劉德長，童勤龍，林子喻，楊國防

(1.核工業(yè)北京地質研究院遙感信息與圖像分析技術國家級重點實驗室，北京 100029;2.東華理工大學地球科學學院，撫州 344000)

0 引言

歐洲大陸位于歐亞大陸西部，其核心為俄羅斯克拉通，東側以烏拉爾褶皺帶與西伯利亞地臺毗鄰，西側以挪威—不列顛島—阿巴拉契亞加里東褶皺帶與北美地臺相接，南側以西歐褶皺帶和阿爾卑斯—高加索中、新生代褶皺帶與岡瓦納大陸為界［1］;其大地構造可劃分為加里東褶皺帶、芬蘭—斯堪的納維亞地盾、東歐地臺、西歐地臺、華力西褶皺帶和阿爾卑斯褶皺帶6 個構造單元［2－3］。

在成礦方面，歐洲大陸屬于勞亞成礦域和特提斯成礦域，包括地中海成礦帶、歐洲成礦區(qū)、烏拉爾—蒙古成礦帶和格陵蘭成礦區(qū)［4］，主要發(fā)育石油、天然氣、煤、鉀鹽、鐵、銅、鉻、鉛、鋅、汞和瀝青等礦產，是全球地質構造和礦產資源都極為復雜和豐富的地區(qū)，也是研究程度較高的地區(qū)。但運用遙感技術全面研究歐洲大陸基礎地質和礦產分布規(guī)律等科學問題的資料并不多。

為了更好地發(fā)揮遙感技術在境外投資戰(zhàn)略決策中的重要作用，實現技術與信息服務，本文開展了歐洲大陸遙感地質解譯、詮釋以及礦產勘查戰(zhàn)略選區(qū)研究，并對歐洲大陸地質構造和礦產勘查等問題提出新認識。

1 遙感地質解譯與制圖

1.1 數據源及其預處理

本次遙感地質解譯工作以2000年前后獲取的Landsat ETM+遙感數據為主要信息源，以MODIS和ASTER遙感數據為輔助數據源，數據獲取時相分別為1—3月份和7—9月份。選取的圖像清晰，對比度較好，紋理結構明顯，利于地質構造解譯。

主要選擇覆蓋歐洲大陸的Landsat ETM+7(R)4(G)2(B)波段組合進行假彩色合成，并將彩色合成圖像與ETM+8全色波段融合，生成空間分辨率有顯著提高的融合圖像;經過正射糾正，空間位置較為準確，能達到1∶25 萬比例尺的精度要求［5－7］。

1.2 衛(wèi)星遙感解譯專題GIS系統建立

將收集和處理的歐洲衛(wèi)星遙感圖像和地質、物化探及重要礦產數據在GIS平臺上加以系統集成，形成專題圖層，建立“歐洲地質礦產衛(wèi)星遙感解譯專題GIS系統”。

1.3 遙感地質解譯

在建立的衛(wèi)星遙感解譯專題GIS系統平臺上，采用人機交互、分層識別、疊置比對和綜合分析等方法進行了歐洲大陸的遙感地質解譯，解譯內容主要包括遙感影像分區(qū)、地層、巖體、構造(線形、環(huán)形、帶狀、塊狀等)和礦業(yè)活動信息等［8－9］。

