Landsat TM数据在森林覆盖区金矿勘查中的应用
(航空物探遥感中心，北京100083)
本次研究在系统收集、整理、分析和总结前人研究成果的基础上，借鉴邻区已知岩金矿床的地质特征，充分利用现有的各种地学信息，特别是Landsat TM影像提供的大量区域构造信息，分析研究区金矿床的时空分布特征，为精细地面找矿和找矿预测提供更详细的信息。
在方法和技术上，以Landsat TM影像数据为基础，结合地形、地质、矿产、物化探资料进行综合评价和预测。除了利用图像处理系统提取与铜、金等金属硫化物矿床有关的蚀变岩矿和地面植物异常信息外，还探索了各种地学信息的变量提取、转换、综合分析和处理方法，即借助地理信息系统，采用人机交互处理的方式筛选区内与成矿有关的地质变量，用最大似然估计法计算各地质变量的含矿概率值。最后，在网格密度分别为4×4和1×1的情况下，计算了每个网格区域中至少一个成矿事件的概率值。这为区域矿产资源分析和找矿靶区预测提供了定量分析数据。
一、研究区域概述
(1)地理位置和自然地理
研究区位于黑龙江省东部小兴安岭北段，地理坐标为黑龙江地区北纬50° 00 '以北，东经124° 00 ' '。中俄边界是本研究区的北部和东部边界，总面积约54000km2。
该地区位于我国东北边陲，属于高寒林区。冬季漫长，夏季短暂，年平均气温在零度以下，无霜期不到100天；7月至8月为雨季，9月开始降雪。
该地区森林茂密，到处是沼泽，岩石暴露条件差。由于交通极其不便，工作环境恶劣，加上野外设备的限制，给图像处理、图像判读分析、信息提取和地面检查验证带来了极大的困难。
(2)地质调查
1.地层
该区出露地层除太古代外，历代均有出露。此外，一些地区具有地层结构和地层群的代表性。
元古宙兴化渡口群和骆马湖群在本区出露。下元古界杏花渡群主要分布在呼玛县杏花、韩家院子、加格达奇、松林岭。自下而上分别由杏花村组、兴乔安组、呼玛河组和小古力河组组成。其主要岩性为均质混合岩、条带状混合岩、黑云母斜长片麻岩、黑云母角闪石片岩、麻粒岩、大理岩、条带状磁铁矿石英岩等深变质岩。上元古界骆马湖群分布在沃勒根河、贺宽河、嫩江上游骆马湖和铁茅山农场一带。主要岩石有含石榴子石的二长石英片岩、含硅线石的黑云母斜长麻粒岩、斜长片麻岩、十字石二长片岩和大理岩夹层。
研究区古生界地层发育，分布广泛。主要是一套优良的地槽沉积建造。其中寒武系地层主要分布在本区北部，即兴隆沟一带。主要岩性为千枚岩、绢云母板岩、绿泥石板岩、大理岩、泥质板岩、火山凝灰岩和熔岩。在这个沉积建造中，泥盆系是一个典型的含细碧角闪石的建造。其中，下泥盆统汉达齐组、金水组和米树河组的富钠细碧岩和角闪石是该区的主要矿源层，大部分砂金开采活动和岩金点的空间分布与该套地层一致。
除三叠纪、下侏罗统和下白垩统地层外，其他时期中生代地层发育良好，分布广泛，特别是在本区西部和北部。侏罗纪地层的主要特征是一套陆相沉积建造和陆相火山建造。白垩纪地层主要分布在一些坳陷和断陷盆地，是一套内陆火山-陆相碎屑含煤建造。
2.结构
从大地构造上看，研究区位于大兴安岭和小兴安岭褶皱带的交汇处。虽然该地区地层较为发育，但由于岩浆活动和断裂构造的破坏，加上土壤发育，植被覆盖严重，地层出露条件极差，该地区构造十分杂乱，野外很难恢复一个完整的构造格架。但是，通过对遥感图像的解译和分析，可以发现大量的线性构造信息。特别是近东西向构造带的识别和发现，弥补了以往常规方法的不足。
除上述东西向构造外，区内西北、东北向构造相对发育，在遥感影像上有明显反映。
3.岩浆岩
研究区岩浆活动频繁，岩石类型主要为中酸性侵入岩和中生代大型中酸性陆相火山喷发岩。前者多产于大型基岩中，其中华力西期的酸性侵入岩分布最广，出露面积最大，活动强烈频繁，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床、三矿沟矽卡岩型铁铜矿床等。
(3)区域成矿地质特征
