基于DEM的南岭东段离子吸附型稀土矿成矿地貌条件分析

刘新星,陈毓川,王登红,黄 凡, 赵 芝

1)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083;2)中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;3)中国地质科学院,北京 100037



基于DEM的南岭东段离子吸附型稀土矿成矿地貌条件分析

刘新星1,2),陈毓川3)*,王登红2),黄 凡2), 赵 芝2)

1)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083;2)中国地质科学院矿产资源研究所,北京 100037;3)中国地质科学院,北京 100037

摘 要:稀土是我国重要的战略资源,而离子吸附型稀土矿是我国的特色矿产,占据着重要的地位。离子吸附型矿产的形成与否,与风化壳密切相关,而风化壳的发育及保存与微地貌等特征密切相关。本文旨在利用DEM技术,结合搜集到稀土矿点及矿区数据,对含有稀土的地貌单元进行地形因子定量分析,以总结风化壳离子吸附型稀土矿的成矿地貌条件。借助GIS技术,利用DEM提取高程、坡度、坡向、曲率、地形起伏度、地表切割深度、地形特征等各类地貌因子值,并与南岭东段的成矿矿点及矿区进行叠加分析,统计计算矿点及矿区所处位置的地貌因子值,进而探讨风化壳型稀土资源赋存的有利地形地貌环境。结果显示,最佳成矿有利地貌为高程150～500 m、坡度0°～20°、地形起伏度100～400 m、地表切割深度40～150 m、地形特征为山顶或山脊;研究结果有望指导南岭东段离子吸附型稀土矿找矿勘查工作。

关键词:DEM南岭东段;离子吸附型稀土矿;成矿地貌;地貌因子值

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本文由中国地质调查局地质大调查项目“我国离子吸附型稀土矿战略调查及研究”(编号:1212011220804)资助。

数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是美国麻省理工学院的Chaires LMiller于1956—1958年首次提出来的,用于对地球表面地形地貌的数字表达、模拟。它由多种信息空间分布的有序数值阵列组成,用高程Z表示地面特征,用X、Y水平坐标系统描述高程空间分布,其数据由平面位置和高程数据两种信息组成。DEM能够综合反映地形的基本特征,可以定量提取高程、坡度、坡向等各种地形因子,是地形分析的主要信息源。目前,基于DEM的数字地形分析已经成为GIS空间分析中最具特色的部分,在军事、测绘、资源调查、环境保护、城市规划、灾害防治及地学研究各方面发挥着越来越重要的作用(汤国安等,2010)。

离子吸附型稀土矿是含稀土的花岗岩类、火山岩类岩石在湿热气候和低山丘陵的地貌条件下,经强烈的风化淋滤作用,稀土元素以离子状态吸附于矿石中粘土类矿物晶粒表面及晶层间的矿床(杨岳清,1981)。其成矿由内/外生地质作用综合控制,前者形成一套富含稀土元素的岩石,为稀土成矿提供了物质基础;后者在形成风化壳的过程中,促进母岩中稀土元素的解离、迁移富集成矿。丘陵地貌条件、湿润的气候及广泛出露的成稀土矿花岗岩等优势,使得南岭东段具有成离子吸附型稀土矿的良好背景。但是,这类矿床在该区的出现又并非处处皆是,说明普遍中又孕育着特殊性。整体来说,其主要受含矿原岩和风化作用的影响和控制(杨岳清等,1981)。局部上,微地貌的差异程度同样影响风化壳的发育、矿体的发育和保存,同时也因为影响到地表、地下水的迁移方向而影响到稀土元素的分布特征。总之,地形地貌是非常重要的成矿条件,也是至关重要的找矿标志。

一般认为,离子吸附型矿床主要分布在低山丘陵区,海拔低于550 m,高差60～250 m的丘陵地带,山顶坡度一般小于30°,山顶浑圆,沟壑纵横,但切割不深,且以平缓低山和水系发育为特征。局部特征表现为:地形起伏小比起伏大、缓坡比陡坡、宽阔山头比狭窄山头、山脊比山坳、山顶比山腰、山腰比山脚更有利于成矿(张祖海,1990)。这些成矿规律的认识对于找矿起到了指导作用,但也无可否认,由于定量化水平不高,很难推广到大范围来进行成矿预测。随着计算机技术的发展,DEM技术也得到了长远的发展,其在水土保持、灾害预测方面应用研究尤为深入(汤国安等,2001;郭芳芳等,2008;马伟等,2015)。故而,利用DEM技术定量研究风化壳型稀土矿的成矿地貌条件也势在必行。本文旨在利用DEM技术,探讨稀土资源赋存的区域地貌及微地貌特征,以指导南岭东段离子吸附型稀土矿的找矿工作。