歐洲大陸在衛(wèi)星遙感圖像中表現出較明顯的分區(qū)特征，總體上可分為中間塊狀影像區(qū)和周圍帶狀影像區(qū)。中間塊狀影像區(qū)相當于地質上的俄羅斯克拉通地區(qū)，其中又可分為西北部斯堪的納維亞前寒武紀地盾影像區(qū)(圖1－Ⅱ)和東歐地臺影像區(qū)(圖1－Ⅲ)，前者表現為崎嶇不平的高地景觀，后者表現為塊狀低緩平原景觀。東歐地臺又可分為北、中、南3個亞區(qū):北部亞區(qū)植被發(fā)育，地形略有起伏(圖1－Ⅲ1);中部亞區(qū)植被稀少，地形非常平緩(圖1－Ⅲ2);南部亞區(qū)出現半荒漠化，影像色彩斑駁，呈低緩丘陵地貌(圖1－Ⅲ3)。周圍的帶狀影像區(qū)主要有西北部的條帶狀影像區(qū)(圖1－Ⅰ)，相當于愛爾蘭—斯堪的納維亞加里東褶皺帶;南部亞平寧—巴爾干條帶狀影像區(qū)(圖1－Ⅵ)，相當于阿爾卑斯褶皺帶;東部條帶狀影像區(qū)(圖1－Ⅳ)，相當于烏拉爾華力西褶皺帶。另外，在東歐地臺影像區(qū)以西、阿爾卑斯褶皺帶西段以北為西歐華力西構造影像區(qū)，呈塊帶狀中低山地－丘陵與平原相間或環(huán)帶狀山地圍繞盆地的景觀特征，亦分為北、中及南3個亞區(qū)(圖1－Ⅴ1—Ⅴ3)。

圖1 歐洲大陸構造單元遙感解譯圖Fig.1 Remote sensing interpretation map of tectonic units in continent of Europe

根據遙感圖像的色調、紋理、地形地貌和水系類型等解譯標志，結合地質圖和其他相關資料，可以大致解譯出歐洲大陸的沉積巖、侵入巖、火山巖和變質巖的分布。沉積地層分布較廣，在各個大地構造單元中均有大面積出露;侵入巖主要分布于地盾區(qū)或褶皺帶中，具有剛性巖石地塊和線形構造發(fā)育的特征;變質巖的時代主要為古生代和前寒武紀，構成斯堪的納維亞褶皺帶的主體和阿爾卑斯褶皺帶的核部，并在西歐華力西構造區(qū)內的中間地塊中出露;歐洲各時代火山巖均不發(fā)育，分布零散(圖2)。在不同的地理分帶、構造分區(qū)和植被覆蓋條件下，同一時代地層的遙感影像特征差異較大。

圖2 1∶500萬歐洲地質礦產衛(wèi)星遙感解譯圖Fig.2 Satellite remote sensing interpretation map of geology and mineral products in Europe at 1∶5 000 000 scale

歐洲大陸線形構造在衛(wèi)星遙感圖像中以色界、色帶、線形溝谷水系、切割山脊和紋理的線形特征等呈現出來，總體上較易識別。斯堪的納維亞半島、阿爾卑斯和烏拉爾山脈、西班牙和蘇格蘭山地等地區(qū)線形構造的可解譯性和可靠性相對較好;而東歐和西歐平原地區(qū)，由于大量植被、耕地以及冰雪等覆蓋，主要是結合航磁和重力資料解譯的(圖2)。

歐洲大陸的環(huán)形構造主要分布在北部斯堪的納維亞地盾和南部華力西褶皺帶和阿爾卑斯褶皺帶內。塊狀構造主要發(fā)育在西歐華力西褶皺帶和東歐地臺區(qū)。推覆構造主要發(fā)育在阿爾卑斯造山帶邊緣及內部各構造單元之間，主要表現為弧形彎曲狀，并伴隨強烈的緊閉型地層褶皺。從總體上看，歐洲大陸呈鑲嵌狀構造型式，由無數穩(wěn)定地塊被周圍造山帶環(huán)繞所組成。

2 遙感解譯成果詮釋的新認識

經遙感地質解譯，發(fā)現在歐洲大陸上的一些新的地質體和地質現象。本文探索了下列7個有關歐洲基礎地質方面的科學問題;并圍繞這些科學問題，探討了歐洲礦產分布的某些規(guī)律。

