遥感技术在西非某国滨海型锆钛砂矿找矿靶区筛选中的应用

2020-10-30张悦秋居维伟刘小胡

世界有色金属 2020年16期

张悦秋，居维伟，刘小胡，肖娥，牛琳，梅芳

（江苏省有色金属华东地质勘查局，江苏南京 210007）

锆钛作为战略性新兴矿产，被广泛应用于航空、航天、化工、电力等领域，需求量不断增大，而国内锆钛资源有限，每年锆、钛矿进口需求量分别达到90%和70%。为摆脱对ILUKA、TRONOX和Rio Tinto三大供应商的依赖，保障我国未来锆钛供应，国内相关企业一方面积极拓展进口渠道；另一方面也在通过绿地勘查、购买矿权等多种方式积极参与海外锆钛砂矿资源的开发。

研究区位于西非某国西部沿海地区的绿地，总面积约2100平方公里，地质工作程度较低，河网密布，沼泽丛生，交通极为不便，常规找矿方法效率低下。笔者所在团队利用Landsat-8的OLI/TIRS多光谱数据对研究区进行了遥感地质特征的提取，并通过遥感地质解译、遥感异常筛选和综合分析，结合区域地质背景及成矿条件，进而确定找矿远景区，取得了较好的阶段性成果。

1 区域地质背景及成矿条件

研究区位于西非克拉通博韦（Bove）向斜盆地的西南翼、大西洋近岸沉降区中。区内出露地层简单，主要为新生界第四系及古生代地层，其中第四系地层又可分为第四系滨海和海相沉积物层以及陆相沉积物层。滨海和海相沉积物层在区内出露范围最广，岩性为砂层、砂土及淤泥；陆相沉积物层岩性为砂砾、粘土及砂层；古生代地层岩性为中粗粒石英砂岩。区域上岩浆岩较为发育，从上太古代到中生代均有出露，岩石类型包括角闪岩、花岗岩以及橄榄岩等，并以花岗岩类为主。新构造运动发育不明显，对重砂矿的形成和分布没有明显的控制作用。

根据矿石元素分析仪对黑云母花岗岩及石英砂岩露头速测的结果，显示露头中的锆钛含量有一定富集，见表1。因研究区属于热带季风气候，终年高温多雨，基岩的物理-化学风化作用强烈，有利于重矿物从岩石中分离，经风化剥蚀后，可为重砂矿的形成提供丰富的物质来源。

表1 工区内露头的矿石元素分析速测结果一览表

区内的地貌类型包括海滩、阶地、水下沙坝、沙洲及湿地红树林，其中砂质海滩对成矿较为有利。

综上所述，区内物源丰富、气候条件较好、有利于形成重砂矿的地形地貌，故存在形成重砂矿的可能性。

2 遥感影像的选取和预处理

选择Landsat-8的OLI/TIRS影像数据做为数据源，轨道号分别为202～053、202～54、203～52、203～53，多光谱波段的空间分辨率为30m，全光谱波段的空间分辨率为15m。

使用ENVI软件自带的FLAASH大气校正模块，有效去除水蒸气/气溶胶散射效应，同时基于像素级的校正，矫正目标像元和邻近像元交叉辐射的“邻近效应”，并对由于人为抑止而导致波谱噪声进行光谱平滑处理。

由于该地区开发程度低，多为无人区，很难寻找到居民点和标志性建筑物作为校正采样点，并且道路也多沿着河流分布，基本失去几何校正的采点作用。若按照通常采点，控制点不足，很难保证均匀采点，故通过对比影像图、已知地形图和地质图及规模较大的河流和岩石、植被的界线和交叉部位，以“地貌点”和“地形点”做为几何校正控制点。在多项式和克吕金插值数学模型下几何校正总误差控制在1个像元之内。

基于OLI的特征，采用不同的波段和波谱计算、比较和相关性分析，对区内的铁矿化信息、羟基、碳酸根离子信息和矽卡岩等蚀变信息进行定性和半定量分析。将OLI564和OLI754波段组合作为地层和蚀变岩解译的基础影像图，地层、岩土、水系、植被等都有较好的影像反映。

3 遥感影像特征

区内遥感影像特征较为简单（见图1），按成因形态分类原则，可分10种主要地貌单元。在卫片上，各地貌单元有以下影像特征：

（1）低台地影像特征：灰到深灰色，台面较平整，由陆向海缓倾斜，近海地段常被风成砂或海成砂堤覆盖，多被河脊海湾，泻湖分割而呈不连续状，常以低矮山包似馒头状镶嵌于滨海平原上。低台地岩性为寒武系变质岩和花岗岩，海拔高度35m～80m。

