童勤龍，葉發(fā)旺，秦明寬，易敏，伍煒超

核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，遙感信息與圖像分析技術(shù)國家級重點實驗室，北京，100029

內(nèi)容提要: 筆者等基于WorldView-3(16波段)遙感數(shù)據(jù)，利用主成分分析方法提取了鐵染、Al—OH、Mg—OH和碳酸鹽異常信息。進一步查明巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)蝕變類型及分布，為該地區(qū)鈾礦勘查提供線索。經(jīng)查證，提取的蝕變信息類型和位置較為準確，結(jié)合地質(zhì)、地球化學等方法，可以很好地應用于盆山結(jié)合部位，甚至盆地內(nèi)部，為尋找砂巖型鈾礦發(fā)揮重要作用。綜合地面能譜測量、地面光譜測量、巖石薄片觀察和化學分析測試結(jié)果，認為研究區(qū)與鈾礦化關(guān)系最為密切的蝕變?yōu)殍F染和碳酸鹽化，主要分布在北部巴音戈壁組下段、南部圖克木隆起花崗質(zhì)巖體和新尼烏蘇凹陷東北邊緣的巴音戈壁組上段。根據(jù)鐵染和碳酸鹽化信息在找礦目的層巴音戈壁組上段中的分布，結(jié)合該套地層地質(zhì)特征，認為研究區(qū)NE向向斜西北翼，雖然相關(guān)蝕變信息發(fā)育，但地層褶皺變形且破壞嚴重而不利于砂巖型鈾礦形成。NE向向斜轉(zhuǎn)折端和東南翼蝕變相對偏弱，但地層穩(wěn)定，且發(fā)育NW向斷裂，有利于地下水和后期熱液運移，是下一步鈾礦勘查的有利地段。

巴音戈壁盆地位于巴丹吉林沙漠以東，狼山以西的廣袤地區(qū)，是在阿爾金走滑斷裂控制下形成的中新生代盆地(張成勇等，2015)。21世紀初，在巴音戈壁盆地東、西部相繼發(fā)現(xiàn)測老廟砂巖型鈾礦床和塔木素特大型砂巖型鈾礦床，在盆地中部烏力吉、蘇宏圖、本巴圖等地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了多處砂巖型、泥巖型和熱液型鈾礦化點(吳仁貴等，2008；王桂珍，2014；劉镠，2016)，顯示巴音戈壁盆地具有良好的找鈾礦前景(圖1)，因此關(guān)于巴音戈壁盆地鈾礦地質(zhì)方面的研究工作也不斷在加強，主要涉及盆地構(gòu)造演化、鈾成礦條件和控制因素分析、沉積相及鈾富集規(guī)律研究、鈾成礦機理和成礦預測等(吳仁貴等，2008；何中波等，2010；鄧繼燕，2013；李曉翠等，2014；張成勇等，2015；王鳳崗等，2018；Zhang Chengyong et al., 2019; 許亞鑫等，2022)。然而，多年來巴音戈壁盆地鈾礦找礦并未獲得實質(zhì)性突破。隨著鈾礦勘查工作的深入，勘探難度的增大，有必要引進新的工作技術(shù)方法，以求獲得新的認識。

圖1 巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)地質(zhì)圖(據(jù)1∶20萬地質(zhì)圖銀根幅修改)Fig. 1 Geological map of the Benbatu area, Bayingobi Basin (modified from 1∶200000 Geological Map, Yingen Area)