1)俄羅斯克拉通不是傳統觀點認為的“穩(wěn)定地塊”，后期有明顯的構造活動;因此，在克拉通上不僅要重視找老礦，還要重視找新礦。傳統觀點認為，克拉通區(qū)屬于構造“穩(wěn)定”區(qū);而從遙感解譯結果來看，俄羅斯克拉通周圍被波狀大斷裂所限制，內部被NE向大斷裂分為4個斷塊，分別為斯堪的納維亞地盾隆起區(qū)(圖 1－Ⅱ)、東歐地臺北部斷陷區(qū)(圖1－Ⅲ1)、中部斷隆區(qū)(圖1－Ⅲ2)和南部斷陷區(qū)(圖1－Ⅲ3)。斷陷區(qū)出露厚度巨大的古生代、中生代和新生代沉積地層;斷隆區(qū)除上述地層外，還出露老地層(如烏克蘭地盾的形成實際上就是中部斷隆區(qū)南緣強烈隆起的結果)。上述特征表明，東歐地臺后期發(fā)生過明顯的斷塊活動;根據應力狀態(tài)分析，斷塊活動很可能與阿爾卑斯褶皺帶形成時NE方向的強烈推擠有關。另外，從已知礦產在遙感圖像中的分布特征來看，斷隆區(qū)多發(fā)育內生礦床(如俄羅斯伏爾加格勒地區(qū)發(fā)育多處內生U和Ni－Co－Cr等礦產);斷陷區(qū)發(fā)育油氣、煤、鋁土礦、釩、鉀鹽和磷礦等外生礦產;而后期斷塊活動既可能造成早期形成的礦產重新分布，又可能形成新的礦產。因此，在俄羅斯克拉通地區(qū)，不僅要重視找老礦，還要重視找后期中－新生代與熱液作用有關的多金屬礦產和與沉積作用有關的外生礦產。

2)歐洲斷裂構造明顯受大地構造單元控制，表現各異;研究斷裂控礦時，要注意其特殊性和差異性。歐洲中部的遙感影像特征表現為完整的塊狀，而四周呈帶狀，形成塊－帶組合;這種影像特征組合反映了地質意義上的臺－槽結構。受這一大地構造背景控制，俄羅斯克拉通與其周圍褶皺帶的斷裂構造特征及其格局迥然不同:克拉通上的斷裂表現為直線型，性質主要為扭性和張扭性，與褶皺構造無關，形成棋盤格子狀和地塹、地壘組合形式(圖3);褶皺帶的主體斷裂呈波狀，性質主要為沖斷或推覆構造，常與褶皺構造相伴生，形成疊瓦式組合形式(圖4)。

圖3 歐洲構造遙感解譯圖Fig.3 Remote sensing interpretation map of structures in Europe

圖5 歐洲大陸典型環(huán)形構造影像圖Fig.5 Satellite im ages of typical ring structures in Europe

3)歐洲的環(huán)形構造具多樣性和復雜性，復合型環(huán)形構造發(fā)育地區(qū)是找礦的有利目標區(qū)。歐洲大陸發(fā)育多種類型和不同大小的環(huán)形構造。本文主要介紹在遙感圖像上清晰可辨、具有明確地學內涵的部分(圖5):①穹窿構造形成的環(huán)形構造。該類環(huán)形構造是指前寒武紀變質基底中穹窿構造在遙感圖像中顯示的環(huán)形構造，主要分布于斯堪的納維亞前寒武紀地盾區(qū)東北部，具有層紋狀同心環(huán)形影像結構，顯示出中間為片麻巖穹窿、周邊韌性構造環(huán)繞的特點，其中以俄羅斯尼克爾橢圓形影像體最為典型(圖5(a))。②巖漿活動形成的環(huán)形構造。包括巖漿侵入環(huán)形構造和巖漿噴發(fā)環(huán)形構造，前者以科羅斯堅環(huán)形構造為代表(圖5(b))，后者以維蘇威火山最為特征和著名，該火山口在衛(wèi)星圖像中呈現出環(huán)狀錐形地貌和放射狀水系景觀特征(圖5(c))。③隕石撞擊形成的環(huán)形構造。在瑞典中部，由錫利揚湖和其他一些湖泊、低地構成。根據其偶發(fā)性和隕石坑常見的隕石撞擊導致中心反彈的特征［10］，推測該環(huán)形構造為隕石坑(圖5(d))。④復合型環(huán)形構造。包括“巖漿復合型”與“構造復合型”2種類型。前者環(huán)形構造的形成既有巖漿侵入的作用，也有巖漿噴發(fā)的參與，例如法國中央地塊中的桑西山(Sancy)環(huán)形構造(圖5(e))，該地區(qū)大量出露古生代侵入巖和新生代火山巖，顯示出巖漿侵入和噴出的復成因特征，法國一些重要的花崗巖型鈾礦床就分布在其內及周邊地區(qū);后者如捷克波希米亞中間地塊(圖5(f))，中心的古老地塊是西歐華力西地槽在褶皺回返過程中卷入的地臺基底成分，經地塊侵位，造成地塊邊緣活化，形成環(huán)形構造［11－12］。在中－新生代，受阿爾卑斯構造運動疊加改造，被NE和NW向2組斷裂交織成的菱形斷塊破壞，在遙感圖像中表現為獨特的菱－環(huán)形影像特征(圖5(f))。環(huán)形構造內部和周圍的礦產資源十分豐富，是世界上較老的金屬采礦區(qū)之一，發(fā)育有 Pb，Zn，Au，U，Ag，Cu，W，Sn，Sb 和 Hg 等多種金屬礦產［13］。

