北美洲新生代地層遙感地質解譯標志及沉積型磷礦遙感影像特征

吳海權，李琴，曹恒，李立友，楊娟

［安徽省地質調查院(安徽省地質科學研究所)，安徽合肥 230001］

0 引言

北美洲地區地層出露齊全，新生代—太古代地層均有分布，本文僅介紹新生代地層（第三系、第四系）的遙感地質解譯。以Landsat-TM/ETM Mosaic 遙感數據為主要數據源，補充其他遙感數據制作的遙感影像圖為基礎信息，結合已有的地質、地貌等資料，采用人機交互解譯、目視解譯、圖像增強處理等方法，通過室內初步解譯、詳細解譯、綜合研究分析等步驟，確定不同區域新生代地層（第三系、第四系）的影像特征及其分布和變化，分別建立遙感解譯標志，同時對產于其中的沉積型磷礦的遙感影像特征進行了分析研究，為今后開展境外相似地區地質調查及找尋同類礦床提供遙感技術支持，以便節省大量的人力、物力，使找礦工作事半功倍。

1 地質遙感解譯

1.1 數據源選擇及其處理

本次遙感地質解譯工作［1］以獲取時間為1999—2001年、分辨率為15 m的Landsat-TM/ETM Mosaic遙感數據為主要數據源，以MODIS 和ASTER、資源一號02C 衛星（簡稱ZY-102C）遙感數據等為輔助數據源，選取的圖像清晰，對比度較好，紋理結構明顯，利于地質解譯。數據處理主要選擇Landsat7（R）、4（G）、2（B）波段進行彩色合成，經正射校正、輻射校正和配準，能達到1∶10萬精度要求。

1.2 解譯方法

本次遙感地質解譯采用分辨率為15m、7-4-2波段合成的TM/ETM 遙感影像圖作為工作底圖，采用經緯度投影，WGS84 坐標系。采用人機交互解譯、目視解譯、圖像增強處理等方法，結合已有的地質、礦產資料，綜合分析解譯成果，建立北美洲新生代地層（第三系、第四系）的遙感解譯標志，并對典型的沉積型磷礦床的礦業活動區進行解譯，分析和總結其遙感地質影像特征及其與成礦的關系。

1.3 新生代地層地質遙感解譯

1.3.1 第四系解譯

第四系主要分布于河流兩側、湖泊邊緣、海濱及地勢低洼平坦地區，以河流兩側發育者最易辨認，色調較淺，常有綠色條帶、斑點相伴，河流兩側發育者表面較粗糙（圖1）。北極地區的第四系由于地處北極，影像奇特，黃、褐、淺綠色，夾雜許多密集水體，與其他地區有異（圖2）?；哪教沟推絽^影像則表面較細滑，色澤為淺肉紅色，荒漠水體附近常有綠色小斑點（圖3、圖4）。墨西哥境內的第四系處于最低洼處，內陸地區色淺，少綠色；濱海地區第四系則轉為綠色調占主導，并有粉紅色斑狀影像分布其中，水系較發育，且有深、淺差別（圖5）。美國西海岸一帶第四系以綠色調占主導，并有暗紅色斑狀影像出現，帶有青紫色，偶有土黃色小斑點（圖6）。

圖1 內陸河流旁側第四系（Q）Figure 1.Quaternary system on the both sides of an inland river

圖2 北極地區第四系（Q）Figure 2.Quaternary system in the Arctic region

圖3 荒漠地區第四系（Q）（一）Figure 3.Quaternary system in the desert area（No.1）

圖4 荒漠地區第四系（Q）（二）Figure 4.Quaternary system in the desert area（No.2）

圖6 美國海岸線（濱海地區）第四系（Q）Figure 6.Quaternary System in the coastal area of USA

在第四系大片分布地區，可大致將其劃分為全新統（Qh）和更新統（Qp），其解譯標志二者略有差異。

（1）第四系全新統（Qh）。僅在長度為1 000 km河流相沉積類型中加以區分。集中分布于河床兩側河漫灘和一級階地附近。色澤以深、淺不一的綠色為基調，其間尚有些淺色斑點，質感較粗糙，水網、支流發育。

（2）第四系更新統（Qp）。發育地區同全新統（Qh），并與之緊密相伴，綠色基調已減弱，并顯現淺肉紅色。這是由于其標高較全新統（Qh）高，作物、植被較少。水網仍發育，綠色條帶、斑點仍常見。

值得一提的是：第四系的勾繪或解譯與比例尺有關［2-3］。在1∶500 萬尺度上僅規模大于1 000 km 河流兩側第四系才上圖，小于500 km 規模者一般都被忽略不計，而不是理論規定的尺度。濱海地帶第四系的最大特征除上面已提及的外，入海的河流常呈綠色條帶。