遙感技術(shù)作為一種新的方法，其在鈾礦勘查中的應用主要表現(xiàn)在兩方面，一是利用地物地形在遙感影像上的色調(diào)、紋理、結(jié)構(gòu)、水系、地貌等特征，識別線、環(huán)、帶、塊狀等構(gòu)造信息和區(qū)分不同巖石地層，然后進一步分析識別的地質(zhì)信息與鈾礦化之間的關(guān)系(劉德長等，2005；顏蕊等，2009；劉德長等，2010)；二是提取蝕變礦物信息，通過分析與鈾礦化有關(guān)的蝕變信息，為鈾礦勘查提供線索，如Ramadan等(2013)在埃及Gabal El Sela地區(qū)，利用Landsat ETM+數(shù)據(jù)進行地質(zhì)解譯和相關(guān)粘土礦物提取，通過鈾礦化和非鈾礦化花崗巖的色調(diào)差異、蝕變信息的分布、構(gòu)造解譯結(jié)果，確定了鈾礦化帶，分析了鈾礦化的控制因素；賀金鑫等(2017)利用Hyperion遙感數(shù)據(jù)提取了內(nèi)蒙古大營鈾礦區(qū)相關(guān)蝕變信息，為該地區(qū)鈾礦勘查提供了重要找礦標志；張元濤等(2020)利用WorldView-3(WV-3)數(shù)據(jù)提取了內(nèi)蒙衛(wèi)境地區(qū)多種蝕變礦物，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和野外查證，圈定了一處鈾成礦有利地段。由此可見，遙感技術(shù)在鈾礦勘查中可以發(fā)揮重要作用。但是，已有的研究和應用主要集中于基巖裸露較好的熱液型鈾礦床區(qū)，而對于形成于盆地內(nèi)部的砂巖型鈾礦床，通常由于蝕變較弱和地表覆蓋嚴重而應用偏少。根據(jù)砂巖型鈾成礦理論，成礦流體在遷移過程中，通常與圍巖發(fā)生相互作用而使其發(fā)生蝕變，如氧化作用形成褐鐵礦化、赤鐵礦化等，還原作用形成黃鐵礦化、碳酸鹽化等(陳友良等，2007；吳柏林等，2007)，這些蝕變從盆山結(jié)合帶到盆地內(nèi)往往形成明顯的氧化—還原分帶(權(quán)志高，2003；張金帶等，2005)，如果知道相關(guān)蝕變的分布，就可以按圖索驥，為尋找鈾礦化和鈾礦床提供方向。另外，有研究表明我國中東部盆地內(nèi)砂巖型鈾礦多經(jīng)歷了后期的熱液疊加改造(吳仁貴等，2011；徐喆等，2011；劉波等，2019；Jia Junmin et al., 2020；劉漢彬等，2021)，如巴音戈壁盆地的塔木素鈾礦床鈾礦化雖然以層間氧化帶型為主，但也具有后期的熱液疊加，并形成了褐鐵礦、石膏和碳酸鹽類等蝕變礦物(肖國賢等，2017；Zhang Chengyong et al., 2019)。基于此，在盆山結(jié)合帶和盆地內(nèi)部，也可以利用遙感技術(shù)提取相關(guān)蝕變信息，為尋找砂巖型鈾礦床提供線索。筆者等利用WV-3遙感數(shù)據(jù)，試圖提取巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)相關(guān)蝕變信息，并結(jié)合已有地質(zhì)礦產(chǎn)資料和野外查證綜合分析，為該地區(qū)下一步鈾礦勘查提供方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴音戈壁盆地處于塔里木板塊、哈薩克斯坦板塊、西伯利亞板塊和華北板塊4個性質(zhì)不同的大地構(gòu)造單元，經(jīng)歷了復雜的構(gòu)造運動和多期的巖漿活動，在盆地內(nèi)進一步形成了隆起和坳陷相間出現(xiàn)構(gòu)造格局(吳仁貴等，2009)，研究區(qū)位于盆地東南部銀根坳陷中的新尼烏蘇凹陷東北部，發(fā)育一軸跡為北東向的向斜構(gòu)造(圖1)。

研究區(qū)主要出露中生界白堊系，下白堊統(tǒng)包括巴音戈壁組(K1b)和蘇紅圖組(K1s)，巴音戈壁組分為下段(K1b1)和上段(K1b2)，下段主要巖性為紫褐、灰白色礫巖夾砂礫巖、含礫粗砂巖；上段上部主要為灰綠色頁巖、紫紅色泥巖、碳質(zhì)頁巖、生物灰?guī)r，下部主要為灰黃色含礫石粗砂巖、礫巖，巴音戈壁組主要分布在新尼烏蘇凹陷邊緣四周。蘇紅圖組主要由灰綠、褐紅色安山巖、安山玄武巖，夾火山碎屑巖及泥頁巖、泥灰?guī)r、砂巖、砂礫巖組成，主要出露在研究區(qū)西南邊緣，凹陷的中部。上白堊統(tǒng)(K2)主要由橘黃色砂巖、粉砂巖、含礫砂巖、礫巖組成，頂部含鈣質(zhì)結(jié)核，底部含玄武巖礫石，在研究區(qū)北部少量出露。另外，在研究區(qū)東南角局部出露石炭系阿木山組(C3a)，主要巖性包括淺灰、灰綠色英安質(zhì)巖屑凝灰?guī)r、細砂巖、變質(zhì)長石砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等。區(qū)內(nèi)巖漿巖主要出露在東南角，包括華力西期花崗巖、花崗閃長巖；印支期花崗巖；燕山期石英斑巖等，巖體中發(fā)育閃長玢巖脈、石英斑巖脈等脈體(圖1)。

