，

(1.水利部長江勘測技術(shù)研究所,湖北 武漢 430011； 2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

遙感線環(huán)構(gòu)造解譯是遙感地質(zhì)研究的基本內(nèi)容，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)找礦研究中。20世紀(jì)70年代，美國陸地衛(wèi)星的成功發(fā)射，為遙感地物的識別、分析提供了較好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，使地質(zhì)填圖、地質(zhì)背景分析的工作變得更快捷、有效，因而對遙感線環(huán)構(gòu)造的研究越來越多，并同時(shí)將其應(yīng)用于找礦研究中(Sabins,1999；Onyedim et al,2004；Schmieder et al,2009；Ivanov et al,2011；Cooper et al,2012)。如Kogbe(1983)利用1∶50萬MSS衛(wèi)星影像對尼日利亞中部地區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)解譯。Eevertt等利用MSS影像進(jìn)行線環(huán)構(gòu)造地質(zhì)解譯對美國田納西州和肯塔基州的鉛缽礦區(qū)進(jìn)行了研究(祝愛明,2009)。

20世紀(jì)80年代初，我國也出現(xiàn)了眾多遙感線環(huán)構(gòu)造在找礦方面的研究和應(yīng)用。楊武年(1983)通過圖像增強(qiáng)技術(shù)識別MSS衛(wèi)片上的環(huán)形異常，并得出環(huán)形異常與蝕變異常、礦點(diǎn)的分布比較吻合，深入探討了遙感環(huán)形構(gòu)造與礦產(chǎn)分布的關(guān)系。趙不億等(1988)從遙感線環(huán)構(gòu)造的定量統(tǒng)計(jì)方面詳細(xì)探討了在找礦方面的應(yīng)用，對于遙感地質(zhì)的定量分析方法研究較深入、全面。

劉吉平等(1997)通過地質(zhì)結(jié)構(gòu)的定量方法對魯西地區(qū)遙感地質(zhì)解譯圖的地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常進(jìn)行了研究，并利用距離值制作等值線圖以揭示區(qū)域地質(zhì)結(jié)構(gòu)異常與礦床的關(guān)系。遙感地質(zhì)統(tǒng)計(jì)方法使遙感線環(huán)構(gòu)造的研究不僅限于定性描述，而是更加精確的定量分析，使其在找礦應(yīng)用上能發(fā)揮更好的作用，包括線環(huán)構(gòu)造的密度分析、交點(diǎn)密度分析等，這些定量方法均基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)的常規(guī)方法，但發(fā)揮了良好的作用。如在澳大利亞奧林匹克壩大型金礦的發(fā)現(xiàn)中，遙感線性構(gòu)造密度分析發(fā)揮了極大的作用。Abalos等(1989)對伊比利亞南部的衛(wèi)星影像進(jìn)行線性構(gòu)造解譯，并進(jìn)行了線性體密度分析及其分布位置等定量分析，探討其地質(zhì)背景與成因，其結(jié)果與布格重力異常和已知地質(zhì)資料比較相符。

1 三維遙感線環(huán)構(gòu)造解譯

1.1 線性構(gòu)造解譯標(biāo)志建立及遙感影像解譯

1.1.1 線性構(gòu)造與成礦的關(guān)系 線性構(gòu)造是指在遙感圖像上，通過陰影、色調(diào)、紋理特征等表現(xiàn)出的被認(rèn)為與地質(zhì)作用相關(guān)聯(lián)的直線、弧線、折線狀等的線狀影像特征。主要強(qiáng)調(diào)線狀構(gòu)造成因與地質(zhì)作用存在的關(guān)聯(lián)，并不是專指構(gòu)造。

