中国经济的快速发展迫切需要矿产资源的保障和支撑。我国矿产资源总量大、人均少, 大宗、支柱性矿产不足, 对外依存度居高不下, 已严重制约了我国经济的发展。目前, 常规找矿工作难度不断加大, 需要不断创新, 在找矿过程中引进新技术和新方法, 以求达到找矿效果的最大化。遥感技术作为一项迅猛发展的新兴技术, 由于其直观性、宏观性和多平台等特性, 在地质矿产工作中得到了较好的应用, 为越来越多的人们所接受, 对其成效已逐渐达成共识, 但遥感技术多被用作地质找矿的辅助手段。国内外对遥感技术的研究和地质应用更多地倾向于遥感技术本身, 缺乏与基础地质和成矿理论应用领域相关联的深层次研究; 由于地质学和矿床学的复杂性, 遥感技术在地质找矿中的作用还没有得到充分发挥, 遥感成矿预测仍缺乏一套较为完整的方法和程序。

矿床是某一地质作用阶段中以特殊作用方式形成的成矿元素的集聚体。成矿预测就是反演成矿的过程, 遥感成矿预测则是借助遥感技术进行综合成矿预测的一种方法。随着勘探程度的加深, 地质找矿逐步转向高山区、无人区、植被高覆盖区和荒漠区等难以开展地面地质工作的地区, 面临找矿成效降低、勘探成本增大的瓶颈。遥感技术由于其固有的优势, 可以较好地解决这些问题。

本文根据多年来在我国西部条件艰苦地区进行遥感成矿预测的实践和取得的成果, 以基础地质和成矿理论为先导, 总结了一套较为完整的基于遥感技术的内生金属矿床成矿预测方法和程序, 旨在推动遥感技术在我国地质找矿工作中的广泛应用, 更好地服务于我国的地质找矿事业。

Beskrovnny^[13]发展的石油金属成矿学(Naphthometallogeny)认为, 金、铀、钒及其他金属矿床的成矿物质来自有机化合物, 与碳氢化合物一起从地球内部迁移到地壳上部氧化成矿。按照这一观点, 可以通过对遥感图像上黑色含碳岩系地层的解译和圈定, 实现对上述矿产资源的成矿预测。

在热液矿床气液包体中总是有甲烷成分, 金伯利岩气液包体中也存在甲烷成分, 洋中脊发现的大量甲烷、海底发现的可燃冰以及火山岩地区发现的油气矿床等, 都说明无机成因在油气藏形成中的作用。根据这一观点, 可利用遥感图像对深断裂或板块边界与其次级构造的作用关系的研究、对盖层的研究以及对区域性羟基矿物和碳酸根矿物蚀变信息的提取, 实现油气类矿产资源的成矿预测。

遥感应用技术自身的创新, 如矿物识别技术、矿化蚀变信息提取和多源遥感综合分析与成矿预测等技术创新, 大大拓宽和突破了成矿预测的领域和方向。

通过对巴布亚新几内亚利黑尔岛拉杜拉姆金矿床和斐济瓦吐库拉恩派尔罗金矿床的剖析, 总结出我国青藏高原斑岩型铜矿存在深部铜钼、中部铅锌和浅部金的“ 三层楼” 矿化模式。我国冈底斯成矿带发现的铜钼、铅锌和金矿床应该是一完整的成矿系列, 也具有“ 三层楼” 矿化模式。这一观点对上述地区成矿预测将起指导作用。

云南雪鸡坪铜矿和红山铜矿石英脉中金矿化十分明显。雪鸡坪铜矿区石英脉中金的质量分数为6.2× 10^-9和42.5× 10^-9, 南北向裂隙带石英脉中金的质量分数为104× 10^-9。在雪鸡坪矿区外围三叠系控矿地层中的石英脉金的质量分数为116× 10^-9。红山铜矿地表也发育少量石英脉和黄铁矿化, 金的质量分数为21.2 × 1 0-9^[14]。

新疆阿希金矿为低温浅成火山热液型石英脉金矿^[15], 具有晚期浅成矿化特性, 属斑岩成矿作用的晚期阶段, 其深部应该存在早期斑岩铜钼成矿阶段。根据这一特征可预测深部斑岩铜钼矿的找矿方向。

对自然界存在的立体成矿模式, 可以借助遥感图像对隐伏构造、隐伏岩体和地貌特征等的显示来辅助立体找矿预测。

在成矿理论指导下, 通过对地质、矿产、地球物理异常、地球化学异常、重砂异常、遥感影像异常、遥感矿化蚀变异常等多源地学信息的分析研究, 进行综合找矿预测。例如在贡嘎县东北的普下一带, 根据遥感影像特征、控矿地层、控矿构造和遥感矿化蚀变等综合信息进行找矿应用, 确定靶区内出露的一套白垩系碎屑岩地层, 其成矿元素的赋存状态有利于成为矿源层; 控矿断裂上盘为一套碳酸盐岩地层, 在成矿过程中可阻止成矿物质的发散; 北东向断裂为区内的控矿断裂, 其次级断裂和北东向韧性剪切带为主要容矿断裂, 这些部位具有蚀变和破碎带遥感影像异常(图1中的1、2、3、5、6处)。区内主成矿期— — 喜山期岩浆活动强烈。通过对地球化学和重砂异常源头的追踪, 异常源头位于靶区内。区内存在铁染和羟基遥感矿化蚀变信息, 具备矿化特征。通过这些方法的综合应用, 最终圈定出普下金铜一级找矿靶区, 确定了6处进一步工作的区域(图1), 并在预测的找矿靶区内发现了金矿床。