研究區(qū)鈾礦化類型以砂巖型為主，其次為泥巖型，都主要分布在下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段(K1b2)，另外，在研究區(qū)外圍也有少量花崗巖型鈾礦化點(圖1)。前期的野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)鈾異常主要出現(xiàn)在以下幾種地段：一是在凹陷邊緣，巴音戈壁組上段上部灰綠色泥巖與下部砂巖結(jié)合部位，處于氧化還原過渡地段，砂巖中富含植物化石等有機質(zhì)(圖2a)；二是在巴音戈壁組上段灰黃色含礫粗砂巖的裂隙和節(jié)理中，常發(fā)育赤鐵礦化和褐鐵礦化，并可見方解石細脈(圖2b)，具有明顯的后期熱液作用；三是巴音戈壁組上段黃色含礫粗砂巖局部發(fā)生赤鐵礦化地段，呈明顯的暗紫紅色(圖2c)；四是在斷裂面上出現(xiàn)鈾異常，斷裂面上具有明顯受后期熱液作用而發(fā)生赤鐵礦化等蝕變(圖2d)。因此，從研究區(qū)的鈾礦化特征來看，下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段本身具有富鈾特征，雖然具體礦化類型還需要進一步研究，但較為明顯的是該套地層經(jīng)歷了后期熱液改造作用，并可能造成鈾元素進一步富集，在鈾礦化地段發(fā)育的蝕變類型主要有赤鐵礦化、褐鐵礦化和碳酸鹽化等。

2 數(shù)據(jù)源及數(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)源

本次選用WorldView-3(WV-3)(16波段)遙感數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，覆蓋面積約300 km2。WV-3是美國DigitalGlobe公司于2014年8月13日發(fā)射的第四代高分辨率多光譜商業(yè)衛(wèi)星，包含了1個全色波段(空間分辨率為0.31 m)，8個可見光—近紅外波段(空間分辨率為1.24 m)和8個短波紅外波段(空間分辨率為3.7 m)，是目前商業(yè)遙感衛(wèi)星中空間分辨率最高的數(shù)據(jù)(Sun Yaqin et al., 2017)，其主要特征參數(shù)見表1。

表1 WorldView-3 (WV-3) 遙感數(shù)據(jù)主要波段特征(據(jù)DigitalGlobe)Table 1 Main band characteristics of WorldView-3 (WV-3) data (from DigitalGlobe)

2.2 數(shù)據(jù)處理

筆者等選用的WV-3影像成像時間為2021年5月30日，影像清晰，紋理結(jié)構(gòu)明顯，區(qū)內(nèi)植被稀少，無云雪干擾，數(shù)據(jù)質(zhì)量整體較好。數(shù)據(jù)級別為L2A級，該類型數(shù)據(jù)已經(jīng)過輻射校正和幾何校正，為了更準確的提取蝕變信息，需要進一步對數(shù)據(jù)進行輻射定標和大氣校正處理。首先利用ENVI軟件提供的模塊完成數(shù)據(jù)的輻射定標，然后利用FLAASH模塊對輻射定標后的數(shù)據(jù)進行大氣校正，獲取地物的真實反射率數(shù)據(jù)。從大氣校正的結(jié)果來看，研究區(qū)圖克木隆起華力西晚期花崗閃長巖光譜曲線相對于大氣校正前(圖3a)，整體波形和一些典型礦物的特征吸收峰均發(fā)生了明顯變化，如大氣校正后的光譜曲線在波長900 nm附近顯示出了三價鐵的特征吸收峰，在2215 nm附近顯示出了黏土礦物特征吸收峰(圖3b)。之后將大氣校正后的數(shù)據(jù)短波紅外波段重采樣，使其與可見光—近紅外波段具有同樣空間分辨，即1.24 m。最后將短波紅外波段與可見光—近紅外波段進行波段合成，形成具有統(tǒng)一空間分辨率的16波段遙感影像，以供提取蝕變信息使用(田青林等，2018；張元濤等，2020)。

圖3 WorldView-3 (WV-3)數(shù)據(jù)大氣校正前后花崗閃長巖光譜曲線: (a) 大氣校正前光譜曲線; (b) 大氣校正后光譜曲線Fig. 3 Spectral curves of the granodiorite before and after atmospheric correction of the WorldView-3 (WV-3) data: (a) spectral curve before atmospheric correction; (b) spectral curve after atmospheric correction