以美國第一大河流——密西西比河為例：其下游是影像上唯一能較好區分全新統（Qh）、更新統（Qp）的地區（圖7）。全新統（Qh）：綠色團塊和斑點是其特點，綠色團塊緊鄰河流分布，黃色、綠色分布全區。更新統（Qp）：以粉紅色布滿綠色斑點為特色，并以此與Qh相區別。

圖7 美國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 第三系解譯

第三系（R）可劃分為新近系（N）、古近系（E），其進一步細分僅在美國南部、墨西哥灣北部地區分布。從圖8、圖9 可看出，兩國第三系的解譯標志特征基本相同，但綠色色調有深淺之分。

圖8 美國境內第三系（R）影像特征Figure 8.Image features of Tertiary（R）system in USA

圖9 墨西哥境內第三系（R）影像特征Figure 9.Image features of Tertiary（R）system in Mexico

（1）新近系（N）。多和第四系更新統（Qp）相隨，整體特征與第四系類似，以綠色基調為特征，綠色條帶和斑點、淺色帶肉紅色斑點共生，但綠色不均勻。差別是新近系（N）缺少具規模的河流，水系（水網）不發育。

（2）古近系（E）。與新近系（N）相隨，兩者界線較清楚，可能與古近系固結程度較高有關。而斷續可見代表走向的線形是解譯古近系的標志之一。

2 沉積型磷礦的遙感影像特征

磷礦是指在經濟上能被利用的磷酸鹽類礦物的總稱，是一種重要的化工礦物原料。磷礦物按其成礦起源可分為沉積巖、變質巖和火成巖。目前，工業開采的約85%磷礦是海相沉積磷礦，其余為火成巖磷礦、變質巖磷礦。北美洲地區的美國佛羅里達磷礦是世界著名的磷礦生產基地［4］，屬于海相沉積磷礦，產于新生代沉積盆地的第三系中。第三系磷塊巖、磷灰石結核是沉積型磷礦床的重要礦源層。佛羅里達磷礦由一系列分散的礦床組成，露天開采（圖10、圖11）。

圖10 美國佛羅里達一帶第三系中的沉積型磷礦影像特征Figure 10.Image features of sedimentary phosphate deposit in Tertiary system in Florida, USA

圖11 美國佛羅里達沉積型磷礦礦業活動遙感影像解譯Figure 11.Remote sensing image interpretation of sedimentary phosphate mining activities in Florida, USA

ETM遙感影像上地勢比較平坦開闊，第三系主要以淺綠、綠色的條帶和斑點為主，夾雜暗紅、櫻紅色團塊、斑點，影像中櫻紅色、灰白色、深藍色為磷礦范圍，地表開采場（櫻紅色）、選礦場（灰白色夾淺藍色）、尾礦庫與采空區（深藍色）、礦區道路（灰白、暗紅色等）等礦業活動區清晰可見。

磷礦屬于不可再生資源，磷在農業生產中發揮的作用是不可替代的，其重要性日益彰顯。各主要產磷國為滿足本國需求及保護磷礦資源，相繼出臺了限制磷礦石出口的政策。我國磷礦資源儲量豐富，但高品位磷礦儲量低，已查明資源儲量的磷礦中97.5%為中低品位磷礦，全國磷礦資源平均品位為16.95%［5］。磷礦資源已經被國家列為2010 年以后的緊缺資源。由于開發滯后，我國磷礦產量遠遠滿足不了磷化工發展需要，須采取有力措施，以保障我國磷礦資源的可持續發展［6-7］。應在合理開發利用國內現有資源的前提下，鼓勵進口，鼓勵有實力的企業“走出去”開發利用境外資源［8］。遙感是區域地質調查和成礦預測行之有效的方法和手段，若在境外相似地區開發海相沉積磷礦，應在收集相關地質礦產資料的基礎上先進行遙感地質解譯，分析其控礦要素，為找尋同類礦床提供遙感技術支持，可節省大量的人力、物力，對減少境外礦產投資的盲目性具有一定的指導意義。

3 結束語

以Landsat-TM/ETM Mosaic 遙感數據為主要數據源，采用人機交互解譯、目視解譯、圖像增強處理等方法，對北美洲新生代地層的遙感地質特征等進行分析研究，分別建立遙感解譯標志，以美國佛羅里達沉積型磷礦床為例，分析其控礦要素的遙感影像特征，為今后開展境外相似地區地質調查及找尋同類礦床提供遙感技術支持，對減少境外礦產投資的盲目性具有一定的指導意義。

致謝：本文是在“全球地質礦產與資源環境衛星遙感‘一張圖’工程”工作項目“北美洲地質礦產與資源環境衛星遙感‘一張圖’工程”的基礎上撰寫的，在項目實施過程中得到了中國國土資源航空物探遙感中心方洪賓、楊清華、聶洪峰、郭大海，吉林大學姜琦剛，浙江大學黃智才，四川地調院尹顯科，核工業北京地質研究院劉德長，湖南遙感中心余德清，安徽地調院王永敏等正高級工程師的指導與幫助，在此表示衷心的感謝！