我国西北地区铀矿勘查遥感应用进展

叶发旺，刘德长，赵英俊，张杰林，方茂龙

（核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京 100029）

遥感技术在铀矿勘查中的应用是遥感技术在地质矿产勘查领域应用的重要方面，无论在技术上、应用理念上，还是应用的深度和效果方面，都有着明显的特色和先进性。自20世纪80年代以来，核工业铀矿勘查遥感应用研究者陆续创新性地开发了以航放为主的多源地学信息数字图像综合处理技术［1-3］、光-能谱集成技术［4-6］、可地浸砂岩型铀矿遥感快速勘查技术［7-8］等，在盛源盆地、连山关地区、安徽庐枞地区、内蒙古满洲里灵泉火山盆地、伊犁盆地南缘、下庄等地区的铀矿勘查应用中均取得了很好的效果［9-13］，并促进了遥感技术在铀矿找矿中应用的较大发展［14-17］；20世纪90年代未期，又将高光谱遥感技术和雷达技术引入铀矿勘查应用中，在苗儿山地区和吐哈盆地、准噶尔盆地进行了应用［18-19］。21世纪以来，随着我国制订出积极发展核电的战略决策，铀资源成为未来最紧缺的三大矿产资源之一，西北地区成为我国铀矿勘查的重要地区之一，遥感技术在铀矿勘查中的应用进入了新的发展阶段，在技术开发和应用广度、深度上比以前又有了新的进展［20-27］。本文着重阐述ETM、ASTER多光谱遥感、QuickBird高空间分辨率遥感、CASI/SASI航空高光谱遥感等遥感技术在鄂尔多斯盆地北部、西藏羌塘盆地、新疆塔里木盆地北缘，以及新疆雪米斯坦等地区铀矿勘查的应用进展，为遥感技术在今后的铀矿勘查应用中取得更大发展提供参考。

1 鄂尔多斯盆地北部铀成矿构造遥感识别与分析

通过对鄂尔多斯盆地北部东胜—杭锦旗地区ETM彩色合成图像的分析和解译，发现东胜铀矿床南侧存在明显的线性影像特征，分析解译为NWW向控矿断裂—准格尔召—本害敖包断裂。结合地质、重力、航磁、航放等多源地学信息和野外调查，笔者深入分析了该控矿断裂的力学性质、切割深度、活动期次，以及对沉积相和铀成矿的控制作用等，并提出 “东胜铀矿床外围扩大要沿该控矿断裂向西追索”的找矿思路和 “泊江海子环状构造西北与准格尔召—本害敖包控矿断裂交汇区北侧”的铀成矿有利区。这一找矿思路和找矿预测为鄂尔多斯盆地北部铀矿勘查不断取得新突破提供了重要依据。

2 西藏羌塘盆地砂岩型铀成矿地质条件遥感调查应用

笔者利用ETM多光谱遥感技术对羌塘盆地的地层、构造进行识别和解译（图1），并结合航磁、重力、MT（大地电磁测深）等深部地球物理资料，沉积相、地层分布等地质资料，以及地面汽车γ能谱测量资料和野外地质调查 （图2）、能谱测量资料等，对羌塘盆地铀成矿区域地质背景、有利目标层、铀成矿构造条件、铀源条件、水动力条件和古气候条件等铀成矿地质条件进行了初步调查。调查分析认为，羌塘盆地基本具备砂岩型铀矿成矿地质条件，具有一定的层间氧化带砂岩型铀矿成矿潜力，其找矿目标层主要为夏里组，其次为雪山组和雀莫错组，铀成矿有利区域是东北斜坡带和中央隆起北缘。

3 新疆巴什布拉克铀矿区油气还原蚀变遥感提取与分析

巴什布拉克铀矿床位于新疆塔里木盆地北缘喀什坳陷的西北部，是一个与油气作用密切相关的铀矿床，铀矿化产于下白垩统砂岩、砂砾岩中。前人对该矿床的地质特征和成因等做了较多研究［28-29］，但对矿区及其外围地区油气还原蚀变的强度、分布特征和分布规律等研究得很少。笔者利用ETM多光谱遥感数据和油气还原蚀变信息反向增强技术［30］，对未发生油气还原褪色蚀变的红色白垩纪含矿层进行了增强（图3）。在图3中，红色小圆点代表巴什布拉克矿床所在位置，黄色曲线代表白垩纪地层界线，该界线内的红色调图像是未发生油气还原褪色蚀变的红色白垩纪地层的反映。从该增强图像可以发现，在矿床北部和西部的两片白垩系出露范围内，图像颜色总体上以红色为主，其中夹一部分灰色调，反映出北部和西部的这两片地区白垩纪未蚀变红色岩石分布多，已发生还原蚀变的岩石分布少。在矿床所在的NWW向白垩系出露范围内，矿床所在的西段，未蚀变岩石分布少而零星，分布密度低；而东段未蚀变的红色岩石分布多，呈片状，密度大。白垩系未蚀变红色岩石的上述分布特征反映了在NWW向狭长的白垩系出露范围内，矿床所在的西段受油气还原蚀变作用强、程度大，导致未蚀变红色岩石残留少，而东段则受油气还原蚀变作用较弱，残留的红色岩石多、分布广。矿床北部和西部两片呈不规则展布的白垩系则受油气还原蚀变作用强度很小。

