北美洲新生代地层遥感地质解译标志及沉积型磷矿遥感影像特征

吴海权，李琴，曹恒，李立友，杨娟

［安徽省地质调查院(安徽省地质科学研究所)，安徽合肥 230001］

0 引言

北美洲地区地层出露齐全，新生代—太古代地层均有分布，本文仅介绍新生代地层（第三系、第四系）的遥感地质解译。以Landsat-TM/ETM Mosaic 遥感数据为主要数据源，补充其他遥感数据制作的遥感影像图为基础信息，结合已有的地质、地貌等资料，采用人机交互解译、目视解译、图像增强处理等方法，通过室内初步解译、详细解译、综合研究分析等步骤，确定不同区域新生代地层（第三系、第四系）的影像特征及其分布和变化，分别建立遥感解译标志，同时对产于其中的沉积型磷矿的遥感影像特征进行了分析研究，为今后开展境外相似地区地质调查及找寻同类矿床提供遥感技术支持，以便节省大量的人力、物力，使找矿工作事半功倍。

1 地质遥感解译

1.1 数据源选择及其处理

本次遥感地质解译工作［1］以获取时间为1999—2001年、分辨率为15 m的Landsat-TM/ETM Mosaic遥感数据为主要数据源，以MODIS 和ASTER、资源一号02C 卫星（简称ZY-102C）遥感数据等为辅助数据源，选取的图像清晰，对比度较好，纹理结构明显，利于地质解译。数据处理主要选择Landsat7（R）、4（G）、2（B）波段进行彩色合成，经正射校正、辐射校正和配准，能达到1∶10万精度要求。

1.2 解译方法

本次遥感地质解译采用分辨率为15m、7-4-2波段合成的TM/ETM 遥感影像图作为工作底图，采用经纬度投影，WGS84 坐标系。采用人机交互解译、目视解译、图像增强处理等方法，结合已有的地质、矿产资料，综合分析解译成果，建立北美洲新生代地层（第三系、第四系）的遥感解译标志，并对典型的沉积型磷矿床的矿业活动区进行解译，分析和总结其遥感地质影像特征及其与成矿的关系。

1.3 新生代地层地质遥感解译

1.3.1 第四系解译

第四系主要分布于河流两侧、湖泊边缘、海滨及地势低洼平坦地区，以河流两侧发育者最易辨认，色调较浅，常有绿色条带、斑点相伴，河流两侧发育者表面较粗糙（图1）。北极地区的第四系由于地处北极，影像奇特，黄、褐、浅绿色，夹杂许多密集水体，与其他地区有异（图2）。荒漠平坦低平区影像则表面较细滑，色泽为浅肉红色，荒漠水体附近常有绿色小斑点（图3、图4）。墨西哥境内的第四系处于最低洼处，内陆地区色浅，少绿色；滨海地区第四系则转为绿色调占主导，并有粉红色斑状影像分布其中，水系较发育，且有深、浅差别（图5）。美国西海岸一带第四系以绿色调占主导，并有暗红色斑状影像出现，带有青紫色，偶有土黄色小斑点（图6）。

图1 内陆河流旁侧第四系（Q）Figure 1.Quaternary system on the both sides of an inland river

图2 北极地区第四系（Q）Figure 2.Quaternary system in the Arctic region

图3 荒漠地区第四系（Q）（一）Figure 3.Quaternary system in the desert area（No.1）

图4 荒漠地区第四系（Q）（二）Figure 4.Quaternary system in the desert area（No.2）

图6 美国海岸线（滨海地区）第四系（Q）Figure 6.Quaternary System in the coastal area of USA

在第四系大片分布地区，可大致将其划分为全新统（Qh）和更新统（Qp），其解译标志二者略有差异。

（1）第四系全新统（Qh）。仅在长度为1 000 km河流相沉积类型中加以区分。集中分布于河床两侧河漫滩和一级阶地附近。色泽以深、浅不一的绿色为基调，其间尚有些浅色斑点，质感较粗糙，水网、支流发育。

（2）第四系更新统（Qp）。发育地区同全新统（Qh），并与之紧密相伴，绿色基调已减弱，并显现浅肉红色。这是由于其标高较全新统（Qh）高，作物、植被较少。水网仍发育，绿色条带、斑点仍常见。

值得一提的是：第四系的勾绘或解译与比例尺有关［2-3］。在1∶500 万尺度上仅规模大于1 000 km 河流两侧第四系才上图，小于500 km 规模者一般都被忽略不计，而不是理论规定的尺度。滨海地带第四系的最大特征除上面已提及的外，入海的河流常呈绿色条带。

以美国第一大河流——密西西比河为例：其下游是影像上唯一能较好区分全新统（Qh）、更新统（Qp）的地区（图7）。全新统（Qh）：绿色团块和斑点是其特点，绿色团块紧邻河流分布，黄色、绿色分布全区。更新统（Qp）：以粉红色布满绿色斑点为特色，并以此与Qh相区别。