图1

Fig.1

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	图1 普下金、铜多金属一级找矿靶区ETM影像Fig.1 The ETM image of the first-class prospecting target of gold, copper and polymetallic ore in Puxia

地质解译的质量随着解译者对遥感数据获取的机理、地质调查区域的特征(地质、矿产和地貌等)和地质应用的目的等方面认识程度的深化而提高。遥感找矿方法是通过对已知矿床控矿要素建立遥感解译标志, 在未知区寻找类似控矿要素的影像异常, 从而进行遥感找矿预测的方法。

5.1 利用已知矿床控矿条件找矿

穆龙套金矿为一受含碳岩系地层控制的超大型矿床, 根据卫星影像对控矿含碳岩系进行对比解译, 在同一成矿带上的我国乌恰县吉根— 五瓦一带发现了含碳岩系地层。根据这一控矿要素进行金成矿预测, 取得了很好的找矿效果。

五瓦为一已知黄铁矿点, 在原生矿石中, 金品位最高达20 g/t^[16]。在吉根乡以北发现了5个金、铜矿体, 金、铜矿化与热液成矿作用有关, 与石英脉关系密切, 金最高品位为27.62 g/t, 铜最高含量达15.85%^[16]。

吉尔吉斯斯坦境内的萨雷贾兹超大型锡矿受二叠纪花岗岩控制, 根据控矿岩体的影像标志, 在我国新疆哈尔里克山同一成矿带上建立了二叠纪萨雷贾兹花岗岩侵入体单元, 预测了木札尔特河和精河二个锡矿找矿远景区。

巴布亚新几内亚利黑尔岛拉杜拉姆金矿床的金矿化形成时间为0.7 Ma, 斐济瓦吐库拉恩派尔罗金矿床的矿化发生时间为3.7 Ma, 这二座金矿床的成矿受这一时期的火山机构和碱性玄武岩控制, 成矿时间分别为更新世和上新世^[14]。我国藏北高原(主要是西藏与新疆、西藏与青海交界处), 中新世晚期— 上新世碱性玄武岩火山活动强烈^[17], 火山作用方式类似, 火山机构保存完整(图2)。与碱性火山岩有关的金成矿作用是金矿的重要类型, 这一地区广布的火山机构可以作为找矿预测的重要方向。

图2

Fig.2

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	图2 卧龙岗(西藏和新疆交界)火山机构Fig.2 The volcanic structure of Wolong Hillock located in the boundary between Tibet and Xinjiang

5.2 利用遥感影像异常找矿

主要利用遥感影像上显示的矿化色调异常(矿化蚀变引起的异常色调)和构造边界异常(构造作用产生的几何形态)进行找矿预测。如新疆阿舍勒铜多金属矿, 由于地表的褐铁矿化, 在遥感影像上形成明显的黄褐色调异常; 同时受南北向构造挤压作用, 形成明显的南北向展布的构造透镜体(图3(左))。新疆多拉那萨依金矿, 受南北向构造挤压作用和东西二侧3个岩体侵入共同作用, 形成明显的南北向挤压带和反“ S” 形几何形体, 同时也形成明显的色调异常(图3(右))。

图3

Fig.3

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	图3 阿舍勒铜多金属矿(左)与多拉那萨依金矿(右)遥感影像Fig.3 The remote sensing images of Arshele copper and polymetallic ore deposit(left)and Duolanasayi gold deposit(right)

5.5 根据环形影像找矿

环形影像是遥感影像上独特的一类影像, 按成因可分为多种类型, 包括出露地表的侵入岩体、半出露半隐伏的侵入岩体、隐伏侵入岩体引起的环形蚀变色调异常和具环形或环形叠加辐射状断裂影像异常的火山机构等, 常被用于成矿预测。如在塔城— 青城— 哈密以北一线, 根据裸露地表的侵入岩体和半裸露半隐伏侵入岩体显示的环形影像, 预测为斑岩铜成矿带; 在西藏林周县一带火山岩地区, 由色调异常和矿化蚀变形成的环形影像, 推测由隐伏侵入岩体引起, 预测为金找矿靶区; 在巴布亚新几内亚利黑尔岛, 拉杜拉姆金矿床受晚更新世破火山口的控制^[14], 其环形影像十分明显(图4); 在藏北高原预测的找矿地段内, 由火山机构引起的环形影像也十分清晰(图2)。

图4

Fig.4

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	图4 巴布亚新几内亚利黑尔岛拉杜拉姆金矿床Fig.4 Ladolam gold deposit in Lihir island in the Papua New Guinea