利用铀矿化褪色蚀变的地质特征和基于QuickBird数据的油气还原蚀变信息反向增强处理方法［31］，巴什布拉克铀矿区及其周围的高空间分辨率 QuickBird B3/B2（R）、B2（G）、B1（B）假彩色合成—拉伸增强图像（图4）可以很好地突出未受油气还原蚀变的红色地层。在图4中，白垩系（两蓝色曲线之间）总体上以灰色、灰白色调为主，在西北部和东南部有几处呈明显的紫红色调显示，反映出这两处存在较多未蚀变的红色地层；而东、西两矿区基本上处于灰白色调夹少量浅红色调的影像中，反映了巴什布拉克铀矿区及周围的白垩纪地层均受到了较强烈的油气还原作用，发生了褪色蚀变。因此，矿区及周围地区油气还原蚀变作用的强度总体上具有北部强、南部减弱，中东部强、西部减弱的特点。

在东、西铀矿区放大后的QuickBird假彩色合成图（图5）上，可以进一步清楚地看出矿区色调以浅灰绿色、灰色、灰黄色调为主，紫红色调次之，只有两矿区坑道口的碎石和矿渣为深灰绿色调。紫红色调与浅灰绿色、灰白色调交错显现。从西矿区及周围的紫红色调影像形态来看，具有形态不规则、大小不一、排列不同的特点：有的呈较大的片状连续分布（图5中的①），有的呈细线状沿岩层走向连续分布（图5中的②），有的呈不规则小片状沿岩层走向断续分布（图5中的③），还有的呈线状垂直岩层走向分布（图5中的④）。这些形态多样的紫红色调图像反映的是未发生褪色蚀变的白垩系紫红色地层残留体，它们从逆向思维的角度反映出发生油气还原褪色蚀变作用的边界不规则，其走向既有顺层、又有穿层等特点。这些特点从相对宏观的角度说明褪色蚀变作用是紫红色砂岩受自下而上运移的油气还原作用的产物，从而为油气在铀成矿过程中所起的重要作用提供了新的依据。根据前述褪色蚀变强度的分布规律，巴什布拉克铀矿区外围的找矿工作应重视矿区东部发生强烈褪色蚀变的地段。

4 新疆萨拉姆布拉克铀矿化带识别与靶区预测

笔者对塔里木盆地北缘柯坪断隆东段萨拉姆布拉克地区开展铀成矿地质条件研究时发现，由前人早在1993年发现的航放异常点（HF-10）和航放高场点（HG-6）分布于同一条NW向隐约显现的线性影像带上［31］。经野外调查，这一NW向线性影像带是一条NW向展布的宽约4～6 m的基性岩脉。为了对萨拉姆布拉克地区可能存在的蚀变特征及其与铀矿化的关系进行深入研究，笔者采用了QuickBird高空间分辨率遥感数据和CASI/SASI航空高光谱遥感数据。在萨拉姆布拉克NW向线性影像带QuickBird彩色合成图像上（图6a），可以看出灰黑色条带状线性影像东南段明显存在一片以灰白色调为特征的褪色蚀变，在其放大图（图6b）上，基性岩脉呈现的灰色-灰黄色条带状影像边界（图6中的①）清晰可见，其东北和西南两侧均存在以灰白色调为特征的褪色蚀变。其中，东北侧的规模比西南侧大，成片性强 （图6中的②），且明显有多条褪色蚀变带向北东方向的远处发育；西南侧规模相对小些，成片性弱，有的褪色蚀变带顺层向西南方向的远处发育 （图6中的③），有的断断续续顺层出现（图6中的④）。

在萨拉姆布拉克地区的CASI/SASI航空高光谱遥感矿物填图上，发现了4处明显的高铝绢云母化蚀变［27］（此处的绢云母是多个黏土类矿物的统称，主要包括地质学中的白云母、绢云母、伊利石、蒙脱石等矿物），图6b中发育有大规模蚀变处的航空高光谱遥感矿物填图结果示于图7，主要为高铝绢云母、中铝绢云母，其次是碳酸盐。其中，高铝绢云母和中铝绢云母在空间分布上与前述QuickBird反映出来的褪色蚀变基本一致；碳酸盐化主要分布在高铝绢云母和中铝绢云母的西部外围并沿基性岩脉分布，少量与高铝绢云母，中铝绢云母一致。因此，从航空高光谱遥感的尺度上看，萨拉姆布拉克铀成矿带的褪色蚀变主要是高铝绢云母化、中铝绢云母化，以及少量碳酸盐化。