南岭东段处于赣南、闽西及粤北,属于亚热带气候区,气候湿润多雨,植被发育。地貌多为丘陵山地,地形相对平缓,海拔多在500 m以下。大地构造位置位于华南造山系南岭造山带。区内岩浆岩较为发育,成岩时代从加里东期到燕山期均有,其中燕山期最为发育。离子吸附型稀土矿的成矿母岩主要为花岗岩(袁忠信等,2013),且各含矿岩体的稀土含量普遍偏高(赵芝等,2014)。稀土矿的成矿作用在研究区广泛发育,形成了一批工业矿体,也使得南岭成为我国独特的离子吸附型稀土矿的矿集区(袁忠信等,2013)。其成矿具有元素丰度高、储量大、时代新、构造条件简单和地理分布面积广的特点(霍明远,1992)。

综上可知,研究区整体具有较好的气候及区域地貌条件,成稀土矿的岩浆岩分布广泛,且稀土矿点较多,具有研究微地貌成矿得天独厚的优势。

1 资料来源及研究方法

1.1 矿点及矿区数据

研究区内存在大量的已知离子吸附型稀土矿的矿点,为定量分析成矿条件提供了事实依据。因此,对于统计该区的成矿有利条件具有重要意义。本次搜集到研究区内108个矿区数据及357个矿点数据,其中存在一些重复矿点或矿床信息不全等问题。经梳理矿床名称、地理位置、矿床规模、成矿时代等信息后,筛选出126个矿点。另外,由于矿点采集所用地图参数的差异或人为因素的影响,其坐标往往偏离主矿体位置,多数落在矿区的边部或者矿区周边的道路上,个别甚至偏离矿区几km,影响了离子吸附型稀土矿成矿有利条件统计的准确性。本次对收集的数据进行了投影转换,统一坐标系统为高斯-克里格投影直角坐标系统后,参考研究区内的矿权范围及利用遥感影像数据解译出的稀土开采图斑,精确地限定了部分稀土矿的坐标,提高了矿点的位置精度。如图1,图上有1个矿权数据及3处同名的矿点坐标,结合ETM真彩色图像,分析与开采的图斑相对位置,删除了矿点1与2,并微调了矿点3的位置,使其能够代表该矿区的有利成矿条件。

1.2 DEM数据准备

本文的DEM数据主要是以ASTER GDEM2数据为基础,其空间分辨率为30 m,该数据是根据NASA新一代对地观测卫星Terra的详尽观测结果制作完成的。目前该数据有两版,本次采用了第二版本,它增强了DEM数据地面分辨率、填补了部分空隙并校准了湖泊的水平面,基本上能够满足本次地貌分析的需要。

1.3 研究方法

利用DEM数据,基于GIS空间分析技术,计算每个矿点的地形因子值,如高程、坡度、坡向、曲率、地表切割深度、地形起伏度及地形特征因子等,然后统计分析所有矿点地形因子值的分布特征,提取其有利成矿区间。鉴于矿点位置仅限于空间的一个点,地貌特征为区域特征,为提高统计的准确性,本次还计算了研究区内108个稀土矿区的地貌特征,综合二者信息,总结出南岭东段有利于成矿的地貌条件。最后,重点剖析了研究区内2个典型矿床的实例,以验证研究结果的可靠性。

图1　同名稀土矿点坐标的校正Fig.1 The coordinates correction of the Rare earth mines with the same name

2 稀土成矿地貌条件分析

地貌分析可分为微观因子分析及宏观因子分析。微观因子包括坡度、坡向、坡长、地面曲率、变率等,它们所描述的是地面具体点位的地形因子特征;宏观因子包括地形起伏度、粗糙度、沟壑密度、地表切割深度、坡形等,它们所描述的是一定区域的地形特征(汤国安等,2010)。其中,高程能够直观反映地形的表面形态,坡度是土壤侵蚀的重要指标,是影响水土流失的关键;沟壑密度则是反映当地气候、地质、地貌的一个基本指标,地形起伏度、地表切割深度、地表粗糙度等也都是反映地表的起伏变化和侵蚀程度的指标;所有这些指标均影响着风化壳的发育与保存。因而,研究地形因子的统计特征对风化壳离子吸附型稀土矿的成矿规律及成矿预测具有重要意义。图2展示了研究区稀土矿点在宏观地貌上的分布特征。

