图Fig.2 Iso linesmap o of linear structura l iso-density o of themountains in the northern Tian jin

图3 天津北部山区断裂中心对称度等值线图Fig.3 Iso lines m ap o of the center symm etry o of linear structure o ofm ountains in the northern Tian jin

根据σ值域分布方位区间变化的规律和变化曲线的拐点或突变点来确定中心对称度的界限，因此将0.36≤σ≤0.50作为中值区，小于0.36作为低值区，大于0.50作为高值区。从线形构造中心对称度图（图3）上看出，其高值区与地质图中盘山、石臼、朱耳峪等侵入岩体有很好的相关性。从印支期开始本区开始步入一个新的构造阶段，地台显著活化，发生强烈的造山运动和岩浆侵入活动，是本区重要的成矿时期[12]。印支期的岩浆侵入活动，以中浅成的钙碱系列壳幔混合源成因系列控制了本区最重要的热液型、接触交代型钨、钼、铅锌、金、银、硫铁矿的形成。在岩体内部形成了高－中温热液石英脉型钨多金属矿床（沿河钨矿），成矿主要受岩浆期后热液控制；而接触交代型矿床多分布在岩体外接触带，形成了钼多金属和硫铁多金属矿床，其成矿主要受矽卡岩化控制。因此多数矿点分布在0.36≤σ≤0.50中值区间。

2.1.3 线形构造优益度

其公式为：

其中，ε为优益度，ωi为单元内第i条线形体的控矿权重，Si为第i条线形体的长度，αi和αi-1分别为相邻2条线形体的方位角，θˉ为单元中总线形体的平均方位角。优益度是以线形构造两两之间的夹角和线形构造方位控矿程度加权的构造密度的度量，是研究以构造为主要控矿因素的内生矿产的有效方法，几组断裂交汇或密集的部位往往是有利的容矿部位。从研究区构造优益度图（图4）来看，在北东东和北西向有着极其明显地显示。

图4 天津北部山区线形构造优益度等值线图Fig.4 Iso lines m ap o of advantageous o of linear structure o of the m ountains in northern Tian jin

2.2 遥感矿化蚀变信息提取

一般来说，矿化总会伴随着一定面积的、有指示性的矿化蚀变。对应矿化蚀变形成的矿物离子和基团，不同类型的矿化蚀变异常具有不同的波谱特征。含羟基蚀变矿物如高岭石、绿泥石、绿帘石、蒙脱石、云母类、方解石等在ETM+5波段1.55～1.75μm有较高的反射率，而在ETM+7波段2.08～2.35μm则呈现特征吸收带。含铁蚀变的矿物以针铁矿、赤铁矿、褐铁矿和黄钾铁矾等为代表，该类蚀变矿物在ETM+3波段0.63～0.69μm具有强反射，而在ETM+1波段0.45～0.52μm具有强吸收特征。本文采用ETM+1、4、5、7和ETM+1、3、4、5两组主成分分析提取含羟基的热液蚀变信息和铁染信息。

表1是ETM+1、4、5、7波段进行主成分分析的结果，其中PC4特征向量载荷因子绝对值较大的是ETM+5和ETM+7，分别为0.70515和-0.65058，两者符号相反，而ETM+1和ETM+4载荷因子小，说明PC4的信息基本来自ETM+5和ETM+7，而且ETM+5为正值，ETM+7为负值，与羟基矿物在ETM+5高反射和ETM+7强吸收一致。因此，取PC4为“羟基异常主分量”。

表2是ETM+1、3、4、5波段进行主成分分析的结果，其中PC4特征向量中ETM+3载荷因子较大且为正值，ETM+1和ETM+4载荷因子小且为负值，与含铁蚀变矿物在ETM+3高反射和ETM+1强吸收一致。因此，取PC4为“铁染异常主分量”。

根据遥感数据的正态分布特征对羟基、铁染异常主分量进行异常等级划分，以(x+1.5σ)为阈值分割背景区域与异常区域，然后对异常区域的辐射值域选择(x+2.0σ)和(x+2.5σ)为分割点进行异常等级划分，并以亮度值最大的像元分布区域为一级高异常的分布区域，以亮度值中等的像元分布区域为二级中等异常的分布区域，以亮度值最小的像元分布区域为三级低异常的分布区域。对异常区域按辐射亮度进行等级划分后得到遥感羟基、铁染异常信息的分布图。

表1 天津北部山区ETM+1、4、5、7波段特征向量及特征值Table 1 The eigenvector and eigenva lue o of ETM+1、4、5、7 bands o of the m ountains in northern Tian jin