室内显微观察表明，萨拉姆布拉克地区的灰白色褪色蚀变主要为伊利水云母化和碳酸盐化，少量为绿泥石化、赤铁矿化等，与航空高光谱遥感填图结果相符，反映了多期热液作用的特点。通过对整个萨拉姆布拉克NW向线性影像带的地面放射性测量，发现褪色蚀变岩石与放射性含量具有密切关系，褪色蚀变岩石的铀含量总体上比未发生褪色蚀变的紫红色岩石要高，尤其是在基性岩脉边缘明显发育构造带、褪色蚀变组合的地段，放射性含量明显偏高或异常。这些放射性偏高点和异常点均沿NW向线性影像带分布［31］，表明萨拉姆布拉克地区不只是存在早期航放资料中反映的HF-10异常点和HG-6高场点，更是存在一系列与NW向构造、蚀变有关的异常，反映了萨拉姆布拉克NW向线性影像带是一条值得重视的铀矿化带。基于上述这些蚀变特征和在蚀变地段新发现的地面放射性异常，认为萨拉姆布拉克铀成矿带是值得今后重视的铀矿找矿地区，原先发现的HF-10异常点地段和新发现的大规模蚀变和放射性异常地段（图7）是值得今后重点开展地质勘查和地表揭露的找矿靶区。

5 新疆白杨河地区CAS/SASI航空高光谱遥感应用

新疆雪米斯坦地区是一个重要的火山岩成矿带［32-33］，现已发现了一些铀、铜矿点，找矿潜力大，是当前航空高光谱遥感找矿应用的主要试验地区之一。2011年，为了促进该地区的铀及多金属矿产勘查，核工业北京地质研究院在雪米斯坦地区开展了CASI/SASI/TASI航空高光谱遥感测量，获取了大量航空高光谱遥感数据。通过对白杨河地区的CASI/SASI航空高光谱遥感数据的处理和矿物填图，填出了高铝绢云母、中铝绢云母、低铝绢云母、绿帘石和碳酸盐等矿物（图8）。由图8可见，呈红色斑块的一部分高铝绢云母断断续续分布在亮白色调显现的杨庄次火山岩体的北缘，与已知铀矿化点空间分布特征吻合；另一部分分布在杨庄岩体西侧呈窄小透镜体状展布的次火山岩体的南缘；还有一部分分布在远离次火山岩体的西北部。

通过精细处理与分析航空高光谱遥感数据，提取了白杨河地区以Al—OH吸收峰（在2 195 nm处）为特征的6个亚类的高铝绢云母（图9）。由图9可见，这6个亚类高铝绢云母具有不同的空间分布特征，与已知铀矿化关系也不同。其中，第1和第2亚类高铝绢云母空间分布基本一致，主要分布在杨庄岩体北边缘和其西侧呈窄小透镜体状展布的次火山岩体的南缘，与已知铀矿化空间分布特征具有很好的一致性；第3亚类高铝绢云母分布较少，主要分布在杨庄岩体东北部和远离透镜体状展布的次火山岩体的南部地区，在杨庄岩体东北部局部地段与铀矿化分布较吻合；第4～6亚类高铝绢云母主要分布在呈窄小透镜体状展布的火山岩体的北侧地区，其次是杨庄岩体北缘的局部地区，它们既有共同分布的重叠区，又有各自不同的分布范围，与铀矿化分布只在局部地段有些吻合。通过上述分析，初步认为：白杨河地区第1和第2亚类高铝绢云母与铀矿化空间分布关系最为密切。

与铀矿化密切相关的高铝绢云母及其亚类的发现，不仅为深入研究铀矿勘查航空高光谱遥感技术提供了重要技术思路，而且为扩大白杨河已知铀矿化区外围的找矿区域提供了重要依据。根据白杨河地区不同亚类高铝绢云母的分布特征（图9），认为杨庄岩体西部呈窄小透镜体状展布的次火山岩体，其南缘发育的第1、2亚类高铝绢云母异常的地段是值得今后铀矿勘查重视的有利找矿地段。

6 结 语

我国西北地区由于铀矿地质勘查工作程度低，且地表岩石裸露程度较高，是发挥遥感技术在铀矿找矿中应用并取得好效果的适合地区。因此，21世纪以来，随着遥感技术向高空间分辨率和高光谱分辨率方向发展，其在我国西北地区铀矿勘查中的应用取得了许多新进展和好的效果。本文只是总结了一部分应用新进展，用以抛砖引玉，与铀矿勘查遥感应用研究者交流，并为遥感技术在今后的铀矿勘查应用提供一些技术参考，以便促进遥感技术在将来不断取得铀矿找矿新突破中发挥更大的作用。

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