图2　研究区DEM 3D渲染及矿点分布图Fig.2 DEM 3-demision rendering and mines distribution map of the study area

2.1 微观地形因子分析

2.1.1 高程

高程指地面任一点距大地水准面的垂直距离,是数字高程模型的基本信息数据(汤国安等,2010)。一般认为,随着海拔的升高,气压变低,空气变稀薄,则白天吸收太阳长波辐射变少,夜晚散热较快,最终平均气温下降。另外,地形可以强迫气流抬升而使降水量增多,从而导致降雨量和相对湿度在一定程度上增加,进而影响了植被的分布格局。综合考虑这些因素,无不是风化作用的重要指标。因此,高程对于风化壳的发育具有重要影响。

本次把南岭东段126个矿点及108个矿区叠加到DEM数据上,提取各个点位的高程值,进而进行统计分析(表1),并做了高程值分布直方图(图3)。由表1可知,研究区内矿点及矿区的平均高程值分别为373 m和354 m。通过直方图可以发现,随着高程的增加,成矿单元逐渐增多,在300 m处达到最多,之后开始下降,直至800 m处仍有成矿。可以推断,该研究区内高程在300 m左右时,其成矿地貌条件最为有利。经统计还发现,矿点及矿区所处高程单元值在150～500 m之间的分别占有97.35%、85.8%。因此,本次把150～500 m作为研究区的有利成矿高程区间。

2.1.2 坡度

坡度(Slope)是指过地表某一点的切平面与水平地面的夹角,表示了地表面在该点的倾斜程度。地面坡度是最重要的地形因子之一,它直接影响着地表的物质流与能量的再分配,影响着土壤的发育、植被的种类与分布,制约着土地利用的类型与方式,在所有地形定量因子中,坡度因子是影响水土流失强弱的关键因子(王秀云等,2005)。因而,坡度对于风化壳的保存尤为重要。在ESRI公司的ArcInfo软件中,坡度的计算利用3×3个格网窗口在DEM数据中连续移动进行。表面的坡度指横跨表面了值的最大变化率即坡度为确定中心栅格与四周相邻栅格高程值的最大变化率。

图3　矿点(a)及矿区(b)的高程分布直方图Fig.3 The elevation distribution histogram of the ore occurrences(a)and mining area(b)

研究区内矿点及矿区的平均坡度分别为13.1° 和12.5°。通过坡度分布直方图可以发现:从0°起,随着坡度的增加,成矿单元逐渐增多,在10°左右处达到最大,之后开始下降,直至35.3°处仍有成矿。因而可以推断,坡度在10°左右较小范围内对成矿最为有利;坡度远大于10°时,风化壳容易被流水侵蚀,破坏矿体的保存。反之,则风化壳过多堆积,不利于风化作用向基岩方向推进,阻碍了稀土元素富集成矿。研究区内坡度值在0°～20°之间的矿点及矿区位置分别占83.3%、91.27%。因此,把坡度值在0°～20°范围的单元作为成矿的有利坡度。

2.1.3 坡向

坡向指地表面上某点的切平面的法线矢量在水平面的投影与过该点的正北方向的夹角。即从正北方向开始,顺时针旋转到法线在水平投影线间的夹角。它是决定地表面局部地面接收阳光和重新分配太阳辐射量的重要地形因子之一,可直接造成局部地区气候特征的差异(汤国安等,2010)。其光照、湿度、热量、风量不同,也直接影响到诸如土壤水分、植被生长适宜性程度等多项指标,进而影响风化作用的进行。一般南坡、东南坡、西南坡,所获得太阳光热量大,温度相对稍高。另外,该研究区主要地处江西,夏季多东南季风,山地有阻挡气流前进的速度,减小风速,延长降雨持续时间,因而在迎风坡上降雨增加。背风坡因空气下沉,雨量较之减小(陈天珠,1983)。但是,北坡水分蒸发量少,土壤墒情好,植被密生,风化作用也较为有利。因而,对于成矿有利坡向还未能一概而论。

本次统计了研究区矿点及矿区范围内的坡向值,如表3可以发现其分布范围较广,标准差较大,显示坡向分布较为分散。从坡向分布直方图可以发现,其累计曲线接近于直线,说明坡向值分布较为均匀。但是,矿点坡向直方图在180°左右有微弱的凸起,可能该范围相对成矿有利。在矿区的坡向值分布直方图中,特征不太明显,呈现了较为微弱的凸起特征。另外,矿区范围的采样点较多,为更好地显示其分布规律,特别缩小了分布间隔,结果却呈现了类似周期性的分布规律,说明稀土成矿对于坡向还是具有一定的选择性的。