絕大多數(shù)遙感影像線性構(gòu)造主要是表現(xiàn)構(gòu)造應(yīng)力作用下形成的巖石形變帶、應(yīng)力集中帶，這些部位是重要的導(dǎo)礦與容礦通道。線性構(gòu)造的級別對成礦具有不同的影響，多數(shù)情況下，深大斷裂構(gòu)造及巨型斷裂帶主要是控制成礦方向及礦田和成礦帶位置，大型礦床等有工業(yè)開采價(jià)值的礦床主要分布于主干斷裂斜交或平行的次級斷裂或節(jié)理中。除線性構(gòu)造級別對成礦有影響外，構(gòu)造活動周期對成礦也有重要影響，如果發(fā)育在成礦前的線性構(gòu)造可以作為導(dǎo)礦與容礦通道，發(fā)生在成礦后的構(gòu)造活動形成的線性構(gòu)造會破壞已形成的礦床。熱液礦床主要是巖漿作用形成的，而巖漿主要是沿大型剪切帶侵入到剪切應(yīng)力場的拉張區(qū)，并伴隨有礦化作用，形成礦床。

1.1.2 典型線性構(gòu)造三維遙感影像解譯標(biāo)志建立及解譯 (1) 蘆溪—霞寨斷裂(北西向)。該斷裂在研究區(qū)內(nèi)規(guī)模較大，主要位于區(qū)內(nèi)海拔較高、地形較為復(fù)雜的西北方向，高程多在800 m以上，主要由大面積的剛性巖漿巖構(gòu)成，該斷裂對研究區(qū)的影響較大，規(guī)模較大，主要向北西延伸。

三維遙感解譯標(biāo)志：① 三維影像色調(diào)標(biāo)志。色調(diào)差異明顯，在三維影像上主要呈線型展布，且形跡清晰，該線性色調(diào)主要為紅色或品紅色，該類色調(diào)主要反映為人類活動及聚居區(qū)，在色調(diào)上顯示線條延伸較為平直，且穩(wěn)定連續(xù)，延伸十幾千米(圖1A)。② 三維影像水系標(biāo)志。三維影像上可以看出其為水系，是一個(gè)河谷地形，且紅色或品紅色的人類聚居區(qū)主要沿河谷地形呈線性分布，在三維影像上顯示河流較為平直(圖1A)，表明斷裂穿越河谷，該河谷的形成也主要受斷裂控制。相對于平面遙感解譯，三維遙感解譯能明顯地顯示河谷地形，可以較為準(zhǔn)確地判斷該河流是否受斷裂控制。③ 三維地貌標(biāo)志。從三維影像上可以看到河谷較為狹長且較深，河谷兩側(cè)可見連續(xù)排列的斷層三角面(圖1 B、C)，蘆溪水系在下圩處可見流向發(fā)生了變化，出現(xiàn)了直角轉(zhuǎn)彎(圖1D)。

蘆溪—霞寨斷裂規(guī)模較大，且在該處存在多條北西向的大斷裂，呈雁列式組合，控制了區(qū)內(nèi)西北部的火山活動及巖漿地層的分布。

圖1 蘆溪—霞寨斷裂解譯標(biāo)志

(2) 坪水?dāng)嗔?北西向斷裂)。該斷裂位于歐寮巖體附近，歐寮為大片的花崗巖地貌，侵蝕較為嚴(yán)重，溝壑縱橫主要呈北西向延伸，一直延伸到邦寮山，延伸距離也較遠(yuǎn)，達(dá)11 km。

三維遙感解譯標(biāo)志：① 三維遙感影像水系標(biāo)志。三維影像上可見明顯的水系標(biāo)志，主要呈線性延伸，延伸穩(wěn)定連續(xù)，在該斷裂上發(fā)育有斷陷湖，該湖泊位于山谷中。從影像上看，該巖體溝壑縱橫，切割嚴(yán)重，存在眾多線性影紋(圖2)。② 三維地貌標(biāo)志。該地區(qū)主要為花崗巖地貌，受構(gòu)造活動影響，形成出露山體，切割較為明顯，山體多成塊體狀，三維影像上溝谷較為發(fā)育。歐寮火山組合體受燕山晚期構(gòu)造活動影響，發(fā)生多期次巖漿活動，形成多期次花崗巖侵入體。該斷裂及周邊斷裂對歐寮巖體改造強(qiáng)烈，形成棋盤狀線性影紋。

