（地球探测与信息技术专业论文）秘鲁南部多金属矿区成矿预测与勘察分析.pdf

摘要 矿产资源特别是有色金属的供给是我国可持续发展的保证，为了 满足国民经济对矿产资源的巨大需求，我们逐渐顺应时代要求开发海 外找矿市场。本文从国民经济发展对矿产资源需求出发，对秘鲁南部 觚q u i p a 高原地区进行了系统的地质、物探分析，取得了良好的效果。 本人的主要内容如下： 1 、收集秘鲁南部a r e q u i p a 地区的区域地质、区域地球物理资料。 在此基础上对研究区的大地构造背景和斑岩型多金属矿床成矿规律 及成矿条件进行研究。 2 、运用p c i 、e i m a si m a g i n e 和e n v i 等遥感数据处理软件， 对研究区的遥感数据进行处理。对遥感图像进行线性构造解译和矿化 蚀变信息进行提取，充分了解研究区的构造特征和矿化蚀变范围，对 成矿条件的研究和矿化蚀变范围的区分以及有利成矿靶区的寻找有 着重要的指导意义，同时也为后期物探验证做准备。 3 、在深入理解激发极化法物理机制的基础上，探究了双频激电 法的基本原理和方法，主要包括时间域和频率域的等效性、双频激电 法的观测方案和观测参数、双频激电的频率特性以及野外工作的注意 事项。 4 、对整个工区的4 7 条测线及6 8 1 8 个数据点进行了数据处理， 并对处理结果进行了推断解释。结果证明：处理效果较好，验证了双 频激电法是在秘鲁南部高原地区进行物探找矿的有效方法。 关键词双频激电法，遥感图像，异常推断解释，地质应用 a b s t r a c t t h es u p p l yo fm i n e r a lr e s o u r c e ， e s p e c i a l l yn o n f e r r o u sm e t a l s ， p r o v i d e sa ni m p o r t a n tg u a r a n t e ef o rt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h e c h i n a i no r d e rt om e e tt h eh u g ed e m a n do ft h en a t i o n a le c o n o m yf o r m i n e r a lr e s o u r c e s ，w ea d a p tt ot h et h en e e d so ft h et i m e sg r a d u a l l yt o d e v e l o po v e r s e a sm a r k e to fm i n e r a lr e s o u r c e se ) i l o r a t i o n w eh a da s y s t e m a t i ca n a l y s i so ng e o l o g i c a la n dg e o p h y s i c si na r e a so fs o u t h e m p e r ub a s e do nt h ed e m a n d ，w i t hg o o dr e s u l t s m ym a i nc o n t e n ti sa s f o l l o w s ： l ， c o l l e c tt h e r e g i o n a lg e o l o g y ，r e g i o n a lg e o p h y s i c a l a n d g e o c h e m i c a ld a t ao nt h er e g i o no fa r e q u i p ai ns o u t h e mp e r u ， a n dh a v ea s t u d y o nt h et e c t o n i c s e t t i n g a n dm e t a l l o g e n i cr e g u l a r i t ) r a n d m i n e r a l l i z i t i o nc o n d i t i o n so ft h ep o 印h y 巧t y p ep o l y m e t a l l i co r ed e p o s i t o f t h es t u d ya r e a 2 ，u s et h er o m o t es e n s i n gd a t ap r o c e s s i n gs o r w a u r es u c ha sp c i ， e 剐d a si m a g i n ea n de n v it op r o c e s st h er e m o t es e n s i n gd a t ao ft h e s t u d ya r e a b ym e a n so fi n t e 印r e t i n gt h el i n e a rs t r u c t u r ea n de x t r a c t i n gt h e a h e r a t i o ni n f - 0 1 1 t l a t i o no ft h ei m a g