3 蝕變信息提取

3.1 典型蝕變礦物光譜特征

不同的蝕變礦物都具有自身特有的光譜特征，主要取決于其所含離子、基團的晶體場效應和基團震動(Gupta, 2003)。常見的蝕變礦物主要含F(xiàn)e3+、Fe2+、Al—OH、Mg—OH、CO32-等離子或基團。含有Fe3+離子的蝕變礦物主要有赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦等，它們在波長850～920 nm處具有特征吸收峰(圖4a)。含F(xiàn)e2+離子的礦物主要有黃鐵礦、菱鐵礦等，它們的特征吸收峰位置多位于1000～1200 nm。含Al—OH的礦物主要有白云母、高嶺石、蒙脫石、伊利石等，它們在波長2200 nm附近具有特征的吸收峰(圖4b)。含Mg—OH礦物主要有綠泥石、綠簾石、黑云母等，其光譜在波長2300～2400 nm范圍有特征性吸收峰(圖4c)。含CO32-離子的礦物主要有方解石、白云石、菱鐵礦、菱錳礦等，其光譜在波長1850～2200 nm和2300～2350 nm范圍具有特征性吸收峰(圖4d)(張宗貴等，2003; Mars and Rowan, 2010)。根據(jù)不同蝕變礦物的特有光譜吸收特征，利用合適的遙感數(shù)據(jù)，便能提取相應的礦物信息。

3.2 WV-3遙感數(shù)據(jù)蝕變信息提取

利用遙感數(shù)據(jù)提取蝕變信息的方法較多，主要包括比值變換法、主成分分析法、光譜角填圖法、對應分析法、混合像元分解法等，其中主成分分析法是運用最廣的一種方法(Pour et al., 2014; Sun Yaqin et al., 2017; Sheikhrahimi et al., 2019; Sekandari et al., 2020)，該方法是對圖像數(shù)據(jù)的集中和壓縮，將光譜圖像中各個波段那些高度相關(guān)的信息集中到少數(shù)幾個波段，并盡可能保證這些波段信息互不相干，這樣各主分量之間的信息基本沒有重復和冗余(Crosta et al., 2003; 荊鳳和陳建平，2005; Gupta et al., 2013)。本文利用主成分分析法提取了研究區(qū)鐵染(Fe3+)、Al—OH、Mg—OH和CO32-異常信息，提取各種異常信息的波段選擇方法如下：

根據(jù)含F(xiàn)e3+礦物的光譜特征，其特征峰吸收位置大致位于波長850～920 nm之間，對應的是VNIR-7波段，選擇VNIR-3、VNIR-7、SWIR-1和SWIR-3 四個波段進行主成分分析，因為異常主分量在特征向量中，VNIR-3和VNIR-7的貢獻系數(shù)符號相反，且SWIR-1和SWIR-3的貢獻系數(shù)符號相反。在特征向量矩陣中，第四主分(PC4)符合要求(表2)，因此選擇第四主分進行閾值分割，提取Fe3+礦物信息。

表2 WV-3數(shù)據(jù)VNIR-3, VNIR-7, SWIR-1,SWIR-3波段主成分變換特征向量矩陣Table 2 Eigenvector matrix of PCA using VNIR-3, VNIR-7, SWIR-1,SWIR-3 bands of the WV-3 data

圖4 典型礦物光譜曲線(來源于USGS光譜庫)(a)含F(xiàn)e3+礦物；(b)含Al—OH礦物；(c)含Mg—OH礦物；(d)含CO32-礦物Fig. 4 Spectral curves of typical minerals (from USGS spectral library) (a) Fe3+-bearing minerals; (b) Al—OH-bearing minerals; (c) Mg—OH-bearing mineras; (d) CO32--bearing minerals

根據(jù)含Al—OH礦物的光譜特征，其特征吸收峰在波長2200 nm附近，對應的是SWIR-6波段，選擇VNIR-1、VNIR-7、SWIR-3和SWIR-6 4個波段進行主成分分析，因為異常主分量在特征向量中，SWIR-3與VNIR-7 和SWIR-6貢獻系數(shù)符號均相反。在特征向量矩陣中，第三主分(PC3)滿足異常主成分特點要求(表3)，因此選擇第三主分進行閾值分割，提取Al—OH礦物信息。

表3 WV-3數(shù)據(jù)VNIR-1, VNIR-7, SWIR-3,SWIR-6波段主成分變換特征向量矩陣Table 3 Eigenvector matrix of PCA using VNIR-1, VNIR-7, SWIR-3,SWIR-6 bands of the WV-3 data