图4　矿点(a)及矿区(b)的坡度分布直方图Fig.4 The slope distribution histogram of the ore occurrences(a)and mining area(b)

图5　矿点(a)及矿区(b)的坡向分布直方图Fig.5 The aspect distribution histogram of the ore occurrences(a)and mining area(b)

图6　矿区的坡向分布直方图Fig.6 The aspect distribution histogram of mining area

表3　矿点及矿区的坡向统计值Table 3 The aspect statistic value of the ore occurrences and mining area

2.1.4 曲率

曲率是指地形曲面在各个界面方向上的形状,是凹凸变化的反映,也是平面点位的函数。地形表面曲率反映了地形结构与形态,影响着土壤有机物含量的分布,在地表过程模拟、水文、土壤等领域有着重要的应用价值和意义。曲率分为剖面曲率和平面曲率。剖面曲率指对地面坡度沿最大坡降方向地面高程变化率的度量。平面曲率指在地形表面上,具体到任何一点P,指用过该点的水平面沿水平方向切地形表面所得的曲线在该点的曲率值(汤国安等,2010)。其中,正值表示凸起,负值表示下凹。

统计计算矿点及矿区所处范围的平面曲率及剖面曲率结果(如表4,图7),可以发现剖面曲率平均值接近于0,标准差较小,其直方图近乎正态分布,大多数值分布在–2～2之间,其中大于0的像素个数占48.6%;数据说明沿坡降方向地形起伏不大,有起有伏,大致近乎直线坡。水平曲率的平均值微小于0,标准差较大,大多数值分布在–17～14之间;其中大于0的像素个数占49.1%,其直方图也近乎正态分布。这说明沿水平方向坡形起伏变化较大,有突起也有凹陷,可能与顺坡水流冲刷作用有关。前人认为,稀土矿大多在浑圆状的山顶,且沟壑纵横。为此,专门用山顶点为中心,以90 m为半径做缓冲区,求得缓冲区内的平面曲率及剖面曲率的平均值分别为–1.3、0.15,大于0的值分别占42.3%和61%,可知水平方向沟壑较多,剖面方向具有一定的局部凸起。另外,不得不考虑到,统计的矿区多数均处于开采状态,破坏了部分原有成矿地形特征。

2.2 宏观地貌因子分析

2.2.1 地形起伏度

地形起伏度是指给定区域内最大高程与最小高程的差。它能够直观地反映地形的起伏特征。在水土流失研究中,地形起伏度指标能够反映水土流失区的土壤侵蚀特征,是比较适合区域水土流失评价的地形指标(汤国安等,2010),同时也可以作为风化壳保存条件的一个地形指标。可用公式表示为Di=Hmax-Hmin;其中Di表示地面i点的地形起伏度;Hmax表示固定分析窗口内的最高高程;Hmin表示固定分析窗口内的最低高程。由公式可见,固定分析窗口的选择很重要,它在一定程度上可以影响到地形起伏度的值。

表4　矿点及矿区的曲率统计值Table 4 The curvature statistic value of the ore occurrences and mining area

经实验,本次选择4 km为分析窗口。计算每个像素点地形起伏度后,统计发现,82.8%的矿点及73.8%的矿区范围落在100～400 m区间,可作为最佳成矿有利区间。另外,还可以发现其统计直方图(图8)呈现了双峰的特征,在400～550 m区间也呈现一个小的波峰。把地形起伏度与高程及坡度值分布投散点图,如图9可见,该区间内有一些数据的高程及坡度也在有利矿床区间内,或者高程不利的情况下,其起伏度等因素有利。因此,可以认为即使个别地貌因素成矿不利,但在微地貌有利的条件下,也可以发育离子吸附型稀土矿床。

图7　矿点及矿区的坡向分布直方图Fig.7 The curvature distribution histogram of the ore occurrences and mining area

图8　矿点(a)及矿区(b)的地形起伏度分布直方图Fig.8 The surfer rolling distribution histogram of the ore occurrences(a)and mining area(b)

表5　矿点及矿区的地形起伏度统计值Table 5 The surfer rolling statistic value of the ore occurrences and mining area

2.2.2 地表切割深度

地表切割深度是指地面某点的邻域范围的平均高程与该邻域范围内的最小高程的差值。可用公式表示为Di=Hmean-Hmin;其中Di表示地面i点的地表切割深度;Hmean表示固定分析窗口内的平均高程;Hmin表示固定分析窗口内的最低高程。它直接地反映了地表被侵蚀切割的情况,是研究水土流失及地表侵蚀发育状况的重要参考指标(汤国安等,2010),对于风化壳的保存具重要意义。切割深度过小,由于上层风化层的保护,基岩的风化作用受阻。切割深度过大势必导致风化壳的侵蚀,从而致使稀土元素的流失,对于成矿具有破坏作用。