圖2 坪水?dāng)嗔呀庾g標(biāo)志

1.2 環(huán)狀構(gòu)造解譯標(biāo)志建立及遙感影像解譯

1.2.1 環(huán)狀構(gòu)造與成礦的關(guān)系 環(huán)形構(gòu)造邊緣區(qū)域、不同環(huán)構(gòu)造相交部位、線環(huán)構(gòu)造相交部位，也是成礦有利部位。研究表明，環(huán)狀構(gòu)造不僅起著控礦和容礦作用，而且其分布處具有比背景區(qū)更為普遍的礦化現(xiàn)象。

1.2.2 典型環(huán)形構(gòu)造三維遙感影像解譯標(biāo)志建立及解譯 破火山口指1個(gè)或數(shù)個(gè)火山多次噴發(fā)，造成巖漿房萎縮，并使火山噴發(fā)中心部位沿環(huán)狀斷裂發(fā)生塌陷形成的破火山口凹地。鐘騰破火山口是研究區(qū)內(nèi)最大的一個(gè)環(huán)狀構(gòu)造，在影像上有明顯的環(huán)塊狀色調(diào)異常，基本形狀呈現(xiàn)為橢圓形。

三維遙感解譯標(biāo)志：① 三維地貌標(biāo)志。三維影像顯示其為典型的中間較低，周邊高山環(huán)繞的負(fù)地形，為典型的火山口地貌(圖3 A、B)。② 三維影像上水系標(biāo)志。從影像上可見其環(huán)狀邊緣寄生有許多由環(huán)狀水系、環(huán)形山及異常色帶形成的小型環(huán)狀構(gòu)造(圖3 D、E、G、H)。③ 三維地貌標(biāo)志。從三維地貌上，可明顯發(fā)現(xiàn)其平均海拔較高，且環(huán)狀水系主要受北東及北西向的構(gòu)造控制，呈現(xiàn)為明顯的格狀。通過立體顯示發(fā)現(xiàn)環(huán)外存在放射狀水系，并發(fā)育放射狀深切山谷(圖3C)。

圖3 鐘騰破火山機(jī)構(gòu)解譯標(biāo)志

依據(jù)線性構(gòu)造的走向與區(qū)域內(nèi)主要斷裂的走向，以及線性構(gòu)造與環(huán)形構(gòu)造的規(guī)模對線環(huán)構(gòu)造進(jìn)行等級劃分，主要將線性構(gòu)造和環(huán)形構(gòu)造各劃分為3個(gè)等級，結(jié)果如圖4所示。

2 遙感地質(zhì)線環(huán)構(gòu)造定量分析

2.1 線性體構(gòu)造密度定量分析

2.1.1 線性體密度分析方法 大量研究表明(王潤生等，1992；張旺生等，1997；劉婷婷等，2012)，與線性構(gòu)造相關(guān)的定量統(tǒng)計(jì)分析中，線性體構(gòu)造的密度與礦產(chǎn)關(guān)系密切，多數(shù)情況下，與斷裂構(gòu)造相關(guān)的礦床主要位于遙感影像線性體構(gòu)造密度的相對高密區(qū)的周邊及邊緣區(qū)域。線性體構(gòu)造密度是在特定網(wǎng)格單元內(nèi)線性體的累計(jì)長度，是線性構(gòu)造分布的定量解釋和表示，可以通過線性體密度圖來反映線性構(gòu)造在空間內(nèi)密度分布的數(shù)字和結(jié)構(gòu)特征(朱亮璞,1993；陳建平等，1998)。由于不同級別的構(gòu)造具有不同的影響力和影響范圍，為了符合實(shí)際情況，在密度分析時(shí)，將與成礦有關(guān)的構(gòu)造賦予高權(quán)重，與控巖有關(guān)的構(gòu)造賦予低權(quán)重，其公式為：