e ，w ec a nh a v e 凡l l yu n d e r s t a n d i n go f s t m c t u r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es c o p eo fm i n e r a l i z a t i o na n da l t e r a t i o n o ft h es t u d ya r e a i ti sn o to n l yh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c et os t u d yt h e c o n d i t i o n so fm i n e r a l i z a t i o n ， d i s t i n g u j s h t h e s c o p e o fa l t e r a t i o n m i n e r a l i z a t i o na n dl o o kf o rf a v o r a b l em i n e r a l i z a t i o nt a 略e t ，b u ta l s o p r e p a r e sf o rt h ep o s t - g e o p h y s i c a lv a l i d a t i o n 3 ，b a s e do ni n d e p t hu n d e r s t a n d i n go ft h ep h y s i c a lm e c h a n i s mo f t h ei n d u c e dp o l a r i z a t i o nm e t h o d ， t h ea n i c l ee x p l o r e st h eb a s i cp i l i n c i p l e s a n dm e t h o d so fd u a l - 仔e q u e n c yi p ，w h i c hi n c l u d i n gt i m ed o m a i na n d 仔e q u e n c yd o m a i ne q u i v a l e n c e ，i n d u c e dp o l a r i z a t i o nm e t h o do fo b s e r v i n g p r o 矿锄sa n do b s e r v a t i o np a r a m e t e r s ， t h ef k q u e n c yc h a r a c t e r i s t i c so f i n d u c e dp o l a r i z a t i o na n dn o t e so nf i e l dw o r k 4 ，l n f e r e n c ea n di n t e 印r e t a t i o no ft h er e s u l t s ，w h i c hg e tb y p r o c e s s i n gt h ed a t ao ft h e4 7s u r v e yl i n e sa n d6 ， 818d a t ap o i n t si nt h e e n t i r ew o r k i n ga r e a ， p r o v et h et r e a t m e n ti sb e t t e r i tv e r i 匆t h ei n d u c e d p o l 撕z a t i o nm e t h o di sa ne 仃e c t i v em e t h o da b o u tg e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n g i nt h eh i 曲l a n da r e a so fs o u t 量l e mp e l l j k e yw o r d s ：d u a l i pm e t h o d ，r e m o t es e n s i n gi m a g e ，i n f e r e n c ea n d i n t e 巾r e t a t i o no fa n o m a l i e s ，g e o l o g i c a la p p l i c a t i o n 硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题来源 第一章绪论 矿产资源是人类自然资源的一个重要组成部分，是人类赖以生存的物质基 础，是国家安全的重要保证，也是国家经济发展的基础，矿产资源实力是国家综 合实力的体现【。据统计，我国9 5 以上的能源和8 0 以上的工业原材料均取自 矿业，矿业支撑了占我国7 0 的国民经济的运转【2 j 。 我国矿产资源虽然丰富，但是除钨和稀土等少数几种矿产外，绝大多数矿产 都是总量不足，人均更低。而且我国矿产资源自然禀赋不佳，大型、特大型矿床 少，中小矿床多，易采易选冶者少，难采难选冶者多，这给开发利用带来巨大的 困难【3 l 。