遥感技术在提取矿化蚀变信息中的应用

薛晓刚，韩　雷，孙　博

(长春工程学院勘查与测绘工程学院，长春 130021)

0　引言

遥感矿化蚀变信息是蚀变岩(带)矿物光谱信息在影像上的一种综合反映。热液型成矿作用的重要标志就是围岩蚀变，而围岩蚀变范围往往大于实际矿体范围数倍乃至数十倍。绝大部分内生矿床都伴随着与之相应的围岩热液蚀变，其特征与原岩从微观到宏观都有着较明显的区别，对蚀变岩(带)的光谱信息和遥感影像特征的提取研究，为寻找、发现大型矿床或矿集区将具有特别重要的地质意义。遥感技术探测的是地物的光谱信息，理论上，只要有与成矿有关的蚀变岩(带)出露，就可采用特定的遥感数据处理方法，将与矿床有关的各种围岩蚀变特征波谱信息从遥感影像中提取出来，形成对应的色调异常，可有针对性地对工作区进行重点查明，减少野外工作中的盲目性[1-3]。

1　研究区特征及数据处理模型

研究区位于中蒙边境，区内地质工作程度较低，草原、风成沙、残坡积物覆盖较严重，属草原生态环境，找矿有较大难度，找矿效果并不明显。通过以往工作可知，该区地质构造特征与俄、蒙相邻地区基本相似，具有形成大型、超大型矿床的有利条件。

在干旱—半干旱基岩出露地区已成功运用克罗塔技术(Crosta)提取了蚀变岩信息[4]；采用混合像元线性分解方法，剔除第四系、植被等干扰光谱信息后，提取矿化蚀变信息得到了成功应用[5-7]；本文以内蒙古查干陶勒盖地区为例，结合区内1∶5万地形图、1∶20万地质图以及相应的20万化探资料，通过对前期数据的图像几何精校正、彩色合成与数据融合和信息的增强处理后，据研究区地质特征及遥感数据的时相性特点，分别采用了波段比值、LS-Fit、Crosta技术将比值处理、掩膜干扰去除、主成分分析、分类处理等手段综合分析，比较有效地逐步分离提取出区内矿化蚀变信息，为成矿远景区及找矿方向提供依据，数据处理流程如图1。

2　遥感矿化蚀变信息提取

图1　遥感矿化蚀变信息提取流程图

图2　含矿物的光谱曲线

图3　含Fe2+、Fe3+矿物的光谱曲线

图4　各矿物与植被波谱重 采样后的波谱曲线特征

2.1　比值法的应用

比值法是遥感矿化蚀变信息提取中常用的一种方法，为达到较准确的结果，将数据进行了对数残差(Log Residuals)定标处理。将其波谱辐射信息转换成假设的反射率数据，有效地剔除了大气散射作用、太阳辐照度和地形起伏等因素对数据信息的影响，提高了与成矿作用有关的波谱特征信息提取基础。常用矿化蚀变信息提取比值组合见表1。

为达到最佳的矿化信息提取效果，对Log Residuals数据进行上述的比值计算，由TM7/TM4的比值提取铁染信息(图5)，TM3/TM1的比值提取富黏土矿物信息，然后进行人工假彩色融合(图6)，其提取结果在合成图像中以色调差异表示。

表1　矿化蚀变信息提取波段组合及融合分量

低值高值图5　TM7与TM4的比值形成的合成假彩色图像

图6　TM3与TM1的比值形成的合成假彩色图像

2.2　LS-Fit技术应用(Least Squares Fitting Technique)

该方法是一种线性波谱预测法，其原理是通过采用最小方框(least squares)拟合技术来实现线性波段预测，通过将线性预测的TM7波段与原始的TM7数据相比较，用来反映影像中具有不规则高吸收特征的区域异常，进而来提取黏土矿物的可能附存位置。在利用该方法过程中，使用的是原始的遥感数据，对预测结果进行彩色融合后，可圈定对应黏土矿化蚀变信息的可能分布区并以对应色调异常表示(图7)。

图7　研究区某地的黏土矿化信息分布范围

2.3　Crosta技术的应用

该方法是成熟的矿化蚀变信息提取技术，其原理是利用遥感数据特征向量矩阵为分析导向的主成分分析法。铁的氧化物异常信息利用TM1、TM3、TM4、TM5波段做主成分分析来提取，含羟基矿物、碳酸盐矿物蚀变异常信息利用TM1、TM4、TM5、TM7波段做主成分分析来提取。

