基于DEM的华南离子吸附型稀土矿床地形地貌特征分析_李晓楠.pdf

基于DEM的华南离子吸附型稀土矿床地形地貌特征分析李晓楠1，刘希军1,2*，贾志强1LI Xiao-Nan1,LIU Xi-Jun1,2*,JIAZhi-Qiang11.桂林理工大学地球科学学院，广西 桂林541004；2.桂林理工大学广西隐伏金属矿产勘查重点实验室&有色金属矿产勘查与资源高效利用协同创新中心，广西 桂林5410041.Guangxi Hidden Mineral Exploration Center,College of Earth Sciences,Guilin University of Technology,Guilin 541004,Guangxi,China;2.Guilin University of Technology Guangxi Hidden Metal Mineral Exploration Key Laboratory&Collaborative InnovationCenter for Non-ferrous Metal Mineral Exploration and Resource Efficient Utilization,Guilin 541004,Guangxi,China摘要：稀土是重要的战略资源，全球90%以上的重稀土蕴藏在我国南岭花岗岩风化壳稀土矿床内，如何快速实现花岗岩风化壳型（也称离子吸附型）稀土找矿技术的突破是目前面临的难题。近年来随着遥感技术的快速发展，利用遥感数据的空间特征、光谱特征和纹理特征，结合地质背景、成矿母岩、气候和地形地貌等分析离子吸附型稀土矿床的成矿条件已成为该类矿产勘查的有效手段。本文在利用华南地区DEM数据提取高程因子及坡度、坡形、地表粗糙度等派生因子的基础上，分析研究地形地貌特征对离子吸附型稀土矿床成矿的影响。研究结果表明：离子吸附型稀土矿床（点）分布于高程500 m、坡度15 25、地形起伏度0 30 m、地表切割深度10 50 m、地形特征为山顶或山脊等有利于风化作用形成风化壳的地区，这些地形地貌特征对于离子吸附型稀土矿床成矿具有明显的约束和控制作用。关键词：离子吸附型稀土矿；遥感技术；地形因子；地形地貌；华南中图分类号：P618.7；P627文献标识码：A文章编号：2097-0013（2023）02-0376-11Li X N,Liu X J and Jia Z Q.2023.DEM Geomorphological Features and Topographical FactorAnalysis of Ion Adsorption Rare Earth Deposits in South China.South China Geology,39(2):376-386.Abstract:Rare earths are important strategic resources,and more than 90%of the worlds heavy rare earthsare contained in the granite weathering crust rare earth deposits in the South Ridge of China,how to quicklyrealize the breakthrough of granite weathering crust type（also called ion adsorption type）rare earth findingtechnology is the current challenge.With the rapid development of remote sensing technology in recent years,the analysis of mineralization conditions of ion-adsorbed rare earth deposits by using spatial,spectral and tex-tural characteristics of remote sensing data,combined with geological background,ore-forming parent rocks,climate and topography has become an effective tool for this type of mineral exploration.In this paper,the in-fluence of topographic and geomorphological features on the mineralization of ion-adsorption rare earth de-收稿日期：2023-2-28；修回日期：2023-3-19基金项目：国家自然科学基金（92055208）、广西自然科学基金杰出青年科学基金（2019GXNSFFA245005）、广西自然科学基金项目（2022GXNSFBA035538）、广西科技创新基地建设类项目（桂科ZY21195031)、广西八桂学者项目（2018，有色金属成矿理论与勘查技术）第一作者：李晓楠（1998），女，硕士研究生，主要从事岩石地球化学研究，E-mail:通讯作者：刘希军（1980），男，博士，教授，主要从事岩石地球化学研究，E-mail:第39卷 第2期2023年6月华 南 地 质South China GeologyVol.39,No.2,376-386Jun.,2023doi:10.3969/j.issn.2097-0013.2023.02.014第39卷 第2期稀土是重要的战略性矿产资源（European Com-mission,2018；蒋少涌等,2019；翟明国等,2019），在制导武器、航空航天等诸多尖端军事和高科技领域具有尤为宝贵的价值（许成等，2015;Yang M J etal.,2019）。