遙感蝕變異常在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中的應(yīng)用

王寶林，朱 鎖，叢麗娟，高秀花

(1.內(nèi)蒙古第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，內(nèi)蒙集寧 012000；2.內(nèi)蒙古國土資源勘查開發(fā)院，呼和浩特 010020；3.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083；4.中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院,北京 100083)

遙感蝕變異常在地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中的應(yīng)用

王寶林1，朱 鎖2，叢麗娟3，高秀花4

(1.內(nèi)蒙古第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院，內(nèi)蒙集寧 012000；2.內(nèi)蒙古國土資源勘查開發(fā)院，呼和浩特 010020；3.中國國土資源航空物探遙感中心，北京 100083；4.中國石油安全環(huán)保技術(shù)研究院,北京 100083)

闡述利用遙感數(shù)據(jù)提取蝕變異常的機(jī)理、方法、數(shù)據(jù)源及在不同找礦階段的應(yīng)用。以內(nèi)蒙古西部阿拉善左旗沙拉西別地區(qū)為例，討論了遙感找礦的預(yù)測應(yīng)用；以內(nèi)蒙古西部朱拉扎嘎金礦為例，討論了遙感找礦在詳查工作階段的應(yīng)用。通過研究認(rèn)為，遙感蝕變異常可以為野外勘探前期的預(yù)測階段提供重要的找礦信息，為詳查階段提供精確的定位信息。遙感技術(shù)是貫穿整個(gè)礦產(chǎn)勘查工作的有益手段。

遙感；蝕變異常；找礦應(yīng)用；朱拉扎嘎；沙拉西別

利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行礦化蝕變異常提取，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量卓有成效的研究。20世紀(jì)60年代末70年代初，以Hunt和Salisbury為代表進(jìn)行了大量巖石光譜測試；80年代后期，以Clark為代表開發(fā)出大量巖石礦物信息識(shí)別和提取技術(shù)[1～4]。我國利用遙感技術(shù)進(jìn)行蝕變異常提取始于20世紀(jì)80年代，劉燕君的比值法、馬建文的圖像掩膜+主成分分析+分類識(shí)別法、張玉君介紹并推薦的Crosta法則等，在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用[5～7]；而王潤生、甘甫平在高光譜礦物填圖工作中也取得了卓有成效的研究[8]。由于數(shù)據(jù)源的限制，目前我國地質(zhì)找礦主要使用多光譜數(shù)據(jù)。地質(zhì)找礦是個(gè)由未知到已知循序漸進(jìn)的過程，在地質(zhì)找礦工作的不同階段如何利用礦化蝕變信息提取技術(shù)服務(wù)于找礦有重要意義。本文從應(yīng)用角度出發(fā)，針對找礦的不同階段，對該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用做深入闡述。

1 原理及數(shù)據(jù)源

遙感蝕變異常提取起源于對巖石礦物波譜特征的研究，據(jù)Hunt和Salisbury所做的大量巖石礦物光譜測試發(fā)現(xiàn)，在可見光和近紅外區(qū)，巖石礦物的光譜特征取決于在巖石礦物中占有比例很少的雜質(zhì)成分的光譜特征。因?yàn)閹r石礦物的主要成分硅質(zhì)、鋁質(zhì)、鎂、氧等特征譜帶分布在中紅外或遠(yuǎn)紅外區(qū)，而巖石中的次要成分，如鐵質(zhì)和蝕變礦物的特征譜帶在可見光和近紅外區(qū)出現(xiàn)[9]，蝕變異常的提取主要是參考這些蝕變礦物的特征光譜，特別是特征吸收譜帶的利用。美國地調(diào)局（USGS）的礦物光譜數(shù)據(jù)庫和美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室JPL的光譜數(shù)據(jù)庫搜集了大量蝕變礦物的光譜曲線，免費(fèi)提供使用。