我国的主要矿产资源对国防安全和经济发展的巨大需求而言，已经非常 短缺，形势严峻，当前我国人口增长和经济发展的巨大需求，迫切需要寻找更多 的矿产资源以解决矿产资源经济危机和缓和经济增长与资源不足日渐尖锐的矛 盾。经调查统计，以铜矿为例，我国已探明储量居世界前列，但平均品位仅有 o 7 1 ，品位大于l z 的仅占2 0 ，有色会属工业尚待建设的铜，矿山品位只有 o 6 2 ；而国外，智利4 大矿山的平均品位为1 6 8 ，赞比亚为3 5 ，澳大利亚为 1 8 【4 1 。因此我们逐渐将目光投向国外地区，去国外寻找勘探程度低、成矿条件 好、有望发现特大型矿床的地区。表1 1 就列出了我国正在执行勘察丌发项目的 矿产与国家p j 。 表1 1 我国正在执行勘查开发项目的矿产与国家 地处南荚洲西部的秘鲁虽然经济发展比较落后，但矿产资源上i j 非常丰富。据 8 硕士学位论文第一章绪论 初步调查，目前秘鲁铋、钒储量居世界首位，铜占第三位，银、锌占第四位。此 外，秘鲁还拥有大量的金、铁、铅、磷等矿产资源。但由于资金缺乏、技术落后 等原因，秘鲁正在开采的矿产只占已探明储量的1 0 左右。初步调查和勘探结果 显示，秘鲁南部地区蕴藏丰富的金矿共有6 0 多个1 6 l ，这些数据，说明了秘鲁地区 具有良好的找矿前景，将是我国未来重要的矿产资源基地。但是，由于这些金矿 大都蕴藏在安第斯山脉的山腰或山脚，地形和地质结构都异常复杂，因此给资源 勘探技术以及仪器设备提出了更高的的要求一需要选用一种快速、经济、适用的 物探方法。 双频道激电法是勘探金属矿藏一种十分有效的地球物理方法，而且已在国内 诸多地区的资源勘探中发挥了主要作用，对于秘鲁的自然地理情况，结合对该区 域资源勘探的特点，双频激电法的优势有望满足找矿要求，达到预期效果。 1 2 遥感技术国内外研究现状 二十世纪9 0 年代以来，空问遥感技术突飞猛进发展，图像处理、地物识别和 信息提取技术迅猛发展且不断完善，应用领域不断扩展，应用水平不断深化，数 据获取由多光谱到高光谱和超光谱，地物识别由间接到直接，信息提取由定性到 定鼍，遥感技术在地质调查、矿产勘查、地质环境评价、地质灾害监测和基础地 质研究等方面发挥着越来越大的作用l | 7 1 。 遥感信息提取技术是遥感技术体系的重要组成部分，经过数十年的发展，研 究出了许多行之有效的方法，如多元统计分析、比值运算、主成分分析、i h s 变 换、图像掩膜、边缘提取、滤波处理、模式识别、密度分割、小波变换、神经网 络、遗传算法等，特别是针对t m 、e t m 的多光谱遥感信息提取技术体系日趋完 善。近年来，一些主要应用于高光谱或甚多谱段数据的信息处理方法，如噪声调 节变换、m n f 、正交空间变换、光谱匹配、光谱角、混合像元分解等也被引入 到多光谱的异常提取中，并取得了一定的效果。 ( 1 ) 在国外，首先进行矿物、岩石的光谱特性研究，并以此为理论基础，快 速发展了航空和航天遥感技术，促进了遥感对地观测事业的蓬勃发展。自二十世 纪5 0 年代开始，特别是6 0 年代，美国和同本的一些实验室系统、大量地进行了各 种矿物、岩石的可见光至近红外光谱测定和光谱特性研究。1 9 7 0 年后，美国 g r h u n t ，j w s a l i s b u 巧例等陆续发表了包括岩( 矿) 石( 物) 在内的可见光一 一近红外光谱特性专著，比较系统地研究并分析了岩石矿物的光谱特性，同时讨 论了不同岩类光谱特性的变化规律及影响因素。 1 9 7 6 年，戈茨利用短波红外波段中的1 6 聊和2 2 朋两谱带反射比的比值定 量划分出蚀变岩与未蚀变岩。 9 硕上学位论文 第一章绪论 1 9 7 7 年，艾布拉姆斯等注意到陆地卫星多波段扫描( 0 5 1 1 肌) 光谱范围内 含褐铁矿的蚀变岩石，这是由于三价铁强吸收光谱而产生独特的反射光谱同年 罗曼等采用m s s 4 5 、m s s 5 6 和m s s 6 7 比值图像，对次生粘土、氧化硅及褐 铁矿特征的热液蚀变区进行了识别填图。 2 0 世纪8 0 年代，智利利用航片解译矿化蚀变带，发现了玛尔泰和洛博金矿。 1 9 8 4 年a m b r a m s 利用t m 图像波段比值的方法和主成分变换方法，成功排除 了植被覆盖因素干扰，从而提取出蚀变信息。 1 9 9 1 年，c r o s t a 和l 0 u 曲l i n 利用t m 图像数据，选择4 个波段( t m i 、1 m 3 、t m 5 、 t m 7 或t m i 、t m 4 、t m 5 、1 m 7 ) ，设计了主成份变换方法和特定主因子求反的 方法，填制了巴西热带地区残积土壤中的三价铁和羟基蚀变岩信息图，这表明有 目的地仅对一定的波段组合进行主成分分析可将特定的信息聚集到单一的主成 分中【9 1 。 d r o k o s 等利用t m 、s p o t 数据、数字高程模型及地球化学信息等，对爱琴海 贫地q u a t e m a r y 岛弧中的低温热液型金矿进行研究，用5 7 、3 1 等比值及主成 分分析等数学运算进行蚀变带识别，并结合提取的线性构造统计分析进行了成矿 预测【l o l 。 t i m o t h ym k u s k y 等( 2 0 0 2 年) 利用5 7 、5 l 、( 5 4 ) ( 3 4 ) 的假彩色合成 分析，在阿拉伯一努比亚地盾的干旱气候下提取出金矿化蚀变信息l l 。 