對歐洲大陸環(huán)形構造與成礦關系的研究表明，已知與環(huán)形構造有關的礦產多集中分布在復合型環(huán)形構造內及其邊緣，這是因為復合型環(huán)形構造經歷了多期巖漿侵入和噴發(fā)，往往是巖漿活動的通道和中心，深部的成礦物質被帶入淺部或地表，易形成礦床;或者經歷過多次構造活動和熱液的疊加，往往形成礦化集中區(qū)。因此，筆者認為復合型環(huán)形構造發(fā)育地區(qū)是找礦的有利地區(qū)，應給予重視。

4)阿爾卑斯造山帶向北突出部分疊置在西歐華力西褶皺帶之上，要重視在該疊置區(qū)進行多層次、多目標的立體找礦。阿爾卑斯造山帶在遙感影像中總體呈近EW向展布(圖1－Ⅵ)，而中部向北突出部分呈蛇曲形，并且疊置在西歐華力西褶皺帶(圖1－Ⅴ)之上，主要證據是:①西歐華力西褶皺帶NW向構造穿過阿爾卑斯褶皺帶(圖6);②阿爾卑斯褶皺帶向NE方向突出地段的東西兩側為同一條多金屬成礦帶;③根據俄羅斯聯邦礦產資源部所編的世界地質礦產圖，在阿爾卑斯褶皺帶向北突出部分的東面和西面均發(fā)育相同的地層，表明阿爾卑斯造山帶中段向北突出部分實則疊置在西歐華力西褶皺帶之上。這種褶皺帶的疊置和推覆構造的疊瓦作用，都會造成地層、構造和礦化在剖面上的重復;上面的礦產有可能壓著下面的礦產，因此要重視在該地區(qū)進行多層次、多目標的立體找礦。

圖6 阿爾卑斯褶皺帶與西歐華力西褶皺帶疊置關系遙感解譯圖Fig.6 Remote sensing interpretation map of superim posed relationship between Alps fold belt and Varisian fold belt

5)阿登—波希米亞—匈牙利地塊組成1條值得重視的多金屬成礦帶，應加強該區(qū)的找礦工作。波希米亞地塊在遙感圖像中表現為明顯的菱－環(huán)構造。通過遙感解譯認為，它是由褶皺環(huán)帶與菱形斷塊復合構成的，早期地臺邊緣褶皺活化形成環(huán)狀構造，爾后在阿爾卑斯褶皺期又發(fā)生了菱形斷塊的疊加，其形成經歷了一個塑性和脆性疊加變形的復雜過程，因此具有極為有利的成礦環(huán)境，構成了歐洲著名的U，Cu及Au的礦化集中區(qū)。與波希米亞中間地塊類似的還有匈牙利中間地塊和阿登中間地塊，三者的基底同為前寒武紀雜巖，位置均靠近俄羅斯克拉通的南緣;3個地塊總體呈NW向排列，其中斷裂主體方向亦為NW向，與西歐褶皺帶的構造方向一致，應為西歐褶皺帶的成分，反映了華力西期西歐褶皺帶形成過程中將俄羅斯克拉通的成分卷入了西歐褶皺帶。然而在阿爾卑斯褶皺帶形成過程中，匈牙利地塊又被卷入阿爾卑斯褶皺帶，因此在遙感圖像中匈牙利地塊表現為阿爾卑斯褶皺帶的中間地塊(圖7)。