华南地区风化壳广泛发育，蕴藏了全球90%以上的重稀土矿产资源（张培善，1989）。华南离子吸附型稀土矿具有分布地广、储量大、放射性低、开采容易、提取稀土工艺简单、成本低、产品质量好等特点。目前常见的稀土找矿勘查技术有地球化学方法以及地球物理方法，但存在耗时久、成本高、无法获取矿产的空间分布信息等问题，因此，需要研发更为快速有效的勘查找矿方式。与传统地质方法相比，高光谱遥感勘查技术具有全面、实时、高效、无破坏性等监测优势（要红杰，2020），这将会是未来稀土矿床找矿勘探的一个发展方向。地形地貌是离子吸附型稀土矿床非常重要的成矿条件，可根据其与稀土成矿的关系建立找矿标志（刘新星等，2016）；邹新勇等（2016）研究了华南离子吸附型稀土矿地貌与风化壳特征，以期对华南离子吸附型稀土矿床的特征有一个较为完整的了解；刘新星等（2016）采用 DEM数据通过提取坡度、地形起伏度等地形因子，研究了稀土矿点在宏观地貌上的分布特征。但前人主要对南岭东段的离子吸附型稀土矿地形地貌进行研究，缺少对整个华南地区以及其他地形因子的研究。因此，本文基于DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型，是描述地表起伏形态特征的空间数据模型）数据研究地形因子的统计特征对华南地区离子吸附型稀土矿的影响和控制作用，以期指导区域内该类型矿床的勘探工作。1 研究区概况华南地区由江西省、台湾省、海南省、福建省中南部、广东省和广西壮族自治区的中南部、云南省南部和西南部等部分组成。本区域常年基本平均气温10，大部分地区年均降水量为14002000mm，属于高温多雨、四季常绿的热带-亚热南带雨林气候，植物生长茂盛，种类繁多，该地区地带性植被特征包括热带雨林、季雨林和南亚热带季风常绿阔叶林等。1.1 离子吸附型稀土矿风化壳的特征离子吸附型稀土矿在成矿条件上受母岩、气候、构造、地貌、水文和时间等内、外生地质环境因素的综合制约（Bao Z W and Zhao Z H,2008;冯梦等，2015；Fu W et al.,2019；李瑞等，2021）。其成矿母岩的风化壳类型也发挥了重要作用，根据具体的山头、山腰、山脚等微地貌因素可以将风化壳划分为三类：（1）全复式，其在低丘地貌类型的母岩中广泛存在；（2）裸脚式，其在中丘或高丘地貌类型的母岩中分布较广，且风化壳、矿体的厚度较大；（3）残留式，其在高丘或陡峭地貌母岩中分布较广泛，且基岩出露的部位除山脚外，在山腰和山头也较为常见。风化壳完整的垂直剖面从上到下可分为表土层、全风化层、半风化层几种（周贺鹏等，2022），其具体的厚度受母岩地貌类型等因素的影响而不同，但在相接的部位均为渐变过渡。1.2 离子吸附型稀土矿的地貌特征成矿母岩地貌对离子吸附型稀土矿具有显著的影响，同时也影响到地表、地下水的迁移方向，进而影响稀土元素的分布特征。研究区地表侵蚀程度posits is analyzed and studied based on the extraction of elevation factors and derived factors such as slope,slope shape and surface roughness using DEM data in South China.The results show that ion-adsorption rareearth deposits（sites）are distributed in areas with elevation 500 m,slope 15 25,topographic relief030 m,surface cut depth 10 50 m,and topographic features such as hilltops or ridges,which are condu-cive to the formation of weathering crusts by weathering,and these topographic features have obvious con-straining and controlling effects on ion-adsorption rare earth deposit mineralization.Key words:ion-adsorbed rare earth ore;remote sensing technology;terrain factor;terrain topography;SouthChina李晓楠等：基于DEM的华南离子吸附型稀土矿床地形地貌特征分析377华 南 地 质2023 年强烈，丘陵广布，在长期高温多雨的气候条件下，丘陵台地上发育有深厚的红色风化壳。结合成矿母岩的出露高程、切割深度等条件，分为低山-丘陵和丘陵两种地貌，而丘陵地貌按照高度可以划分为300 m以下的低丘、300 400 m的中丘、400 450 m的高丘三种类型（邹新勇等，2016）。一般认为，离子吸附型稀土矿床主要分布在海拔低于550 m的丘陵地带、山顶坡度一般30、且地形起伏小的缓坡、山脊、山顶、山腰处（张祖海，1990）。其中，高程能够直观反映地形形态，坡度是影响水土流失的关键，地形起伏度、地表切割深度、地表粗糙度等反映地表的起伏变化和侵蚀程度，这些地形因子的特征均影响风化壳的发育与保存。2 数据来源及研究方法2.1 遥感数据源及矿点数据本文基于Google Earth 平台采用由NASA（美国国家航空航天局）和NIMA（美国国家地球空间情报局）联合绘制而成的SRTM3数据（Shuttle Ra-dar Topography Mission 3 arc-second）作为数据源来获取DEM数据，其空间分辨率为90 m，绝对高程精度为 16 m（董佳丹等，2019），其栅格图像清晰、信息量大、便于理解，可以满足各种目标对象的要求。通过DE