v a p n i k 领导的a t & b e l l 实验室研究小组提出了支持矢量机( s v m ) 这一将理论 付诸实现的有效的机器学习方法，这是一种基于统计学习理论的分类算法。目前， 其算法精度已超过传统的学习算法，在模式识别、回归估计、概率密度函数估计 等方面得到了广泛应用i l 引s v m 在遥感图像处理中，多用来进行地物分类。 ( 1 ) 在国内，遥感信息提取技术的应用研究丌始于2 0 世纪6 0 年代，近十余年 来，得到了较为全面的研究和快速发展，技术方法由单一到综合、由简单到成熟。 刘燕君采用与矿产信息有关的特征地物亮度比值和色度学原则，先后在北京 密云水库周围的丘陵区变质铁矿实验区和河北省迁安铁矿区，从m s s 图像中成功 地把矿化点含矿围岩强烈部位增强出来i l 引。 赵元洪等针对浙江新昌地区的植被覆盖问题，采用t m 4 3 比值+ 主成分变换 技术压抑植被干扰，达到蚀信息提取的目蒯1 4 j 。 平仲良在胶东半岛多个金矿区，利用金矿围岩蚀变的光谱特征，使用不同的 比值图像，增强围岩蚀变信息，再将这些增强信息集中起来，使金矿信息明显化。 现场调查已知金矿区，在遥感图像上显示的金矿信息与实地金矿位置吻合i j 5 。 胡德永等通过对我圈内蒙撰山子、吉林夹皮沟等十几个会矿区的卫星遥感试 验，经过多年的实践和总结，提出了“微差信息处理”这二直接提取金化信息的 1 0 硕十学位论文 第一章绪论 基本思想，取得了较显著的成效1 1 6 1 。 马建文在冀北东卯地区，用图像分割的方法从t m 的原始波段数据中去掉集 中分布的环境因素，用p c 统计数据的二维散点图来表达数据特征，把目标信息和 干扰因素分开，实现了含金蚀变带信息的增强提取1 1 7 】。 杨伯林等通过对岩矿光谱特征、t m 波段比值因子与地球化学因子的相关性 等研究，探索从室内光谱数据中提取与金矿化密切相关的蚀变信息，并以此为根 据进行图像增强处理，取得了满意结剽嘲。 朱嘉伟等在豫西熊耳山地区地物反射波谱特征研究的基础上，找出了一种从 t m 数据中自动提取遥感异常信息( 即近矿蚀变信息及植被毒化信息) 的新方法。 这种方法消除了由于植被覆盖程度的差异对矿化信息提取的影响f 嘲。 张满郎在冀东地区利用植被指数法、比值主成分变换法和植被掩膜法，对 t m 、j e r 江l 等遥感图像进行处理，压抑植被反射光谱干扰信息，增强金矿化蚀 变信息，取得了较好的应用效梨2 们。 马建文提出了“t m 掩膜+ 主成分变换+ 分类”识别提取矿产弱信息的技术方法，在 辽宁二道沟金矿提取三价铁蚀变火山碎屑岩信息，在河北华北地台北缘提取含金 钾化带信息，均取得了较好的效果【2 1 1 。 张玉君等利用t m 图像中，与矿化相关的蚀变岩的亮度曲线双峰特性( t m 3 和 t m 5 高值) ，在北祁连山西段9 0 0 0 k m 2 范围内，以柳沟峡地区为样区，采用 t m l + t m 2 + t m 4 3 、t m 5 、t m 7 进行主分量分析，提取出了蚀变岩信息【2 2 1 。 张远飞等把混合像元分解法引入到多光谱遥感异常提取中，从多光谱遥感数 据中较好地分离出了矿化蚀变信息【2 3 j 刘庆生利用m a i s 数据，运用主成分分析法、比值法、k m e a t u s 距离和 i s o d a t a 分类算法、混合像元分解及假彩色合成技术，提取了内蒙哈达门沟金 矿区山前钾化带遥感信息1 2 4 1 。 王润生等设计和发展了基于特征谱带的岩矿谱系识别技术，并提出了基于单 矿物和矿物混合光谱识别的地质分析模型等，均取得了较好的应用效果1 2 5 1 。 1 3 激发极化法的发展与应用现状 双频激电法是中南大学何继善院士提出的一种频率激电观测方法。其基本原 理是通过发送机同时向地下供高低两个不同频率的电流，接收机同时检测两个频 率电流的极化特性。由于采用同时、实时观测方案，该方法具备轻便灵活、观测 精度高的特点，可作为秘鲁特殊地貌区高效面积性探测的方法技术。 1 3 1 激发极化法的发展 硕上学位论文 第一章绪论 电法勘探是从1 9 世纪初开始进行实验研究的，是一门新兴的地球科。1 8 3 5 年r w 福克斯用自然电场法找到了第一个硫化矿床。1 9 世纪末期提出了利用人 工场源的电阻率法，2 0 世纪初确立了四极等间距的温纳氏法和中间梯度法两个 分支方法。此后，又逐渐形成了多种分支方法来适应生产实践的需要。例如对称 四极法、联合剖面法、偶极剖面法和电测深法等。1 9 1 7 年提出电磁感应法，1 9 2 0 年发现了激发极化效应的电化学过程，随后经各国学者的深入研究，逐步形成了 目前广泛应用的激发极化法。1 9 2 5 年首次获得找矿效果。2 0 世纪5 0 年代初提出 大地电磁测探法，1 9 5 7 年前苏联首先研制出第一台用于大地电磁测探法的地磁 仪，现已普遍应用于世界各国1 2 6 l 。 我国电法勘探工作始于2 0 世纪3 0 年代，由当时北平研究院物理研究所的顾 功叙先生所开创，1 9 4 9 年后得到迅速发展，并广泛应用于地质问题的研究中。 开展的方法有自然电场法和电阻率法。