目前應(yīng)用于地質(zhì)找礦的數(shù)據(jù)源主要有美國陸地衛(wèi)星的系列數(shù)據(jù)MSS、TM、ETM+和美國NASA（宇航局）與日本METI（經(jīng)貿(mào)及工業(yè)部）合作的ASTER數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)特征參數(shù)見表1。這兩種數(shù)據(jù)在蝕變礦物的特征譜帶2.2μm附近都設(shè)立了不同的通道，ASTER數(shù)據(jù)的波譜分辨率較ETM+數(shù)據(jù)高，對應(yīng)于ETM+的Band 7波段，ASTER數(shù)據(jù)設(shè)立了Band 7、Band 8、Band 9三個(gè)波段，因此ASTER數(shù)據(jù)對蝕變礦物的鑒別精度要高于ETM+的數(shù)據(jù)。但ETM+的數(shù)據(jù)在覆蓋面積方面較ASTER數(shù)據(jù)有優(yōu)勢，每景ETM+數(shù)據(jù)覆蓋面積約31 110 km2(183 km ×170 km)，而ASTER數(shù)據(jù)是360 km2(60 km×60 km)，再加上ETM+數(shù)據(jù)有多年的存檔資源，ASTER數(shù)據(jù)主要以科研為主，商業(yè)應(yīng)用有限，因此，生產(chǎn)上還是以ETM+數(shù)據(jù)應(yīng)用較多。

表1 ETM+、ASTER數(shù)據(jù)特征參數(shù)表Table 1 Listof characteristic parametersof ETM+and ASTER data

2 數(shù)據(jù)處理

蝕變異常作為一種弱信息存在于遙感圖像的背景中，從圖像中提取這種信息是很困難的，目前提取的方法可以分為兩種趨勢，一是基于特征譜帶的增強(qiáng)手段，如比值增強(qiáng)、主成分分析等；二是基于波譜形態(tài)識(shí)別的方法，如光譜角填圖。以下簡述這些技術(shù)的特點(diǎn)。

比值增強(qiáng):是最為常見的一種運(yùn)算增強(qiáng)方法，它是通過不同波段的同名像元亮度值之間的除法運(yùn)算，生成新的比值圖像來實(shí)現(xiàn)的。例如含羥基和碳酸鹽化的蝕變礦物在2.2μm附近存在有強(qiáng)吸收，故在TM 7上為低亮度，因此TM 5/TM 7常被用來提取與含羥基、碳酸鹽化有關(guān)的礦化蝕變信息；0.48 μm是鐵離子電荷轉(zhuǎn)移強(qiáng)烈吸收的位置，故用TM 5/ TM 1提取與鐵有關(guān)的信息[10]。

主成分分析：在數(shù)學(xué)含義上，它是一種基于圖像統(tǒng)計(jì)特征的多維正交線性變換。經(jīng)變化后生成一組新的組分圖像，新的組分圖像之間互不相關(guān)。文獻(xiàn)中報(bào)道的Crosta技術(shù)就是一種主成分分析方法，即有TM 1、TM 3、TM 4、TM 5作為輸入波段組合，變換后新的組分可能集中了鐵染蝕變信息，對代表鐵染信息主分量的判斷準(zhǔn)則是：TM 4的系數(shù)與TM 3、TM 5的系數(shù)相反；由TM 1、TM 4、TM 5、TM 7作為輸入波段組合進(jìn)行主成分分析，提取含羥基、碳酸鹽化蝕變信息，對代表含羥基、碳酸鹽化蝕變的主分量的判斷準(zhǔn)則是TM 5與TM 4、TM 7的系數(shù)相反[7]。

光譜角填圖：是圖像處理技術(shù)中，對巖石礦物進(jìn)行波譜形態(tài)識(shí)別的主要方法之一，它將光譜數(shù)據(jù)視為多維空間的矢量，利用解析方法計(jì)算像元光譜與參考光譜（光譜庫、訓(xùn)練光譜）之間的矢量夾角，根據(jù)夾角的大小來確定光譜間的相似程度?？梢詸z測已知端元組分，不考慮未知成分，該技術(shù)適合于波段較多的高光譜數(shù)據(jù)[8]。

3 找礦應(yīng)用

熱液型金屬礦床中，某種有用元素的逐步富集是形成礦床的必要條件，而這種成礦物質(zhì)通常由成礦熱液來遷移搬運(yùn)和卸載沉淀，圍巖蝕變是成礦物質(zhì)逐步富集過程中留下的印記，是熱液型金屬礦床找礦的重要標(biāo)志[11～12]。最常見的蝕變有硅化、絹云母化、綠泥石化、云英巖化、矽卡巖化、白云巖化、重晶石化及鐵錳碳酸巖化等。遙感找礦是通過探測這些蝕變礦物來間接實(shí)現(xiàn)的。遙感探測的是地表物質(zhì)的光譜信息，因此只要有一定面積的蝕變巖石出露，遙感都有可能測出，也就是說，即或礦體隱伏，只要有蝕變巖出露，就有可能被發(fā)現(xiàn)[9]。