(1)

式(1) 中，D為密度值；li、wi分別為第i條線形體的長度和權(quán)重；n為第i單元中的總線形體數(shù)。其中對線性構(gòu)造劃分后進(jìn)行權(quán)系數(shù)設(shè)定，權(quán)重值依次為0.8，0.6，0.4；同時(shí)對線性體長度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化變換。采樣網(wǎng)格間距為1 km，共將研究區(qū)劃分為40×55個(gè)網(wǎng)格。

2.1.2 線性體密度結(jié)果分析 分析礦點(diǎn)與線性體密度等值圖(圖5)的疊加結(jié)果，得出如下結(jié)論。

圖5 平和礬山遙感線性密度圖

(1) 線性體構(gòu)造密度主要用來反映線性構(gòu)造的復(fù)雜程度及發(fā)育密度。研究區(qū)位于瀕太平洋大陸邊緣地帶，經(jīng)歷多期次大陸板塊運(yùn)動影響，形成了多次斷塊構(gòu)造活動，因此區(qū)內(nèi)線性體構(gòu)造斷裂極為發(fā)育，在線性體密度上的反映即是高值區(qū)分布廣泛，高密區(qū)主要呈團(tuán)塊狀，與區(qū)域內(nèi)控制構(gòu)造格架的大斷裂延伸方向一致，主要為北西向和北東向延伸。

(2) 通過權(quán)重值劃分構(gòu)造對成礦的有利度，依據(jù)權(quán)重值實(shí)現(xiàn)研究區(qū)線性體等密度圖繪制。通過將區(qū)域內(nèi)銅鉬礦等金屬礦點(diǎn)與線性體密度圖進(jìn)行疊加分析，發(fā)現(xiàn)礦點(diǎn)主要分布于高密度值周邊區(qū)域。依據(jù)方差將線性構(gòu)造密度值分為5段，其均值為0.24，標(biāo)準(zhǔn)差為0.29。密度過高區(qū)主要是斷裂構(gòu)造發(fā)育太過強(qiáng)烈的地區(qū)，并不利于構(gòu)造成礦和容礦，而相對高值區(qū)及其周邊區(qū)域?yàn)榈V質(zhì)的沉淀提供了相對穩(wěn)定有利的容礦環(huán)境，如鐘騰、大礬山、小礬山、泮池等礦點(diǎn)均為當(dāng)?shù)匾阎V點(diǎn)，均位于高值區(qū)邊緣地帶，而高密度值區(qū)沒有礦點(diǎn)分布。從圖5可以看出，礦點(diǎn)主要分布于相對高值區(qū)及其周邊區(qū)域，即分布于高值區(qū)中心邊緣。

2.2 線環(huán)構(gòu)造交點(diǎn)密度定量分析

2.2.1 基于核密度估計(jì)的交點(diǎn)密度分析方法 區(qū)域上多組線性構(gòu)造交匯的部位常會發(fā)生火山噴發(fā)、巖漿侵入、火山-次火山熱液活動等(肖克炎等,2010)，區(qū)內(nèi)礦點(diǎn)與巖漿活動和火山作用聯(lián)系緊密，同時(shí)，環(huán)形體的存在常與區(qū)域地質(zhì)狀況有極為密切的內(nèi)在聯(lián)系，并與礦產(chǎn)的發(fā)生緊密相關(guān)。根據(jù)上述礦點(diǎn)與線環(huán)構(gòu)造組合的空間分布關(guān)系的分析可以發(fā)現(xiàn)：不僅在線性構(gòu)造的交點(diǎn)處容易成礦，線環(huán)交切點(diǎn)、環(huán)環(huán)交切點(diǎn)均易成礦，且交點(diǎn)高密區(qū)的周邊及邊緣區(qū)域易于成礦。因此，此次交點(diǎn)分析在ArcMap中提取線環(huán)構(gòu)造的交點(diǎn)，包括線線交點(diǎn)、線環(huán)交點(diǎn)、環(huán)環(huán)交點(diǎn)，并剔除自相交點(diǎn)，再對該交點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行密度分析?；贏rcGIS平臺的核密度函數(shù)分析(劉銳等,2011)，得出交點(diǎn)密度等值圖。主要借助滑動窗口進(jìn)行點(diǎn)密度計(jì)算。設(shè)x1,...，xn是從分布密度函數(shù)f總體中抽取獨(dú)立同分布樣本，求算f在某點(diǎn)x處的值，通常選擇Rosenblatt-Parzen核函數(shù)。算法如下：