本次采用4 km×4 km为窗口,计算每个高程点所在窗口内的地表切割深度值。统计分析研究区矿点及矿区的地表切割深度值后发现,73%的矿点及88.3%的矿区范围落在40～150 m之间,85%的矿点及94.5%的矿区范围落在40～200 m区间。综合考虑矿区开采的影响,可以把地表切割深度40～150 m作为最佳成矿区间。

2.2.3 地形特征分析

地形特征主要包括山顶(peak)、山脊(ridge)、凹陷(pit)、鞍部(pass)、平地(plane)和山沟(channel)等。其中,山顶为局部区域内海拔高程的最大值,表现为在各方向上都为凸起;凹谷则是在局部区域内海拔高程的极小值点,表现为在各方向上都为凹陷;山脊是在两个相互正交的方向上,一个方向凸起,而另一个方向没有凹性变化的位置。山谷为在两个相互正交的方向上,一个方向凹陷,而另一个方向没有凹性变化的位置;鞍部在两个相互正交的方向上,一个方向凸起,而另一个方向凹陷的位置。平地是在局部区域内各方向上都没有凹凸性变化的点。利用DEM提取地形特征点,可通过一个3×3(即90 m×90 m)网格,判断中心网格与8个邻域点的高程关系,从而确定特征中心点的类型。

图9　地形起伏度与高程(a)、坡度的关系图(b)Fig.9 The surfer rolling and elevation(a),slope diagram(b)

表6　矿点及矿区的地表切割深度统计值Table 6 The surfer incision statistic value of the ore occurrences and mining area

图10　矿点(a)及矿区(b)的地表切割深度分布直方图Fig.10 The surfer incision distribution histogram of the ore occurrences(a)and mining area(b)

表7　矿点及矿区的地形特征统计值Table 7 The terrain feature statistic value of the ore occurrences and mining area

图11　矿点(a)及矿区(b)的地形特征分布直方图Fig.11 The terrain feature distribution histogram of the ore occurrences(a)and mining area(b)

图12　研究区地形特征成矿率分布直方图Fig.12 The distribution histogram of the terrain feature mineralization rate of the study area

经过统计分析发现(表7,图11),矿点及矿区大部分处于山脊、山沟及平地,其面积比例可达99%,相对较少的矿点及矿区范围落在山顶、鞍部及凹谷处。但通常认为,山顶与山脊处风化壳的发育及保存较好,利于稀土矿的形成。该统计似乎与前人认识不完全一致,山顶处统计值的数量明显过少,在分布直方图上几乎没有显示;但是也不难发现,基于面积统计方法并不能完全代表某种特征成矿有利性,因为研究区内大部分范围属于山脊、山沟等地貌特征,故而本次又采用归一化的办法,即分别计算每种成矿地貌特征的像素个数与研究区内该特征像素总和的比值。结果发现(图12),矿区内含有的山顶点为115个,而全区内有山顶点63309个,0.182%的山顶点可以成矿,远高于矿区与研究区的面积比0.040%。另外,还可以发现,山顶与山脊成矿比例最高,山沟与平地次之,鞍部与凹谷最差。

2.2.4 其它地形因子

除了上述因子外,水土监测中还常用到其他一些地形因子如沟壑密度、地表粗糙度及高程变异系数等。沟壑密度也称为沟谷密度,是描述地面被沟壑切割破碎程度的一个指标,反映当地气候、地质、地貌、生物的一个基本指标。沟壑密度指单位面积内沟壑的总长度,以km/km2为单位。地表粗糙度是反映地表起伏变化和侵蚀程度的指标。一般定义为地表单元的曲面面积与其在水平面上的投影面积之比。它能够反映地形的起伏变化和侵蚀程度的宏观地形因子,是衡量地表侵蚀程度的重要量化指标。地形高程变异系数是反映地表一定距离内,高程相对变化的指标,用该区域高程标准差与平均值的比值表示。它是描述局部地形起伏变化的指标。本次还分别统计了这三类地形因子,尽管该类因子的统计直方图也呈现了数据的局部聚集,但与全区的统计直方图的分布形态几乎一致,说明不具有成矿专属性。