從總體上看，上述3個地塊的地質構造有很大的相似性，形成同一條NW向U，Au，Cu成礦帶。因此，應加強在阿登和匈牙利地塊尋找與波西米亞地塊類似的礦產，特別是要重視匈牙利地塊第四系覆蓋下的多金屬找礦工作。

圖7 阿登、波希米亞和匈牙利地塊空間分布圖Fig.7 Spatial distribution map of Ardennesmassif，Bohem iamassif and Hungary massif

6)阿爾卑斯褶皺帶的盆地是找中－新生代石油、天然氣和煤等沉積礦產的最佳場所。中－新生代阿爾卑斯褶皺帶的向北推擠，形成了一系列山間盆地和山前盆地，兩者與阿爾卑斯褶皺的形成息息相關，這些盆地疊加在阿爾卑斯造山帶內發(fā)生高度變形的推覆體和前寒武紀地層之上(如潘諾盆地［14］)，為尋找中－新生代石油、天然氣和煤等沉積礦產提供了有利場所。

7)區(qū)域大斷裂的結點為多金屬礦產集中區(qū)，要特別重視“結點”找礦。區(qū)域性大斷裂的交匯結點部位往往是礦產集中區(qū)，如烏拉爾西緣SN向大斷裂與東歐地臺區(qū)域大斷裂的交匯部位、東歐地臺區(qū)域大斷裂與阿爾卑斯褶皺帶北緣大斷裂交匯部位等都探明有大量U，Ni－Co－C和Fe－Cu－Au等多金屬礦產。這些結點處是構造活動強烈的地區(qū)，也是深部熱流體上升的最佳通道，有利于聚礦而形成礦產集中區(qū)(圖8)。

圖8 歐洲大陸斷裂結點聚礦遙感解譯圖Fig.8 M ineral enrichment area in faults intersections of in Europe

3 礦產勘查的戰(zhàn)略選區(qū)

在遙感地質解譯成果詮釋的基礎上，結合相關的地質礦產資料，對歐洲大陸進行了礦產勘查的戰(zhàn)略選區(qū)，共圈定出8處有利成礦區(qū)(圖9)，包括:

圖9 歐洲大陸礦產勘查戰(zhàn)略選區(qū)Fig.9 Strategic areas ofm ineral exp loration in Europe

1)俄羅斯科拉半島穹窿區(qū)(Ⅰ)。該區(qū)地質背景屬于斯堪的納維亞前寒武紀地盾區(qū)，其東北部俄羅斯科拉半島發(fā)育多個環(huán)形影像體(如上述俄羅斯尼克爾穹窿構造)，并且發(fā)育前寒武紀酸性侵入巖、火山巖和超基性侵入巖，科夫多及其他磷灰石－磁鐵礦礦床的形成與這些侵入巖有關［15］。該地區(qū)是尋找Ni－Co－Cr和Fe等礦產的有利地區(qū)。

2)烏克蘭地盾區(qū)(Ⅱ)。烏克蘭地盾與北部的斯堪的納維亞前寒武紀地盾發(fā)育相似的地層層序和穹窿構造，它們具有前寒武紀發(fā)展的共同性［2］。斯堪的納維亞前寒武紀地盾區(qū)發(fā)育豐富的Ni－Co－Cr和Fe－Cu－Au等礦產，同樣在烏克蘭地盾的東南部元古宙—太古宙侵入巖的周圍發(fā)育大量的U和Ni－Co－Cr礦產;但在其西北部同時代侵入巖附近目前發(fā)現的礦產較少，因此該地區(qū)是尋找與東南部類似礦產的潛在地區(qū)。