综上所述, 找矿预测是基于对成矿带和预测区地质演化史的分析研究, 对不同种类矿产的成矿背景、成矿过程、控矿要素的分析研究, 和对遥感技术提供的各种找矿信息以及多种地学资料综合找矿信息的分析研究完成的。由此总结、提出遥感找矿预测程序(图5)如下:

(1)成矿带确定。根据前人地质、矿产调查和矿产勘探开发成果, 前人研究已确定的重要成矿带,

图5

Fig.5

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	图5 遥感找矿预测流程Fig.5 The flow chart of metallogenic prognosis based on remote sensing technology

国民经济和社会发展急需矿种等前期研究结果, 选择和确定合适的成矿带开展遥感找矿预测。

(2)基础地质资料分析研究。根据前人对区域地质的调查和研究成果, 分析所确定成矿带的区域地质演化史, 确定区域内可能发生成矿作用的特定地质历史时期, 分析古地理、古气候和古环境等因素对成矿的控制作用。

(3)成矿背景、成矿过程、控矿要素分析。成矿背景分析是在对区域地质演化史分析研究基础上进行的, 主要了解成矿带上有利于成矿作用发生的地质时期和矿种、矿床类型等。

成矿过程是在区域性或成矿带上已知矿床(点)剖析的基础上, 总结产生不同类型矿床和矿种的地质作用类型、成矿时期和产出部位等。

通过对成矿背景和成矿过程的分析, 确定区域内不同类型矿床和矿种成矿的控制因素, 包括控矿地层(矿源层、赋矿地层), 控矿构造(构造类型、导矿构造类型和导矿断裂构造方向、配矿构造类型和配矿断裂构造方向、容矿构造类型和容矿断裂构造方向)和控矿岩体(岩体侵入时代、岩体类型和岩性特征)。

(4)找矿预测区确定。在对已知矿床(点)分布和控矿要素有利程度分析的基础上, 选择和确定找矿预测区。

(5)遥感数据源选择。地质调查与找矿对遥感数据的获取时间没有严格的要求, 对遥感数据源的选择主要取决于数据类型、空间和光谱分辨率及可解译程度。

地质找矿前期工作中可选择中等分辨率的ETM和ASTER等数据, 这类数据适合区域性的地质解译, 用于发现各类遥感影像异常; 同时具有专门的岩性和矿化识别波段, 可用于遥感矿化蚀变信息提取。

如条件许可, 可选择高光谱数据, 利用其细分波段的波谱特征, 进行矿物识别。

(6)控矿要素解译编图。根据确定的控矿地层、控矿构造和控矿岩体, 建立各自的解译标志; 根据解译标志, 解译、编制控矿要素分布图。

(7)矿化蚀变信息提取和筛选。在植被覆盖不严重地区, 利用ETM或ASTER数据, 提取由矿化蚀变产生的铁染和羟基矿物等异常, 编制成图。

由于计算机提取遥感矿化蚀变信息难免含有伪信息, 可利用已知矿床(点)分布位置、控矿要素分布位置、化探和重砂异常源头追踪等方法, 通过人机交互处理, 剔除伪信息, 筛选出有利于找矿预测的遥感矿化信息。

(8)多元统计分析。利用区内的地质、矿产、物探(重力、磁力)、化探、重砂和遥感等多种地学数据, 选择合适的多元统计分析方法, 进行多种地学信息综合分析和区域性找矿定量预测。

(9)找矿有利区选择。在完成上述工作的基础上, 选择各种条件有利于成矿的区域, 作为进一步找矿工作的预测区。

(10)找矿有利区高分辨率遥感解译分析。利用高分辨率遥感数据能分辨较小规模地质体的特点, 对用于进一步找矿工作的预测区进行详细的地质要素和矿产信息解译, 编制找矿有利区的地质要素和矿产信息解译图, 指导野外调查工作。

(11)野外验证和找矿靶区圈定。对找矿有利区按常规的矿产调查程序进行野外调查, 根据调查结果, 初步圈定找矿靶区。

(12)找矿靶区优选和下一步工作建议。对初步圈定的找矿靶区, 根据控矿要素分布的有利程度, 已知矿床(点)的分布特点, 遥感矿化信息的发育程度, 多统计分析找矿预测结果, 与物探、化探和重砂异常源的关系, 野外调查矿化发育的程度等指标, 优选出重点找矿靶区, 并对下一步找矿的工作区域、工作重点和方法提出建议。

(1)成矿预测是一项系统、复杂和综合工程, 需要综合各类知识, 同时需要在实践中不断探索、完善和创新。

(2)基础地质和成矿理论研究是成矿预测的关键, 关系到成矿预测的成败; 成矿理论创新可大大拓宽成矿预测领域和方向, 改变传统的找矿思路。

(3)遥感技术的应用将推进成矿预测的广度和深度, 提高成矿预测的效果和效率; 3S(GIS、GPS、RS)技术与常规方法的结合会更加丰富成矿预测的手段。