目前，除研究区南部多宝山斑岩型铜、钼、金矿床外，未发现有工业价值的岩金矿床。因此，本次研究不得不借鉴邻区已知的金矿成矿特征(如南部的团结沟大型金矿)，根据地质条件、沉积构造特征、成矿模式，通过外推分析研究区内金矿的空间分布。此外，该地区现代砂金开采活动和古代金矿开采的信息可以为这项研究提供非常重要的线索。
现有地质资料表明，研究区金矿化与华力西晚期和燕山期的中酸性岩浆作用有关，受上位地槽沉积建造控制，即南部的泥盆系细碧斑岩建造和北部的下元古界兴化渡口群变质岩系属于本区的主要矿源层。
根据与邻区已知矿床的对比和对本区已知金矿点的分析，发现金矿化与区域构造密切相关，区域构造直接控制着矿体的形态和产出位置。研究区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岩型金矿。此外，还有与中生代陆相沉积建造有关的古砂金矿床，即砾岩型金矿床。然而，这种类型的原因是复杂的，并没有包括在这项研究的重点。
与金矿化有关的蚀变包括硅化、高岭土化、绢云母化、褐铁矿化、黄铁矿化和毒砂矿化。
研究区的金矿化主要受下元古界和古生代的上位地槽沉积建造控制。在GIS的交互处理和分析中，发现该区大多数已知矿点和金矿开采痕迹的空间分布与这两套沉积建造的分布是一致的。这说明矿源层为成矿提供了物质来源，变质作用或岩浆活动为成矿提供了热源和气水热液，构造断裂为成矿物质的运移和富集提供了良好的通道和空间。
图1金矿化地质模型
1—海水；2-碳酸盐岩；3-花岗岩；4-细碧岩；5-角膜斑；6-火山角砾岩；7-碎屑岩；8-金矿体；9—韧性剪切带；10-叶理带；11-故障
图1显示了该研究区域金矿化的地质模型。在地槽发展初期(图1a)，随着地壳的剧烈沉降，大规模的剧烈海底火山喷发使大量的金分布在火山沉积建造中形成矿源层，但地层中的金含量远低于工业品位(火山口附近除外)。但在地槽发展的后期，该沉积层受到造山运动的强烈褶皱和区域变质作用(图1b)。由于温度和压力的升高，原来分散的金被活化，同时与SiO2和变质热液一起沉淀迁移，在有利位置富集，即形成韧性剪切带型或构造蚀变岩型金矿床。同时，在造山过程中，大规模的中酸性岩浆侵入也为成矿提供了气水热液和热源，并在岩浆热液中进一步富集了矿源层中的金，在有利的构造部位形成了高品位的岩浆后矿床或接触交代矿床，而斑岩型金矿则形成于一些小支脉或斑岩体中。
在造山运动后期，成矿作用变得复杂。一方面可能破坏早期矿体，另一方面可能进一步丰富现有矿体。此外，在一些山前洼地和山间盆地沉积的磨拉石建造中形成了砾岩型金矿，即古砂金矿。这类矿床的形成机制极其复杂，主要取决于岩相古地理环境。
第二，研究方法
(1)遥感地质解释
本研究主要使用Landsat TM图像数据中4、5和7(R、G和B)波段的伪彩色合成图像。由于该地区植被和土壤极其发育，图像的岩性解释和分析非常困难。尽管如此，图像仍然可以反映大量的线性和环形结构特征。许多线性结构在以前的工作中没有得到足够的重视。通过综合分析研究发现，东西向线性构造控制了研究区的地层(特别是北部地区的含金地层)和砂金、岩金的空间分布，而环状构造在一定程度上反映了火山机构和侵入岩的基本特征。
1.线性结构解释
研究区的线性结构在Landsat TM影像上非常明显，区域结构往往与水系分布密切相关，反映了构造水系的特征。主要表现为一些线性谷、异常线性色调等图像特征。该区域的线性构造描述如下:
(1)东西向线性结构
研究区东西向构造较为发育，这一结论是通过遥感解译分析得出的。该构造是本区最古老的一组构造，后期受历次构造运动的影响，已变得支离破碎。因此，在遥感图像上通常表现为一系列断续平行的短线性沟谷。这组构造在研究区北部明显，并继续向东延伸，特别是在俄罗斯。在以往的工作中，人们对这组结构没有给予足够的重视。通过遥感影像解译，与区内地层和金矿开采痕迹对比分析，发现这组线性构造的空间分布与元古代地层分布基本一致，与古今金矿开采活动密切相关。