表4 WV-3數(shù)據(jù)VNIR-1, VNIR-7, SWIR-3,SWIR-8波段主成分變換特征向量矩陣Table 4 Eigenvector matrix of PCA using VNIR-1, VNIR-7, SWIR-3, SWIR-8 bands of WV-3 data

根據(jù)含Mg—OH礦物的光譜特征，其特征吸收峰在波長2300～2400 nm之間，對應的是SWIR-6波段，選擇VNIR-1、VNIR-7、SWIR-3和SWIR-8 四個波段進行主成分分析，因為異常主分量在特征向量中，VNIR-1與VNIR-7貢獻系數(shù)符號相反，且SWIR-3和SWIR-8貢獻系數(shù)符號相反。在特征向量矩陣中，第四主分(PC4)符合要求(表4)，因此選擇第四主分進行閾值分割，提取Mg—OH礦物信息。

圖5 巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)WV-3遙感數(shù)據(jù)提取蝕變信息結(jié)果: (a)鐵染(Fe3+)異常信息分布圖；(b)Al—OH異常信息分布圖；(c)Mg—OH異常信息分布圖；(d)碳酸鹽異常信息分布圖Fig. 5 Alteration information results extracted by WV-3 data in Benbatu area，Bayingobi Basin: (a) Iron stain (Fe3+) mapping result; (b) Al—OH-bearing minerals mapping result; (c) Mg—OH-bearing minerals mapping result; (d) CO32--bearing minerals mapping result

根據(jù)含CO32-礦物的光譜吸收特征，其特征吸收峰位置主要位于波長1850～2200 nm和2300～2350 nm，對應的是SWIR-5、SWIR-6、SWIR-8波段，選擇VNIR-1、VNIR-7、SWIR-3和SWIR-5 四個波段進行主成分分析，因為異常主分量在特征向量中，SWIR-3貢獻系數(shù)符號與VNIR-1和SWIR-5相反。在特征向量矩陣中，第三主分(PC3)滿足要求(表5)，因此選擇第三主分進行閾值分割，提取CO32-礦物信息。

表5 WV-3數(shù)據(jù)VNIR-1、VNIR-7、SWIR-3、SWIR-5 波段主成分變換特征向量矩陣Table 5 Eigenvector matrix of PCA using VNIR-1, VNIR-7, SWIR-3,SWIR-5 bands of the WV-3 data

4 蝕變信息提取結(jié)果及驗證

4.1 蝕變信息提取結(jié)果

從提取的蝕變信息結(jié)果來看(圖5)，鐵染(Fe3+)信息在研究區(qū)分布較為廣泛，主要分布在研究區(qū)北部巴音戈壁組下段和南部的巖體中，其次分布在凹陷邊緣巴音戈壁組上段和西南部下白堊統(tǒng)蘇宏圖組火山巖中(圖5a，圖6)；Al—OH異常信息主要分布在研究區(qū)北部巴音戈壁組下段，與鐵染信息在該位置大部分重合，其次分布在南部巖體和凹陷邊緣的巴音戈壁組上段的局部地區(qū)(圖5b，圖6)；Mg—OH異常信息主要分布在研究區(qū)南部花崗質(zhì)巖體中，其次分布在凹陷邊緣內(nèi)側(cè)的巴音戈壁組上段(圖5c，圖6)；碳酸鹽異常信息主要分布在研究區(qū)北部巴音戈壁組下段，與鐵染和Al—OH異常信息在該位置大部分重合，其次分布在南部花崗質(zhì)巖體和凹陷邊緣外側(cè)的巴音戈壁組上段(圖5d，圖6)。整體來看，研究區(qū)蝕變信息主要分布在三片地區(qū)，一是研究區(qū)北部巴音戈壁組下段，二是南部圖克木隆起的花崗質(zhì)巖體，三是新尼烏蘇凹陷東北部NE向向斜兩翼巴音戈壁組上段。

4.2 蝕變信息驗證

將根據(jù)提取的蝕變信息結(jié)果與地質(zhì)圖和礦產(chǎn)信息疊加(圖6)，有針對性地選擇部分地區(qū)進行了野外觀察、地面能譜測量、光譜測量等，并采集了典型巖石樣品，進行室內(nèi)薄片觀察和化學分析。

圖6 巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)蝕變信息與地質(zhì)礦產(chǎn)綜合疊加圖Fig. 6 Comprehensive map of alteration, geology and mineral information in Benbatu area, Bayingobi Basin