表2 天津北部山区ETM+1、3、4、5波段特征向量及特征值Table 2 The eigenvector and eigenva lue o of ETM+1、3、4、5 bands o of the m ountains in northern Tian jin

3 预测分析

根据研究区内的地层岩性信息、解译的线形构造、环形构造、羟基蚀变信息和铁染蚀变信息进行多层叠置分析，结合已知矿点情况，在成矿理论下圈定遥感成矿远景区（图5）。

（1）官庄成矿远景区

以盘山岩体为中心，包括沿河、沟河北、田家峪、刘吉素等地。区内地层主要为中元古界碳酸盐岩，大理岩化、矽卡岩化发育，岩脉广布。区内线环构造发育，从遥感影像上依稀可辨盘山花岗岩体三个侵入期次形成的同心椭圆环，岩体周缘发育一系列的褶皱构造，而且区内多条断裂切穿岩体，表明区域岩浆活动较为强烈。从航磁（ΔT）图显示，该区显示为负异常背景的局部正异常，而重力则反映为低值异常，推测为同一场源岩体引起的。岩体周围金属矿化现象较普遍，在许家台、沟河北等地发现钨、钼、磁铁矿等小型矿点、矿化点，而且在外围接触带和岩体的中心部位遥感羟基、铁染异常分布聚集性好，强度高，为今后重要的找矿区域。

（2）车道峪－下营成矿远景区

该区分布在车道峪－下营一带，出露地层主要为中上元古界长城系串岭沟组一段、二段粉砂质页岩夹少量薄层粉砂岩条带，常州沟组二段石英岩、石英状砂岩。串岭沟组地层大致呈NWW向展布，其间被第四系穿插，断裂主要为NNE、NWW及近EW向。区内线环构造发育，远景区位于东山环形构造的西北缘；羟基异常强度为二、三级，铁染异常强烈，强度为一、二级，分布集中。区内已发现车道峪金矿化点、东山金矿。秦正永、王会文和霍玉山等[13-16]认为，以变质核杂岩－拆离滑脱构造和隐爆角砾岩成矿为该区主要成矿特点，NWW向的火山爆破岩筒是寻找金矿的重要线索。

（3）石臼成矿远景区

分布在石臼村附近，区内发育石臼花岗岩体，侵入高于庄组、杨庄组中，岩体北部岩性为浅色花岗岩，南部为石英闪长斑岩、斑状花岗闪长岩、石英二长斑岩、花岗斑岩等。围岩主要为中元古界碳酸盐岩，大理岩化、矽卡岩化、硅化普遍。断裂和破碎带常见，环形构造清晰，大环套小环，大环西侧还与一个小环相拼叠，区内已发现硫铁多金属矿床，应注意寻找其它的接触交代型矿产。

（4）壕门－小辛庄远景区

位于蓟县山前与第四纪的接触地带，出露地层主要为雾迷山组灰白色薄-厚层泥晶砂屑白云岩与浅灰色厚层硅镁质条带细晶白云岩，蓟县山前大断裂贯穿本区，断裂附近有角砾岩带及破碎带产生。遥感铁染异常分布集中，强度较高，成矿地质条件较好。区内已发现小辛庄低温热液型重晶石矿，有待开展进一步工作。

（5）古强峪－道谷峪成矿远景区

图5 遥感找矿远景图Fig.5 The p rospecting oform rem ote sensing data

分布在古强峪－道谷峪一带，出露地层为中元古界长城系常州沟组二段、串岭沟组一、二段和团山子组。常州沟组二段以石英岩状砂岩为主，夹细砾岩、砂岩和砂页岩，串岭沟组一段、二段粉砂质页岩夹少量薄层粉砂岩条带或透镜体，团山子组分布在远景区南部。从遥感解译看，该区位于东山环形构造的东缘和黄花山环形构造的西缘，杨庄断裂和马兰峪逆冲推覆构造带分别从南北两侧从区内穿过。遥感铁染异常强度高，多为一、二级，且分布集中。推测区内仍有一定的找矿潜力。

（6）坝尺峪成矿远景区

出露地层主要为长城系高于庄组二段含锰粉砂白云岩夹页岩，区内线环构造发育，在北西向与北东向断裂的交汇中心处发育坝尺峪同心环，有利于矿产富集。据1/5万水系物测量资料，Mn异常范围大，B异常强度中等，最高值大于150×10-6，区内存留民间开采锰矿的遗迹，具备成矿有利条件。