此外，在该区南部的黑宝山至金水一线，也有一个东西向的构造特征。这个构造带在航磁资料中也有明显的反映，特别是在南北导数的处理结果中，清晰地反映了梯度带的特征。它不仅与多宝山斑岩铜、钼等多金属矿床有一定的成因联系，而且明显控制着第四纪五大连池古玄武岩的分布。
(2)北东向线性构造
它是该地区最发育的线性构造之一。在遥感影像中也是最明显的，连续性好。多为线状沟谷、角状水系、水系节点连接线、线状陡岸以及切割山脊的微地貌和线状色调异常。此外，现代河流大多受该组构造控制，如嫩江、塔河、内沃勒根河、嘎拉河等。
这种线性构造控制着该区的地层沉积、岩浆活动乃至各种金属矿产的空间分布。该组构造往往是不同地质单元和不同地质体的分界线，不同时代的地层和侵入体被切割，表明其形成时代较晚。
(3)北西向线性构造
本区北西向构造较为发育，分布广泛。黑龙江、呼玛河、沃勒根河、那都里河-裸河、皮尔格河-泥鳅河等大型河流都受该组构造控制。需要强调的是，北西向构造明显控制了研究区内生金属矿物。如多宝山、三矿沟、小多宝山、玉宝山等矿床和矿化都与该组构造有关。此外，通过在GIS中的交互处理和分析，发现该区的砂金、古采金遗迹和部分岩金矿化也与这组线性构造密切相关，尤其是河流沿这组构造带分布的地方，如韩家院以东的达拉汉河。
2.环形结构的解释
研究区环状构造十分发育。在遥感影像中的表现形式也有所不同，如单层圆形水系包围圈、多层同心水系和脊状构造(如多宝山环状构造)、同心和放射状水系* * *在一起、以色调等综合标志为代表的环状构造等。就其成因而言，可以肯定的有与火山机构有关的环状构造，与岩浆侵位有关的环状构造，以及由褶皱构造末端和不同方向构造群转折形成的环状断层形成的环状构造。同时还有大量来源不明的环状结构，这里就不赘述了。
与火山机构有关的(1)环状结构
这种环形构造在本区居多，尤其是北部和西部，但最具代表性的是东部的龙吟山环形构造和西部的塔院环形构造。
①龙吟山环形构造
在Landsat的TM假彩色合成影像上，呈现出半个以上椭圆形影像的特征，为四层同心结构，核心和内环为深绿色，中环为蓝绿色，外环为黄色。地质上，核心和内环带由侏罗纪中性火山岩组成；中央带由志留纪和泥盆纪组成。外环带由奥陶系、石炭系和花岗岩组成。此外，在自然重砂调查结果中，该区有一个朱砂和金的异常区，这是相当值得注意的。
②塔源环形结构
环形构造表现为一个环形谷和一个近放射状的冲沟。它由白垩纪次火山岩、火山岩、侏罗纪火山岩至花岗闪长岩和角闪辉长岩组成。
此外，达波、乌勒、陕西环状构造和哈源环状构造等环状意象特征也非常典型。
(2)与侵入岩体有关的环状构造
还有很多这样的环状结构。大型构造有呼玛县二道沟环形构造、兴隆沟环形构造、多宝山-卧渡河环形构造等。
①二道沟环形构造
环状结构由核心山、内环水系和外环水系组成。核部由元古代花岗岩组成，外部主要被加里东期花岗岩包围。在这个环形构造中有大型砂金矿床。
②兴隆沟环状构造
北西里-兴隆华力西早期基性岩体为核，寒武-泥盆系和华力西晚期中酸性岩体构成直径约50公里的环状构造。
③多宝山-卧都河环状构造
它是由三个散的主体及其周围的一系列放射状山谷组成的环状结构。北至卧渡河林场，西南至保山。华力西中晚期，花岗闪长岩、斜长花岗岩和白岗岩侵入古生代，形成环状构造。
(3)构造运动形成的环状构造
①白桦排子南山的环状结构
下志留统形成的山体有明显转折，岩层走向与山脊一致，形成弧形。外围岩石和山脊也呈弧形，可确认为向斜转折端组成的环状构造。
②汉达气环结构
环形构造的东部被断层切割，另外三面有环状水系，内部几条断层相互映衬，推断为以断层为界的环形构造。
3.岩性解释