2.3 典型矿床的地貌剖析

为了更好地说明微地貌对成矿作用,除了在区域上进行地貌因子统计外,本次还特别对701及807矿区的地貌特征进行剖析(表8),以讨论微地貌对成矿的具体影响及验证上述统计特征的准确性。701矿区近NEE向展布,本次以NEE及NWW向做了高程剖面。从剖面图A-A’上可知,矿区东高西低,整体高程分布在250～420 m之间,地形起伏不大,地形起伏度及切割深度均在上述成矿区间内,坡度也大多属于缓坡(剖面图上x与y轴比例尺不一致)。807矿区近NE向展布,高程剖面图可知,地形沿矿区展布方向中间高、两边低;因而,807矿区内分成了两个重点区。从遥感影像也可以发现,东北及西南各一个开采区,表明地形起伏小的地方矿化较好。这也说明,地形对于成矿具有较好的控制作用。另外,依照前面的方法统计了两个矿区的地形因子值,普遍处于有利成矿区间(表9)。

3 讨论

3.1 成稀土矿的地貌成因分析

地貌形成的物质基础包括岩石和地质构造,岩石的性质及地质构造的类型对地貌的形成都会产生一定的影响(田明中等,2009)。研究区内的成矿母岩多为花岗岩,具块状结构,坚硬致密,抗蚀力强,常形成陡峭高峻的山地;又因风化壳松散偏砂,其下原岩不透水,易产生地表散流与暴流,水土流失严重;且因节理丰富,产生球状风化;地表水与地下水沿节理活动,逐步形成密集的沟谷与河谷;在节理交错或出现断裂的地方,往往形成若干小型盆地;节理的多少和型式决定山坡的形态,节理密集区,重力崩塌显著,出现垂直崖壁;层状风化与剥蚀,使坡面角保持不变,而球状风化与剥蚀,使坡面浑圆化。沿节理进行的风化作用,可深入岩体内部,形成很厚的红色风化壳。此外,岩体构造对花岗岩地貌也有影响。这些特征利用上述的地貌因子值也不难佐证。

表8　典型矿区高程剖面图Table 8 The elevation profile of the typical mining area

表9　典型矿区地形因子统计值Table 9 The terrain factor statistics value of the typical mining area

图13　研究区地质构造与地形关系图Fig.13 The geological structure and terrain diagram of the study area

图14　研究区局部的河流与地貌关系图Fig.14 the rivers and geomorphology diagram of one part of the study area

表10　地形因子相关系数Table 10 The terrain factor correlation coefficient

图15　地形起伏度与地表切割深度及高程关系图Fig.15 The relation diagram of the surfer rolling,surfer incision and elevation

另外,地质构造可以直接形成地貌(如断层崖),也能影响地貌的形成。断裂构造造成岩石破碎,形成软弱带,使岩石的抗风化和侵蚀能力降低,常形成沟谷地貌。因而,已有文献利用DEM数据,基于地形特征提取地质构造信息,并取得了不错的效果(张会平等,2004;宿渊源等,2015)。从图13不难发现,NE向的地质构造控制了区域地貌特征,且大多数地质构造位于剖面曲率较大的位置,也是地貌的坡度变化较大的位置。

地表的形态是由内外动力综合作用的结果。其中,内动力使地表起伏度增加,外动力则相反,使地表起伏度降低,即削高填平。除了上述岩性及地质构造影响外,研究区地处南方丘陵地区,地表沟壑纵横,与区内水系有着密切的关系。研究区内多为树枝状水系,受地形影响明显(图14),同时,水系又反过来影响着地表微地貌形态。研究区内的水系可以通过沟壑深度等值线来反映。

3.2 地貌因子相关性分析

地形因子是地表特征的定量描述,数值间具有一定的联系。本次统计了各个矿点的高程、坡度、坡向、地表切割深度及地形起伏度之间的相关系数(表10)。计算结果显示,地表切割深度与地形起伏度的相关系数最高,且二者与高程相关系数也较高。因而,把各个矿点的高程、地表切割深度及地形起伏度等值进行投点后发现:随着高程的增加,地表切割深度及地形起伏度均增加,这也意味着随着高程的增加,其风化壳被剥蚀的可能性也较大。对地表切割深度与地形起伏度的值做线性回归分析,呈现了良好的线性关系(图15),故而二者选其一可作为成矿预测要素。另外,坡度与地表粗糙度相关性较强,因地表粗糙度成矿不具有选择性,故在此不做进一步讨论。

4 结论

本文基于DEM对南岭东段地貌特征进行统计分析,认为稀土成矿对地貌具有一定的选择性。在特定地貌条件下,可保证风化壳的形成及稀土矿体的保存,同时也保证了稀土矿的赋存空间。本文得出结论如下:

(1)南岭东段成矿有利地形条件为:高程为150～500 m、坡度为0°～20°、地形起伏度100～400 m、地表切割深度40～150 m、地形特征为山顶或山脊;

(2)地质构造及岩性一定程度上控制了地貌的形成,水系对于微地貌的发展也起了促进作用;

(3)各个地貌条件的最佳耦合可以达到最佳成矿地貌,但是不能排除只满足部分成矿地貌因子成矿的可能性。

文章主要探讨了地貌对离子吸附型稀土矿成矿的影响,实际上南岭离子吸附型稀土矿的形成受多种因素影响,如基岩中稀土含量、稀土元素的赋存矿物特征、气候、降雨量、pH值等对稀土次生富集成矿也起着较大的作用,需要进一步综合深入研究。

大同市武定东西桥为钢筋混凝土实复式拱桥，净跨20 m，拱高6 m，矢跨比1/3.3，该基坑平面尺寸为40 m×35 m，基坑深度18.5 m，开挖坡比1∶0.75，基坑南侧紧靠大同市古城城墙，西东两侧为住宅楼，北侧紧靠市政交通道路，施工场地十分受限。

Acknowledgements:

This study was supported by China Geological Survey(No.1212011220804).

参考文献:

白鸽,吴澄宇,丁孝石,袁忠信,黄典豪,王佩华.1989.南岭地区离子型稀土矿床形成条件和分布规律[R].北京:地质矿产部矿床地质研究所.

陈天珠.1983.我省山地雨量的代表性及其精度分析[J].水利科技,01:1-7.

郭芳芳,杨农,孟晖,张岳桥,叶宝莹.2008.地形起伏度和坡度分析在区域滑坡灾害评价中的应用[J].中国地质,35(01):131-143.

霍明远.1992.中国南岭风化壳型稀土资源分布特征[J].自然资源学报,7(01):64-70.

马伟,徐素宁,王润生,赵珍梅,文元亮.2015.基于证据权法的赣南稀土矿山地质环境评价[J].地球学报,36(01):103-110.

汤国安,李发源,刘学军.2010.数字高程模型教程[M].北京:科学出版社.

宿渊源,张景发,何仲太,姜文亮,蒋洪波,李强.2015.资源卫星三号DEM数据在活动构造定量研究中的应用评价[J].国土资源遥感,27(04):122-130.

杨岳清,胡淙声,罗展明.1981.离子吸附型稀土矿床成矿地质特征及找矿方向[A].中国地质科学院矿床地质研究所文集(2):101-118.

袁忠信,李健康,王登红,郑国栋,娄德波,陈郑辉,赵芝,于扬.2012.中国稀土矿床成矿规律[M].北京:地质出版社.

张会平,杨农,张岳桥,孟晖.2004.基于DEM的岷山构造带构造地貌初步研究[J].国土资源遥感,04:54-58.

张祖海.1990.华南风化壳离子吸附型稀土矿床[J].地质找矿论丛,5(01):57-71.

赵芝,王登红,陈振宇,郭娜欣,刘新星,何晗晗.2014.南岭东段与稀土矿有关岩浆岩的成矿专属性特征[J].大地构造与成矿学,38(02):255-263.

References:

BAI Ge,WU Cheng-yu,DING Xiao-shi,YUAN Zhong-xin,HUANG Dian-hao,WANG Pei-hua.1989.The forming condition and distribution law of ionic type rare-earth ore deposit in Nanling region[R].Beijing:Institute of Ore Deposit Geology(in Chinese)

CHEN Tian-zhu.1983.Representative and the accuracy analysis of the mountainous rain in our province[J].Water Conservancy Science and Technology,01:1-7.

GUO Fang-fang,YANG Nong,MNEG Hui,ZHANG Yue-qiao,YE Ying-ying.2008.Application of the relief amplitude and slope analysisto regional landslide hazard assessments[J].Geology in China,35(01):131-143.

HUO Ming-yuan.1992.Distribution characteristics of the weathering curst-type rare-earth resources in Nanling,China[J].Journel of Nature Resource,07(01):64-70(in Chinese with English abstract).

MA Wei,XU Su-ning,WANG Run-sheng,ZHAO Zhen-hai,WEN Yuan-liang.2015.Geo-environmental Quality Assessment of Rare-earth Mines in Southern Jiangxi Province Using Weights-of-evidence Modeling[J].Acta Geoscientica Sinica,36(01):103-110(in Chinese with English abstract).