(2)

式(2)中，h>0為帶寬，其主要作用為控制核密度函數(shù)估計(jì)的平滑度，選擇規(guī)則是使均方差最??；N為樣本個(gè)數(shù)值；K(...)為核密度函數(shù)；x-Xi為估計(jì)點(diǎn)到樣本Xi處的距離。

具體方法：(1) 定義固定的核函數(shù)帶寬，通過滑動窗口統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)個(gè)數(shù)；(2) 通過核函數(shù)計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)對窗口內(nèi)各柵格的密度貢獻(xiàn)值，其中主要通過設(shè)定的屬性值及點(diǎn)個(gè)數(shù)進(jìn)行密度貢獻(xiàn)值計(jì)算。

2.2.2 交點(diǎn)密度結(jié)果分析 分析礦點(diǎn)與交點(diǎn)密度等值圖(圖6)的疊加結(jié)果，得出以下結(jié)論。

圖6 平和礬山遙感線環(huán)交點(diǎn)密度圖

(1) 研究區(qū)內(nèi)交點(diǎn)密度高值區(qū)形狀主要呈團(tuán)塊狀、環(huán)狀，尤其在鐘騰、礬山、泮池一帶，密度值較高，多呈半環(huán)體、弧體狀，上述3個(gè)地區(qū)線環(huán)構(gòu)造交點(diǎn)甚多，且是礦點(diǎn)較密集地區(qū)，但從解譯結(jié)果看，其線性構(gòu)造的發(fā)育并不突出，而環(huán)形構(gòu)造卻比較發(fā)育。因此，在交點(diǎn)分析時(shí)，將環(huán)形構(gòu)造納入其中顯得非常重要。

(2) 高值區(qū)整體呈北西向分布，其次為北東向，與區(qū)域構(gòu)造格架相符，這些部位同時(shí)也代表了成礦的構(gòu)造優(yōu)勢區(qū)域。其交點(diǎn)密度標(biāo)準(zhǔn)差值為0.4，銅鉬等金屬礦點(diǎn)分布大多分布于高值中心周邊區(qū)域，與線性體密度相似，定量揭示了成礦有利部位。

3 遙感地質(zhì)構(gòu)造異常信息提取及找礦預(yù)測

3.1 地質(zhì)構(gòu)造異常信息提取

遙感信息定量信息找礦預(yù)測是以綜合信息成礦預(yù)測體系為指導(dǎo)，通過對遙感地質(zhì)解譯的結(jié)果進(jìn)行定量分析，提取有利成礦的異常結(jié)果，將各類異常賦值進(jìn)行疊加，同時(shí)結(jié)合有利成礦地層數(shù)據(jù)，得出異常綜合圖，進(jìn)行找礦預(yù)測(趙鵬大等,1999；陳永清等,2008)。本次研究中異常變量包括線性體構(gòu)造密度、線環(huán)交點(diǎn)密度，將2類結(jié)果進(jìn)行綜合統(tǒng)計(jì)分析，并依據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的均值和方差進(jìn)行密度分割，最終得出研究區(qū)遙感找礦的定量預(yù)測圖(圖7)。