考虑到该地区森林茂密、土壤发育等不利条件，岩性解释未纳入工作重点。但是，在这种遥感技术难以发挥其特殊作用的地区，仍然可以识别一些地层和岩性特征，特别是一些中酸性侵入特征。例如，在韩家院的紫南山地区，在以前的填图中被误认为是下元古界兴化渡口群地层。通过对这幅Landsat图像的判读和分析，认为该地区应属于华力西花岗岩，这一点后来得到了野外调查的证实。这说明即使在这种森林覆盖的地区，遥感图像不仅可以为地质学家提供大量的区域构造信息，还可以揭示一些地层岩性特征。正如Barry S.Siegal等人(1980)所指出的，遥感技术迄今为止对地质学的主要贡献是为地质学家提供了大量有用的区域构造信息，并修改了现有的地质图。
(2)古金痕迹信息的提取
黑龙江省地矿部门在“七五”期间得出结论，根据砂金的分布特征，可以直接寻找岩金矿床。因此，分析研究现代砂金开采活动和古代金矿开采痕迹的空间分布特征，可以为区域岩金矿床的评价和预测提供依据。现代采金痕迹在增强的Landsat TM影像和航拍照片上有不同程度的显示，而古代采金痕迹(主要是日伪时期砂金开采活动的遗迹)只能在20世纪50年代获得的航拍照片和相应绘制的地形图上有所反映。
图2为兴隆沟-韩家园分区古代采金遗迹分布图。这类金痕量信息在区域矿产预测概率模型的建立、变量选择、参数估计和概率计算中起着关键作用。在研究区的砂金开采中，相当一部分砂金属于残积砂金，甚至是构造破碎带中的风化残积砂金。因此，研究这类砂金的空间分布可以为岩金的普查和找矿提供有益的线索。
(3)各种地学信息的综合处理
图2韩家院分区古代采金遗迹分布图。
图3研究工作方法框
本次研究除了从遥感影像数据中提取区域构造，即线状构造和环状构造外，结合常规地质、矿产、古采金痕迹、重砂、化探资料，对该区岩金矿产资源进行综合分析、评价和预测(图3)。首先将上述地质信息输入地理信息系统，然后根据已知金矿床、矿化点、金矿开采痕迹等信息，通过人机交互研究各种地质变量与金矿化空间分布的关系。
某种成因类型矿床的形成往往是多种地质作用叠加的结果。矿化的发生、发展、演化和最终的空间分布受多种地质因素控制。但对于与成矿有关的各种控矿地质因素，无论是它们各自的地质环境和时空分布特征，还是它们对成矿的贡献、作用方式、性质及其组合关系都极其复杂(王品清，1990)。正是由于地质现象和成矿作用的多样性、变异性和复杂性，才存在着不确定性和不准确性，即随机性和模糊性。因此，运用统计分析、概率计算等数学方法来处理和研究地质现象和成矿条件，具有重要的理论和现实意义。
鉴于上述讨论和分析，本研究采用作者在国家七五项目中建立的概率模型，对研究区金矿分布特征和规律进行预测分析。即:
Pt(m≥1)=1—Pt(m=0)
航空地球物理遥感研究论文集
0≤Pt(m≥1)≤1
式(1)中，Pt(m≥1)为每个网格区至少发生一次矿化事件的概率；Ni是每个网格区域内地质变量的第I个统计单元的个数，Pi是人机交互过程中用最大似然估计法计算的每类地质变量的概率常数。
为了考虑不同方向的线性构造与区内金矿化的关系，参考线性构造走向的玫瑰图，将研究区内所有线性构造按方向分组，用极大似然估计法估计其概率常数Pi。
需要指出的是，方程(1)计算出的每个网格区内至少一个金矿化的概率值Pt (m ≥ 1)，不仅考虑了不同方向的线性构造和地层、岩性、地球化学等地质变量对成矿的影响，而且从数值上确定了各种控矿地质因素的空间分布特征及其组合关系，从而实现了区域成矿地质条件的评价和找矿。图4是韩家院分区含矿概率等值线及其三维图。
图4韩家园分区含矿概率等值线图及三维显示
三。金矿评价与预测
在整个区域内，近东西向(北)和东北向(南)的区域构造对金矿化有明显的控制作用。砂金富集区是寻找岩金的直接标志，因为岩金的控矿构造直接控制了砂金的富集。因此，在砂金富集区应注意寻找岩金矿床。
在北部韩家院子至兴隆沟一带，应重点寻找与受东西向构造控制的古坳陷中下元古界变质岩系有关的岩石和金矿。
通过古采金痕迹与GIS中不同时代地层、不同方向线性构造的对比，发现下元古界兴化渡口群变质岩系通常集中于古今砂金开采，往往发育东西向构造。因此，在此类地区，应重点寻找与区域东西向构造的破碎带有关的构造蚀变岩型金矿，特别是东西向和西北向构造的交汇处，最有利于成矿。此外，与岩浆活动有关的热液型或斑岩型金矿床也可能在中酸性侵入体附近找到，如韩家院子至老大汗。在这类地区，古今砂金开采活动十分活跃，往往是“金块”或“暴力头”出现的位置，说明砂金的移动距离并不大，寻找岩金的潜力很大。