（2）洪积阶地、洪积扇、洪积裙影像特征：色调多变，与邻近地貌单元的色调常有区别。形态较规整。或扇形为洪积扇，或几个扇形相连呈裙状为洪积裙。

（3）冲积阶地影像特征：影纹细腻，沿河流两侧树枝状展布。

（4）三角洲平原影像特征：平原面开阔平坦，略向海作2°～3°微倾斜，沟渠纵横，牛扼湖等河流改道遗迹显示清楚。

（5）海积平原影像特征：较大规模的海积平原面平坦，微向海倾，北东向不连续的几列砂堤位于平原上，砂堤内灰白色调，树木密集时呈黑色。海积平原高程小于7m。

（6）泻湖平原影像特征：影像细腻柔和，积水色调更深。

（7）海成砂堤影像特征：海成砂堤是区内成矿地貌单元之一，形成时代早为Q3者称老砂堤，以后形成者称新砂堤。老砂堤色调较深，灰色为主，部分灰白色(受风成砂影响)，粗糙。老砂堤离海远，位于海岸线内侧，延长方向与海岸线一致。规模大小不一，长约500m～800m，宽约100m～1000m不等，标高一般在3m～20m之间，常背靠台地，或位于泻湖平原、河海混合堆积平原之上，砂岛上也见产出。形态多样，有规则或不规则长条状，有短条状或圆状。新砂堤色调浅于老砂堤，呈灰白色，形成时代越新，调越浅，目前尚在继续扩展的砂堤色调最浅。新砂堤在海边广泛发育，规模大小不一，空间位置及形态特征在航片上表现最为清楚，毗岸砂堤背靠平原或台，呈弯月状或纺睡状、细条状、开叉状，堤间常夹暗色调洼地；拦湾砂堤籍丘体或台地作依托，向一端发展。拦封海湾，逼湾口位移；砂咀顶部钩形特征明显。

（8）砂砾质海滩影像特征：在潮间带地貌中色调较浅，结构较粗糙。有基岩出露海滩见黑色凸起的斑点或斑块。

（9）泥质海滩影像特征：灰结构细腻，灰朦朦似雾状，有密如蛛网的潮水细沟。

（10）红树林海滩影像特征：密布淡黑色小斑点，红树林越茂盛，色调越深。滩面潮水沟也较发育。

4 铁染信息提取

以三价铁和二价铁离子的光谱反射波谱特征为出发点，寻找出特征谱带所对应的OLI波段，采用适当的遥感增强方法提取到铁矿化信息。含三价铁（Fe3+）矿物的反射光谱曲线图见图2。

图2 含Fe3+矿物的反射光谱曲线图

OLI的2、4、5和6波段是反射谷和反射峰交替出现，光谱亮度值反差较大，将这四个波段进行组合，有利于铁化信息的提取。为方便后期与其他地质信息进行综合分析，使获得的类铁矿化信息半量化处理，即根据影像图对应的灰度直方图分布特征和信息分布规律，设定阈值，将各类铁矿化信息分级量化处理，再将量化后的矿化信息统一转化到ARCGIS软件平台上，不断地和已知的、已获取的构造、岩性等信息进行叠加综合分析，来正确的判断蚀变信息的分布特征、剔除一些假的或无用的矿化信息。获得的OLI的类铁化蚀变分布及强度见图3。

图3 铁染异常分布图（蓝色区域为铁染异常区）

5 遥感异常查证

图4 砂滩上的铁染异常区照片

根据遥感影像特征及铁染异常分布形态的不同，从图3可见，蓝色的铁染异常可分为海岸线附近条带状异常区、河流入海口处流线状或条带状异常区以及内陆团块状、星点状异常区。通过现场调查发现前两种铁染异常区地表通常为灰白色、土黄色夹薄层状、星点状黑色砂层或混合砂层（见图4），而内陆的异常区地表通常为铁红色、红褐色或土黄色砂土所覆盖（见图5）。利用矿石元素分析仪对部分内陆铁染异常区内的样品进行测试，测试结果表明样品中铁元素含量一般2%～5%，最高可达24.19%，故推测为铁质氧化所致，非锆钛砂矿致异常。

图5 农田中的铁染异常区照片

6 遥感找矿预测与找矿靶区圈定

鉴于重矿物锆英石与钛铁矿的含量存在正相关性，且砂质海滩对锆钛砂矿成矿较为有利，在高分遥感解译及野外调查验证的基础上，初步判断海岸线附近遥感影像为亮白色、灰白色调，且重叠或附近有流线状或条带状铁染异常分布的区域成矿可能性较大。基于以上原则，圈定2处锆钛砂矿找矿靶区（图3中红色图框范围），并利用人工冲击钻在靶区1内施工了6个钻孔进行验证，经样品采集及矿石元素分析仪速测，发现一中等规模的锆钛砂矿体，取得了较好的找矿效果。