圖7 平和礬山植被覆蓋區(qū)遙感定量找礦信息提取結(jié)果圖

3.2 找礦預(yù)測

圖7中綜合了遙感線環(huán)構(gòu)造定量分析結(jié)果，依據(jù)均值加方差的統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行背景值及預(yù)測區(qū)的劃分以及兩級預(yù)測區(qū)的劃分。從圖7中可以看出，一級高值區(qū)分布范圍較小，主要位于鐘騰、礬山、泮池等區(qū)域附近，高值區(qū)邊緣也分布多個(gè)礦點(diǎn)，這些礦點(diǎn)也是研究區(qū)內(nèi)正在開采的礦區(qū)；二級高值區(qū)分布范圍與一級類似，但范圍較大一些，主要礦點(diǎn)也主要分布于其中，大多數(shù)礦點(diǎn)及工業(yè)礦床也位于二級預(yù)測區(qū)及其邊緣區(qū)。

大量研究已經(jīng)表明線性構(gòu)造密度分析及交點(diǎn)密度分析結(jié)果在一定程度上可以反映成礦規(guī)律，其中線性體構(gòu)造密度及交點(diǎn)密度與礦產(chǎn)關(guān)系密切。礦產(chǎn)主要發(fā)育和分布于線性體構(gòu)造密度及交點(diǎn)密度的相對高值區(qū)，而不是最高值區(qū)；礦產(chǎn)主要分布于大斷裂周邊的小構(gòu)造之中，所以定量分析結(jié)果的高值區(qū)，即一級預(yù)測區(qū)的中心區(qū)往往是不利于成礦的，這與圖7結(jié)果較為一致，大多數(shù)礦點(diǎn)基本分布于二級預(yù)測區(qū)邊緣地帶或二級預(yù)測區(qū)到一級預(yù)測區(qū)之間的區(qū)域。因此，利用遙感線環(huán)構(gòu)造定量綜合分析，可較好地反映區(qū)域成礦的大致規(guī)律，實(shí)現(xiàn)線環(huán)構(gòu)造解譯的遙感找礦信息提取，也能提高找礦信息提取的可靠性。結(jié)合已知礦點(diǎn)能很好地驗(yàn)證遙感線環(huán)構(gòu)造定量分析提取的信息，也說明金屬礦點(diǎn)與線環(huán)構(gòu)造的關(guān)聯(lián)性較大，通過定量分析線環(huán)密度及其交點(diǎn)密度可以有效指示金屬礦床。

4 結(jié) 論

研究區(qū)位于上杭—云霄成礦帶上，具有很好的成礦地質(zhì)背景，為典型的中等切割高植被覆蓋區(qū)，受植被覆蓋影響，很難開展野外勘查工作。研究區(qū)地形地貌嚴(yán)格地受構(gòu)造控制，以此為出發(fā)點(diǎn)，建立研究區(qū)三維可視化遙感影像，在三維可視化遙感影像的基礎(chǔ)上建立遙感線環(huán)解譯標(biāo)志，完成研究區(qū)內(nèi)線環(huán)構(gòu)造解譯。依據(jù)三維可視化遙感進(jìn)行線環(huán)構(gòu)造解譯可以很容易區(qū)分山谷、河谷以及山地等傳統(tǒng)解譯無法直觀判斷的地形，在此基礎(chǔ)上可以輕松識別線環(huán)構(gòu)造解譯識別標(biāo)志，提升遙感線環(huán)構(gòu)造解譯的效率，也提高了遙感解譯線環(huán)構(gòu)造的精度，為后續(xù)的定量分析提供良好的數(shù)據(jù)，提高定量分析的可靠性。

針對研究區(qū)線環(huán)解譯結(jié)果，結(jié)合定量分析方法進(jìn)行定量分析，包括線性體密度分析以及交點(diǎn)密度分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果定量表征了研究區(qū)構(gòu)造分布形態(tài)，并綜合定量結(jié)果和礦點(diǎn)空間分布，在一定程度上反映了隱伏信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遙感地質(zhì)定量找礦信息的提取及找礦預(yù)測。

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