對于研究區(qū)北部蝕變信息較為集中的地區(qū)，地表主要出露巴音戈壁組下段含礫粗砂巖、礫巖等，地層呈紅褐色和灰白色相間分布(圖7a)，顯示發(fā)生強烈的赤鐵礦化、褐鐵礦化和粘土化蝕變(圖7b)。研究區(qū)南部蝕變信息集中地區(qū)，地表主要出露黑云母花崗閃長巖，巖體大面積發(fā)生赤鐵礦化而呈紅色(圖7c)，特別是在巖體裂隙和斷層發(fā)育處，蝕變更為嚴重。另外，巖石中黑云母含量較高，并發(fā)生明顯綠泥石化(圖7d)，因此在該地區(qū)提取了較為明顯的鐵染和Mg—OH異常信息。地表能譜測量顯示以上兩片地區(qū)放射性值均正常，說明提取的蝕變與鈾礦化沒有直接的關(guān)系。

圖7 蝕變信息查證野外照片: (a)研究區(qū)北部巴音戈壁組下段宏觀照片；(b)研究區(qū)北部巴音戈壁組下段赤鐵礦化、褐鐵礦化和黏土化；(c)研究區(qū)南部花崗巖體宏觀照片；(d)黑云母花崗閃長巖中黑云母綠泥石化Fig. 7 Field photographs showing alterations: (a) macrophotograph showing the lower member of Bayingobi Formation in the northern part of the study area; (b) photograph showing hematitization, ferritization and argillization in the lower member of Bayingobi Formation in the northern part of the study area; (c) macrophotograph showing the granitic pluton in the southern part of the study area; (d) biotite chloritization in the biotite granodiorite

由于巴音戈壁組上段是研究區(qū)的主要富鈾地層，本次對該套地層中提取的蝕變信息進行了重點查證。在向斜的西北翼提取出了明顯的鐵染和碳酸鹽信息，并且沿地層呈帶狀分布，受地層控制明顯(圖6)。地表主要出露黃色砂巖，發(fā)生明顯褐鐵礦化(圖8a)，其光譜在波長915 nm附近有明顯的三價鐵吸收峰特征，在2320 nm附近有弱的碳酸鹽吸收峰特征(圖8b)。另外，蝕變信息分布地區(qū)存在弱異常，黃色砂巖γ值多在30 ur左右，周圍浮土中異常值局部大于100 ur。該地段驗證結(jié)果表明與鈾異常有關(guān)的蝕變可能為褐鐵礦化和碳酸鹽化。

圖8 向斜西北翼黃色砂巖(a)及其光譜曲線(b)Fig. 8 Yellow sandstone in the northwest flank of the syncline (a) and its spectra curve (b)

在向斜西北翼東段靠近轉(zhuǎn)折端位置，提取了明顯的鐵染、Al—OH和碳酸鹽信息，地表主要出露黃色含礫粗砂巖，多發(fā)生褐鐵礦化，局部地區(qū)發(fā)生明顯赤鐵礦化呈紫紅色(圖9a)，砂巖中白云母含量較高，在裂隙面中多發(fā)育方解石脈。黃色含礫粗砂巖的光譜在波長920 nm附近有明顯的三價鐵吸收峰，在2210 nm附近有Al—OH吸收峰，在2320 nm附近有碳酸鹽的吸收峰(圖9b)。巖石薄片中，可以明顯觀察到針鐵礦呈紅色顆粒狀分布在長石等礦物邊緣，礦物顆粒間被鐵質(zhì)浸染(圖9c)，還可以觀察到白云母、黑云母、菱鐵礦等礦物，菱鐵礦多被后期氧化成褐鐵礦，呈黃褐色菱形環(huán)帶狀(圖9d)。巖石薄片鏡下特征表明，在向斜轉(zhuǎn)折端附近的巴音戈壁組上段黃色砂巖發(fā)生了明顯的鐵染和碳酸鹽化蝕變。該地段碎屑巖樣品化學分析結(jié)果顯示，燒失量普遍偏高，變化范圍為11.29%～ 20.69%(表6)，可能為樣品中碳酸鹽含量偏高所致。樣品中的U含量整體較高，其中富含菱鐵礦，后期氧化成褐鐵礦的黃色砂巖(樣品20082103)U含量達到822 μg/g(表6)，該地段驗證結(jié)果表明與鈾礦化關(guān)系密切的蝕變主要為鐵染和碳酸鹽化。