采用的仪器是自制的电位计和英制 m a g g e r 电阻率仪。 回顾新中国建国以来，我国电法勘探的丌创与发展经历了艰苦创业带来的兴 旺发达，也承受了干扰与挫折。在电法工作者们的勤奋和坚韧不拔地努力下，无 论在基础理论、方法技术、应用范围、应用水平和应用效果等方面都取得了巨大 的进展。至今，我国已拥有当今世界上几乎所有的物探方法和技术，其中某些方 面已达到国际先进水平。在各种矿产资源、水文、工程地质等勘查方面、电法勘 探己成为不可替代的最有效的勘查手段之一。 1 3 2 激发极化法的应用现状 1 激发极化法在国内的应用现状 自从我国发展激发极化法以来，许多科研部门都在不断地进行用激电法评价 异常或者区分“矿与非矿 的研究工作，虽然也象其他国家一样( 如美国和加拿 大等) ，取得了一定进展，但进展不大，迄今为止，还未产生一种在不同的地质 环境下都行之有效的成熟方法。譬如在直流激电法中利用充、放曲线特征的方法； 在交流激电法中( 或复电阻率中) 利用频谱曲线特征的方法等，目前仍均处于研究 阶段。 在实际地质应用方面，初期的激电法主要用于勘查硫化金属矿床，后来发 展到诸多领域，如氧化矿床、非会属矿床、工程地质问题等。近年来，激电法找 水效果十分显著。早在上世纪5 0 年代中期，美围学者v i c i a r v a c q u i e “1 9 5 7 ) 等提 出了用激电一次场哀减速度找水的思想1 27 ，在该思想的启迪下，我国也丌展了 有关研究，并将激电场的哀减速度具体化为半哀时、哀减度、激化比等特征参数， 这些参数不仅能较准确地找到各种类型的地下水资源，而且可以在同水文地质 硕士学位论文第一章绪论 单元内预测涌水量大小，把激电参数与地层的含水性联系起来。 利用激电法在找水方面的成功应用有：杨迸( 1 9 9 7 ) 用回归系数的显著性检验 及回归预测方法预报了地下涌水量1 2 酗；龙凡( 2 0 0 2 ) 使用激电法中视极化率和半哀 时参数在砂页岩地区、灰岩地区、花岗岩地区和玄武岩地区找到了地下水资源， 并且用回归直线法预测了单并涌水量【2 9 】；王俊业( 2 0 0 0 ) 用激电参数和电阻率参数 对地层的富水性进行评价，取得较好的结剁3 0 i 。 利用激电法在找矿方面的成功应用有：柳建新等( 2 0 0 1 ) 在甘肃肃南石居里铜 矿区选定2 0 l ( i t l 双频激电示范这进行方法试验取得了较好的地质效果f 3 l 】；李家盛 ( 2 0 0 2 ) 在缅甸金厂铅锌矿应用激电法寻找隐伏矿体取得了理想找矿效果1 3 2 1 ；邹志 锋( 2 0 0 3 ) 在欧布拉格矿区采用时域激电( t d i p ) 中梯和单极一偶极测深装置查清了 隐伏矿体的空间位置、形态和规模等【3 3 l ；陈绍裘等( 2 0 0 3 ) 在河北易县孔各庄金矿 应用中间梯度激发极化法追索石英脉达到较好的找矿效剁3 4 l ；舒明( 2 0 0 4 ) 使用激 发极化法中梯装置为主，结合激电测深，在云南砚山阿空锰矿区找矿取得了较好 的效果1 3 习；刘宏信等( 2 0 0 5 ) 在高基多金属矿区开展了变频激电的找矿试验工作， 证实了该方法对寻找此类矿床的有效性1 3 6 】；李春成等( 2 0 0 6 ) 使用激发极化法中梯 装置在吉林省桦甸市夹皮沟金矿探测金矿床发挥了较好的作用1 3 7 】。 总而言之，“双频激电法 和基于“双频激电法 理论研发的一种电化学找 矿方法一“双频激电仪 ，形成了从理论、仪器，到野外应用技术完整的双频 激电体系，已经在全国( 除台湾省之外) 有色、冶金、地质、核工业等部门得到 推广应用，为我国的有色金属矿产资源勘探做出了贡献，找到了大量的铜、铅、 锌、钨、钼、金等国家急需矿藏，找到的各种矿床的经济价值已超过9 0 0 亿元。 由于这一体系的理论先进、完整，技术独特，找矿效果好、速度快、成本低，因 此获得国家发明奖等奖励。国家地调局于五年i i 将它列为示范推广项目之后，推 广应用越来越广泛，越来越好，引起了国内外地矿界的广泛好评与关注。 2 激发极化法在国外的应用现状 双频激电法在国外应用已经有十多年的历史了。例如，1 9 9 1 年在玻利维亚， 世界各国的地球物理仪器云集，但是只有双频激电仪以它轻便、快捷、高精度在 某处海拔4 0 0 0 多米的高山区，取得了可贵的数据，而其他国家的仪器都只能望 山兴叹，无可奈何。 1 9 9 5 年在伊朗一个铅锌矿区，伊朗地调局的专家将双频仪与西方国家当时 最先进的i p 1 4 进行对比试验。双频激电仪只有3 公斤重，用电池供电，而i p r 1 4 则用了两台大汽车，一台车装发电机、一台车装电缆和接收机。双频仪以平均不 到4 分钟完成一个测点的速度取得很好的数据，然而，l p r 1 4 由于干扰很强， 在半个多小时之内没有取得任何数据。在澳大利亚、马来两亚等地双频激电都以 硕十学位论文 第一章绪论 它的独特优势而使西方国家仪器相形见拙。现在双频激电仪正在伊朗、非洲等地 成功开展工作。 由于双频激电仪的种种优势，吸引了来自南美洲智利、秘鲁、阿根廷和非洲 赤道几内亚各国的矿产地质官员和专家们，专程来到中南大学学习双频激电法， 用双频激电开展找矿工作。 