（7）黄花山－孙各庄成矿远景区

分布在蓟县东北部孙各庄附近，马兰峪变质核杂岩隆起区的边缘，区内出露地层主要有太古宇、长城系串岭沟组、常州沟组，以及朱耳峪碱性正长岩体、闪长岩脉、正长岩脉。区内发现黄花山、大峪Au、Ag、Cu等组合异常，现有小型金矿一处，金矿化多处，呈北西向分布，与影像中解译出来的北西向线性构造相一致。在这条断裂带中发育一系列的中酸性和中基性的脉岩。区内NE向与NW向线型构造交汇，并多伴生有近EW向和近SN向线型构造；环形构造呈串珠分布，与NW向区域构造线一致。遥感羟基、异常强度为一、二级，分布面积广，是寻找金矿的有利地区。

4 结语

（1）在分析研究区矿产地质资料和遥感地质特征的基础上，进行遥感矿产资源潜力预测，圈定了7处找矿靶区，为下一步找矿工作指明了方向。

（2）在进行遥感蚀变分级时，存在一定的主观因素，导致圈定的远景区范围可能不十分准确，相关处理有待进一步研究。

建议进一步结合区域物化探资料，提高地质解译和蚀变信息提取的可靠性，从而更准确地圈定找矿远景区。

致谢：项目研究和论文撰写过程中，始终得到天津地质矿产研究所李建国博士的热心帮助，在此表示衷心感谢。

[1]李俊健，沈宝丰，翟安民，等.冀东地区金矿地质[M].北京:地质出版社，2004.

[2]楼性满，葛榜.遥感找矿预测方法[M].北京:地质出版社，1994.

[3]朱裕生，肖克炎.成矿预测方法[M].北京:地质出版社，1997.

[4]王润生，熊胜青，聂洪峰，等.遥感地质勘查技术应用研究[J].地质学报，2011，85(11):1769-1737.

[5]张瑞江.基于遥感技术的成矿预测方法和程序研究[J].国土资源遥感，2010，85(3):57-63.

[6]陈永清，陈建国，王新庆，等.基于GIS矿产资源综合定量评价技术[M].北京:地质出版社，2008.

[7]天津市地矿局.天津市区域地质志[M].北京:地质出版社，1992.

[8]于学政，曾朝铭，燕云鹏，等.全国矿产资源潜力评价-遥感资料应用技术要求[M].北京:地质出版社，2009.

[9]董庆吉，肖克炎，陈建平，等.西南“三江”成矿带北段区域成矿断裂信息定量化分析[J].地质通报.2010，29(10): 1479-1485.

[10]陈理，胡光道，唐晨.遥感技术在鹤庆北衙金矿找矿中的应用[J].东华理工大学学报（自然科学版），2011，34 (4):366-372.

[11]张玉君，曾朝铭，陈薇.ETM+（TM）蚀变遥感异常提取方法研究与应用方法选择和技术流程[J].国土资源遥感，2003，56(2):44-49.

[12]陈一笠，李长利，纪书年，等.天津市区域矿产总结[R].天津市地质矿产局.1994，70-71.

[13]秦正永，林晓辉，郭鹏志.天津蓟县东山隐爆角砾岩型金矿地质特征[J].地质调查与研究，2003，26(3): 169-175.

[14]王会文.试论蓟县东山金矿成矿地质特征及找矿方向[J].地质调查与研究，2004，27(增):33-38.

[15]霍玉山，张铁成，秦正永.天津蓟县中新元古代串岭沟组次火山岩系及其赋存金矿[J].地质论评，1999,45(1): 552-559.

[16]陈先兵.冀东马兰峪变质核杂岩控矿的初步认识[J].有色金属矿产与勘查，1999，8(6):321-324.

Abstract:RS technology isused to extractore-ofinding inoformation like linear structure,ring structure andmineralized alteration.Quantitative analysis ismade on linear structure iso-density,centralsymmetry,advantageous degree,hydroxyl and iron staining inoformation based on probability and mathematical statistics.Together w ith the existing geologicalmaterial,syntheticalanalysis andmetallogenic prediction aremade and 7 ore-ofinding oforecast zonesare conofirmed,whichw illgive instruction to seek deposit in the ofuture.

Keywords:remote sensing abnormal;structural inoformation;ore-ofinding oforecast;mountains in northern Tianjin

Remote Sensing Prospecting Inoformation Extraction oofM ountains in Northern Tianjin and Prospecting Perspectives Analysis

WANGYong-li1,2
（1.China University oof Geosciences,Beijing 100086,China;2.Tianjin Institute oofGeological Survey,Tianjin 3001912,China）

P627

A

1672－4135（2012）03－0229-07

2012-03-31

国家地质大调查项目：天津市矿产资源潜力评价（1212010881604）

王永立（1979-），男，工程师，中国地质大学（北京）在读研究生，现从事遥感地质和GIS相关工作，Email:wonyl@tom.com。