3.1 在找礦預(yù)測工作中的應(yīng)用

以內(nèi)蒙古西部阿拉善左旗沙拉西別地區(qū)遙感地質(zhì)找礦應(yīng)用為例。

工作區(qū)位于內(nèi)蒙古西部阿拉善左旗境內(nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)105°00′ 00″～ 1 05°45′ 00″；北 緯40°20′ 00″～40°40′ 00″。工作區(qū)屬于狼山西段尾端，山體NESW向斜貫全區(qū)，主要出露太古界、早-中元古界地層

圖1 沙拉西別地區(qū)蝕變異常分布圖Fig．1 Imagesshow ing alteration abnormitiesextracted from ETM+data in the Shalaxibie regions

強(qiáng)異常區(qū)（Ⅰ區(qū)）：分布在沿布魯斯太-腦木洪-沙拉西別-德斯特烏拉-哈達(dá)烏拉一帶，呈NE向展布，遙感提取的褐鐵礦化蝕變異常和含羥基、碳酸鹽化蝕變異常強(qiáng)度高，重疊性好，區(qū)內(nèi)含多處已知鐵、銅多金屬礦產(chǎn)。弱異常區(qū)（Ⅱ區(qū)）：分布在Ⅰ區(qū)的東南部，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育褐鐵礦化蝕變異常，異常呈面狀均勻分布，以弱異常為主，強(qiáng)異常地區(qū)很少，區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)分布少。綜合分析異常分布規(guī)律，Ⅰ區(qū)為紅格爾玉林成礦帶的重要組成部分，區(qū)內(nèi)蝕變異常與多金屬礦產(chǎn)的分布規(guī)律具有較好的相關(guān)性，這說明遙感提取的蝕變異常信息具有指示找礦的可能，即可以利用這個(gè)指標(biāo)來圈定找礦靶區(qū)進(jìn)行成礦預(yù)測。Ⅱ區(qū)可能為干擾異常，由于在干旱地區(qū)普遍存在“荒漠漆”現(xiàn)象造成假象褐鐵礦的各類變質(zhì)巖、混合巖，區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，礦床、礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)分布較多，以鐵、銅為主，構(gòu)成有名的紅格爾玉林多金屬成礦帶①寧夏地質(zhì)局地質(zhì)調(diào)查隊(duì)，慶格勒圖幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，1976．。

遙感測量選擇Landsat-7的ETM+數(shù)據(jù)，時(shí)間為2002年8月27日，軌道號(hào)為130-32。由于工作區(qū)屬于沙漠戈壁景觀，夏季數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，它能避免冬季積雪、春秋風(fēng)沙的影響。蝕變異常提取工作是在影像幾何校正和大氣校正以及掩模等數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上利用Crosta法則完成的，分別提取了含羥基、碳酸鹽化蝕變異常和鐵染蝕變異常，異常提取后分別進(jìn)行了閾值分割處理，劃分為強(qiáng)異常區(qū)和弱異常區(qū)兩個(gè)級(jí)別（圖1）?；g變異常所致，即由于氣候干燥，巖石常年裸露，風(fēng)化作用使巖石內(nèi)部的Fe2+轉(zhuǎn)變成為Fe3+積聚在表面而形成。這種鐵染異常假象在實(shí)際找礦工作中應(yīng)該謹(jǐn)慎應(yīng)用。

3.2 在詳查階段的應(yīng)用

遙感技術(shù)不但具有宏觀監(jiān)測能力，借助其較高的空間分辨率數(shù)據(jù)也能在大比例尺詳查階段發(fā)揮作用。

以內(nèi)蒙古西部朱拉扎嘎金礦為例。朱拉扎嘎金礦區(qū)位于內(nèi)蒙古西部阿拉善左旗巴彥諾爾公地區(qū)，工作區(qū)內(nèi)植被稀少，基巖出露好。礦區(qū)主要出露中元古界長城系阿古魯溝組（J xa）地層，礦區(qū)范圍內(nèi)巖體出露較少，中酸性脈巖較多。金礦體主要賦存于阿古魯溝組一巖段中部含鈣質(zhì)的淺變質(zhì)碎屑巖中，并且與地層產(chǎn)狀基本一致，礦體集中分布在2條礦帶中，總體走向35°，礦帶長570m。礦區(qū)透輝石化、陽起石化、綠簾石化、綠泥石化、冰長石化、碳酸鹽化等熱液蝕變強(qiáng)烈，地表褐鐵礦化和高嶺土化普遍①。