图7 美国密西西比河下游第四系（Qh、Qp）影像特征Figure 7.Image features of Quaternary system（Qh、Qp）in the lower Mississippi River of USA

1.3.2 第三系解译

第三系（R）可划分为新近系（N）、古近系（E），其进一步细分仅在美国南部、墨西哥湾北部地区分布。从图8、图9 可看出，两国第三系的解译标志特征基本相同，但绿色色调有深浅之分。

图8 美国境内第三系（R）影像特征Figure 8.Image features of Tertiary（R）system in USA

图9 墨西哥境内第三系（R）影像特征Figure 9.Image features of Tertiary（R）system in Mexico

（1）新近系（N）。多和第四系更新统（Qp）相随，整体特征与第四系类似，以绿色基调为特征，绿色条带和斑点、浅色带肉红色斑点共生，但绿色不均匀。差别是新近系（N）缺少具规模的河流，水系（水网）不发育。

（2）古近系（E）。与新近系（N）相随，两者界线较清楚，可能与古近系固结程度较高有关。而断续可见代表走向的线形是解译古近系的标志之一。

2 沉积型磷矿的遥感影像特征

磷矿是指在经济上能被利用的磷酸盐类矿物的总称，是一种重要的化工矿物原料。磷矿物按其成矿起源可分为沉积岩、变质岩和火成岩。目前，工业开采的约85%磷矿是海相沉积磷矿，其余为火成岩磷矿、变质岩磷矿。北美洲地区的美国佛罗里达磷矿是世界著名的磷矿生产基地［4］，属于海相沉积磷矿，产于新生代沉积盆地的第三系中。第三系磷块岩、磷灰石结核是沉积型磷矿床的重要矿源层。佛罗里达磷矿由一系列分散的矿床组成，露天开采（图10、图11）。

图10 美国佛罗里达一带第三系中的沉积型磷矿影像特征Figure 10.Image features of sedimentary phosphate deposit in Tertiary system in Florida, USA

图11 美国佛罗里达沉积型磷矿矿业活动遥感影像解译Figure 11.Remote sensing image interpretation of sedimentary phosphate mining activities in Florida, USA

ETM遥感影像上地势比较平坦开阔，第三系主要以浅绿、绿色的条带和斑点为主，夹杂暗红、樱红色团块、斑点，影像中樱红色、灰白色、深蓝色为磷矿范围，地表开采场（樱红色）、选矿场（灰白色夹浅蓝色）、尾矿库与采空区（深蓝色）、矿区道路（灰白、暗红色等）等矿业活动区清晰可见。

磷矿属于不可再生资源，磷在农业生产中发挥的作用是不可替代的，其重要性日益彰显。各主要产磷国为满足本国需求及保护磷矿资源，相继出台了限制磷矿石出口的政策。我国磷矿资源储量丰富，但高品位磷矿储量低，已查明资源储量的磷矿中97.5%为中低品位磷矿，全国磷矿资源平均品位为16.95%［5］。磷矿资源已经被国家列为2010 年以后的紧缺资源。由于开发滞后，我国磷矿产量远远满足不了磷化工发展需要，须采取有力措施，以保障我国磷矿资源的可持续发展［6-7］。应在合理开发利用国内现有资源的前提下，鼓励进口，鼓励有实力的企业“走出去”开发利用境外资源［8］。遥感是区域地质调查和成矿预测行之有效的方法和手段，若在境外相似地区开发海相沉积磷矿，应在收集相关地质矿产资料的基础上先进行遥感地质解译，分析其控矿要素，为找寻同类矿床提供遥感技术支持，可节省大量的人力、物力，对减少境外矿产投资的盲目性具有一定的指导意义。

3 结束语

以Landsat-TM/ETM Mosaic 遥感数据为主要数据源，采用人机交互解译、目视解译、图像增强处理等方法，对北美洲新生代地层的遥感地质特征等进行分析研究，分别建立遥感解译标志，以美国佛罗里达沉积型磷矿床为例，分析其控矿要素的遥感影像特征，为今后开展境外相似地区地质调查及找寻同类矿床提供遥感技术支持，对减少境外矿产投资的盲目性具有一定的指导意义。

致谢：本文是在“全球地质矿产与资源环境卫星遥感‘一张图’工程”工作项目“北美洲地质矿产与资源环境卫星遥感‘一张图’工程”的基础上撰写的，在项目实施过程中得到了中国国土资源航空物探遥感中心方洪宾、杨清华、聂洪峰、郭大海，吉林大学姜琦刚，浙江大学黄智才，四川地调院尹显科，核工业北京地质研究院刘德长，湖南遥感中心余德清，安徽地调院王永敏等正高级工程师的指导与帮助，在此表示衷心的感谢！