圖9 向斜轉(zhuǎn)折端附近蝕變信息查證結(jié)果Fig. 9 Verification results of alteration information in the hinge zone of the syncline(a)黃色含礫粗砂巖發(fā)生褐鐵礦化和赤鐵礦化；(b)黃色含礫粗砂巖光譜曲線；(c)紅色含礫粗砂巖鏡下照片(正偏光)；(d)黃色粗砂巖鏡下照片(單偏光)。Pl—斜長石；Goe—針鐵礦；Hem—赤鐵礦；Lim—褐鐵礦；Sid—菱鐵礦；Mus—白云母；Bi—黑云母(a) Ferritizaiton and hematitization in the yellow pebbled coarse sandstone; (b) spectral curve of the yellow pebbled coarse sandstone; (c) micrograph of the red pebbled coarse sandstone(cross-polarized); (d) micrograph of the yellow pebbled coarse sandstone(plane-polarized). Pl—plagioclase；Goe—goethite；Hem—hematite；Lim—limonite；Sid—siderite；Mus—muscovite；Bi—biotite

表6 下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段碎屑巖化學分析測試結(jié)果Table 6 Geochemical analysis results of clastic rocks in the upper member of the Lower Cretaceous Bayingobi Formation

在向斜的東南翼，提取了與西北翼類似的蝕變類型和組合，但整體上蝕變強度相對偏弱。Al—OH異常信息主要分布再東南部巴音戈壁組下段靠近巖體位置，地面調(diào)查發(fā)現(xiàn)砂巖發(fā)生強烈的高嶺土化而呈白色疏松狀(圖10a)，其光譜在2215 nm附近有明顯的高嶺石吸收峰特征(圖10b)，但地表相應位置放射性異常不明顯。鐵染異常信息分布廣泛，在凹陷邊緣的砂巖中明顯發(fā)生赤鐵礦化成紫紅色(圖10c)，其光譜在900 nm附近有明顯的三價鐵吸收峰特征，并且在2350 nm附近有明顯的碳酸鹽吸收峰(圖10d)，地面放射性測量顯示具有弱的異常，γ值多位于80～120 ur之間，進一步說明與鈾礦化有關(guān)的蝕變?yōu)殍F染和碳酸鹽化。

圖10 向斜東南翼蝕變信息查證結(jié)果:(a)、 (b) 巴音戈壁組下段砂巖高嶺土化及其光譜曲線; (c)、 (d) 巴音戈壁組上段砂巖赤鐵礦化和褐鐵礦化及其光譜曲線)Fig. 10 Verification results of alteration information in the southeast flank of the syncline: (a),(b) sandstone with kaolinization and its spectral curve of the lower member of the Bayingobi Formation; (c), (d) sandstone with hematitization and ferritization andits spectral curve of the upper member of the Bayingobi Formation

野外查證和室內(nèi)分析結(jié)果表明，本次利用WV-3遙感數(shù)據(jù)提取的鐵染、Al—OH、Mg—OH和碳酸鹽異常信息位置較為準確，能較好地反映研究區(qū)的蝕變類型、分布范圍和強度，為該地區(qū)下一步鈾礦勘查提供線索。

5 有利成礦地段篩選及討論

5.1 有利成礦地段篩選

野外調(diào)查和上述室內(nèi)研究表明研究區(qū)經(jīng)歷了后期中低溫熱液作用，使鈾元素進一步疊加富集，在合適地段發(fā)生礦化或成礦，而與鈾礦化最為密切的就是后期發(fā)生的鐵染和碳酸鹽化，這與塔木素鈾礦床在后期經(jīng)歷的熱液疊加改造作用相似(肖國賢等，2017；Zhang Chengyong et al., 2019)。因此，根據(jù)鐵染和碳酸鹽化蝕變信息的分布，可以進一步預測找礦有利地段。研究區(qū)內(nèi)主要找礦目的層為巴音戈壁組上段，該套地層中的鐵染和碳酸鹽異常信息主要分布在研究區(qū)NE向向斜的西北翼中段、轉(zhuǎn)折端附近和東南翼南段。向斜的西北翼巴音戈壁組上段(K1b2)發(fā)生明顯褶斷，地層破壞嚴重。在WV-3影像中可以看出巴音戈壁組上段沿走向分布不連續(xù)，多發(fā)生強烈揉褶成環(huán)狀和其它不規(guī)則形狀(圖11a)。該地段雖然有利于后期熱液浸入，造成地層發(fā)生強烈蝕變，但卻不利于地下水長期穩(wěn)定的朝一個方向流動，因此不利于砂巖型鈾礦的形成。向斜的轉(zhuǎn)折端和東南翼，巴音戈壁組上段(K1b2)沿NE走向連續(xù)分布，褶皺變形不明顯，地層相對穩(wěn)定(圖11b)。另外，在轉(zhuǎn)折端附近發(fā)育多條NW向斷裂，可為地下水流動和后期的熱液運移提供通道。所以，研究區(qū)向斜轉(zhuǎn)折端附近和東南翼(主要為南段)是研究區(qū)尋找鈾礦化或鈾礦床的有利地段(圖6)。