2 0 0 8 年，由中南大学与香港庄胜集团校企合作成立的中南大学庄胜矿业研 究院顺应勘查或开发国外矿产资源这一趋势，整合了中南大学的技术、学科、人 才优势和庄胜集团的资金、地域优势，组成了一个强强联合的研究组织结构，为 庄胜秘鲁矿业公司提供成矿预测、找矿勘探、项目评估等多方面方面的技术支持， 在这一过程中，激发激电法的优势得到了最大体现。 1 4 研究内容与技术方法 论文围绕双频激电法及其在秘鲁南部多金属矿区中的应用展开研究。以前人 和现在进行勘探的资料和数据、野外的地质工作为基础，通过二极法和激电测深 二维反演处理方法对研究区双频激电法数据进行处理及异常推断解释，来确定远 景靶区。 具体的研究内容如下： l 、收集、整理前人在双频激电法领域的成果，为本文提供重要的理论支持。 2 、收集秘鲁南部地区的区域地质、区域地球物理资料，对研究区的大地构 造背景和成矿条件有一个大体的了解。 3 、运用p c i 、e r d a si m a g i n e 和e n v i 等遥感数据处理软件，对研究 区的遥感数据进行处理。对遥感图像进行线性构造和矿化蚀变信息进行提取，对 图像的构造进行解译，充分了解研究的构造特征和矿化蚀变范围，为研究区成矿 条件的研究和矿化蚀变范围的区分以及寻找有利成矿靶区有着重要的指导意义。 4 、测网布设工作，然后利用双频激电中梯装置进行了物探扫面工作，以确 定异常的平面分布情况，采集异常地段典型岩石标本，对资料进行类比分析，确 保地质推断解释的可靠性。 5 、将剖面数据绘制成平面等值线图、平面剖面图以及对激电测深数据进行 二维反演处理，对异常进行推断解释。 1 5 研究成果与创新 1 5 1 主要研究内容和基本思路 c e r c a n a 矿区位于秘鲁南部a l 迮q u i p 市南东约2 3 k m 处，属于安第斯山 1 4 第章绪论 脉腹部的沙漠地带。测区北部有公路通过，矿区内有砂石路与公路相连，交通较 方便。 根据秘鲁成矿区带划分，该i 必为秘鲁南部占近纪铜斑岩成矿带的组成部分。 该成矿带产几个世界级的特大型斑岩铜矿。著名的c e r r ov e r d e ( 7 2 4 m t ，0 5 9 c u ) 、c u a j o n e ( 6 1 m t ，0 4 9 c u ( 氧化) ，1 2 1 2 m t ，0 6 4 ) 、o u e l l a v e c o ( 2 1 3 m t ， o 9 4 c u ；0 0 1 4 m o ，1 7 4 9 ta g ；7 6 l m t ，0 5 7 c u ；o 0 2 3 m o ，2 3 1 9 ta g ) 、 图卜1 秘鲁南部古近纪铜斑岩成矿带 t 0 q u e p a l a ( 7 7 0 m t ，0 7 4 c u ) 矿床均产于该成矿制”。3 8 j ( 图1 1 ) 。 本次研究的思路足以i x ：域地质背景的研基础，在了解成矿环境的前提下丌展对矿 床实际地质现象的训奄、遥感影像的分析，最后通过双频激电法进行验证，达剑 快速进行成矿预测，扩人找矿效果的目的。本文丰要研究的内容如卜。 1 矿床区域地质背景的认识，该l f 口于秘鲁南部西科迪勒拉山脉南西坡，为 纳兹 洋壳板块向南美大陆板块俯冲的安第斯jj j 陆缘造l i i 带岩浆弧的组成部分。 该带往南西距海岸线自2 线距离约9 0 k m ，依次山侏罗系陆缘一滨海相碎屑岩和部 分碳酸盐岩、白辈系岩浆一火山岩系及火山沉： 岩和碎屑岩组成；近海岸带1 台 被第四系砂砾岩覆盖，其卜覆地层【j 前寒武纪绿片岩相一角闪岩相的海岸基岩带 组成， 要为斜长角闪片岩和片麻岩。 2 e t m 陆地v 星图像上，c e r c a n a 矿区地处c h a v a m i a 火一岩浆坳| 5 f j 盆地 c h u a i i o 西构造岩浆隆起带的交接部位南东缘：其 i 干线形构造为北两向。沿 s e g a c h e s a na n t o n i o 至阿雷其帕南l a sp e n a s 为条明显的北两向线形构造带； 硕十学位论文 第t 章绪论 在断陷盆地南缘，同时发育两个次一级环形构造，这些环形构造中心部位为北西 向和北东向线形构造的交汇部位。 3 布设测网，利用双频激电中梯装置进行了物探扫面工作，以确定异常的平 面分布情况，采集异常地段典型岩石标本，对资料进行类比分析，确保地质推断 解释的可靠性 4 将剖面数据绘制成平面等值线图、平面剖面图以及对激电测深数据进行二 维反演处理，对异常进行推断解释。 1 5 2 完成的实际工作量 本论文工作从2 0 0 8 年9 月至今共进行了3 次野外调研、采样和室内综合整 理工作，于2 0 0 9 年1 0 月一2 0 1 0 年5 月完成论文编写，共计1 年半的时间。 表1 2 硕士论文完成工作量一览表 1 5 3 主要成果与认识 1 在分析了矿区地质与地球物理特征的基础上，对工作区的测网布设和工作 方法的选择进行了合理设计。 2 在深入理解激发极化法物理机制的基础上，探究了双频激电法的基本原理 和方法，主要包括时间域和频率域的等效性、双频激电法的观测方案和观测参数、 双频激电的频率特性以及野外工作的注意事项。 3 总结出了一套实用的双频激电法的数据处理方法，主要包括数据预处理及 反演成像。