應(yīng)用時(shí)間為2000年7月11日，軌道號(hào)131-32的Landsat-7 ETM+數(shù)據(jù)，進(jìn)行礦化蝕變異常提取，提取的結(jié)果顯示（圖2），礦區(qū)蝕變異常與礦體分布趨勢一致，礦體包含于蝕變異常范圍內(nèi)，蝕變異?？刂泼娣e約0.5 km2，1：5萬化探測量結(jié)果顯示，與朱拉扎嘎金礦相關(guān)的金元素異常控制面積約4 km2（圖2）；另外針對采樣精度而言，ETM+數(shù)據(jù)提取的異常定位精度為30m/像元，1：5萬化探采樣按照規(guī)范要求每平方公里采樣6～8個(gè)點(diǎn)，這樣采樣精度就控制在0.166～0.125 km2/點(diǎn)。因此說在空間定位能力上，ETM+的遙感數(shù)據(jù)高于1:5萬的化探測量，蝕變異常也比化探金異常與礦體的關(guān)系更密切。

當(dāng)然，由于遙感數(shù)據(jù)具有很多不確定性[14]，如同物異譜和異物同譜現(xiàn)象會(huì)造成許多假異常的干擾，所以不能斷言遙感異常找礦優(yōu)于化探工作，但可以作為輔助手段提高找礦效率。

圖2 朱拉扎嘎金礦體、遙感蝕變異常、1:5萬化探Au元素異常分布對比圖Fig.2 Relationshipsof alteration abnorm ities from ETM+data,1∶50 000Au geochem iscalabnorm ities and the Zhulazhaga gold deposit

4 結(jié)論

礦化蝕變異常是尋找熱液型金屬礦產(chǎn)的重要標(biāo)志，利用遙感技術(shù)提取礦化蝕變異常有較成熟的理論和技術(shù)方法，在礦產(chǎn)勘查過程中可以根據(jù)不同階段有針對性的進(jìn)行找礦服務(wù)。在野外勘探前期的預(yù)測階段，可以根據(jù)其宏觀覆蓋優(yōu)勢，進(jìn)行成礦區(qū)帶的預(yù)測工作；而在野外勘探前期的預(yù)測階段，可以根據(jù)其宏觀覆蓋優(yōu)勢，進(jìn)行成礦區(qū)帶的預(yù)測工作；而在進(jìn)一步詳查階段，可以借助其較高的空間分辨率（如，ETM+和ASTER數(shù)據(jù)空間分辨率可達(dá)15m/像元）直接進(jìn)行尋找礦體的工作。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)空間分辨率和波譜分辨率的提高，遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦工作中將發(fā)揮更重要的作用。

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The Application of A lteration Abnorm ities Extracting from Remote Sensing Data for GeologicalExploration

WANG Bao-lin1,ZHU Suo2,CONG Li-juan3,GAO Xiu-hua4
(1.The Fourth Instituteofgeology andmineral Exploration and Development,Jining 012000,InnerMongolia,China;2.InnerMon?golia Institute for Land and resourcesExploration and development,Huhhot010020,InnerMongolia,China;3.China Aero Geophys?ical Survey&Remote Sensing Center for Land and Resources,Beijing 100083,china;4.CNPCResearch Instituteof Safety＆Envi?ronment Technology,Beijing 100083,China)

The theory,method and data source of extracting alteration abnorm ities from remote sensing data is discussedin this paper,which can also used for ore exploration.Shalaxibie area,Inner Mongolia,is taking asexample for discussing the use of remote sensing data in regionalprospection.The detailed exploration stage use of remote sensing data in Zhulazhaga gold deposit is introduced.A lteration abnorm itiesextracting from remote sensing data is useful in thewhole geologicalexploration stage,and can provide lots of valuable information in prospecting process.

remote sensing;alteration abnorm ities;application for ore-exploration;Zhulazhaga gold deposit;Shalaxibiearea

P627

A

1007-3701(2011)01-0064-05

2010-08-30

內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查項(xiàng)目（編號(hào)：08-1-HK01和08-1-KC552）．

王寶林(1967—)，男，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)礦產(chǎn)勘查與GIS研究、應(yīng)用工作。

朱鎖，高級(jí)工程師，E-mail:zhusuo@126.com.