3)烏拉爾造山帶北端沃爾庫塔區(qū)(Ⅲ)。該區(qū)位于烏拉爾造山帶北部沃爾庫塔地區(qū)，是東歐地臺NE向大斷裂與烏拉爾造山帶的交匯部位。東歐地臺中部和南部的另外2條NE向大斷裂與烏拉爾造山帶的交匯部位發(fā)育有大量的Ni－Co－Cr礦產和VMS型礦產;而北部沃爾庫塔地區(qū)目前發(fā)現的礦床較少，因此是尋找與南部類似礦產有潛力的地區(qū)。

4)阿登—波希米亞—匈牙利地塊鈾、銅鉛鋅等多金屬成礦區(qū)(Ⅳ)。德國阿登地塊、捷克波希米亞地塊和匈牙利地塊組成了1條NW向的多金屬成礦帶。這3個地塊中對波希米亞地塊的研究相對成熟，其內部和周圍的礦產資源也十分豐富，發(fā)育Pb，Zn，Au，U，Ag，Cu，W，Sn，Sb 和 Hg 等多種金屬礦產;而阿登地塊和匈牙利地塊多被植被和第四系覆蓋，研究程度相對較低，因此阿登地塊和匈牙利地塊第四系覆蓋下的地層是極具潛力的礦產勘查區(qū)之一。

5)阿爾卑斯褶皺帶與西歐華力西褶皺帶疊置區(qū)(Ⅴ)。從遙感圖像和地質分析中獲知阿爾卑斯造山帶中段推覆體疊加在華力西褶皺帶之上。這種推覆體疊置同時也造成礦床在垂直方向的重復，因此在該地區(qū)除了要找阿爾卑斯褶皺帶內的礦床外，還要注重找深部華力西褶皺帶內的U和Au礦產。

6)阿爾卑斯褶皺帶的盆地區(qū)(Ⅵ)。阿爾卑斯造山帶內的一系列山間盆地是尋找中－新生代石油、天然氣和煤等沉積礦產的有利地區(qū)。

7)東歐地臺北部科米共和國鋁土礦區(qū)(Ⅶ)。該區(qū)屬于東歐地臺北部斷陷區(qū)，發(fā)育巨厚的古生代和中生代沉積地層，內生礦產較少，主要發(fā)育外生礦產(包括鋁土礦和磷塊巖等);目前發(fā)現的鋁土礦主要賦存于泥盆系和下石炭統，而磷塊巖主要發(fā)育于地臺中部的侏羅系中［7］。北部科米共和國是尋找鋁土礦的有利地區(qū)。

8)東歐地臺斷陷鉀鹽礦區(qū)(Ⅷ)。從已發(fā)現的大型鉀鹽礦床分布來看，波羅的海沿岸凹地(Ⅷ1)和里海沿岸凹地(Ⅷ2)是尋找鉀鹽礦床的最佳地區(qū)。

4 結論

1)通過對歐洲大陸的遙感地質解譯，本文修正了部分地層界線，解譯出一些新的斷裂構造、環(huán)形構造和塊狀構造等，從而完善并豐富了原有的1∶500萬歐洲地質圖。

2)應用遙感信息技術的優(yōu)勢，在對歐洲大陸遙感圖像分析的過程中，發(fā)現了一些新的地質體和地質現象;結合相關地質資料，提出了有關歐洲大陸基礎地質的7點新認識，為開展歐洲重大地學環(huán)境問題和區(qū)域成礦規(guī)律研究提供新依據。

3)隨著我國經濟的高速發(fā)展，對能源礦產資源的需求日益增大，國內企業(yè)紛紛走出國門，走向世界。本文在綜合遙感地質解譯和地學分析新認識的基礎之上，圈定出8處歐洲大陸礦產勘查的有利地區(qū)，可為企業(yè)“走出去”提供科學依據和技術服務。

志謝:本文的研究工作得到中國國土資源航空物探遙感中心的方洪賓、楊清華和聶洪峰等的支持幫助，在此深表謝意。

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