采用该数据处理方法，对工区内测线的剖面数据和激电测深点进行了 处理，并对处理结果进行了详尽的异常推断解释。 4 通过对区域的地质分析、遥感解译、物探资料处理等，验证了双频激电法 作为电法勘探的一个重要分支，在金属矿产中的作用及成果，具有一定的理论意 义和实用价值。 1 6 颂十学位沦文第：章秘鲁南部地区地质背景 第二章秘鲁南部地区地质背景 秘鲁位于南美洲两部。北邻厄瓜多尔、哥伦比亚，东界巴西，南接智利，东 南与玻利维亚毗连，西濒太平洋，海岸线长2 2 5 4 k m 。全境从两向东分为热带沙 漠、高原和热带雨林气候。 秘鲁地处安第斯地槽褶皱带的中段，东部与巴西地盾相邻，其问为过渡地l 式。 在大地构造上，分为瓜业基尔盆地、安第斯褶皱带、安第斯前褶皱断裂带( 即 乌一k 业利盆地) 、普图马约盆地( 又称上业马孙盆地) 和阿克里盆地等五个构造单 元。后两个坼元属边缘拗陷性质，它们之间没有明显的隆起相隔。安第斯褶皱带 纵贯南北，约占国土而积的一i 分之，在地貌卜表现为雄奇的山脉，山问多高原 和盆地：其他构造单元在地貌l 则表现为平缓的， 原及高平原。 秘鲁矿， ：资源丰富。卞要有行油、大然气、煤、铜、铅、锌、汞、锑、钨、 金、钳、钢、镉、硒、铼、铁、锡、铋、磷块岩、苇晶石和硼酸盐等。 2 1 研究区自然地理概况 研究区位j ：秘鲁共和国南部的 a r e o u l p a 高原地l 。 研究区t 讧置如图2 1 ，地理堆标 为： 1 6 0 3 4 3 0 ”s7 1 0 2 8 5 8 ”w ： l6 0 3 5 5 0 ”s7 10 2 9 4 8 ”w ： 16 0 3 57 3 2 ”s710 2 7 0 7 ”w ： 1 6 0 3 77 3 2 ”s7 l0 2 8 0 3 ”w 。 该地区为热带沙漠，草原i 候， 干燥而温和，年甲均气温1 2 3 2 ；海 拔高、地形复杂、人部分地i _ ：交通不 便、气候干燥、接地难、甲晚温差 大的地球物珲勘探网难，与秘鲁本地 的语言沟通也比较网难。这就决定丫 在这种高原地i ) 2 9 7 5 6 3 8 4 ，均值排序是5 9 3 7 6 1 2 4 8 。 除3 波段外，其它波段的相关性都较大。l 、2 、3 三个可见光波段相关相对较小， 最小相关系数达到o 8 3 8 ；7 、8 、9 波段相关系数大，但都与可见光相关度较弱， 考虑到本文没有研究地表辐射能量信息，故不选择。 图3 2 研究区e t m 波段数据统计直方图 a e t m 7 41 合成b e t m 5 3l 合成 c e i m 4 31 合成 图3 3e t m 三波段彩色合成影像图 e t m 各波段中，可见光波段含有二价铁与三价铁信息，尤以4 波段信息为 多，7 波段则集中了粘土矿物、碳酸盐矿物及含羟基矿物的光谱吸收特征，5 波 段为多数地质体的高反射区。在此，选择e t m 4 、3 、1 、e t m 5 、3 、1 和e t m 7 、 4 、l 三种合成方案进行比较，这三种方案中，e t m 7 、4 、l 合成图像色调最好， 大部分岩性差别明显，地层构造清晰，部分蚀变带和蚀变岩以鲜明的色彩显示， 可解度较高。而e t m 4 、3 、1 合成的图像色调偏色，e t m 5 、3 、l 的图像色调又 硕十学位论文 第四章双频激i 乜法的原理与r 作疗法 偏暗，且纹理层次不分明。因此，最终选择e t m 7 、4 、l 三个波段进行彩色合成 ( 图3 - 3 ) 。 3 2 遥感影像特征分析及信息提取 遥感地质解译是依据遥感图像上的影像特征，应用目视解译和人机交- 瓦解译 等技术方法，以研究区l ：5 0 0 0 0 或l ：1 0 0 0 0 0 的地质矿产图、影像图为基础， 结合野外路线踏勘的成果与认识，在建立各种岩石、地层、构造的解译标志后， 先从构造解译入手，先整体后局部，从已知到未知，直接遥感基础影像图上，对 时代地层、侵入岩、断裂构造、环形影像构造等基本地质要素进行解译，着重于 成、控矿的岩石地层和构造的分析，编制遥感地质综合解译图。 3 2 1 构造解译标志 对遥感图像进行构造解译首先要建立解译标志，构造解译标志是提取各种构 造的直接影像依据。按其影像特征显示划分六种标志类型： ( 1 ) 线性标志 它是以形态特征显示断裂构造存在的一种标志。主要类型有直线、折线、弧 线和环线。表现方式有单线和线带之分，前者反映单条断裂，后者代表断裂破碎 带。 ( 2 ) 色彩( 调) 标志 是以断裂部位和断裂两侧色彩( 调) 异常的变化特征显示断裂构造存在的一 种标志。其中包括：断裂部位色彩( 调) 异常的形成是由岩石性质和含水性不同 而引起；断裂两侧色彩( 调) 异常是由岩性不同所引起。丰要表现特征是色调异 常线、色调异常带和相同或不同色调体的错位、斜接、延伸不畅等。 ( 3 ) 影纹结构标志 是以影纹结构的突变或不协调分布关系指示断裂构造的存在。丰要是通过相 邻地质体影像走向影纹的斜交、阻断、突然消失、位移等现象存在加以判定。 ( 4 ) 地形地貌标志 是以地形地貌单元界线的突变、界面的几何形态、微地貌线性特征变化和变 形直接地反映断裂的存在。