2.3.1干扰剔除

为最大化剔除干扰，利用数学模型对研究区内的水体、沙滩等干扰地物信息进行提取，并将所得结果生成一个零辐射值的掩膜范围，使在遥感蚀变信息提取过程中剔除被掩膜的区域。图8为TM7、TM4、TM1波段假彩色融合影像图(右图)及利用最大似然法提取的干扰信息掩膜图(左图)。

2.3.2利用Crosta技术提取蚀变信息

2.3.2.1以TM1、TM3、TM4、TM5波段做掩膜提取铁的氧化物信息

由数据特征向量矩阵可知(表2)，第一主组分分量(PC1)信息主要反映的是地形、地貌特征。根据铁的氧化物在TM1波段强吸收，在TM3波段有一个小反射峰值的波谱特点，可确定第4组分分量(PC4)符合异常分量的分布规律，可用来提取铁的氧化物异常信息。

图8　水体干扰信息形成的掩膜效果(最大似然法)

波段1波段3波段4波段5PC10.3245230.6692920.0635630.660434PC20.0656210.0529130.978156-0.184247PC3-0.381057-0.5356010.1920710.722943PC4-0.8760170.5113190.013726-0.087142

2.3.2.2以TM1、TM4、TM5、TM7波段做掩膜提取含OH-矿物蚀变信息

同上，将TM1、TM4、TM5、TM7波段做掩膜后进行主成分分析用来提取含OH-矿物蚀变信息。通过对特征向量矩阵分析(表3)。与矿化异常的波谱信息主分量第4分量，其在遥感影像具为暗像元特征，为达到提取效果，将其进行求反后以亮像元来表示对应的黏土化信息异常分布。

表3　利用TM1、TM4、TM5、TM7波段做掩膜

3　信息的综合提取与结果分析

利用上述的比值、LSFIT技术以及Crosta技术，在分别确定矿化异常分布特征后，进而对各异常信息进行分级。提取的矿化蚀变信息色调异常范围大小不仅反映影像的美观程度，更突显了其成矿靶区圈定的实用性。异常范围的起始值过小则导致信息量过多，就减弱了遥感技术找矿应用效率；起始值太高则引起信息量太少，致使成矿有利位置信息的丢失。本文采用合成假彩色图像技术为手段进行分级。采用低通滤波、高通滤波以及给定具体的饱和度来构建新的色度空间，最终合成有利于圈定成矿靶区的色彩丰富、信息直观的矿化异常分布图像(图9)。

图9　研究区某地铁染与黏土化信息可能分布图

将上述综合方法提取的蚀变异常信息范围结果转换为MAPGIS格式，与研究区区域构造、岩体分布、1∶20万化探成果及研究区已知矿化点数据进行空间信息叠加对比分析，发现所提取的矿化蚀变信息在空间位置分布上与其有很大的相关性，而且铁染信息分布在空间上的吻合度明显优于含羟基的黏土矿化信息，这可能是由于高覆盖率草场引起的对黏土矿化信息异常的干扰。

4　结语

1)应用比值处理、LS-Fit法、Crosta法、掩膜干扰去除、分类处理等手段综合分析，对干旱、半干旱地区提取遥感蚀变信息异常是可行的，结果对成矿远景区和找矿方向具有指导意义。

2)遥感矿化蚀变信息异常区往往受第四系、植被等影响出现部分“伪信息”，可利用掩膜技术进行剔除处理，在成矿靶区圈定时应结合影像特征和地学围岩蚀变相关理论分析对比予以甄别剔除。

3)利用遥感数字图像处理技术可将矿化蚀变信息分类分级，并赋予对应像元以不同色彩，构成特征色调的颜色分量意义明确，异常位置在图像上分布一目了然。

[1] 吕凤军，邢立新，范继璋，等.基于蚀变信息场的遥感蚀变信息提取[J].地质与勘探，2006，42(2):65-68.

[2] 黄敬峰，蒋亨显，王人潮.干旱区土地利用遥感监测研究[J].干旱区研究，1999，16(2):54-62.

[3] 张保平，张玉明.遥感蚀变信息提取方法在西天山班禅沟—带金凤铁矿找矿中的应用[J].矿产与地质，2007，21(1):90-93.

[4] RanjbarH，Honamand M，Moezifar Z， et al.Application of crosta technique for porphyry copper alteration mapping using ETM+date a case study of meiduk and SAR[R/OL].[2017-11-20]http://www.gisdevelopment.net/application /geology/mineral.

[5] 刘素红，马建文，蔺启忠.通过Gram-Schmidt投影方法在高山区提取TM数据中含矿蚀变带信息[J].地质与勘探，2000，36(5):62-65.

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[8] 黄敬峰，蒋亨显，王人潮.干旱区土地利用遥感监测研究[J].干旱区研究，1999，16(2):54-62.