在南部地区，东北区域构造不仅对古生代含金沉积建造起着重要的控制作用，而且与该区金矿化有着十分密切的关系。特别要在下泥盆统细碧岩-角闪石斑岩分布区区域构造发育的地区寻找构造蚀变岩型金矿和斑岩型金矿。特别是两组不同方向的构造交汇处，即东北区域性断裂和局部西北向断裂，对成矿非常有利，如三道沟-五道沟地区。
迄今为止，该区环状构造，特别是与岩浆活动有关的环状构造与金矿化的关系尚不十分清楚。北至韩家院子、南至金水山附近虽有古今砂金开采活动的痕迹，但岩金矿点较少，二者之间的关系有待进一步研究。
在找矿手段上，除了利用遥感影像资料解译分析区域构造外，还应充分利用砂金的空间分布和富集规律，指导此类森林覆盖区的岩金普查找矿。此外，综合分析应与现有的地球物理和地球化学资料紧密结合，在综合研究的基础上选择有希望的地区进行小面积勘探，圈出有矿床的富集区。而地面物探等其他方法，在这种交通极其不便、沼泽遍地、野外定位极其困难的地区，效果并不好。由于地下水位极浅，轻山工程在大多数情况下难以开展。
四。结论
虽然研究区位于高山林区，但Landsat TM影像数据仍然为岩金的遥感地质研究和找矿提供了很多有用的信息。该区东西向构造带的确定，以及该组构造与老地层、砂金矿床、岩金矿化的空间分布关系的确立，为进一步的岩金矿找矿提供了有益的线索。建立了找矿模式，北部地区近东西向和北西向构造交汇处，南部地区北东向和北西向构造交汇处为找矿有利区。
古金痕量信息的识别和提取及其在区域成矿预测中的应用，加深了人们对研究区岩金矿化与下元古界和古生代优越地槽沉积建造相关性的认识，也将促进进一步的岩金矿调查和找矿。
在上述研究的基础上，结合地质、地形、物化探、重砂等地学信息，利用改进后的概率模型对该区岩金矿化的空间分布规律进行了综合分析、评价和预测。此外，还探索了各种地学信息的提取、交换、综合处理和分析方法。
该研究不仅总结了一套利用Landsat TM影像进行森林覆盖区资源调查的工作方法，还确定了7个找矿区和3个找矿靶区，为进一步寻找该区岩金矿提供了重要的找矿线索。
参考
1.吕英杰，陈，大，等。黑龙江省砂金矿床富集规律及成因类型研究。见:中国主要金矿类型区域成矿条件汇总。北京:地质出版社，1988。
2.孙张果，张宝成。黑龙江省第四纪砂金形成条件及找矿方向研究。见:中国主要金矿类型区域成矿条件汇总。北京:地质出版社，1988。
3.彭，霍。黑龙江省嘉荫-萝北地区现代砂金谷底寻找原生金矿的研究。见:中国主要金矿类型区域成矿条件汇总。北京:地质出版社，1988。
4.吕英杰、达、王炳勋等。根据砂金矿富集规律预测乌拉嘎断裂两侧原生金矿的研究。见:中国主要金矿类型区域成矿条件汇总。北京:地质出版社，1988。
5.谢。黑龙江省团结沟地区砂金成因探讨。见:中国地质百科. 1990。
6.冯宝成，王培庄。模糊数学实用集。北京:中国建筑工业出版社，1991。
7.内华达构造带中南部的区域构造块、火山作用和贵金属矿床。
8.多数据相关遥感在爱尔兰中部矿产勘探中的应用。In:第二届欧洲矿物勘探遥感讲习班。
9.王品卿。勘探指标:地质地球化学和遥感数据综合分析结果。载于:国际摄影测量与遥感学会第四委员会筑波研讨会会议录，1990，28
10.遥感地质，1980
11.卡特·G·F·博纳姆。陆地卫星获得的线性图与Timminz-Kirkland湖地区金的存在之间的定量关系。
陆地卫星TM数据在森林地区金矿勘查中的应用
汪品卿姜德仁孟凡让
(航空物探遥感中心，北京100083)
摘要
本文简要介绍了在森林地区应用Landsat TM数据进行金矿勘查的一些结果。通过分析遥感图像上显示的线性特征以及常规地质数据，圈定了几个进一步调查的目标区。