TANG Guo-an,LI Fa-yuan,LIU Xue-jun.2010.Digital elevation model tutorial[M].Beijing:Science Press(in Chinese).

TANG Guo-an,YANG Qin-ke,ZHANG Yong,LIU Yong-mei,LIU Xin-hua.2001.Research on accuracy of slope derived from DEMs of different map scales[J].Bulletin of Soil and Water Conservation,21(01):53-56(in Chinese with English abstract).

SU Yuan-yuan,ZHANG Jing-fa,HE Zhong-tai,FAN Wen-liang,JIANG Hong-bo,LI Qiang.2015.Assessment of applying ZY-3 DEM data to quantitative study of active structures[J].Remote Sensing for Land and Resources,27(4):122-130(in Chinese with English abstract).

YANG Yue-qing,HU Zong-sheng,LUO Zhan-ming.1981.Geological characteristics of mineralization of rare earth deposits of the Ion-absorption type and their prospectiong direction[J].The Chinese Academy of Geological Sciences Institute of Ore Deposit Geology Corpus,01:102-118(in Chinese with English abstract).

YUAN Zhong-xin,LI Jian-kang,WANG Deng-hong,ZHENG Guo-dong,LOU De-bo,CHEN Zhen-hui,ZHAO Zhi,YU Yang.2012.China's rare earth deposit metallogenic regularity[M].Beijing:Geological Publishing House(in Chinese).

ZHANG Hui-ping,YANG Nong,ZHANG Yue-qiao,MENG Hui.2004.A GIS-based research on morpho structural features of the Minshan tectonic belt[J].Remote sensing for Land and Resources,62(4):54-58(in Chinese with English abstract).

ZHANG Zu-hai.1990.A study on weathering crust ion adsorption type REE deposits,South China[J].Geological Prospecting Review,5(01):57-71(in Chinese with English abstract).

ZHAO Zhi,WANG Deng-hong,CHEN Zhen-yu,GUO Na-xin,LIU Xin-xing,HE Han-han.2014.Metallogenic specialization of Rare Earth mineralized igneous rocks in the eastern Nanling region[J].Geotectonica et Metallogenia,38(02):255-263(in Chinese with English abstract).

The Metallogenic Geomorphic Condition Analysis of the Ion-absorbing Type Rare Earths Ore in the Eastern Nanling Region Based on DEM Data

LIU Xin-xing1,2),CHEN Yu-chuan3)*,WANG Deng-hong2),HUANG Fan2),ZHAO Zhi2)
1)School of Earth Sciences and Resources,China University of Geosciences(Beijing),Beijing 100083;
2)Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037;
3)Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037

Abstract:Rare earths are important strategic resources in our country,and ion adsorption type rare earths ore is the characteristics mineral of our country,which occupying an important position.Whether the ion-absorption type mineral deposits can be formed is closed related to the weathering crust,and the development and preservation of weathering crust is subject to micro geomorphology.Therefore,the purpose of this paper is to summarize the weathering crust ion adsorption type rare earth ore metallogenic geomorphic conditions by quantitatively analyzing the terrain factors of geomorphic unit containing rare earth ore under DEM technology,combined with the collected data of rare earth mines and mining area.With the help of GIS technology,terrain elevation,slope,aspect,curvature,surface rolling,surface incision,terrain feature and other kinds of landform factor value were extracted with DEM data.Through the overlay analysis of mineral occurrence and mining area data with the terrain value in the eastern part of Nanling region,the terrain factor value of mineral occurrence and mining area is statistically calculated,and then the geomorphic environment hosting weathering crust type rare earths ore is discussed.The results show that the favorable landscape for REE mineralization is the elevation of 150～500 m,the slope of 0°～20°,the surface rolling of 100～400 m,the surface incision of 40～150 m,and thebook=175,ebook=50terrain feature of the peak or ridge.The results of the study is expected to guide ion adsorption type rare earth ore prospecting exploration in the east of Nanling region.

Key words:DEM;the eastern Nanling region;ion-absorbing type rare earths ore;metallogenic geomorphic;terrain factor value

*通讯作者:陈毓川,男,1934年生。研究员,博士生导师。主要从事区域成矿学研究。

作者简介:第一刘新星,男,1987年生。博士研究生。矿物学、岩石学、矿床学专业。

通讯地址:100083,北京市海淀区学院路29号。E-mail:liuxinxing963@163.com。

收稿日期:2015-08-12;改回日期:2015-11-09。责任编辑:魏乐军。

中图分类号:P618.7;P931;O29

文献标志码:A

doi:10.3975/cagsb.2016.02.05