主要表现形式为： 地貌单元界线的突变：以线性影像为界分割两个地貌单元； 界面的几何形态：两个地貌单元的分界线以陡崖、陡坎、三角面等几何形 态显示； 微地貌线性特征变化：沿断裂线形成串珠状鞍形脊、负地形、垄岗地形、 透镜体、菱形块体、山体错位等微地貌现象。 硕十学位论文 第阳章双频激f 乜法的原理与i ：作办法 ( 5 ) 水文标志 是以水系、泉点的规律性变化，间接指示断裂构造的存在。主要特征是水系 错位、格子状和角状水系、水系网密度突然变化、地下水溢出点呈线形展布等。 ( 6 ) 土壤植被标志 断裂带上的土壤异常有时可能反映到遥感图像上，这是由于矿化作用、潜水 或地表水渗透而改变了土壤的成分，使之与周围土壤具有不同的色调。 3 2 2 线形、环形构造解译 线形构造主要指各种断裂构造的影像，包括大小断层、隐伏断层、断层破碎 带、节理、裂隙及一些特大规模的深大断裂、壳型断裂、隐伏基底断裂等。根据 建立的构造解译标志，在本区域解译出多组断裂。从解译出的断裂来看本区域的 丰要构造为北西向，次之为东西向和近南北向( 见图3 4 ) 。 环形影像是指遥感图像上呈环形色调或结构特征分布的影像特征，其形态有 圆形、椭圆形、半圆形、弧形及多边形等，环形构造可单个出现，也可成群出现， 有的则多个交织在一起，呈现大环套小环、环环相扣或瓦相交切等复杂现象。在 遥感图像上其色调略深或略浅于背景色调，这些环块常呈现多层状环和寄生式环 形影像组合特征，斑岩铜矿床可产在环边、环中心、环环重叠带、环线交汇处等， 但丰要分布在多层环的边部、环内及环线交汇处。根据环形解译标志，在本区域 解译出大小两个环形构造( 见图3 5 ) 。 图3 4 断裂构造的线性特征图3 5 火山机构的环形特征及放射状水系 3 3 遥感矿化蚀变信息提取 矿化蚀变是热液矿床成矿作用的重要标志之一。同时由于绝大多数热 液矿床在形成过程中，都会产，卜高岭土、绢云母、绿石泥等蚀变矿物，而 这些蚀变矿物中常含有a 1 o h 、f e 3 + 或o h 一离子( 基团) ，这些离子或基团在 多光谱遥感数据中，均具有可以识别的波段h 7 4 8 1 ( 见图3 6 ) 。遥感蚀变信息 提取是对遥感数据采用一定的数据处理方法，将与成矿有关的各种围岩蚀 硕+ 学位论文 第四章双频激i 乜法的原理与i ：作方法 变的特征波谱信息提取出来，据此而形成色调异常4 9 1 。 图3 6 典型蚀变矿物与a s t e r 图像波段的对应关系，据u s g s 标准波谱数据库 本文采用的a s t e r 遥感数据，成像时间为2 0 0 1 年0 6 月0 2 同景号为 s 1 6 2 3 w 7 1 7 7 图幅。经过一系列的数据预处理后剪切出矿区周围进行信息提取研 究。在矿区中，斑岩铜矿丰要的矿化为绢英岩化、青盘岩化、泥化和褐铁矿化， 对应的典型蚀变矿物主要有高岭石、绢云母、绿泥石和针铁矿。因此，设计一些 方法对这些典型蚀变矿物特征波谱带与a s t e r 数据通道的对应进行区分，才是 矿化蚀变信息的提取的关键。 从表3 3 中看出，高岭石和绢云母在a s t e r 6 波段处有强吸收，绿泥石在 a s t e r 8 波段处有强吸收，针铁矿在a s t e r 3 和a s t e r 4 之间处有强吸收。鉴 于前人运用丰成分分析( p c a ) 和波段比值分析，在蚀变信息中取得了较好的效 果。本文针对各种蚀变矿物，设计了下列方案。高岭石和绢云母，用a s t e r l 、 4 、6 、7 四波段进行丰成分分析( 表3 4 ) ：绿泥石，用a s t e rl 、2 、3 、5 、8 、 9 六波段进行主成分分析表( 3 5 ) ；而针铁矿，用a s t e r 4 a s t e r 3 ，进行比值 处理。 表3 3 典型蚀变矿物的吸收谱带位置与a s t e r 数据波段的对应关系 高岭石强吸收 绢云母 绿泥石弱吸收 针铁矿 弱吸收 强吸收 强吸收弱吸收 强吸收 硕+ 学位论文第四章双频激电法的原理与一i ：作疗法 从( 表3 4 ) 看出，p c 4 中的a s t e r 6 和a s t e r 7 的特征向量具高负载 荷且有相反的贡献值，因此p c 4 能增强高岭石和绢云母类矿物信息。对于 绿泥石矿物信息提取，据( 表3 3 ) 绿泥石在a s t e r 2 波段处有弱吸收而在 a s t e r 8 波段有强吸收的波谱特征。从( 表3 5 ) 中看出，p c 4 在a s t e r 2 和a s t e r 8 波段处特征向量为负载荷，这样绿泥石的信息就能以高亮度值 显示出来。 表3 4 a s t e rl 、4 、6 、7 波段主成分变化特征向量 表3 5a s t e r1 、2 、3 、5 、8 、9 波段主成分变化特征向量 主成分 a s t e r la s t e r 2a s t e i ua s t e r 5a s t e r 8a s t e r 9 p c i0 4 4 5 6 50 4 3 6 3 80 3 3 4 2 50 3 9 4 0 40 4 1 1 3 5o 4 1 8 0 4 p c 20 01 0 0 7o 1 1 2 7 5 o 8 6 4 3 9 0 2 4 2 2 8o 2 5 1 9 50 3 4 3 2 8 p c 3o 6 1 0 1 30 4 7 1 6 3o 3 4 5 4