圖11 本巴圖地區(qū)向斜西北翼(a)和東南翼(b)WV-3遙感影像(R/G/B:5/3/2)Fig. 11 WV-3 images showing the northwest flank (a) and southeast flank (b) of the NE-strike syncline in the Benbatu aera (R/G/B:5/3/2)”

5.2 討論

蝕變信息可以為尋找一些特定類型礦產(chǎn)提供重要線索，利用遙感數(shù)據(jù)提取相關(guān)蝕變信息的技術(shù)日趨成熟，但主要應用于基巖裸露區(qū)的熱液型礦床，在覆蓋嚴重地區(qū)或大部分沉積型礦床中的應用相對有限。本次雖然利用WV-3數(shù)據(jù)在本巴圖地區(qū)提取了相關(guān)蝕變信息，經(jīng)查證，蝕變礦物類型和分布位置整體較為準確，但在研究過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：①利用主成分分析法提取異常信息，其關(guān)鍵點在于波段選擇和閾值分割，信息提取過程具有一定的主觀性，不同人員提取的結(jié)果可能差別較大，如果前期對研究區(qū)地質(zhì)背景缺乏了解，提取的結(jié)果有可能違背地質(zhì)認知，所以，建議在利用遙感數(shù)據(jù)提取異常信息之前，一定要對研究區(qū)的地質(zhì)概況有所了解，最好有前期地面踏勘；②WV-3數(shù)據(jù)雖然具有較高的空間分辨率，一定程度上可以減少混合像元的干擾，縮小提取的信息范圍，從而有利于沉積巖區(qū)或覆蓋區(qū)的弱信息提取，但是受光譜分辨率的影響，利用WV-3數(shù)據(jù)很難進一步提取和區(qū)分具體礦物，如含F(xiàn)e3+的赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦等，含CO3-的方解石、白云石、菱鐵礦等，而與鈾礦化有關(guān)的蝕變礦物可能只是其中的一種或幾種，因此有必要結(jié)合WV-3數(shù)據(jù)的特點，探索新的提取方法或者利用更高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)提取具體的蝕變礦物信息，以提高蝕變信息提取的針對性和準確性；③利用遙感數(shù)據(jù)提取的很多異常信息，通常很難直接判斷是蝕變礦物信息還是巖石中原生礦物信息，即便是蝕變信息，也很難判斷是風化作用還是熱液作用引起，即無法直接判斷蝕變成因。所以，在應用遙感提取的異常信息之前，有必要結(jié)合野外地質(zhì)調(diào)查、巖石薄片、地球化學等方法加以佐證，以提高地質(zhì)作用過程分析和礦產(chǎn)勘查有利地段篩選的可靠性。

6 結(jié)論

(1)利用WV-3遙感數(shù)據(jù)在巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)提取了鐵染、Al—OH、Mg—OH和碳酸鹽異常信息，經(jīng)野外查證，提取的蝕變信息類型和位置較為準確，結(jié)合地質(zhì)、地球化學等方法，可以較好地應用于沉積巖區(qū)，為尋找砂巖型鈾礦提供重要線索。

(2)本巴圖地區(qū)與砂巖型鈾礦化關(guān)系最為密切的蝕變信息為鐵染和碳酸鹽化，主要分布在研究區(qū)北部巴音戈壁組下段、南部圖克木隆起花崗質(zhì)巖體和新尼烏蘇凹陷東北部向斜兩翼巴音戈壁組上段。

(3)根據(jù)鐵染和碳酸鹽化信息在主要找礦目的層巴音戈壁組上段中的分布，結(jié)合該套地層地質(zhì)特征，認為雖然在NE向向斜西北翼發(fā)育相關(guān)蝕變信息，但地層褶皺變形且破壞嚴重而不利于砂巖型鈾礦形成。轉(zhuǎn)折端和東南翼蝕變相對偏弱，但地層穩(wěn)定，且發(fā)育NW向斷裂，有利于地下水和后期熱液運移，是下一步鈾礦勘查的有利地段。